K U R S
Podstawy projektowania systemów
mikroprocesorowych, część 4
W tej czÍÅ›ci kursu przedstawiamy sposoby statycznego
sterowania diodami i wyświetlaczami LED za pomocą
portÛw mikrokontrolera.
Zagadnienie niby dośĘ proste, ale - jak pokazuje praktyka
- nie do koÒca poznane.
Najbardziej rozpo- stąpienia emisji światła, dlatego
wszechnionym sposobem podczas projektowania zespołu wy-
obrazowania pracy nie- Å›wietlacza trzeba uwzglÍdniĘ ten
wielkich systemÛw z mik- parametr i porÛwnaĘ go z maksy-
rokontrolerami jednoukładowymi malnym prądem obciąłenia linii
są diody LED i oparte na nich wy- portu mikrokontrolera. Jełeli obcią-
Å›wietlacze siedmiosegmentowe. Å‚alnośĘ prÄ…dowa portu bÍdzie nie-
Umołliwiają one szybki, bezpośred- wystarczająca, to naleły zastosowaĘ
ni odczyt parametrÛw pracy urzÄ…- ukÅ‚ady poÅ›redniczÄ…ce - tranzystory
Urządzenia wyjściowe - dzenia, a ich zaletą jest czytelnośĘ, lub układy scalone (drivery) o od-
statyczne sterowanie nawet w całkowitych ciemnościach. powiedniej wydajności prądowej.
wyÅ›wietlaczy i diod LED Jednym z podstawowych para- Warto przypomnieĘ, Å‚e w wiÍk-
System mikroprocesorowy za- metrÛw charakteryzujÄ…cych wyÅ›wiet- szoÅ›ci mikrokontrolerÛw bezpo-
zwyczaj realizuje zadania, średnie dołączenie diody
w wyniku ktÛrych otrzymy- LED (wraz z rezystorem
Parametry zawsze z noty katalogowej
wany jest jakiś wynik. Wy- ograniczającym prąd płyną-
Podczas dobierania wartości rezystorów
nik ten jest bezuÅ‚yteczny cy przez diodÍ) jest moÅ‚li-
ograniczających prąd płynący przez
tak dÅ‚ugo, dopÛki nie znaj- we tylko w konfiguracji,
segment wyświetlacza lub diodę, należy
dziemy sposobu aby prze- w ktÛrej prÄ…d wpÅ‚ywa do
zawsze sprawdzać w notach katalogowych
słaĘ go na zewnątrz syste- portu mikrokontrolera (LED
wartości parametrów takich jak: maksymal-
mu. Do realizacji tego zada- wÅ‚Ä…czony miÍdzy ì+î zasi-
ny prąd wyjściowy portu i napięcie
nia sÅ‚uÅ‚Ä… w systemach mik- lania a liniÍ portu - rys.
przewodzenia diody LED. Dobieranie
roprocesorowych urzÄ…dzenia 15a). W tym przypadku
wartości rezystora ograniczającego prąd
wyjściowe. W zalełności od ustawienie stanu niskiego
 na oko nie jest zgodne ze sztukÄ…
formy w jakiej ma byĘ Ûw na wyprowadzeniu powodu-
projektowania i może doprowadzić do
wynik przekazany, mogÄ… to je zaÅ›wiecenie siÍ diody.
uszkodzenia elementów.
byĘ rÛÅ‚nego rodzaju wskaü- Rezystor ograniczajÄ…cy prÄ…d
niki i wyświetlacze, układy diody w tym układzie nale-
transmisji cyfrowej w okreÅ›lonym lacze LED (zarÛwno wyÅ›wietlacze Å‚y dobraĘ z zaleÅ‚noÅ›ci:
protokole, czy inne systemy prze- siedmiosegmentowe jak i pojedyncze Rogr = (5 - 0,5 - Uf)/If,
kazywania danych. diody) jest prÄ…d konieczny do wy- gdzie:
Uf - napiÍcie przewodzenia diody
(zaleły od koloru świecenia),
If - prÄ…d przewodzenia diody, je-
go wartośĘ maksymalna nie mo-
łe przekraczaĘ 20 mA.
