DECODIFICADOR 7 SEGMENTOS 74LS47

DECODIFICADOR 74LS47 PARA 7 SEGMENTOS

Es un dispositivo que "decodifica" un código de entrada en otro. Es decir, transforma una combinación de unos y cero, en otra. 74LS47, en particular transforma el código binario en el código de 7 segmentos. Parece confuso, pero en breve quedará más claro.

 

 

El decodificador recibe en su entrada el número que será visualizado en el display. Posee 7 salidas, una para cada segmento. Para un valor de entrada, cada salida toma un estado determinado (activada o descativada). 

 

La entrada consiste en 4 patas o pines donde el decodficador recibe los números binarios. Podemos ingresar valores de 0 a 9 en formato binario. 

 

Para ingresar un "0" en un pin, conectaremos el mismo al terminal negativo de la fuente. Para ingresar un "1", vamos a conectarlo al terminal positivo. En el tutorial estoy utilizando un decodificador TTL, por lo que la fuente debe ser de 5v. 

 

Como es un decodificador 74LS47? El dispositivo viene en un encapsulado DIP16. Sus pines o patillas son:

 

• Entradas: 4 pines de entrada para ingresar el dígito a mostrar en binario.
• Salidas: 7 pines de salida, uno para cada segmento.
• Control: 3 pines de control. Por el momentos no entraremos en detalle para que se utilizan.
• Alimentación: 2 pines para alimentación, fuente (+) y fuente (-).

 

Entonces, como ya lo dijimos, hay que aplicar el número deseado en la entrada y el dispositivo, automaticamente, habilita los segmentos correspondientes a la salida. Supongamos que queremos mostrar el numero 5. Utilizando la tabla anterior vemos que 5 en binario es 0101. Debemos aplicar este valor en los pines de entrada en el orden DCBA, es decir DCBA = 0101, o sea D=0, C=1, B=0, A=1. Al hacerlo, el integrado enciende todos los segmentos, salvo "b" y "e" para mostrar el número 5.

 

 

Veamos ahora, los valores reales de tensión en la entrada y salida. Recuerden que el "1" lógico equivale a 5v y el "0" lógico a 0v. Vemos nuevamente el mismo gráfico, ahora con los valores de tensión en la entrada y la salida:

 

 

Por favor, presten atención a los niveles en la salida. Los segmentos encendidos tienen un nivel lógico 0 y los apagados 1. Es decir, cuando el decodificar pone 0v en una salida, el segmento debe quedar encendido, y el mismo se apaga cuando la salida presenta 5v. Este tipo de salida se denomina activo baja, lo que significa que cuando la salida esta en nivel bajo (0 lógico), la salida esta activa. Resumiendo:

• En la entrada del 74LS47 hay que ingresar un código binario
• El valor binario es una combinación de unos y cero, siendo, "0" lógico = 0v; "1" lógico = 5v.
• En la salida aparece la combinación de siete segmentos correspondiente.
• Cada pin de salida corresponde a un segmento.
• Las salidas son activo baja, es decir, "0" lógico = encendido; "1" lógico = apagado.

 

¿Como encender los segmentos? Ahora que tenemos claro como funciona el decodificador, veamos como conectarlo con el display de 7 segmentos. En definitiva, cada patilla de salida controla un segmento, o sea un LED. Y lo que tenemos que lograr es que el LED quede encendido cuando se le aplican 0v, y que se apague al aplicar 5v. Esto tiene un porque, y hacerlo es muy simple. La conexión que debemos realizar es la siguiente. 

 

eamos la conexión: tenemos la fuente de 5v, conectada a un resistor en serie con el LED. El cátodo del LED queda conectados a una pata del integrado 74LS47. Vean que pasa, cuando la salida del integrado esta en 0v, se produce una circulación de corriente desde la fuente hasta la pata, y el led se enciende. Pero, cuando la salida queda en 5v, no hay circulación de corriente (pues no hay desnivel de tensiones). ¿Simple, verdad? Si no esta muy claro como funciona, recomiendo leer el primer tutorial, donde explico como funciona un display anodo común, ya que justamente este tipo de display vamos a utilizar en este circuito. 

