Da Affinchè sia possibile venire a conoscenza dei valori numerici che
originano dalle elaborazioni dei vari circuiti digitali, occorre che
tali valori siano fisicamente mostrati, in modo da risultare
chiaramente leggibili al nostro occhio. Uno dei dispositivi più
utilizzati a tale scopo è il "display a sette segmenti".
Il
nome deriva dal fatto che le varie cifre, dallo zero al nove, vengono
composte "accendendo" dei segmenti luminosi, che non sono altro che dei
normali led aventi una forma allungata.
Il display a sette segmenti è dotato sul lato posteriore di una serie
di piedini che permettono di far arrivare tensione ai vari segmenti,
così da poterli accendere nella combinazione che si desidera. Uno dei
piedini è comune a tutti i sette segmenti, in quanto risulta collegato
ad una delle due loro estremità. Quando vengono messe in comune le
estremità che devono essere collegate al polo negativo, si dice che il
display è del tipo a catodo comune; se invece sono messe in comune le
estremità da collegare al polo positivo, si dice che il display è ad
anodo comune.
Vediamo adesso
come si possa procedere nella realtà per far apparire i numeri sul
nostro display. La cosa più semplice, volendo realizzare un comando
manuale, sarebbe quella di inserire tanti interruttori per accendere e
spegnere a piacere i vari segmenti. Certo non sarebbe un sistema comodo
da usare: per far apparire la cifra 1, ad esempio, dovremmo chiudere
gli interruttori b e c; per la cifra due dovremmo chiudere gli interruttori a - b - g - e - d e così via. Si tratta insomma di operazioni lente e noiose.
Si potrebbe allora pensare di usare 10 interruttori, uno per ogni
cifra, collegando ad ogni interruttore tutti i segmenti che
rappresentano una certa cifra. L'idea è realizzabile, ma richiede un
elevato numero di diodi, da interporre fra gli interruttori ed i
segmenti; se infatti non si usassero i diodi, i segmenti risulterebbero
collegati l'uno all'altro, e si accenderebbero tutti insieme.
Anche se un simile circuito è senz'altro fattibile, ci si rende presto
conto della elevata quantità di collegamenti da realizzare: nella
figura 3 sono stati rappresentati, come esempio, i collegamenti
necessari per le sole cifre 1 - 2 e 3, e già si fa fatica a seguirli;
figurarsi il lavoro occorrente per collegare tutte le 10 cifre!
Per fortuna vengono in nostro aiuto i soliti circuiti integrati tutto
fare; genericamente parlando, tali circuiti vengono detti "display
drivers" e cioè "circuiti per pilotare display". Tutti questi integrati
hanno piedini di uscita che si collegano ai segmenti del display, e ne
comandano l'accensione in funzione del numero da rappresentare.
Ciò che cambia è il modo in cui questi integrati accettano in ingresso
il dato da rappresentare: uno dei più comuni è il cosiddetto formato
"BCD", che significa "Binary Coded Decimal" (ovvero "valore decimale
codificato in binario"). Nel sistema BCD ogni cifra viaggia, per così
dire, su quattro fili, che trasportano ciascuno un valore binario,
ovvero un livello di tensione H o L (alto o basso, e cioè 1 o zero).
Nella tabella che segue vediamo le combinazioni di valori che
corrispondono ad ogni cifra:
Sull'integrato sono presenti quattro piedini proprio per ricevere i
quattro fili che portano l'informazione BCD; in genere sono indicati
come A0, A1, A2, A3 oppure D0, D1, D2, D3 o ancora, semplicemente, A,
B, C, D.
I circuiti integrati di questo tipo, che ricevono in ingresso un codice
BCD e comandano di conseguenza i sette segmenti del display collegati
sui piedini di uscita, vengono detti "BCD to 7segment decoder-driver",
che è come dire che tali integrati decodificano il codice BCD in
ingresso e lo trasformano in una combinazione adatta a pilotare i vari
segmenti del display.
Ci sono circuiti integrati adatti a pilotare display a catodo comune ed
altri che possono pilotare display ad anodo comune; il circuito 4511
che vediamo in figura 4 è del primo tipo.
