Bộ Đếm Counter

Mạch đếm led 7 đoạn

Mạch đếm led 7 đoạn có thể được sử dụng cùng nhau để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9 cũng như một vài ký tự để sử dụng trong mạch đếm hoặc giao tiếp với vi điều khiển.

Ngày nay, rất dễ dàng để hiển thị số và chữ trên nhiều LED bằng cách sử dụng bộ điều khiển vi mô, chẳng hạn như Arduino hoặc Raspberry-Pi, cùng với một chút mã liên quan đến phần mềm để hiển thị các chữ số cần thiết. Nhưng đôi khi là một sinh viên hoặc người yêu thích Điện tử, chúng tôi muốn hiển thị hai hoặc nhiều số hoặc chữ số như một phần của dự án hoặc mạch logic kỹ thuật số của chúng tôi. Vì vậy, làm thế nào chúng ta có thể làm điều này.

Mạch đếm LED 7 đoạn cung cấp một cách thuận tiện để hiển thị thông tin số từ 0 đến 9 vì chúng về cơ bản bao gồm một tải các điốt phát sáng được kết nối với nhau trong một khối chỉ thị duy nhất. Mỗi điốt phát sáng (được gọi là một đoạn) được chiếu sáng bằng dòng điện và bằng cách chiếu sáng các tổ hợp khác nhau của các đoạn để một số đoạn sẽ được “BẬT” và phát ra ánh sáng trong khi các đoạn khác sẽ bị “TẮT”, chúng tôi có thể hiển thị các ký tự riêng lẻ những con số.

Như chúng ta đã thấy trong hướng dẫn của mình về Điốt phát sáng , đèn LED cũng giống như điốt bình thường, ở chỗ chúng chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng. Sự khác biệt giữa hai loại này là đèn LED phát ra năng lượng ánh sáng từ điểm nối PN của nó khi có dòng điện chạy qua nó. Hành động điện phát quang này xảy ra bất cứ khi nào đầu cực Anốt (A) của đèn LED dương hơn đầu cực Cathode (K) của nó khoảng 2 vôn. Dòng điện cung cấp điển hình cần thiết để chiếu sáng đường giao nhau LED nằm trong khoảng từ khoảng 6mA đến 20mA và giá trị whos thường được điều khiển bằng cách sử dụng điện trở mắc nối tiếp với đèn LED.

Có thể bạn quan tâm

Vì vậy, bằng cách phân cực thuận bất kỳ một trong các đoạn LED hiển thị sao cho cực dương hướng tới nguồn cung cấp (dương) và cực âm hướng tới đất (âm), chúng ta có thể tạo ra một tập hợp các đoạn sáng ngẫu nhiên hoặc một số thập phân từ 0 đến 9 cung cấp đầu ra trực quan cho dự án của chúng tôi.

Hình ảnh thực tế Led 7 đoạn

Như tên gọi của nó, Led 7 đoạn bao gồm bảy phân đoạn, có nghĩa là nó bao gồm bảy điốt phát sáng hoặc đèn LED, chúng có thể được sử dụng cùng nhau để tạo thành một chữ số hoàn chỉnh trên led.

Trên thực tế, hầu hết các led 7 đoạn đều chứa tám đèn LED bên trong vì đèn LED riêng được sử dụng cho dấu thập phân, thường ở một trong các góc dưới cùng của Led.

Vì vậy, nếu led 7 đoạn bao gồm bảy đèn LED (bỏ qua dấu thập phân), một cho mỗi đoạn và một đèn LED có hai thiết đầu , một cực dương và một cực âm , thì điều đó có nghĩa là mỗi led 7 đoạn đơn lẻ sẽ có 14 chân kết nối . Câu trả lời là, Không.

Trong khi một đoạn LED có thể được chiếu sáng riêng lẻ theo yêu cầu, một đầu của mỗi đèn LED bên trong được kết nối với một điểm hoặc nút chung. Do đó, thay vì có 14 chân kết nối cho led, chúng tôi sẽ chỉ có tám (7 + 1) chân, mỗi chân dành cho bảy đèn LED riêng lẻ cộng với một chân chung và chính “chân chung” này xác định loại và tên của led 7 đoạn.