 

Circuito completo. Ahora, que ya tenemos el concepto del decodifcador y la forma en que enciende los segmentos, veamos el circuito completo:

 

Analicemos el circuito por partes. En primer lugar, veamos el dígito de 7 segmentos. Cada segmento esta conectado al pin correspondiente, mediante una resistencia de limitación de corriente. Los ánodos de todos los segmentos (es decir, la patilla Ánodo Común CA) se conectan a la fuente positiva de +5v. Es lo mismo que habíamos visto antes con un solo LED.

 

Ahora, veamos la entrada. Para ingresar la combinación de entrada estoy utilizando llaves tipo DIP switch. La llave 1 controla la entrada A, la 2 controla B, etc. Cuando la llave esta en ON, en la entrada se aplica una tensión de 0v (recordar que GND es 0v). Cuando esta en OFF, tenemos 5v, mediante las resistencias pull-up conectadas a la fuente positiva +5v. Es la forma clásica de controlar la entrada de un dispositivo digital, pero para los que no están familiarizados, aquí va una breve explicación de como funcióna. Veamos una sola entrada:

 

 

En la imagen de arriba, a la izquirda, esta el circuito para controlar una sola entrada digital. El pin de entrada queda conectado mediante una resistencia a +5v, y mediante una llave a tierra. Veamos que pasa, cuando llave queda abierta (imagen del medio). En ese caso, la entrada queda conectado a +5v. Hay una resistencia en el medio, pero las entradas digitales no toman corriente, a efectos prácticos la corriente vale cero. Entonces, quedan aplicados los +5v en la entrada, equivalente a un "1" lógico.

Por otra parte, con la llave cerrada (imagen a la derecha), la entrada queda conecta directamente a tierra, se aplican 0v equivalente a un "0" lógico. Sigue estando conectada a la fuente de +5v mediante la resistencia, pero ahora la situación cambio. Por la resistencia circula una corriente, desde +5v a tierra. Para que esta corriente no sea excesiva, las resitencias pull-up por lo general son grandes, entre 1 y 10k. (Si no colocamos una resistencia pull-up, al cerrar la llave, se produce un cortocircuito; por eso son necesarías las resistencias).

 

Veamos como quedo el circuito armado (clic aqui para acercar):

 

o que quedo en el tintero. Algunas cositas que quedaron pendientes en el desarrollos del articulo:

 

• Pines control: como lo mencione, el integrado tiene tres pines de control, no los vamos a utilizar. Para que el circuito funcione adecuadamente, hay que conectarlos a +5v. Lo hice mediante una resistencia pull-up. 
• En el circuito completo que se muestra arriba, no se indican los pines 8 y 16. Normalmente estos pines no se dibujan, ya que se sobreentiende son de alimentación y van a la fuente.
• Combinaciones de entrada: En la tabla de códigos de entrada, están las combinaciones desde 0000 hasta 1001. Pero, ¿que pasará si ingresamos una combinación que no esta en la tabla, por ejemplo, 1100 o 1111? Bueno, en el display aparecerán unos símbolos raros que no son números ni letras. A continuación les dejo la tabla que tome de la hoja de datos, para que vean de que se trata. 

 

DISPLAY 7 SEGMENTOS

Es un conjunto de 7 leds conectados y posicionados apropiadamente. Encendiendo algunos de ellos y apagando otros podemos ir formando diferentes números. Veamos la disposición de los segmentos:

 

 

Cada segmento esta designado con una letra. El punto decimal se denomina P. 

 

A la derecha vemos una representación del encapsulado con los pines para conectarlo a un circuito. A cada pin o pata del encapsulado le asignamos la letra correspondiente del segmento. Esto significa que, por ejemplo, con el pin "a" podemos controlar el estado del segmento "a" (encenderlo o apagarlo). Ademas vemos en el encapsulado dos patillas llamadas "U", cuya función pasaremos a explicar en breve.

