Reuze 7 segmentsdislay
Het toepassingsgebied van reuze-7-segments-displavs is vooral te vinden in grote zaal-achtige ruimtes, zoals sportzalen, zwembaden, kantines en examenzalen. Zeker in situaties waarin een bepaalde informatie fin de vorm van een getal) alleen maar visueel mag fof kan) worden overgebracht, kan de schakeling van nut zijn. Bij dit proiekt wordt gebruik gemaakt van de 220-V-lampen-stuurschakeling van de "reuze-VU-meter" uit het vorige nummer.
Het merendeel van onze lezers zal de displays op hun elektronische wekker, teller of stopwatch ongetwijfeld groot genoeg vinden. Toch is aan onze redaktie meer dan eens het verzoek gericht, om uit de doeken te doen, hoe je een reuze-display kunt maken. Deze vraag kwam meestal van lezers die vanwege hun beroep of tijdens hun vrije tijd in zaal-achtige akkomodaties vertoeven. Een praktisch voorbeeld van iemand die zo'n verzoek aan ons richtte, was een zwemsport-trainer. Deze wilde graag aan zijn zwemmers via een groot display hun tijden doorgeven ,en vond het niet zinvol om daarvoor een omroepinstallatie te gebruiken, omdat de zwemmers door hun zwemkappen heen (en met hun oren vol water) toch niets zouden kunnen horen. Terwijl er bij zwemmers die helemaal onder water zwemmen (water-ballet) nog wel van in het water gehangen luidsprekers gebruik gemaakt had kunnen worden, kwam voor de aan de oppervlakte zwemmende sporters alleen een reuze-display in aanmerking, liefst een zelfbouw-display, om financiële redenen. Ook van andere lezers kwamen dergelijke verzoeken bij ons binnen, maar dan vaak weer voor geheel andere toepassingen. De een wilde kloktijden zichtbaar maken, de ander tellerstanden, weer een ander volgnummers.
Voor (niet )gemultiplexte schakelingen De schakeling die uiteindelijk uit de bus gekomen is, kan op iedere stuurschakeling worden aangesloten die een binaire getalskode levert, op voorwaarde dat er bij het display van die schakeling niet gemultiplext wordt (want dan gaat het fout). In sommige gevallen (maar dat moet u zelf uitproberen!) is het wel mogelijk om het display op gemultiplexte schakelingen aan te sluiten; dit laatste is alleen iets voor de ervaren knutselaar!
Even ter uitleg: bij een gemultiplext display worden de digits van het display eerst (allemaal tegelijk) van een aansturingskode voorzien (deze stelt een bepaald getal voor) en vervolgens wordt alleen de digit waarop dat (hexa)decimale getal moet verschijnen eventjes van voedingsspanning voorzien. Daarna gaat er een nieuwe aansturingskode naar de digits en wordt de volgende digit ingeschakeld, enzovoorts. De digits branden dus om de beurt. Deze werkwijze spaart aansluit-draden en komponenten. Door de traagheid van het menselijk oog merkt u niets van het in- en uitschakelen en denkt u dat de digits allemaal gelijktijdig branden. Bij de meeste elektronische wekkers, bijvoorbeeld, is het display gemultiplext.
Om praktische redenen hebben we ons bij het ontwerpen van de schakeling uit dit nummer op de niet-gemultiplexte schakelingen gericht, omdat bij de schakelingen die wel gemultiplext zijn, de meest uiteenlopende spanningen kunnen voorkomen. Een algemeen aansluit-recept zouden we dan toch niet hebben kunnen geven (de echte knutselaar houden we natuurlijk niet tegen, om zelf het een en ander uit te proberen). Ons "reuze-7-segments-display" is dus eigenlijk alleen bedoeld om op niet-gemultiplexte stuurlijntjes aan te sluiten, kopkreet gesproken: op een viertal lijntjes (plus een massa-draad) waarop de binaire kodes voor de decimale getallen 0 ... 9 voorkomen (binair is dat 0000 ... 1001).