Khi các cực âm cực của tất cả các đèn LED được sử dụng trong led 7 đoạn được nối tắt với nhau, nó được gọi là led 7 đoạn cathot chung , (CC). Tương tự như vậy, khi tất cả các cực dương của đèn LED được sử dụng trong led 7 đoạn được nối tắt với nhau, nó sẽ được gọi là led 7 đoạn anot chung (CA). Do đó, led 7 đoạn có thể là loại Cathode chung (CC) hoặc  Anode chung (CA).

Cấu tạo Cathode chung (CC)

Loại cathode chung (CC) –  Trong  cathode chung, tất cả các kết nối cathode (K) của các đoạn LED được gắn với nhau và kết nối với đất hoặc không-volt. Các phân đoạn riêng lẻ được chiếu sáng bằng cách sử dụng dòng điện thích hợp để phân cực thuận cho các cực Anode riêng lẻ (a đến g). Do đó, led 7 đoạn cathode thông thường yêu cầu một mạch điều khiển để có thể tạo ra dòng điện.

Cấu tạo Anode chung (CA)

Loại anot chung (CA) –  Trong loại anot chung, tất cả các kết nối cực dương (A) của các đoạn LED được nối với nhau thành nguồn điện áp dương. Các phân đoạn riêng lẻ được chiếu sáng bằng cách áp dụng tín hiệu nối đất hoặc “THẤP” cho đầu Cathode của phân đoạn cụ thể (a đến g). Vì vậy, một led 7 đọa anot thông thường yêu cầu một mạch điều khiển có thể làm hấp thụ dòng điện.

Có nhiều cách khác nhau để kết nối nhiều  LED 7 đoạn với một mạch điện tử, mỗi cách có một ưu điểm riêng. Bởi vì mỗi phân đoạn riêng lẻ yêu cầu dòng điện khoảng 6 đến 20 mili-ampe (mA) để chiếu sáng nó ở độ sáng bình thường và vì có bảy phân đoạn (cộng với dấu thập phân), thường các chip giải mã / trình điều khiển chuyên dụng được sử dụng để điều khiển trực tiếp từng led .

Các chip giải mã IC về cơ bản chuyển đổi một loại dữ liệu đầu vào thành một loại khác và có nhiều loại bộ giải mã kỹ thuật số khác nhau tùy thuộc vào loại dữ liệu đầu vào (chẳng hạn như nhị phân, BCD hoặc hex) và mã đầu ra cần thiết đại diện cho số lượng được giải mã các dòng đầu ra. Ví dụ: 3 đến 8 dòng, 4 đến 16 dòng, v.v.

Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi yêu cầu một chip giải mã có thể chuyển đổi một số mã nhị phân thành một tập hợp các tín hiệu đầu ra để điều khiển led 7 đoạn, chẳng hạn như “bộ giải mã BCD-sang-bảy-đoạn”. Số thập phân được mã hóa nhị phân, hoặc viết tắt là BCD, là một tập hợp các chữ số nhị phân 4 bit được sử dụng để biểu thị 10 chữ số thập phân từ 0 đến 9 với danh sách các chip giải mã IC sau đây có thể thực hiện điều đó.

IC giải mã TTL

  • Cực dương chung 74LS47
  • 74LS48 Cathode chung
  • 74LS247 Anode chung
IC giải mã CMOS

  • 74HC4511 Cathode chung
  • CD4513 Cathode chung

TTL 74LS47 là vi mạch giải mã 7 đoạn phổ biến nhất cho đến nay và có khả năng điều khiển các led 7 đoạn anot (CA) thông thường. TTL 74LS47 có đầu vào BCD 4 bit và bảy đầu ra “LOW” hoạt động riêng lẻ để điều khiển từng đoạn trong số bảy đoạn LED. Hoạt động “LOW” có nghĩa là chân đầu ra chuyển sang đất (0V) để thắp sáng đoạn LED, trong khi đầu ra “CAO” sẽ chuyển đoạn LED thành “TẮT”.

Với sự hỗ trợ của bốn công tắc, một số nhị phân 4 bit được áp dụng cho các đầu vào BCD A , B , C và D của bộ giải mã 74LS47 để tạo ra các tín hiệu đầu ra a, b, c, d, e, f và g được sử dụng để điều khiển led 7 đoạn tạo ra các số cần thiết từ 0 đến 9 như được hiển thị.