 

Así, tenemos 8 leds colocados en forma de un dígito con punto decimal. Ahora bien, un led tiene dos extremos, ánodo y cátodo. Como en total tenemos 8 leds, debería tener 16 extremos (8 ánodos y 8 cátodos), sin embargo el encapsulado solo tiene 10. Esto se hace para reducir el tamaño del encapsulado y se logra de la siguiente manera. Los 8 led se interconectan internamente de tal forma que solo podemos acceder a uno de los dos extremos de cada led. El extremos sobrante de cada led se conecta internamente con los demás, y este punto de unión se encuentra disponible desde el exterior del encapsulado. Debido a este artilugio, tenemos dos tipos de display de 7 segmento:

• Ánodo Común: es aquel donde los ánodos de todos los leds se conectan internamente al punto de unión U y los cátodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.
• Cátodo Común: es aquel donde los cátodos de todos los leds se conectan internamente al punto de unión U y los ánodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.

Estas definiciones pueden parecer confusas así que veamos gráficamente ambos tipos de display y su implementación en un circuito. Veamos el cátodo común.

 

En el circuito anterior, el rectángulo gris representa el dígito de 7 segmentos en forma esquemática. Vemos que en el esquemático representamos cada segmento con un led, esto facilita entender el funcionamiento del circuito. En el esquema se ve claramente la conexión interna de los cátodos de todos los leds, dejando disponible externamente solo el punto de su unión. Con respecto al funcionamiento del circuito, también es muy fácil comprender lo que sucede. Mientras las 8 llaves están abiertas, no circula ninguna corriente y los 8 leds están apagados. Al cerrar cualquiera de las llaves, por la misma circulara una corriente que hace encender el led correspondiente. Por ejemplo, si cerramos la 2da y 3era llave, se encenderán los segmentos B y C y en el display aparece el numero 1. 

 

Ahora veamos el circuito con ánodo común. 

 

 

 

Podemos fácilmente notar la similitud y la diferencia con el circuito anterior. En este caso, son los ánodos los que se encuentran conectados internamente y por tal razón el punto unión ahora se conecta al terminal positivo de la batería. Nuevamente, cerrando cualquiera de las llaves, se encenderá el segmento correspondiente.

 

En este ejemplo utilizaremos un display tipo ánodo común. Mas adelante veremos cual es la ventaja de usar este tipo de display. Así que intentaremos armar el siguiente circuito. 

 

 

 

Cerrando cada una de las llaves, encenderemos el segmento correspondiente. A continuación pueden ver el mismo circuito armado en un protoboard:

  

 

Como se puede observar, en lugar de las llaves usamos dos dipswitchs deslizantes. Dipswitchs son llaves pequeñas listas para soldar sobre una plaqueta de circuito impreso. La llave esta cerrada en la posición ON. Lo lógico seria haber usado un solo dipswitch de 8 llaves, pero en el momento de armarlo no lo tenia a mano y utilice uno de seis y otro de tres llaves. La fuente de alimentación es de 5v. En este caso se deben utilizar resistores de 220 ohm, pero nosotros usamos resistores de 1K. Este tutorial lo armamos medio a las apuradas con los componentes que teníamos a mano. Igualmente, usar resistencias de mas alto valor hace que los leds se iluminen con menor intensidad, nada mas.

 

Para poder relacionar mas fácilmente el circuito armado en el protoboard con el esquemático, hemos combinado ambos en la siguiente imagen:

 

 

Los ánodos de todos los segmentos (punto de unión U o pata 8 del integrado) están conectados al terminal positivo de la fuente. En el cátodo de cada segmento se conecta la resistencia limitadora de corriente y esta a su vez es conectada a la llave correspondiente. Al cerrar la llave correspondiente al segmento este se ilumina. Entonces, que llaves deberíamos cerrar y cuales deberíamos dejar abiertas para ir formando los números en el display? Lo resumirnos en la siguiente tabla. 

 

 

 

Como se puede observar, haciendo la combinación de llaves abiertas/cerradas según se indica podemos mostrar cualquier dígito en el display. Veamos esto en acción: