Moduł 3-znakowego, 17-segmentowego wyświetlacza LED

Zwykle w typowych zastosowaniach są używane wyświetlacze 7-segmentowe, jednak prezentowany moduł mający 16 segmentów LED umożliwia również wyświetlenie napisów. Owszem, niektóre znaki są troszkę kombinowane, jednak mimo wszystko czytelne. Prezentowany moduł został zaprojektowany w taki sposób, aby można było moduły łączyć w szeregi, co daje praktycznie nieograniczone możliwości wyświetlania dowolnych komunikatów. Moduł był opisywany w Elektronice Praktycznej nr 8/2010. Płytki do niego można nabyć poprzez stronę sklep.avt.pl.

Firma Prema Semiconductor wyprodukowała kapitalne układy scalone typu PR4010, które znacznie upraszczają sterowanie świecącymi elementami LED. Układ jest 10-bitowym rejestrem z wejściem szeregowym i wyjściami równoległymi. Wbudowane zatrzaski wyjściowa latch pozwalają na uniknięcie migotania diod LED podczas zapisu danych. Najważniejsze jest jednak to, że producent wbudował w strukturę układu źródła prądowe o maksymalnym prądzie obciążenia pojedynczego wyjścia do 10 mA (płynącym poprzez diodę LED z „+” zasilania), ustalanym za pomocą pojedynczego rezystora włączanego pomiędzy masę, a wejście BRT. Zwalnia to konstruktora z konieczności zastosowania rezystorów ustalających prąd wyjść. Oczywiście, jest to bardzo dobre rozwiązanie, o ile są do nich podłączone diody LED o takim samym prądzie zasilania. Zastosowane rozwiązanie upewnia użytkownika, że np. przez każdy segment wyświetlacza popłynie ten sam prąd (producent gwarantuje co najwyżej 5% rozrzut) i dzięki temu wszystkie będą świecić z tą samą intensywnością. Ma to bardzo duże znaczenie w przypadku stosowania wyświetlaczy matrycowych, np. 5×7 pikseli.

W tabeli 1 umieszczono opis funkcjonalny poszczególnych wyprowadzeń układu. Na rysunku 1 pokazano schemat modułu wyświetlacza LED zbudowanego się z trzech wyświetlaczy 16-segmentowych oraz dwóch układów PR4010. Zastosowano wyświetlacze typu PSA11-08 o wspólnej anodzie. Ich segmenty są podłączone do wyjść 0...9 układu U1 oraz 0...6 układu U2, natomiast wyjścia 7...9 sterują załączaniem poszczególnych cyfr. Odpowiednio, wyjście 7 załącza skrajny, lewy LED1, 8 – środkowy LED2, 9 – prawy LED3.

Rysunek 1. Schemat ideowy modułu wyświetlacza 3×16 segmentów LED

Układ jest szeregowym rejestrem przesuwającym, więc bit przesłany jako pierwszy staje się najstarszym, 10-tym. Dane doprowadzane są do wejścia DIN i wpisywane przy każdym narastającym zboczu na wejściu CLK. Narastające zbocze sygnału na wejściu LOAD powoduje przepisanie stanów z wewnętrznych rejestrów przesuwnych na wyjścia układu. W związku z taką budową wewnętrzną układu, pierwsze przesłane do modułu bity odpowiadają za załączenie poszczególnych cyfr. Jako tranzystory klucze zastosowano BC858 (T1...T3) o polaryzacji PNP, więc logiczna „1” powoduje zatkanie tranzystora i wyłączenie cyfry, natomiast „0” jej załączenie. Np. przesłanie do wyświetlacza sekwencji bitów (zapis zgodny z formatem języka C) 0b01111111, 0b01111100, 0b00001111 w kolejności od najstarszego do najmłodszego, powoduje zaświecenie na LED3 cyfry „3”.
Wyświetlacz musi być multipleksowany. Oznacza to, że w danym momencie może być załączona tylko jedna cyfra, a przełączanie pomiędzy nimi powinno być na tyle szybkie, aby ludzkie oko go nie zauważyło. Zaleca się częstotliwość multipleksowania równą co najmniej 50 Hz.
Wartość prądu płynącego przez segmenty ustalają rezystory R1 i R2. Powinny one mieć tę samą rezystancję, dzięki czemu uzyskuje się tę samą jasność świecenia poszczególnych segmentów. Dodatkowo, jasność tę można regulować za pomocą sygnału PWM doprowadzonego do wejścia BLANK. Normalnie (tab. 1) powinno ono być w stanie niskim, stan wysoki powoduje zgaszenie segmentów.
Moduły mają wyprowadzenia na krawędziach płytek, dzięki którym można je łatwo łączyć w łańcuchy (OUT do DIN następnego; CLK, LOAD, BRT, CTRL – wspólne). Producent zaleca, aby w takim łańcuchu nie było więcej niż 20 układów, co umożliwia wyświetlenie do 30 znaków w pojedynczym wierszu.

Rysunek 2. Schemat montażowy modułu wyświetlacza 3×16 segmentów LED

Na rysunku 2 pokazano schemat montażowy modułu wyświetlacza. Do jego budowy użyto elementów SMD, więc jego montaż wymaga pewnej wprawy. Najtrudniejsze ze względu na niewielki raster wyprowadzeń jest przylutowanie układów scalonych. Wyświetlacze należy przylutować na końcu.
Moduł jest zasilany napięciem 5 V. Prąd segmentów ustalono na wartość ok. 8 mA. Po poprawnym zmontowaniu moduł nie wymaga żadnych czynności regulacyjnych i od razu jest gotowy do pracy.

Jacek Bogusz
j.bogusz@easy-soft.net.pl

Wykaz elementów:
R1, R2: 56 kOhm (SMD, 0603)
C1, C2: 100 nF (SMD, 0603)
LED1...LED3: PSA11-08GWA
T1, T2, T3: BC858B (SOT-23)
U1, U2: PR4010