În continuarea numărului anterior, vă prezentăm o serie de soluţii tehnice folosite la realizarea taximetrului electronic. Astăzi vom descrie construcţia afişajului
.
Din analiza făcută, în conformitate cu cerinţele de omologare, afişajul trebuie să cuprindă un număr de 12 celule de afişaj LED cu 7 segmente şi 12 LED-uri. Pe panoul frontal al aparatului, celulele de afişaj sunt aşezate în două rânduri de câte 6 celule şi sunt multifuncţionale.
În regimul normal de funcţionare, celulele de pe primul rând sunt folosite pentru afişarea tarifului curent şi a numărului acestuia (fiind posibile mai multe tarife). În regimul de programare, aceleaşi celule se utilizează pentru afişarea numărului de impulsuri primite de la traductor, la parcurgerea unei distanţe de 1 km, în vederea etalonării.
Celulele de pe al doilea rând sunt folosite pentru afişarea sumei de plată pentru client. La staţionare, aceleaşi celule permit afişarea totalurilor acumulate de aparat (kilometri parcurşi cu client şi în total, suma de bani acumulată încasată).
Diodele LED permit diverse semnalizări (liber, ocupat, oprire cursă, tarif staţionare, tarif parcurs, total km. cu client, total km., sumă totală încasată) şi ajută la interpretarea informaţiilor de pe celulele de afişare cu 7 segmente.
Celulele de afişare LED, cu 7 segmente, sunt de tipul cu anod comun. A fost folosit display-ul dual cu 7 segmente HDSP5521, ce se prezintă într-o capsulă cu 18 pini, dar se pot folosi, în principiu, orice alte celule de afişare LED cu 7 segmente.
În schema hardware, celulele de afişare cu 7 segmente sunt comandate prin multiplexare, fiind aşezate într-o matrice cu 3 rânduri şi 4 coloane. De asemenea, diodele LED sunt comandate multiplexat şi sunt conectate într-o matrice similară cu 3 rânduri şi 4 coloane.
În figura 1 se prezintă organizarea conectării celulelor de afişare şi a diodelor LED în structura de multiplexare. Cele 4 coloane ale matricii celulelor de afişare, precum şi coloanele de LED-uri sunt comune, fiind comandate de 4 tranzistoare PNP, ce suportă un curent de colector de 1A la saturaţie si au o tensiune emitor-colector tot la saturaţie relativ mică (sub 0.3 V). Cele 4 tranzistoare PNP, notate în schemă T1, T2, T3 si T4 sunt de tipul ZTX951, dar se pot folosi şi alte tranzistoare echivalente, ce prezintă performanţele indicate.
Pentru comanda acestei structuri se folosesc liniile porturilor P0, respectiv P2 ale microcontrolerului. În total, numărul liniilor de port folosite este de 14, câte 7 de la fiecare port. Pentru asigurarea unui curent corespunzător acţionării celor 4 tranzistoare PNP (T1, …, T4), precum şi pentru comanda catozilor comuni ai diodelor LED (L1, L2 si L3) este folosit un circuit ULN2003, ce conţine 7 tranzistori NPN pe capsulă, cu emitorul comun, curentul de colector suportat fiind de 1A. Comanda bazelor tranzistoarelor NPN este asigurată prin liniile P0.0 până la P0.6 ale microcontrolerului. Pentru o polarizare corectă sunt folosite 7 rezistenţe cu valoarea de 10k, grupate într-o reţea rezistivă.
Aprinderea unei diode LED presupune saturarea tranzistorului PNP din coloana corespunzatoare şi trecerea catodului respectiv în starea ‘0’-logic, prin comenzi ce urmează să fie generate în acest caz pe liniile corespunzătoare ale portului P0 de la microcontroler.
Pentru comanda celor 3 rânduri de catozi comuni ai celulelor de afişare cu 7 segmente sunt folosite 3 circuite de decodificare binar – 7 segmente, prevăzute cu latch-uri, de tipul 74HCT4543 sau MMC4543. Cum circuitul 4543 nu are capabilitatea de a comanda direct diode LED (el fiind proiectat pentru comanda segmentelor LCD), pentru realizarea amplificării în curent sunt folosite alte 3 circuite ULN2003. Limitarea curentului ce trece prin segmentele celulelor de afişare se face prin rezistenţe plasate în serie. Valoarea de limitare a curentului este de 60 mA, asigurând o iluminare suficientă a segmentelor LED.
Celulele LED trebuie să admită acest curent repetitiv de vârf. Aprinderea unei celule LED se va face prin aplicarea şi memorarea codului binar pentru cifra ce urmează să fie afişată la circuitul 4543 şi, corespunzător, saturarea tranzistorului PNP ce comandă anodul comun al celulei.
Existenţa celor 3 circuite 4543, prin latch-urile conţinute, permit ca la un moment dat să fie activate 3 celule de memorare, care să afişeze informaţii diferite. De fapt, saturarea unui tranzistor PNP crează premisele de lucru cu 3 celule de afişare şi cu 3 LED-uri, în condiţiile de programare software precizate anterior.
Afişarea multiplexată presupune ca la un moment dat să fie saturat doar un singur tranzistor PNP din cele 4 existente, procedura de comandă trebuind să fie periodică, iar frecvenţa de repetiţie urmând să fie mai mare decât frecvenţa de percepere fiziologică a ochiului uman (50 Hz). O diagramă ce prezintă comenzile ce trebuie să fie aplicate în bazele celor 4 tranzistoare PNP este indicată în figura 2. Diagrama reliefează faptul că nu trebuie să apară suprapuneri ale comenzilor, pentru a nu produce iluminări nedorite ale LED-urilor. Saturarea unui tranzistor PNP trebuie să fie precedată de blocarea celui anterior. În perioada de blocare a tuturor tranzistoarelor PNP, trebuie să aibă loc poziţionarea comenzilor pentru iluminarea corespunzătoare a elementelor de afişare LED aflate pe următoarea coloană.
Sursa de alimentare pentru întreaga structură este unică (+5V) şi se obţine de la o sursă monolitică LM7805 (2A). Este prevăzută o diodă 1N5401 pentru asigurarea protecţiei la o eventuală alimentare inversă, precum şi o siguranţă fuzibilă dimensionată pentru 2 A.
Prof. dr. ing. Gheorghe Şerban
Universitatea din Piteşti
Facultatea de Electronică şi Electromecanică
Catedra de Electronică
e-mail: serban@electra.upit.ro