Per rendersi bene conto del funzionamento di questi circuiti è
utile costruire lo schema che si vede nella figura 5; per la sua
realizzazione è sufficiente procurarsi il seguente materiale:
- un integrato 4511
- un display a sette segmenti del tipo a catodo comune
- 7 resistenze da 680 ohm, 1/4 di watt
- 4 commutatori a levetta o a slitta
Per l'alimentazione va bene una tensione compresa fra 6 e 10 volt.
Come si vede dallo schema, le quattro entrate A, B, C, D sono collegate
ai commutatori C1, C2, C3, C4: spostando la levetta di ciascun
commutatore, ogni entrata può essere commutata a livello alto H oppure a livello basso L.
Le uscite che comandano i sette segmenti, corispondenti alle lettere da ag,
sono collegate ai piedini del display, interponendo sette resistenze
(da R1 a R7) da 680 ohm: attraverso tali resistenze arriva la corrente
ai segmenti del display che di volta in volta devono accendersi; il
ritorno a massa avviene tramite il piedino CC (catodo comune)
che è infatti collegato al negativo dell'alimentazione. Il valore delle
sette resistenze non è vincolante: con valori più alti, per esempio 820
ohm, i segmenti del display saranno meno luminosi, mentre con valori
più bassi (470 ohm) si accenderanno in modo più brillante; se si eccede
usando valori troppo bassi, si rischia di bruciare qualche segmento.
Naturalmente, in funzione del tipo di display che si utilizza, occorre
conoscerne la piedinatura, e cioè l'esatta corrispondenza dei piedini
con i vari segmenti.
I piedini 3, 4 e 5 dell'integrato 4511 hanno funzioni che in questo
caso non ci interessano; per il corretto funzionamento, è necessario
collegare i piedini 3 e 4 al positivo ed il piedino 5 al negativo
dell'alimentazione.
Il circuito così realizzato consente anche di esercitarsi col sistema
binario, e può avere pertanto una funzione "didattica": volendo, per
esempio, far accendere sul display il numero "7", occorrerà spostare in
posizione "H" le levette dei commutatori C1, C2 e C3 (come risulta
dalla tabella vista in precedenza). Si può osservare che ad ogni
commutatore corrisponde un certo valore o "peso" che contribuisce alla
formazione del valore finale: il commutatore C1 vale 1, il C2 vale 2,
il C3 vale 4 ed il C4 vale 8. Come si vede, in accordo col sistema di
numerazione binario, ogni valore non è altro che una potenza del numero
2 (C1 equivale a 2 elevato a zero, C2 equivale a 2 elevato alla prima
potenza, C3 equivale a 2 alla seconda e C4 equivale a 2 alla terza); il
valore sette si ottiene pertanto come somma di 1 + 2 + 4.
a
Nell'uso reale di tali circuiti, i valori binari (che noi abbiamo
simulato muovendo le levette dei quattro commutatori) provengono da
altri circuiti come risultato di conteggi ed elaborazioni diverse.
Un esempio classico è rappresentato dai "contatori", che, come dice il
nome, sono circuiti in grado di contare (o totalizzare) il numero di
impulsi in ingresso, e di fornire il valore di questo totale in forma
di codice BCD, presente su quattro piedini di uscita. Per visualizzare
il numero corrispondente, è sufficiente collegare i quattro piedini di
uscita del contatore con i quattro piedini di entrata di un integrato
pilota di display come il 4511, che abbiamo visto nell'esempio
precedente.
In figura 6 si vede l'esempio di uno di questi contatori: si tratta
dell'integrato MM74HC393 che contiene due contatori binari
indipendenti; ciascun contatore totalizza gli impulsi che arrivano
sull'ingreso di "clock" (piedini 1 o 13) e fornisce il totale sulle
uscite da Qa a Qd. I piedini 2 e 12 servono per effettuare il "clear",
ovvero per azzerare il conteggio e riportare a zero tutte le uscite.
originano dalle elaborazioni dei vari circuiti digitali, occorre che
tali valori siano fisicamente mostrati, in modo da risultare
chiaramente leggibili al nostro occhio. Uno dei dispositivi più
utilizzati a tale scopo è il "display a sette segmenti".
|
nome deriva dal fatto che le varie cifre, dallo zero al nove, vengono
composte "accendendo" dei segmenti luminosi, che non sono altro che dei
normali led aventi una forma allungata.