Bộ giải mã 74LS47 – Mạch đếm led 7 đoạn

Kết nối giữa bộ giải mã / trình điều khiển 74LS47 và led 7 đoạn anot chung, yêu cầu bảy điện trở (tám điện trở nếu bao gồm dấu thập phân) để hạn chế dòng điện. Để mỗi đoạn LED  sáng đúng cách, dòng điện chạy qua mỗi đoạn cần được kiểm soát cẩn thận. Phương pháp tốt nhất để giới hạn dòng điện qua một đoạn led là sử dụng một điện trở giới hạn dòng mắc nối tiếp với mỗi đoạn trong số bảy đoạn LED như được minh họa. Nếu chúng ta không sử dụng điện trở nối tiếp, dòng điện cực đại sẽ chạy và đèn LED sẽ rất sáng trong một khoảng thời gian ngắn, trước khi bị phá hủy vĩnh viễn.

Vì mỗi đoạn LED của LED 7 đoạn điển hình được đánh giá là hoạt động ở khoảng từ 6 đến 20mA, cung cấp điện áp giảm trên đường giao nhau điốt của đèn LED khoảng 1,8 volt cho độ sáng bình thường. Chúng ta có thể tính toán giá trị của điện trở giới hạn dòng điện cần thiết để tạo ra dòng điện yêu cầu trên mỗi đoạn LED.

Hy vọng rằng bây giờ chúng ta đã học và hiểu rằng led 7 đoạn về cơ bản là một loạt các đèn LED riêng lẻ trong một gói hình chữ nhật duy nhất và đèn LED yêu cầu một điện trở nối tiếp để giới hạn dòng chuyển tiếp DC của chúng trên mỗi đoạn.

Đối với led 7 đoạn anot chung, các cực dương của mỗi đoạn LED được kết nối với nhau với nguồn điện 5 volt, (V S ). Nếu khi được chiếu sáng, điện áp chuyển tiếp trên điểm nối của đèn LED giảm xuống khoảng 1,8 vôn, thì điện áp trên điện trở nối tiếp cũng phải bằng: S  – V LED = 5 – 1,8 = 3,2 vôn.

Vì vậy, giá trị điện trở cần thiết cho điện trở giới hạn dòng nối tiếp của một đoạn đơn giản được tìm thấy bằng cách sử dụng Định luật Ohm tại dòng điện yêu cầu để chiếu sáng nó. Do đó, chúng tôi có thể tính toán phạm vi điện trở cần thiết để giới hạn dòng điện của đèn LED trong khoảng từ 6mA đến 20mA cho bất kỳ ứng dụng nào và cường độ đèn LED mà chúng tôi muốn như sau:

Giá trị điện trở hiển thị 7 đoạn

Do đó, ở dòng điện 6mA, chúng tôi sẽ yêu cầu một điện trở giới hạn dòng nối tiếp là 533Ω, hoặc 560Ω cho giá trị ưu tiên gần nhất và để giới hạn dòng điện đến 20mA, chúng tôi sẽ yêu cầu một điện trở 160Ω. Trong thực tế, bất kỳ giá trị điện trở ưu tiên tiêu chuẩn tốt nào từ 220Ω đến 360Ω đều có thể được sử dụng để chiếu sáng led 7 đoạn từ nguồn 5 volt, tất cả phụ thuộc vào giá trị điện trở bạn có sẵn.

Mặc dù ở đây chúng tôi đang sử dụng led 7 đoạn anot chung làm ví dụ, các tính toán và giá trị điện trở tương tự cũng đúng với  LED cathot chung. Mạng điện trở gói trong dòng kép (DIP) thường có sẵn với tất cả bảy (hoặc tám) điện trở trong một gói DIP đơn giản hóa quá trình đấu dây giữa IC trình điều khiển và led.

Cũng lưu ý rằng trong khi chúng tôi đã sử dụng ở đây IC giải mã / trình điều khiển TTL 74LS47 BCD sang 7 đoạn với đầu ra LOW (bộ chìm hiện tại) hoạt động của nó để điều khiển một led 7 đoạn anot chung, thì chính xác là IC giải mã / trình điều khiển TTL 74LS48 BCD sang 7 đoạn. giống nhau, ngoại trừ việc nó được thiết kế để điều khiển led 7 đoạn anot chung vì nó tạo ra các đầu ra CAO (nguồn hiện tại) đang hoạt động. Vì vậy, tùy thuộc vào loại LED 7 đoạn nào mà bạn có, bạn có thể cần IC 74LS47 để lái xe, ví dụ như LED LT542 CA hoặc IC 74LS48 để điều khiển LED LT543 CC tương đương. Sự lựa chọn là của bạn.