In sommige gevallen is het ook mogelijk, om de hier beschreven schakeling helemaal niet te bouwen en alleen de 220-V-lampen-triac-schakeling van de reuze-VU-meter uit het januarinummer te gebruiken; deze moet dan rechtstreeks op een bestaande niet-gemultiplexte schakeling aangesloten worden; we komen daar verderop nog op terug. Het totale reuze-7-segmentsdisplay kan naar wens enkelvoudig of meervoudig worden opgebouwd, al naar gelang er maar een cijfer ("digit") of een groep van meerdere cijfers moet worden afgebeeld.
De laagspannings-stuurschakeling uit dit artikel kan rechtstreeks met de hand, door middel van een viertal schakelaars, worden gekodeerd of op de dekoder-uitgangen van een bestaande (niet-gemultiplexte) schakeling worden aangesloten. Voorbeelden van hierbij bruikbare Elex-schakelingen zijn de "lotto-getallen-generator" uit Elex augustus '88 en de "buro-kalender" uit Elex december '89; voorts kan de sturing vanuit een parallelle computerpoort plaatsvinden. De computer programmeert u dan als klok, teller etcetera. Mogelijk moet u hierbij wel gebruik maken van buffertjes of voorschakelweerstanden ten behoeve van de nodige spannings- en polariteitsaanpassing en moet u voor spannings- en/of stroombegrenzing zorgen.
De hier beschreven laagspannings-stuurschakeling moet op zijn beurt de 220-V-triac-lampensturing van de "reuze-VU-meter" uit het vorige nummer aansturen. Als segmenten in het "reuze-7-segments -display" worden ditmaal geen gewone gloeilampen, maar buisvormige 220-V-(gloei)lampen gebruikt; alleen de "decimal point" is een gewoon model gloeilamp.
De schakeling
Figuur 1. De vierbits binaire kode die op ingangen A. .. D van 1C1 gezet wordt, laat de decimale getallen 0...9 op de 7-segmenten-displays verschijnen. Het reuze-display wordt op K2 aangesloten.
(bij dit projekt is ook nodig: de triac-print (printnummer: 916005-2) van de "reuze-VU-meter" uit Elex januari '91)
| R1 | 100 kΩ |
| R2-R7 | 1 MΩ |
| R8-R15 | 1,2 kΩ |
| R16-R23 | 330 Ω |
| C1 | 47 µF/35 V radiaal |
| C2 | 100 nF |
| C3 | 10 µF/16 V radiaal |
| IC1 | 4511 |
| IC2 | 7808 |
| LD1 | 7-segments-display HD1133-O (superrood) |
| La1-La7 | "Linestra"-lamp (buisvormige gloeilamp) 220 V/35 W, lengte: 300 mm plus armatuur |
| La8 | gloeilamp 220 V/25 W plus fitting |
| K1 | printkroonsteen, 2-polig, steek 5 mm |
| K2 | 20-polige box-header, male, haaks |
| 1 x socket 20-polig female | |
| EPS 916011 | |
Het schema van de laagspannings-stuurschakeling ziet u in figuur 1. Deze schakeling lijkt sterk op die van de "hex-probe" uit Elex maart '90, alleen is IC1 ditmaal geen binair-naar-hexadecimaal-dekoder, maar een binair-naar-decimaal-exemplaar.
Via de vier getekende schakelaars S1... S4 kunnen lage (binair "0") of hoge (biflair "1") nivo's op de vier in-gangslijntjes gezet worden, zodat alle mogelijke (vierbits) binaire kombinaties van nullen en enen mogelijk zijn (dus de kodes 0000 tot en met 1111).
Aan de uitgang van IC1, of liever gezegd, op het aangesloten kleine 7-segmentsdisplay LD1 (dit dient als indikator), verschijnen de met het binaire ingangsgetal korresponderende decimale cijfers (alleen de cijfers 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 en 9; de cijfers A, B, C, D en F zijn bij dit IC niet mogelijk, omdat het IC niet voor hexadecimale, maar alleen voor decimale getallen bedoeld is).
