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1. Einleitung

Unter Jumbo-Anzeigen sind hier 7-Segment LED-Anzeigen gemeint, bei denen pro Segment mehr als eine LED in Reihe geschaltet ist. Daher sind diese Anzeigen mit höheren Spannungen als 5V pro Segment zu betreiben. Damit ist es nicht mehr möglich, diese Anzeigen direkt an einem Microcontroller zu betreiben.

Die innere Beschaltung ist dem Datenblatt zur Kingbright-Anzeige SA23-12SRWA entnommen. Die Anzeigen verfügen über eine gemeinsame Anode (Pin 3&8), was sich als günstiger bei der Ansteuerung erweist.

Würde man nun die Anode auf Vdd legen und die Pins wie gewohnt mit einem Treiber bzw. direkt am Mikrocontroller betreiben, so wird es zu Problemen kommen. Angenommen man versorgt die Anzeige mit 12V, so leuchten die Segmente bei Low-Pegel wie gewünscht. Will man das Segment ausschalten, so geht der Treiber in den High-Zustand (üblicherweise 5V). Jetzt gibt es jedoch noch eine Spannungsdifferenz von ca. 7V, was meist für ein erkennbares Glimmen der Segmente ausreicht, die Segmente sind also nicht vollständig abgeschaltet.

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2. Planung

Naheliegende und sehr elegante Lösung wären Treiber mit o.c. (open collector) Ausgängen. Diese schalten nur zwischen Low und high impedance (hochohmig). Damit lassen sich die Segmente wieder vollständig abschalten. Ein geeigneter Treiber und BCD-Dekoder (spart Steuerleitungen) ist der 74(LS)247. Dieser ist in der Lage bis zu 24mA je Segment zu treiben und verträgt eine Versorgungsspannung der Anzeige bis zu 30V (LS-Typ 15V).

Sollen nun mehrstellige Anzeigen angesteuert werden, so gibt es grundsätzlich zwei Wege:

1. Schieberegister
Mit Hilfe eines Schieberegisters (seriell zu parallel) können die Segmente aller Anzeigen gleichzeitig angesteuert werden (kein Multiplexbetrieb). Allerdings wird es vermutlich keine Schieberegister mit o.c.-Ausgängen geben und zudem wird ein Schieberegister nur kleine Ströme treiben können. Daher wäre bei der Verwendung von Schieberegistern pro Segment noch ein Treiber notwendig.

2. Multiplexbetrieb
Beim Multiplexbetrieb wird immer nur eine Anzeige angesteuert und dann so lange abgeschaltet, bis alle anderen Anzeigen angesteuert wurden. Das heißt, bei einer 4-stelligen Anzeige leuchtet jede einzelne Stelle nur 25% der Zeit, was sich natürlich bei der Helligkeit bemerkbar macht. Um dies zu kompensieren, wird der Strom durch die LEDs erhöht (Ratings sind dem Datenblatt zu entnehmen). Um unsere Anzeige im Multiplex-Betrieb zu betreiben, muss die Versorgungsspannung für die Kathode zuschaltbar sein. Dazu wird ein geeigneter Transistor (hier BC547) verwendet, der vom Microcontroller angesteuert wird. Die Steuerleitungen (a-f) der Segmente aller Anzeigen werden parallel geschaltet. Ein Element kann jetzt nur leuchten, wenn ein BCD-Code anliegt und zudem eine der Anzeigen eingeschaltet wird. Die Ansteuerung der Transistoren erfolgt entkoppelt über eine o.c.-Endstufe (hier 7407), damit 12V und 5V Zweig klar getrennt bleiben. Zum Einsparen von Steuerleitungen kann man an dieser Stelle auch einen Binär-Dekoder verwenden.

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3. Umsetzung

Aufbau

Für die Aufgabenstellung sollte eine 3-stellige Anzeige genügen. Die Ansteuerung findet auf der Trägerplatine für die 7-Segment-Anzeigen Platz. Neben dem Microcontroller sind die 3 Treibertransistoren, sowie der 7407 und der 74LS247 erkennbar. Damit ist die gesamte Ansteuerung umgesetzt. Meine Schaltung soll letztendlich die Zeit zwischen zwei externen Signalen messen und 3-stellig ausgeben.

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