Rys. 15. Różne sposoby sterowanie diod LED z wyjścia mikrokontrolera:
najczęściej stosowany w mikrokontrolerach z rodziny '51 (a), możliwy do Rys. 16. Budowa typowego portu
zastosowania w niektórych mikrokontrolerach '51 (b), niezalecany (c) I/O w mikrokontrolerach '51
Elektronika Praktyczna 6/2003
81
K U R S
lub wykorzystujący scalony driver, W układach mikroprocesoro-
np. ULN2803A w ukÅ‚adzie przedsta- wych bardzo czÍsto zachodzi ko-
wionym na rys. 18. Ten drugi wa- niecznośĘ podÅ‚Ä…czenia wiÍkszej
riant nadaje siÍ szczegÛlnie dobrze liczby wyÅ›wietlaczy 7-segmento-
do sterowania diod o dułej mocy wych czy diod LED, nił pozwala
(kilku...kilkunastu W), poniewaÅ‚ na to liczba wyprowadzeÒ zasto-
wydajnośĘ prÄ…dowa driverÛw zin- sowanego mikrokontrolera. Wyj-
tegrowanych w układzie ULN2803 ściem z sytuacji są układy wy-
jest wiÍksza niÅ‚ wymagana przez Å›wietlaczy dynamicznych (wy-
klasyczne LED-y. świetlacze multipleksowane). Za-
OmÛwione powyÅ‚ej sposoby sada ich dziaÅ‚ania polega na
sterowania wyÅ›wietlaczy i diod wspÛÅ‚dzieleniu wyprowadzeÒ mik-
Rys. 17. Tranzystor NPN jako
LED nalełą do grupy statycznych rokontrolera przez połączone
wzmacniacz prÄ…dowy do
- świecenie lub nie dołączonej do w grupy diody LED (np. jedna
sterowania diodÄ… LED
układu diody zaleły tylko od sta- grupa - jeden wyświetlacz sied-
UkÅ‚ad w ktÛrym dioda byÅ‚aby nu wyprowadzenia portu mikro- miosegmentowy) i doÅ‚Ä…czeniu do-
wÅ‚Ä…czona miÍdzy liniÍ portu a ma- kontrolera. Takie sterowanie powo- datkowych ukÅ‚adÛw sterujÄ…cych
sÍ jest nieprawidÅ‚owy - dioda nie duje, Å‚e obsÅ‚uga programowa jest zasilaniem poszczegÛlnych grup -
bÍdzie siÍ Å›wieciĘ lub bÍdzie siÍ bardzo prosta. Wystarczy tylko odpowiednio szybkie zapalanie
Å›wieciĘ bardzo sÅ‚abo z powodu wykorzystaĘ rozkazy ustawiania i gaszenie poszczegÛlnych grup
zbyt małej obciąłalności portu lub zerowania linii mikrokontrole- (wraz z wymuszeniem łądanych
w stanie ì1î (rys. 15b). MoÅ‚na co ra (SETB Px.y, CLR Px.y), stanÛw Å›wiecenia) oraz bezwÅ‚ad-
prawda zrezygnowaĘ z szeregowe- a w przypadku wykorzystywania nośĘ ludzkiego wzroku daje
go rezystora ograniczającego wbu- całego portu mikrokontrolera do w efekcie złudzenie świecenia ca-
dowanego wewnątrz mikrokontrole- sterowania diodami LED do ich łego wyświetlacza.
ra '51 (rys. 16) i doÅ‚Ä…czyĘ do li- obsÅ‚ugi moÅ‚na wykorzystaĘ takÅ‚e SzczegÛÅ‚y takich rozwiÄ…zaÒ
nii portu dodatkowy rezystor pod- rozkaz przesłania bajtu danych do przedstawimy za miesiąc.
ciągający o podobnej rezystancji portu (MOV Px,#{wartośĘ}). Paweł Hadam
(rys. 15b). Jednak układ ten nie
jest stosowany ze wzglÍdu na du-
Å‚y pobÛr prÄ…du - w chwili gdy
dioda nie Å›wieci jest on wiÍkszy
nił podczas jej świecenia!
W sytuacji, gdy wykorzystujemy
liniÍ portu mikrokontrolera niezdol-
ną samodzielnie do prawidłowego
wysterowania diody LED, naleły
zastosowaĘ układ pośredniczący, za-
pewniający odpowiednią wydajnośĘ
prądową. W zalełności od liczby
Rys. 18. Jeżeli mikrokontroler steruje większą ilością diod lub
dołączanych diod mołemy zastoso- segmentów wyświetlaczy można pokusić się o zastosowanie
waĘ układ z tranzystorem (rys. 16) scalonego drivera np. ULN2803
Elektronika Praktyczna 6/2003
82