Net als het dekoder-IC uit de "hex-probe" heeft ook IC1 een ingebouwd geheugentje ("latch"). Er kan daardoor eerst met S1... S4 een getal worden ingesteld en vervolgens kan dat getal door een "laag" nivo op de LE-lijn ("latch enable") in het geheugentje worden gezet. In het schema wordt dit lijntje overigens via R3 voortdurend "laag" gehouden, zodat de binaire kom-binaties die met S1... S4 worden ingesteld, meteen in het geheugen staan en ook zichtbaar zijn. U kunt dit lijntje desgewenst zelf van een drukschakelaar voorzien. Deze (verbreek!)-drukschakelaar moet tussen de LE-lijn en de plus 8-V-voedingsspanning komen te zitten. Met een druk op deze knop kunt u dan het vooraf met S1... S4 ingestelde getal in het geheugen zetten, zodat het pas na de knopdruk op het display verschijnt.
De drukknop die in het schema van figuur 1 is getekend (S5), is op aansluiting "LT" ("lamp test") van IC1 aangesloten. Als u op deze knop drukt, dan moeten alle segmenten tegelijk gaan branden; zoniet, dan is er waarschijnlijk een lamp defekt.
Op het 7-segments-display LD1 wordt, zoals gezegd, de waarde die in het geheugentje staat, meteen zichtbaar. Gelijktijdig daarmee verschijnt het getal ook op het reuze-7-segments-display, mits K12 van de 220-V-lampenprint met K2 van de laagspannings-stuurprint uit figuur 1 is verbonden en de 220-V-lampenprint bovendien via K13 van 220-V-voedingsspanning wordt voorzien.
Voor de volledige beschrijving van de 220-V-lampen-stuurschakeling, die we ook in de "reuze-VU-meter" uit het januarinummer gebruikt hebben, verwijzen we naar het desbetreffende artikel. We beelden wel het schema daarvan opnieuw af (figuur 2). De triacs in deze schakeling zijn opto-triacs die samen met een LED in een behuizing zijn ingebouwd; samen vormt zo'n geheel een zogeheten "solid state relais". Omdat we deze keer maar acht in plaats van tien lampen nodig hebben, kunt u dus twee solidstate-relais (IS09 en ISO10) en twee indikatie-LED's (D9 en D10) van de oorspronkelijke tien weglaten.
Figuur 2. Als K12 via K2 uit figuur 1 stuurspanning krijgt, lichten de LED's op, zodat de opto-triacs in geleiding komen. De segment/decimal-point-lampen Lal ... La8 gaan dan branden.
Heel kort even de werking van het triac-gedeelte: indien er via aansluitbus K12 stroom door een van de indikatie-LED's en de ingebouwde LED van het daarmee verbonden solid state relais wordt gestuurd, dan komt de opto-triac die door de LED beschenen wordt, in geleiding en gaat de lamp die met de triac in serie staat, branden. In plaats van de oorspronkelijke 220 V/75 W lampen worden ditmaal (zeven) buisvormige "Linestra"-gloeilampen van 220 V/35 W gebruikt; deze vormen de reuze-segmenten. Voor de "decimal point" ("DP") wordt een gewoon type gloeilamp (220 V/25 W) gebruikt.
Opbouw
In figuur 3 is de layout/onderdelenopstelling van de laagspannings-stuurprint afgebeeld. Hiermee kunt u zelf een print maken; de print kan ook besteld worden (916011, zie pagina 4). De opbouw van de print zal weinig problemen opleveren. Het is wel verstandig om IC1 als laatste op de print te monteren (liefst in een IC-voetje); de kans dat IC1 (een CMOS-IC) dan tijdens het solderen beschadigd raakt, is op die manier het kleinst. Figuur 4 (foto) toont de opgebouwde print van ons prototype.
Figuur 3. De layout/onderdelenopstelling voor de schakeling; deze print moet op de lampenprint van de "reuze-VU-meter" worden aangesloten.
Figuur 4. De opgebouwde print van ons prototype; deze werd eerst afzonderlijk getest en toen pas op de triacprint aangesloten.
Voor het opbouwen/monteren van de triac-print (nummer 916005-2) verwijzen we naar het januarinummer; deze print is ook in figuur 5 (foto) te zien (bovenste print).
Figuur 5. Een deel van de "reuze-VU-meter"-elektronica; de triac-print daarvan hebben we nodig voor het konstrueren van het "reuze-7-segments-display".
