K U R S
Podstawy projektowania systemów
mikroprocesorowych, część 4
W tej cz�ści kursu przedstawiamy sposoby statycznego
sterowania diodami i wyświetlaczami LED za pomocą
port�w mikrokontrolera.
Zagadnienie niby dośĘ proste, ale - jak pokazuje praktyka
- nie do ko�ca poznane.
Najbardziej rozpo- stąpienia emisji światła, dlatego
wszechnionym sposobem podczas projektowania zespołu wy-
obrazowania pracy nie- świetlacza trzeba uwzgl�dniĘ ten
wielkich system�w z mik- parametr i por�wnaĘ go z maksy-
rokontrolerami jednoukładowymi malnym prądem obciąłenia linii
są diody LED i oparte na nich wy- portu mikrokontrolera. Jełeli obcią-
świetlacze siedmiosegmentowe. łalnośĘ prądowa portu b�dzie nie-
Umołliwiają one szybki, bezpośred- wystarczająca, to naleły zastosowaĘ
ni odczyt parametr�w pracy urzą- układy pośredniczące - tranzystory
Urządzenia wyjściowe - dzenia, a ich zaletą jest czytelnośĘ, lub układy scalone (drivery) o od-
statyczne sterowanie nawet w całkowitych ciemnościach. powiedniej wydajności prądowej.
wyświetlaczy i diod LED Jednym z podstawowych para- Warto przypomnieĘ, łe w wi�k-
System mikroprocesorowy za- metr�w charakteryzujących wyświet- szości mikrokontroler�w bezpo-
zwyczaj realizuje zadania, średnie dołączenie diody
w wyniku kt�rych 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 bezułyteczny cy przez diod�) jest mołli-
ograniczających prąd płynący przez
tak długo, dop�ki nie znaj- we tylko w konfiguracji,
segment wyświetlacza lub diodę, należy
dziemy sposobu aby prze- w kt�rej prąd wpływa do
zawsze sprawdzać w notach katalogowych
słaĘ go na zewnątrz syste- portu mikrokontrolera (LED
wartości parametrów takich jak: maksymal-
mu. Do realizacji tego zada- włączony mi�dzy �+� zasi-
ny prąd wyjściowy portu i napięcie
nia słułą w systemach mik- lania a lini� portu - rys.
przewodzenia diody LED. Dobieranie
roprocesorowych urządzenia 15a). W tym przypadku
wartości rezystora ograniczającego prąd
wyjściowe. W zalełności od ustawienie stanu niskiego
 na oko nie jest zgodne ze sztuką
formy w jakiej ma byĘ �w na wyprowadzeniu powodu-
projektowania i może doprowadzić do
wynik przekazany, mogą to je zaświecenie si� diody.
uszkodzenia elementów.
byĘ r�łnego rodzaju wska�- Rezystor ograniczający prąd
niki i wyświetlacze, układy diody w tym układzie nale-
transmisji cyfrowej w określonym lacze LED (zar�wno wyświetlacze ły dobraĘ z zalełności:
protokole, czy inne systemy prze- siedmiosegmentowe jak i pojedyncze Rogr = (5 - 0,5 - Uf)/If,
kazywania danych. diody) jest prąd konieczny do wy- gdzie:
Uf - napi�cie przewodzenia diody
(zaleły od koloru świecenia),
If - prąd 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 układzie przedsta- wych bardzo cz�sto zachodzi ko-
wionym na rys. 18. Ten drugi wa- niecznośĘ podłączenia wi�kszej
riant nadaje si� szczeg�lnie dobrze liczby wyświetlaczy 7-segmento-
do sterowania diod o dułej mocy wych czy diod LED, nił pozwala
(kilku...kilkunastu W), poniewał na to liczba wyprowadze� zasto-
wydajnośĘ prądowa driver�w zin- sowanego mikrokontrolera. Wyj-
tegrowanych w układzie ULN2803 ściem z sytuacji są układy wy-
jest wi�ksza nił wymagana przez świetlaczy dynamicznych (wy-
klasyczne LED-y. świetlacze multipleksowane). Za-
Om�wione powyłej sposoby sada ich działania polega na
sterowania wyświetlaczy i diod wsp�łdzieleniu wyprowadze� mik-
Rys. 17. Tranzystor NPN jako
LED nalełą do grupy statycznych rokontrolera przez połączone
wzmacniacz prądowy do
- świecenie lub nie dołączonej do w grupy diody LED (np. jedna
sterowania diodą LED
układu diody zaleły tylko od sta- grupa - jeden wyświetlacz sied-
Układ w kt�rym dioda byłaby nu wyprowadzenia portu mikro- miosegmentowy) i dołączeniu do-
włączona mi�dzy lini� portu a ma- kontrolera. Takie sterowanie powo- datkowych układ�w sterujących
s� jest nieprawidłowy - dioda nie duje, łe obsługa programowa jest zasilaniem poszczeg�lnych grup -
b�dzie si� świeciĘ lub b�dzie si� bardzo prosta. Wystarczy tylko odpowiednio szybkie zapalanie
świeciĘ bardzo słabo z powodu wykorzystaĘ rozkazy ustawiania i gaszenie poszczeg�lnych grup
zbyt małej obciąłalności portu lub zerowania linii mikrokontrole- (wraz z wymuszeniem łądanych
w stanie �1� (rys. 15b). Mołna co ra (SETB Px.y, CLR Px.y), stan�w świecenia) oraz bezwład-
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 dołączyĘ do li- obsługi mołna wykorzystaĘ takłe Szczeg�ły takich rozwiąza�
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 wzgl�du na du-
ły pob�r prądu - w chwili gdy
dioda nie świeci jest on wi�kszy
nił podczas jej świecenia!
W sytuacji, gdy wykorzystujemy
lini� 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