Il display a sette segmenti è dotato sul lato posteriore di una serie
di piedini che permettono di far arrivare tensione ai vari segmenti,
così da poterli accendere nella combinazione che si desidera. Uno dei
piedini è comune a tutti i sette segmenti, in quanto risulta collegato
ad una delle due loro estremità. Quando vengono messe in comune le
estremità che devono essere collegate al polo negativo, si dice che il
display è del tipo a catodo comune; se invece sono messe in comune le
estremità da collegare al polo positivo, si dice che il display è ad
anodo comune.
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come si possa procedere nella realtà per far apparire i numeri sul
nostro display. La cosa più semplice, volendo realizzare un comando
manuale, sarebbe quella di inserire tanti interruttori per accendere e
spegnere a piacere i vari segmenti. Certo non sarebbe un sistema comodo
da usare: per far apparire la cifra 1, ad esempio, dovremmo chiudere
gli interruttori b e c; per la cifra due dovremmo chiudere gli interruttori a - b - g - e - d e così via. Si tratta insomma di operazioni lente e noiose.
Si potrebbe allora pensare di usare 10 interruttori, uno per ogni
cifra, collegando ad ogni interruttore tutti i segmenti che
rappresentano una certa cifra. L'idea è realizzabile, ma richiede un
elevato numero di diodi, da interporre fra gli interruttori ed i
segmenti; se infatti non si usassero i diodi, i segmenti risulterebbero
collegati l'uno all'altro, e si accenderebbero tutti insieme.
Anche se un simile circuito è senz'altro fattibile, ci si rende presto
conto della elevata quantità di collegamenti da realizzare: nella
figura 3 sono stati rappresentati, come esempio, i collegamenti
necessari per le sole cifre 1 - 2 e 3, e già si fa fatica a seguirli;
figurarsi il lavoro occorrente per collegare tutte le 10 cifre!
|
Per fortuna vengono in nostro aiuto i soliti circuiti integrati tutto
fare; genericamente parlando, tali circuiti vengono detti "display
drivers" e cioè "circuiti per pilotare display". Tutti questi integrati
hanno piedini di uscita che si collegano ai segmenti del display, e ne
comandano l'accensione in funzione del numero da rappresentare.
Ciò che cambia è il modo in cui questi integrati accettano in ingresso
il dato da rappresentare: uno dei più comuni è il cosiddetto formato
"BCD", che significa "Binary Coded Decimal" (ovvero "valore decimale
codificato in binario"). Nel sistema BCD ogni cifra viaggia, per così
dire, su quattro fili, che trasportano ciascuno un valore binario,
ovvero un livello di tensione H o L (alto o basso, e cioè 1 o zero).
Nella tabella che segue vediamo le combinazioni di valori che
corrispondono ad ogni cifra:
| cifra | D1 | D2 | D3 | D4 |
| 0 | L | L | L | L |
| 1 | H | L | L | L |
| 2 | L | H | L | L |
| 3 | H | H | L | L |
| 4 | L | L | H | L |
| 5 | H | L | H | L |
| 6 | L | H | H | L |
| 7 | H | H | H | L |
| 8 | L | L | L | H |
| 9 | H | L | L | H |
Sull'integrato sono presenti quattro piedini proprio per ricevere i
quattro fili che portano l'informazione BCD; in genere sono indicati
come A0, A1, A2, A3 oppure D0, D1, D2, D3 o ancora, semplicemente, A,
B, C, D.
I circuiti integrati di questo tipo, che ricevono in ingresso un codice
BCD e comandano di conseguenza i sette segmenti del display collegati
sui piedini di uscita, vengono detti "BCD to 7segment decoder-driver",
che è come dire che tali integrati decodificano il codice BCD in
ingresso e lo trasformano in una combinazione adatta a pilotare i vari
segmenti del display.