Omwille van de duidelijkheid is in figuur 6 een bedradingsschema getekend, waarin te zien is hoe de beide printen met elkaar verbonden moeten worden.
Figuur 6. Volgens dit bedradingsschema moeten de twee printen met elkaar verbonden worden. In de keuze van het aansluitmateriaal en de behuizing bent u vrij. Let wel op de elektrische veiligheid van het geheel! Zie hiervoor ook het januarinummer en onze rubriek "veiligheid" vooraan in dit nummer.
Figuur 7 illustreert hoe de 220-V-segmenten zijn opgesteld. Bij het reuze-display is de segmenten-volgorde natuurlijk hetzelfde als bij LD1 uit de laagspanningsstuurprint.
Figuur 7. De segmentenopstelling/volgorde is bij een reuze-digit hetzelfde als bij LD1 in figuur 1.
Voor de behuizing van de hele schakeling en ook voor de opmerkingen over de elektrische veiligheidseisen verwijzen we naar het januarinummer; zie ook de rubriek "veiligheid" vooraan in dit nummer.
De voeding voor de laagspanningsprint (aansluit-bus Kl in figuur 1 en figuur 3) kan uit een 12-volt-netadaptertje plaatsvinden. Dan nog iets over het rechtstreeks aansluiten van de 220-volt-lampen-print op een bestaande schakeling (de laagspannings-stuurprint hebt u dan niet nodig): dat kan alleen als de desbetreffende schakeling voldoende spanning/stroom kan leveren. In principe is het mogelijk om de lijntjes waarmee in een bestaande schakeling de segmenten van een display gevoed worden, op K12 van de 220-V-lampenprint aan te sluiten. Alleen doet zich dan meestal het probleem voor dat over een bestaand segment in de regel een veel lagere spanning valt dan over bijvoorbeeld Dl en de daarmee verbonden "solid state relais"-LED. U zult dan zelf (experimenteel en met raadpleging van de datasheets) een oplossing moeten zoeken om de LED in het solid state relais (want daar gaat het om) wel goed aan het branden te krijgen: een mogelijkheid is om de twee LED's (Dl en de LED in ISO1) en het oorspronkelijke segment in serie te zetten; op de helderheid van het segment en van D1 moet u dan maar niet letten; alleen het goed branden van de LED uit het solid state-relais is belangrijk. Een andere mogelijkheid is, het oorspronkelijke segment weg te laten en alle stuurspanning over bijvoorbeeld D1 en de LED uit ISO1 te zetten. Ook kan bijvoorbeeld Dl weggelaten worden om voldoende spanning over het oorspronkelijke segment plus de LED in ISO1 te krijgen. Het probleem kan eveneens worden opgelost door een buffertje of iets dergelijks tussen de oorspronkelijke schakeling en K12 te schakelen.
Voor de gevorderde elektronici
Indien u een poging wilt doen om de ingangslijntjes van de laagspannings-stuurschakeling op een bestaande wel-gemultiplexte schakeling aan te sluiten (dat lukt lang niet altijd!), dan moet u als volgt te werk gaan: ten eerste moet er dan vanaf het digits-blok van die schakeling een vierdraads databus (plus een massaverbinding) naar de aansluitingen A ... D in figuur 1 komen lopen (S1... S4 weglaten!). Verder moet dan bij iedere digit van die schakeling een verbinding gemaakt worden tussen de bijbehorende digit-selektielijn (deze schakelt de digit-voedingspanning in en uit) en de LE-ingang van IC1 uit figuur 1. In de genoemde lijntjes moeten meestal buffertjes en/of voorschakelweerstanden worden opgenomen om overbelasting te voorkomen en om een goede spannings/stroomaanpassing te verkrijgen. Ook de polariteit moet kloppen! Alleen iets voor de ervaren knutselaar! Tenslotte nog een opmerking over de "solid state relais" ISO1...IS08: indien u het in ons januarinummer gebruikte type S201SO4 niet kunt krijgen, dan kan ook het type S201S02 worden gebruikt op voorwaarde dat u externe voorschakelweerstanden van 150 ohm in serie met de LED-lijntjes van ieder solid state relais aanbrengt; het laatstgenoemde "solid state relais"-type bevat zelf namelijk geen voorschakelweerstanden.