LED-es decimális-bináris átalakító;

2014-01-25

 

Egy nem túl bonyolult áramkörről van szó, az elvont megnevezés ellenére. Úgy működik, hogy egy 9V-os elem pozitív sarkát rácsíptetjük a plusz jelölésű tüskéhez, a mínusz sarkát meg a kívánt számú tüskéhez érintve, a kettes számrendszernek megefelelő LED-ek gyulladnak fel.

Ezt a kis áramkört már több mint egy éve készítettük a fiammal, amikor matematikából a kettes számrendszert tanulta. A kettes számrendszer éppen az áramörök miatt fontos nekünk. Elődeink jól kigondolták, hogy áramkörileg a kettes számrendszert legegyszerűbb leképezni. A kettes számrendszerben csak kétféle érték van, a "0" és az "1". Ezt elég egyszerű egy lámpával, megvalósítani (anno még nem találták fel a LED-et), ha a lámpa ég az "1", ha nem ég az "0", illetve egy kapcsolóval, azt vagy bekapcsoljuk, vagy nem. Gondoljunk utána, ha tizes számrendszerű áramkört építenénk, szemmel kellene megállapítanunk, hogy az a lámpa mennyire erősen világít 0-9 közötti skálán? Így történt, hogy a számítógépek azóta is a kettes számrendszer használják :).

Átmentem extra lustába, nem készítettem el a kapcsolási rajzot a gépen, hanem úgy látjátok itt, ahogyan papírra vetettem. Bal szélen felsoroltam a tízes, azaz decimális számrendszerben lévő számokat. Pontosabban az egyes helyiértékre beírható számjegyeket. A tizes számrendszerbeli számjegyet, azaz egy helyiértéket digitnek hívjuk. Középen látható a kettes számrendszerbeli, vagyis bináris megfelelőjük. Kettes számrendszerben a jobb szélen vannak az egyesek, mint a tizesben. Azután az egyesektől balra a kettesek, mint a tizesben a tizesek. A következő helyiérték balra a nyolcasok, mint a tizeseknél a százasok, és így tovább. A kettes számrendszerbeli számjegyet, azaz egy helyiértéket binary-digit-nek, röviden bit-nek nevezzük. Nem nehéz velük számolni, egyszrű összeadással ellenőrizhetjük, hogy a 0101 a kettes számrendszerben, az 4+ 1= 5 a tizesben, és így tovább. Alapvetően a tizes számrendszerben számolunk, ezért nem szoktuk ezt külön jelölni. Ha több számrendszert is használunk, akkor a jobb alsó indexben szokás jelölni, melyikben is értendő a leírt szám. Persze nem csak kettes meg tizes számrendszer létezik, használhatunk akár negyvenötös, vagy hetvenkettes számrendszert is. A gyakorlatban a tizenhatos, azaz hexadecimális számrendszernek van jelentősége. Az a jelentősége, hogy elég nehéz úgy beszélni, hogy 11100101, egyszerűbb, ha azt mondjuk helyette E5. A kettesből úgy képezzük a tizenhatost, hogy a számjegyeket négyessével csoportosítjuk. 9-esnél elfogynak a tizes számrendszer számjegyei, ezért betükkel folytatjuk azokat.

Decimal (10)	Binary (2)	Hexadecimal (16)
0	0000	0
1	0001	1
2	0010	2
3	0011	3
4	0100	4
5	0101	5
6	0110	6
7	0111	7
8	1000	8
9	1001	9
10	1010	A
11	1011	B
12	1100	C
13	1101	D
14	1110	E
15	1111	F

Jobb szélen látható az áramkör. A LED-et és a védőellenállást az előző lapon már ismertettem (itt 680 Ohm-os ellenállások lettek beépítve). Elég egyszerű a feladat, a vízszintes vezetékeket össze kell kötni azokkal a függőleges vezetékekkel, amelyik LED-eknek világítaniuk kell az adott számnál. A problémát az jelenti, hogy mire végzünk 1-9-ig a számokkal, az összes függőleges vezetéket összekötjük egymással, és bármelyik vízszintes vezetékre rákapcsoljuk az elem míimusz sarkát, az összes LED világítani fog. Ezért egy dióda nevű alkatrészt vetünk be, amit megemlítettem már korábban (az itt alakalmazott tipus 1N4148). Ez hasonlít a LED-hez annyiban, hogy csak egyik irányban engedi át az áramot, viszont nem világít. Hasonlóan működik mondjuk egy bringa kerekének a szelepe, a pumpától csak a kerékbe engedi be a levegőt. A rajzjele alapján egyszerűen megállapíthatjuk, hogy melyik irányban tud átfolyni rajta az áram. Tehát amelyik sorhoz több LED is tartozik, ott egy-egy diódával kapcsoljuk össze vízszintes és a függőleges vezetékeket. Nézzük most csak a 2-es és 3-as sort. Ha nem alkalmaznánk diódákat, a 2-es pontra kapcsolt mínusz sarok hatására is felgyulladna az 1-es és a 2-es LED is. De a dióda megakadályozza, hogy másik oszlop felöl is follyon az áram. Viszont a 3-as sort bekapcsolva, az áram az 1-es és a 2-es oszlopban is fog folyni, vagyis mindkét LED be fog kapcsolódni. És így tovább. Már egészen belezavarodtam a magyarázkodásba, remélem érthető az áramkör működe. A függőleges és vízszintes oszlopokba rendezett áramköröket mátrix megnevezéssel szokták illetni.

Már nem maradt sok mondanivalóm. Az áramkört egy darab csupalyuk panelen készítettük el. A beforrasztott alakatrészeket vékony vezetékkel huzallaloztuk mátrixba. Vigyázni kell, hogy az átmenő vezetékek ne érjenek össze, és ne okozzanak rövidzárt. Ha van csupaszoló fogónk (blankoló), egyszerűbb dolgunk van, de előszőr talán jobb, ha csípőfogóval gyakoroljuk a vezetéket csupaszolását. Úgy lehet szépen megcsinálni, hogy a vezeték végén kicsit hosszabban (1,5cm) megcsupaszoljuk, a végét a kívánt pontra forrasztjuk. Majd a szükséges hosszú szigetésnél megcsippentjük, és szigetelést a forrasztásig toljuk. A vezetéket forrasztjuk, majd lecsípjük. Jó munkát, és jó gyakorlást!