Der BCD-zu-7Segment-Decoder

  1. Einleitung

    Zur Anzeige der Datenworte auf dem Daten- und Adressbus der CPU ist ein Display mit 7-Segment-Anzeigen vorgesehen. Diese Baugruppe ist ebenfalls in Relaistechnik aufgebaut. Ein zweistelliges Display ist mit dem Datenbus verbunden und ein dreistelliges mit dem Adressbus der CPU. Die Datenworte werden als Hexadezimalzahl angezeigt, da die Anzeige als Binärzahl zu unübersichtlich ist. Als Kompromisslösung werden für die Darstellung der Ziffern keine Glühlampen sondern Leuchtdioden eingesetzt.


  2. Die Schaltung des BCD-zu-7Segment-Decoders

    Auf dem folgenden Bild ist die Schaltung des BCD-zu-7Segment-Decoders dargestellt.

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    Die Anschlussleitungen des Steckers P1 führen über einen 10-poligen Pfostensteckverbinder zum internen CPU-Bus und haben folgende Bedeutungen:
    PinnummerNameFunktionPegel
    1D0Dateneingang 00V,12V,H
    2GNDStromversorgung 0V0V
    3D1Dateneingang 10V,12V,H
    4GNDStromversorgung 0V0V
    5D2Dateneingang 20V,12V,H
    6GNDStromversorgung 0V0V
    7D3Dateneingang 30V,12V,H
    8+12VStromversorgung 12V12V
    9+12VStromversorgung 12V12V
    10+12VStromversorgung 12V12V


  3. Funktionsweise der Schaltung

    Die Schaltung besteht im Wesentlichen aus 3 Komponenten.

    Die Funktionsweise ist recht einfach. Die Anzeigeeinheit ist so verschaltet, dass die Leuchtdioden alle ständig leuchten. Die Leuchtdioden eines Segments sind jeweils in Reihe geschaltet und liegen mit einem 470Ohm Vorwiderstand an 12V an. Damit zeigt die Anzeige die Ziffer 8 an. Wird an den Dateneingängen D0..D3 nun z.B. ein logischer 0-Pegel (0Volt) angelegt, dann sind die Relais REL1,2,3,4,5 alle abgefallen und es ergibt sich die Kontaktstellung, so wie sie im Schaltbild dargestellt ist. Das bedeutet nun, dass das GND-Potential (0V) vom Anschluss REL5[3] über die Relais REL4 und REL3 bis zum Anschluss REL2[5] durchgegeben wird und damit an der Diode D54 der Diodenmatrix anliegt. Die Diode ist also in Durchlassrichtung geschaltet. Da die Anode dieser Diode mit den LEDs des Segments g verbunden ist, führt die Diode also den LEDstrom komplett ab, da die Durchlassspannung der Diode (0,7V) viel geringer ist als die Durchbruchsspannungen der drei LEDs (ca 6,4V) ist. Die LEDs des Segments sind also im Prinzip kurzgeschlossen und verlöschen damit. Da alle anderen Segmente weiter leuchten erscheint in der Anzeige die Ziffer 0 (Null). Wie unschwer nachzuvollziehen ist, verhält sich die Schaltung bei anderen Datenworten ähnlich. Der Relaisausgang der 8 REL2[6] ist deshalb auch nicht beschaltet, weil zur Darstellung der acht keine LED verlöschen muss. Ich habe diese Decodervariante aus zwei Gründen gewählt:


  4. Wahrheitstabelle

    In der Wahrheitstabelle sind zu den 16 verschiedenen binären Datenworten jeweils die zugehörigen Darstellungen im 7-Segment-Display angegeben. Für die Binärzahlen oberhalb der dezimalen 9 werden die üblichen hexadezimalen Zahlzeichen A,B,C,D,E und F verwendet.
    Die Kurzzeichen haben folgende Bedeutung:
    0=logisch 0-Pegel, entspricht 0V oder hochohmiger Zustand
    1=logisch 1-Pegel, entspricht 12V
    an= das entsprechende Segment leuchtet
    aus= das entsprechende Segment leuchtet nicht
    DateneingangSegmenteBemerkungen
    D3D2D1D0 a b c d e f g 
    0 0 0 0 an an an an an anausZiffer 0
    0 0 0 1aus an anausausausausZiffer 1
    0 0 1 0 an anaus an anaus anZiffer 2
    0 0 1 1 an an an anausaus anZiffer 3
    0 1 0 0aus an anausaus an anZiffer 4
    0 1 0 1 anaus an anaus an anZiffer 5
    0 1 1 0 anaus an an an an anZiffer 6
    0 1 1 1 an an anausaus anausZiffer 7
    1 0 0 0 an an an an an an anZiffer 8
    1 0 0 1 an an an anaus an anZiffer 9
    1 0 1 0 an an anaus an an anZiffer A
    1 0 1 1ausaus an an an an anZiffer b
    1 1 0 0 anausaus an an anausZiffer C
    1 1 0 1aus an an an anaus anZiffer d
    1 1 1 0 anausaus an an an anZiffer E
    1 1 1 1 anausausaus an an anZiffer F


  5. Schluss

    Der ganze Anzeigendecoder wurde auf einer einseitigen Platine mit 160mmx100mm aufgebaut. Der Anzeigenteil wurde abgetrennt und über Lötverbindungen rechtwinklig mit der Platine verbunden. Mehrere Anzeigemodule können so zu mehrstelligen Displays vereint werden. Eine zweistellige Anzeige zeigt das aktuelle Datenwort auf dem Datenbus der CPU an und eine dreistellige Anzeige zeigt den Wert auf dem Adressbus (12bit) an.





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