Ci sono circuiti integrati adatti a pilotare display a catodo comune ed
altri che possono pilotare display ad anodo comune; il circuito 4511
che vediamo in figura 4 è del primo tipo.
|
Per rendersi bene conto del funzionamento di questi circuiti è
utile costruire lo schema che si vede nella figura 5; per la sua
realizzazione è sufficiente procurarsi il seguente materiale:
- un integrato 4511
- un display a sette segmenti del tipo a catodo comune
- 7 resistenze da 680 ohm, 1/4 di watt
- 4 commutatori a levetta o a slitta
Per l'alimentazione va bene una tensione compresa fra 6 e 10 volt.
|
Come si vede dallo schema, le quattro entrate A, B, C, D sono collegate
ai commutatori C1, C2, C3, C4: spostando la levetta di ciascun
commutatore, ogni entrata può essere commutata a livello alto H oppure a livello basso L.
Le uscite che comandano i sette segmenti, corispondenti alle lettere da ag,
sono collegate ai piedini del display, interponendo sette resistenze
(da R1 a R7) da 680 ohm: attraverso tali resistenze arriva la corrente
ai segmenti del display che di volta in volta devono accendersi; il
ritorno a massa avviene tramite il piedino CC (catodo comune)
che è infatti collegato al negativo dell'alimentazione. Il valore delle
sette resistenze non è vincolante: con valori più alti, per esempio 820
ohm, i segmenti del display saranno meno luminosi, mentre con valori
più bassi (470 ohm) si accenderanno in modo più brillante; se si eccede
usando valori troppo bassi, si rischia di bruciare qualche segmento.
Naturalmente, in funzione del tipo di display che si utilizza, occorre
conoscerne la piedinatura, e cioè l'esatta corrispondenza dei piedini
con i vari segmenti.
I piedini 3, 4 e 5 dell'integrato 4511 hanno funzioni che in questo
caso non ci interessano; per il corretto funzionamento, è necessario
collegare i piedini 3 e 4 al positivo ed il piedino 5 al negativo
dell'alimentazione.
Il circuito così realizzato consente anche di esercitarsi col sistema
binario, e può avere pertanto una funzione "didattica": volendo, per
esempio, far accendere sul display il numero "7", occorrerà spostare in
posizione "H" le levette dei commutatori C1, C2 e C3 (come risulta
dalla tabella vista in precedenza). Si può osservare che ad ogni
commutatore corrisponde un certo valore o "peso" che contribuisce alla
formazione del valore finale: il commutatore C1 vale 1, il C2 vale 2,
il C3 vale 4 ed il C4 vale 8. Come si vede, in accordo col sistema di
numerazione binario, ogni valore non è altro che una potenza del numero
2 (C1 equivale a 2 elevato a zero, C2 equivale a 2 elevato alla prima
potenza, C3 equivale a 2 alla seconda e C4 equivale a 2 alla terza); il
valore sette si ottiene pertanto come somma di 1 + 2 + 4.
a
|
Nell'uso reale di tali circuiti, i valori binari (che noi abbiamo
simulato muovendo le levette dei quattro commutatori) provengono da
altri circuiti come risultato di conteggi ed elaborazioni diverse.
Un esempio classico è rappresentato dai "contatori", che, come dice il
nome, sono circuiti in grado di contare (o totalizzare) il numero di
impulsi in ingresso, e di fornire il valore di questo totale in forma
di codice BCD, presente su quattro piedini di uscita. Per visualizzare
il numero corrispondente, è sufficiente collegare i quattro piedini di
uscita del contatore con i quattro piedini di entrata di un integrato
pilota di display come il 4511, che abbiamo visto nell'esempio
precedente.
In figura 6 si vede l'esempio di uno di questi contatori: si tratta
dell'integrato MM74HC393 che contiene due contatori binari
indipendenti; ciascun contatore totalizza gli impulsi che arrivano
sull'ingreso di "clock" (piedini 1 o 13) e fornisce il totale sulle
uscite da Qa a Qd. I piedini 2 e 12 servono per effettuare il "clear",
ovvero per azzerare il conteggio e riportare a zero tutte le uscite.
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