Decodificadores de BCD a 7 segmentos

Los decodificadores de BCD a 7 segmentos son muy utilizados para simplificar el uso de los display de 7 segmentos, comúnmente utilizados para mostrar los dígitos decimales de 0 a 9 en una pequeña pantalla formada con LED’s.

Código BCD

BCD (Decimal Codificado en Binario) es un código que representa valores decimales en formato binario, para ello forma grupos de 4 bits para representar cada valor del 0 al 9. El 9 es el valor máximo que se puede representar en un dígito decimal, si recordamos los número binarios el 9 es un 1001₂, requiere 4 bits, es por eso que cada valor BCD se representa con 4 bits, del 0000₂ al 1001₂ (0 – 9). Hay que destacar que BCD es un código, no un sistema de numeración, por lo que no está diseñado para hacer operaciones como sumas o restas, solo para representar valores decimales en binario.

En este ejemplo se muestra como un valor 52 decimal se puede codificar en binario utilizando BCD simplemente convirtiendo cada dígito decimal a su equivalente binario (un valor entre 0000₂ y 1001₂) y unir el resultado en un solo valor binario, en el caso de la izquierda resultaría en 01010010₂. Hay que destacar que no es equivalente a convertir 52 en binario, sino que es la unión del valor binario de cada dígito. Para codificar en BCD el 283 decimal se realiza el mismo proceso.

Para obtener el valor decimal de un valor BCD se separa en grupos de 4 bits y cada valor se convierte a su equivalente en decimal (resultará un valor de 0 a 9), se unen los valores resultantes para obtener el valor decimal final, en el ejemplo de arriba resulta 926.

Display de 7 segmentos

El display de 7 segmentos es un arreglo de 7 LED’s rectangulares colocados formando un 8 como se muestra en la siguiente imagen:

Cada uno de esos segmentos se identifica con una letra de la “a” a la “g” como se muestra en la imagen, muchas veces se incluye un punto nombrado “dp”, que también es un LED pero circular. Con este arreglo se pueden formar los dígitos del 0 al 9 encendiendo la combinación de LED’s adecuada, por ejemplo los segmentos a, b y c pueden mostrar un 7:

Recordando los LED’s (Diodo Emisor de Luz) tienen dos terminales llamadas Ánodo (+) y Cátodo (-), si cada display tiene 7 LED’s para formar los dígitos y además se tiene un LED adicional para un punto, se tendrían 8 LED’s, cada uno con dos terminales, entonce el display debería tener en total 16 terminales, pero no es así. Cómo se podrían tener menos terminales si cada LED tiene 2? R: De las dos terminales que tiene cada LED, se conectan juntos ya sean todos los ánodos en un punto común y se dejan individuales los cátodos para encender individualmente cada LED, o al revés, se conectan en un punto común todos los cátodos y se dejan individuales todos los ánodos para poder encender independientes. Esto genera entonces dos tipos de display: Display de ánodo común y Display de cátodo común:

Existen diferentes modelos de display de 7 segmentos, cambian en tamaño y en la distribución de las terminales, aunque todos deben ser de uno de estos dos tipos, ya sea de ánodo común o cátodo común. La distribución de las terminales varía de un modelo a otro, se tiene que consultar su hoja de datos para identificar cada terminal. Un ejemplo de display típico es el DA-05 o DC-05:

Para conectar correctamente estos display, al igual que cualquier LED, se debe colocar una resistencia en serie con cada LED para limitar la corriente que circula por cada uno de ellos, en total serían 7 resistencias. Si es un display de ánodo común, el pin común se coloca a (+) y se tendría que poner (-) en los cátodos de cada uno de los segmentos (a – g). Contrario si es un display de cátodo común, el común tendría que ir a (-) y quedarían libres los ánodos que tendrían que colocarse a (+) para encender los segmentos (a – g).

Circuito decodificador de BCD a 7 segmentos (74LS47 y 74LS48)

Existen circuitos decodificadores/controladores que simplifican la conexión y uso de los display de 7 segmentos, se les puede dar una entrada en BCD (4 bits) y es capaz de decodificarlo para encender y apagar los segmentos adecuados para mostrar el dígito correspondiente. Existen dos modelos muy similares, el 74LS47 y 74LS48 que tienen el mismo funcionamiento y distribución de pines, varían solo en que uno de ellos tiene las salidas negadas, por lo que uno de ellos se adecua para ser utilizado en un display de ánodo común y el otro en uno de cátodo común. Se trata de un circuito de 16 pines que tiene las 7 salidas para los 7 segmentos de un display (a – g), tiene las 4 entradas para el valor en BCD, representadas con las letras A, B, C y D. Funciona con 5 V en los pines 16 y 8 (Vcc y Gnd respectivamente).

Adicionalmente tiene una entrada RBI que se activa en BAJO y está diseñada para indicar si se muestra o no el Cero, que es útil cuando se tiene más de un display, por ejemplo para generar dos dígitos y evitar que se muestre un cero en el dígito de la izquierda y solo se muestren los otros valores. Por ejemplo con dos display mostrando un 06, con esta entrada colocada en BAJO se puede lograr que cuando el valor sea cero se apague el display, lo que resultaría en mostrar solo el 6 en el dígito de la derecha y no el 06. La entrada LT es útil para probar si la conexión entre el display y el circuito decodificador es correcta, si se coloca un valor BAJO en LT, entonces deberán encender todos los segmentos del display. Si algún segmento no enciende, habrá que revisar la conexión.

Aunque los valores en BCD van del 0 al 9, con 4 bits se pueden lograr valores del 0 al 15. En los casos donde el valor sea mayor a 9, el decodificador mostrará en el display los símbolos arriba descritos. En el caso de tener un 15 (los 4 bits de entrada en ALTO), el display se apagará.

Dado que el 74LS47 tiene las salidas negadas (como se muestra en la tabla de verdad) se adecua a ser utilizado con un display de ánodo (+) común, el cual deberá colocar su entrada común a +5 V y los cátodos (-) conectados a las salidas del circuito decodificador. Cuando el circuito decodificador arroje un valor en BAJO en alguna salida, entonces encenderá ese segmento.

Para el caso del 74LS48, se adecua a ser utilizado con un display de cátodo (-) común, donde su entrada común deberá ser colocada a GND y los ánodos (+) del display deberán conectarse a las salidas del decodificador y cuando éste arroje una salida en ALTO, entonces encenderá el segmento correspondiente.

Un ejemplo de la conexión de un 74LS47 en una protoboard se muestra a continuación. En esta simulación no se incluyen las resistencias que deberán colocarse en cada segmento del display pero sirve para practicar la conexión:

Este archivo de simulación está disponible para su descarga aquí. Para obtener el simulador y ver cómo funciona, en el siguiente enlace:

Puede servir como práctica intentar tu propia implementación.

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