Hiển thị số trên Led 7 đoạn

74LS47 có bốn đầu vào cho chữ số BCD (8-4-2-1) A , B , C và D và đầu ra cho từng phân đoạn của led bảy đoạn. Hoạt động của bốn công tắc S A , S B , S C và S D , sẽ tạo ra chuỗi đầu vào cần thiết để kích hoạt các đoạn LED thích hợp chịu trách nhiệm hiển thị số tương ứng. Đối với hoạt động bình thường, LT (Kiểm tra đèn), BI / RBO (Đầu vào làm mờ / Đầu ra làm mờ gợn sóng) và RBI (Đầu vào làm mờ gợn sóng) của 74LS47 đều được kết nối với nguồn cung cấp + 5V (CAO). Do đó, các số được hiển thị như sau:

Số hiển thị 7 đoạn

Phần tử hiển thị 7 phân đoạn cho tất cả mười chữ số

Trong khi hoạt động của bốn công tắc SPST sẽ hiển thị các số hoặc ký tự ngẫu nhiên tương ứng, việc vận hành bốn công tắc cùng một lúc có thể hơi tẻ nhạt. Vì vậy, sẽ tốt hơn nếu chúng ta có một chip IC duy nhất có thể tạo ra thông tin nhị phân 4 dòng mà không cần sử dụng bốn công tắc, và có, Bộ đếm BCD 74LS90.

Mạch tích hợp 74LS90 có thể được định cấu hình như một bộ đếm thập kỷ MOD-10 (chia cho 10) để tạo ra mã đầu ra BCD, đếm từ 0000 đến 1001 và sau đó tự đặt lại về 0000. Bằng cách sử dụng bộ đếm / bộ chia thập kỷ không đồng bộ này IC, chúng ta có thể tăng các chữ số trên Led 7 đoạn chỉ bằng một công tắc duy nhất như hình minh họa.

Mạch đếm led 7 đoạn số đơn

Giờ đây, chúng ta có thể tăng các số trên led từ 0 đến 9 bằng cách chỉ cần nhấn một nút công tắc, SW 1 mười lần. Bằng cách thay đổi vị trí của nút nhấn và điện trở 1kΩ, số đếm có thể được thực hiện để thay đổi khi kích hoạt hoặc nhả nút nhấn, SW 1 .

Mạch đơn giản của chúng tôi cho thấy cách chúng tôi có thể sản xuất bộ đếm số 0 đến 9 bằng Bộ đếm BCD 74LS90 và trình điều khiển led 7 đoạn 74LS47. Nhưng bộ đếm từ 0 đến 9 có một chữ số này có thể được mở rộng với việc bổ sung giai đoạn bộ đếm thứ hai để tạo bộ đếm có hai chữ số 00 đến 99.

Mạch đếm led 7 đoạn hai chữ số

Vậy bộ đếm hiển thị 2 chữ số 7 đoạn này hoạt động như thế nào. Nửa đầu của mạch bộ đếm kỹ thuật số hoạt động giống như trước ngoại trừ việc kích hoạt nút nhấn SW 1  tăng LED lên 1 (còn gọi là “đơn vị”). Bộ đếm 74LS90 BCD đầu tiên, U1 đếm ngược lên từ 0 đến 9 (0000 đến 1001) trên mỗi lần đóng (sườn sau) của SW 1 . Tuy nhiên, khi chuỗi đếm đạt đến “8” (1000) trên led, chân-11 của U1 tương ứng với đầu ra “D” chuyển sang “CAO” và giữ ở mức CAO cho đến khi U1 tự đặt lại về 0 ở lần đếm thứ 10 tại thời điểm đó pin-11 của U1 lại chuyển sang trạng thái “THẤP”.

Khi chân đầu ra-11 (chân BCD D) của U1 được kết nối với chân đầu vào đồng hồ A (CLK A )-14 của bộ đếm BCD 74LS90 thứ hai U3 , mỗi hành động chuyển mạch CAO / THẤP thành công của chân-11 (đầu ra D) của U1 tăng hiển thị LED thứ hai cho chữ số của mười. Do đó, hai LED khi đặt cạnh nhau sẽ đếm ngược lên từ 00 đến 99 trước khi quay lại 00 một lần nữa cho lần đếm tiếp theo.

