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Siebensegmentdecoder
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Für die vielen Menschen, die keine Binär- und
Hexadezimalzahlen kennen, wurde die Siebensegmentanzeige
erfunden. Die hat jeder schon mal gesehen, sie malen
Zahlen mit Licht. Jede Ziffer der Zahl wird mit sieben
oder acht Leuchtdioden so geschrieben, dass wir sie als
Zahlen lesen können (LED-Anzeige).
Da sie aktiv leuchten kann man sie auch in dunkler Nacht
noch sehen. Das unterscheidet sie von den LCD-Anzeigen.
Die sind schwarz-grau, leuchten nicht selbst und
brauchen entweder Licht von vorne oder ihr Hintergrund
ist flächig beleuchtet.
Da unsere Digital-ICs mit Ziffern nur in Binärform
daherkommen, muss ein Übersetzer dafür sorgen,
dass bei Binär Sieben die richtigen drei Lämpchen
der Siebensegmentanzeige an sind. Wir könnten das
mit einer Handvoll Gatter-ICs auch selber verschalten,
aber dafür gibt es fertige Packungen, die das schon
alles richtig können und machen. Und eine solche
Fertigpackung Instant-Decoder namens 4511 wenden wir
hier an.
Nebenbei lernen wir, was mit unseren schönen, neu
erlernten Hexadezimalziffern A bis F wird wenn wir sie
auf dumme Instant-Decoderschaltungen loslassen.
Die Schaltung sieht so aus.
Die Hexadezimalzahl, die wir anzeigen wollen, machen wir
in diesem Fall mit einem Vierer-Mäuseklavier (unten
rechts, S1 bis S4). Angeschaltete Schalter produzieren
wieder eine logische Eins, ausgeschaltete eine Null.
Der Decoder 4511 macht aus dem Binärkauderwelsch
eine Siebensegmentansteuerung. Seine Eingänge A bis D
(A ist Eins wert, B ist Zwei, C ist Vier und D ist Acht
wert) werden vom Mäuseklavier gefüttert. Der
Taster (aktiv Low) übernimmt die eingestellte
Kombination in den internen 4-Bit-Speicher für
die Anzeige. Die anderen Eingänge sind bei der
Bauteilbeschreibung näher diskutiert.
Die Siebensegment-Ausgänge des 4511 sind über
1k-Widerstände mit den Segmenten der
Siebensegmentanzeigeeinheit verbunden, auch der
Dezimalpunkt. Die gemeinsame Kathode aller LEDs ist
mit Minus verbunden.
Die Widerstände von 100kΩ
und von 1 kΩ und die
16-polige IC-Fassung
kennen wir schon. Neu ist der 4511, die Siebensegmentanzeige
und der Taster.
Die Siebensegmentanzeige sieht innen und äußerlich
so aus:
Das Schaltbild links zeigt die Anschlussfolge von oben. Jedes der sieben
Segmente ist eine länglich geformte Leuchtdiode mit ihrem
Anodenanschluss an einem der Anschlusspins und allen Kathoden
zusammen an den beiden Anschlüssen mit der Bezeichnung K.
Unser Exemplar hat noch einen Dezimalpunkt mit einer kleinen
runden Leuchtdiode.
Bei einigen Anzeigen sind die Anschlusspins etwas kurz geraten.
Wenn wir sie in unser Experimentierbrett drücken, springen
sie wieder heraus. Dem kann man leicht abhelfen, indem man die
beiden Reihen einer 14-poligen IC-Fassung vorsichtig mit der
Petze auseinanderschneiden und die Anzeige auf die beiden Teile
huckepack montiert wird.
Dies hier ist der 16-polige Decoder und Anzeigentreiber.
Sein
Anschlussbild ist im Schaltbild gezeichnet. Seine Anschlüsse
sind folgende:
- VDD, VSS: Betriebsspannung 3..18 V, Plus und Minus,
- A..D: Eingänge, A=Bit 0 bis D=Bit 3,
- a..g: LED-Treiberausgänge, aktiv High,
- LT: Lamptest, schaltet alle Segmente an, aktiv Low,
- RB: Ribble Blanking, schaltet alle Segmente aus, zur
Unterdrückung führender Nullen bei mehrstelligen
Zahlen, aktiv Low,
- ST: Store, speichert den Zustand der Eingänge
zwischen, aktiv Low.
Der Baustein lässt sich also noch für andere Zwecke
benutzen. So kann man an die Eingänge einen
Zählerbaustein anschließen. Solange der zählt,
bleibt ST auf High. Erst wenn er fertig ist mit Zählen,
wird ST kurz auf Low geschaltet und die Anzeige auf den
erreichten Zählerstand umgeschaltet.
Den Taster kennen wir aus dem Elektronikkurs.
Er schließt beim Drücken einfach den Stromkreis an
den beiden Anschlüssen.
Die für dieses Experiment benötigten Bauteile sind in der
Bauteilliste für den
Versandhandel Reichelt
aufgelistet.
Der Aufbau erfolgt so:
Die Steuerungsseite des 4511 sieht im Detail so aus:
Die Anzeige ist so verdrahtet:
Das Mäuseklavier kann verstellt werden, ohne dass die Anzeige
dem unmittelbar folgt. Erst wenn die Taste gedrückt wird,
übernimmt der 4511 den aktuellen Stand (Zwischenspeicherung).
Dier Funktionsweise des 4511 ist recht einfach zu verstehen. Die zehn
Kombinationen der Siebensegment-LED-Anzeige sehen so aus:
Die Wahrheitstabelle der sieben Segmenttreiberausgänge geht so:
Dezimal
Hexadezimal | Binär | a | b | c | d | e | f | g |
|---|
| 0 | 0000 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0001 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0010 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 3 | 0011 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 4 | 0100 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 5 | 0101 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 6 | 0110 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 7 | 0111 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 1000 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 9 | 1001 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
Das könnte man natürlich mit UND-, ODER- und NICHT-Gattern
basteln. Macht aber kein vernünftiger Mensch so, weil es den 4511
für ein paar Cent zu kaufen gibt.
Ein Nachteil des 4511 ist, dass er die fünf extra-hexadezimal-Ziffern
1010 (A) bis 1111 (F) nicht beherrscht. Wenn wir mit dem Mäuseklavier
diese Ziffern einstellen, dann sehen wir diesen Nachteil: die Anzeige
geht einfach aus und nur der fest verdrahtete Dezimalpunkt ist noch an.
Da außer den Digitaltechnikern normale Menschen kein Hexadezimal
verstehen, ist der 4511 halt nur für Ganz-Normalos geeignet.
©2012 by Gerhard Schmidt