Corso di Elettronica PROGETTAZONE E REALIZZAZIONE DI CIRCUITI ELETTRICI ED ELETTORONICI DOCENTE: PROF. GIUSEPPE NATALE CLASSE 3°A REMEDELLO CLASSE 3°D E 3°E DI CALVISANO 3° Lezione I diodi LED e i DISPLAY Il termine "LED" è un acronimo che sta per "Light Emitting Diode", ovvero "diodo che emette luce". I led sono in grado di emettere radiazioni luminose quando siano attraversati da una corrente elettrica; il valore di tale corrente è compreso fra 10 e 30 mA. Il funzionamento del led si basa sul fenomeno detto "elettroluminescenza", dovuto alla emissione di fotoni (nella banda del visibile o dell'infrarosso) I led hanno un terminale positivo ed uno negativo, e per funzionare devono essere inseriti in circuito rispettando tale polarità; in genere il terminale positivo è quello più lungo, ma lo si può individuare con certezza osservando l'interno del led in controluce: come si vede in figura, l'elettrodo positivo è sottile, a forma di lancia, mentre il negativo ha l'aspetto di una bandierina. Diodo led Quando si utilizza un led, è necessario disporre sempre una resistenza in serie ad esso, allo scopo di limitare la corrente che passa ed evitare che possa distruggersi; la caduta di tensione ai capi di un led può variare da 1,1 a 1,6 V. Diversamente dalle comuni lampadine, il cui filamento funziona a temperature elevatissime, i led emettono luce fredda, e possono lampeggiare a frequenze molto alte, superiori al Mhz. I led più comuni emettono luce rossa, arancio, gialla o verde. Calcolo della resistenza di un led Abbiamo già detto che in serie al led occorre inserire una resistenza per limitare il passaggio di corrente; Esempio (vedere figura): vogliamo far funzionare un led con una tensione di 12 V, limitando la corrente a 20 mA (e cioè a 0,02 A) R = (12 - 1,4) : 0,02 = 530 ohm (poichè tale valore non esiste in commercio, useremo il valore standard più vicino, ad esempio 470 oppure 560 ohm) La visualizzazione dei numeri 14 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". Figura 1: Display a sette segmenti e visualizzazione delle cifre numeriche 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. Figura 2 Collegamenti in un display a catodo comune: come si vede, ogni segmento è identificato tramite una lettera da a a g; con un display di questo tipo, occorre collegare a massa il piedino CC (catodo comune) e far pervenire una tensione positiva ai piedini corrispondenti ai segmenti da accendere. 15 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 e g 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. 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 7 H H H L 8 L L L H 9 H L L H H H L 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. 16