Mạch đếm số rất đơn giản này có nhiều ứng dụng dự án trường học khác nhau. Ví dụ: nếu chúng ta có thể thay thế công tắc nút bấm vận hành bằng tay, SW 1 bằng cảm biến để đếm vật thể chuyển động, người hoặc ô tô, v.v. Hoặc thậm chí thay thế SW 1 bằng bộ hẹn giờ 555 hoặc mạch dao động linh hoạt chẳng hạn, thì có thể được sử dụng để đếm một số xung, hoặc như một mạch hẹn giờ phản ứng hoặc bộ hẹn giờ 2 chữ số đơn giản có hoặc không có dấu thập phân.

Trong khi mạch đếm 2 chữ số ở trên hoạt động tốt với bộ đếm thập kỷ 74LS90 (chia cho 10), vấn đề là chúng ta cần hai trong số chúng, U1 và U3 . TTL 74LS390 và tương đương CMOS của nó, 74HC390, chứa hai bộ đếm thập kỷ 74LS90 trong một gói IC duy nhất và trong hầu hết các trường hợp, chi phí hiệu quả hơn so với việc mua hai chiếc 74LS90.

Bộ đếm thập kỷ 4 bit TTL 74LS390 có hai bộ đếm chia cho hai và chia cho năm bên trong có thể được cấu hình như một bộ chia cho bội số của “2, 5 hoặc 10” với đầu ra BCD giống như cho chiếc 74LS90 duy nhất. Do đó, chúng ta có thể thay thế hai IC 74LS90 U1 và U3 trong mạch trước bằng một IC 74LS390 duy nhất với mỗi nửa IC điều khiển một trong các LED như hình.

Cải tiến Mạch đếm led 7 đoạn chữ số

Mạch hiển thị một bộ đếm số 00 đến 99 đơn giản sử dụng Bộ đếm BCD 74LS390 và hai trình điều khiển hiển thị 7 đoạn 74LS47. Để đếm trên 99, chúng ta cần ghép nhiều mạch bộ đếm lại với nhau. Một bộ đếm BCD 4 chữ số sẽ đếm trong thập phân từ 0000 đến 9999 và sau đó đặt lại về 0000. Tương tự như vậy, nếu chúng ta muốn đếm từ 0 đến 999999, thì cần phải có ba bộ đếm thập kỷ xếp tầng. Trong thực tế, nhiều bộ đếm thập kỷ có thể được xây dựng đơn giản bằng cách xếp tầng các mạch bộ đếm BCD riêng lẻ lại với nhau, một bộ đếm cho mỗi thập kỷ như được minh họa.

Bộ đếm xếp tầng

Chúng ta đã thấy ở đây trong hướng dẫn này về mạch đếm led 7 đoạn , mạch giải mã LED có thể được xây dựng bằng cách sử dụng IC mạch logic tổ hợp tiêu chuẩn và có nhiều mạch tích hợp chuyên dụng trên thị trường để thực hiện chức năng này. IC giải mã hiển thị như IC điều khiển / giải mã 7 đoạn 74LS47 để điều khiển led 7 đoạn anot (CA) chung hoặc IC trình điều khiển / giải mã 74LS48 7 đoạn để điều khiển led 7 đoạn cathode (CC) chung thường có sẵn cùng với CMOS tương đương.

IC đếm không đồng bộ 74LS90 có thể được cấu hình như một bộ đếm thập kỷ MOD-10 (chia cho 10) để tạo ra mã đầu ra BCD, đếm ngược từ 0000 đến 1001 và sau đó tự đặt lại về 0000 để bắt đầu lại chu kỳ.

Bộ đếm BCD 74LS90 là một mạch đếm rất linh hoạt và có thể được sử dụng như một bộ phân tần hoặc được thực hiện để chia bất kỳ số nguyên nào từ 0 đến 9 cho một led duy nhất. Việc kết hợp hai bộ đếm 74LS90 với nhau cho phép chúng tôi tạo ra bộ đếm 2 chữ số, nhưng tốt hơn hết là sử dụng IC thập kỷ kép / trình điều khiển 74LS390, chúng tôi có thể tạo ra bất kỳ sự kết hợp nào của các giai đoạn bộ đếm bằng cách sử dụng nhiều LED 7 đoạn.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button