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발광 다이오드의 다이내믹 점등 제어법

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1. 7세그먼트 발광 다이오드란? 7세그먼트 발광 다이오드는 아랫 그림에 나타낸 바와 같은 배열로 발광 다이오드가 나열되어 있으며, a~g까지의 각 발광 다이오드 중에서 해당되는 것만 발광되도록 하면 숫자를 표시할 수 있다. 즉, 예를 들면 숫지 "2"를 표시하기 위해서는 "a, b, g, e, d"에 해당하는 발광 다이오드를 점등하면 되는 것이다. 이 "a~g"까지의 발광 다이오드를 세그먼트라 부르며, 7개의 세그먼트가 있기 때문에 7세그먼트 발광 다이오드라 부르고 있다. 실제로 점등시키기 위해서는 common 단자에 마이너스를 필요한 세그먼트의 단자에 저항을 통해 플러스의 전압을 걸어, 10mA 정도의 전류를 흘리면 점등한다.   ※실제로는 윗 그림은 캐소드 코먼(cathode common)이라는 타입이지만, 그 외에 애노드 코먼(anode common)이라는 타입도 있으며, 이 경우에는 플러스, 마이너스가 반대로 된다. 캐소드 코먼 타입에서는 상기한 바와 같이 코먼 단자에 마이너스를 각 세그먼트(a~g)에 플러스를 접속하면 그 세그먼트의 발광 다이오드(LED)가 점등하게 된다. 2. 다이내믹 점등 제어란? 상기한 바와 같이 1개만, 즉 1자리 숫자만의 표시이면 문제는 간단하다. 문제가 되는 것은 여러 자리의 표시를 하는 경우이다. 모든 자리의 세그먼트를 독립으로 제어하면 다이내믹 점등 제어는 필요없지만, 그렇게 되면 제어 포트가 전체 자리수×7개나 필요하게 되므로 실용적이지 못하다. 그래서 다이내믹 점등 제어라는 방식이 있는 것이다. 즉, 7세그먼트의 제어쪽은 전체 자릿수의 공통으로 하며, 1자리×7만큼 해두고, 어느 자리를 점등시킬 것인가는 common을 전환함으로써 제어한다. 그렇게 해두고, 단시간 동안 하나의 자리를 발광시켰다면 바로 다음 자리를 발광시키는 일을 고속으로 반복한다. 이렇게 하면 어떤 순간에서는 1개의 자리만 점등하고 있는 것이 되지만, 사람의 눈에는 잔상 현상이 있어, 한번 빛을 보면 약 100ms 정도그 빛을 연속해서 보고 있는 것처럼 착각하게 된다. 그래서, 상기 점등의 반복을 수십 ms의 속도로 반복하면 마치 연속적으로 각 자리가 계속 점등하고 있는 것처럼 보이게 된다. 이것이 다이내믹 점등 제어의 원리이다. 3. PIC에 의한 제어 방법은? 다이내믹 제어를 하기 위한 7세그먼트 LED와 PIC의 접속은 우선 PORT B측에 전체 자리 공통의 7세그먼트 제어신호를 접속하고, 포트의 비트에 "High"가 출력되면 점등하도록 한다. 이렇게 하면 숫자 표시를 하기 위해서는 필요한 세그먼트, 예를 들면 숫자 "2"를 표시하기 위해서는 "a, b, g, e, d"의 세그먼트에 해당하는 PORT B의 비트에 "High"를 출력한다, 즉 "1"을 세트하면 되는 것이다. 게다가, 각 자리의 표시 제어를 PORT A로 하는 것으로 한다. 이렇게 하기 위해서는 각 세그먼트 LED의 common 단자를 PORT A의 각 비트마다 접속하면 되지만, 각 자리의 전체 세그먼트가 동시에 점등하면 70mA 이상의 전류가 흐르기 때문에 PIC에서 직접 제어하면 포트의 최대정격을 넘고 만다. 그래서 전류 증폭용으로 각 자리마다, 즉 PORT A의 각 비트마다 트랜지스터를 1개씩 추가한다. 결과적으로, PORTA가 "1"로 된 곳의 자리에서, 또한 PORTB가 "1"로 된 곳의 세그먼트만 점등하게 된다. 이것을 실제 회로도로 나타내면 아랫 그림과 같이 된다.

 

4. 샘플 프로그램의 사례 그러면, 실제 다이내믹 점등 제어의 샘플 프로그램을 만들어 보기로 한다. 내용은 다음과 같은 동작을 한다. 5자리의 16진수 표시를 약 1초 간격으로 반복한다. 표시하는 숫자는 자리마다 +1하고, 또한 1초마다 반복시에도 모든 자리가 +1한다. 16진수는 0부터 F까지 반복한다. 이것을 실현하기 위한 프로그램의 전체 흐름은 다음과 같이 된다.

초기화           전체 포트를 출력으로 지정                 ↓  ------→ 반복 회수 세트       같은 표시를 1초간 유지하기 위한 반복 회수 |               ↓ |  ----→ 최초의 자리에 세트   다이내믹 제어의 초기화 | |             ↓ | |  --→ 표시 데이터+1        16진수의 +1 | | |           ↓ | | |      표시 출력           세그먼트 데이터로의 변환 포함 | | |           ↓ | | |     다음 자리로 이행한다 5msec마다 | | |           ↓ | |  ---- 5자리 종료? | |             ↓ |  -----  반복 종료? |               ↓ |_______  처음부터 반복   5. 프로그램 리스트 아래의 실제 프로그램 리스트와 이에 대해 설명한다. MPLAB에서 사용 가능한 소스 파일은 다음과 같다. 다운로드하여 사용하기 바란다. 세그먼트 LED 제어 프로그램 소스 파일 [소스 파일의 해설] 원래의 source file은 영문으로 되어 있지만, 여기서는 편의상 한글 코멘트로 프로그램을 해설한다.

 

;************************************************************ ; 이것은 표준적인 7 세그먼트 LED의 다이내믹 점등 제어 예이다. ; 5자리의 LED에 16진수의 숫자가 1초 주기로 갱신 표시된다. ; 표시 갱신시에 숫자가 +1된다. 또한 자리마다 숫자가 +1된다. ;************************************************************        LIST      P=PIC16F84           ;CPU 칩의 종류를 지정한다       INCLUDE   "P16F84. INC"         ;각종 정수 레이블의 표준 파일                                       ;을 결합시켜 둔다. ;***************************************** ; 프로그램 중에서 사용하는 변수의 정의 ;***************************************** CNT1      EQU     0DH          ;타이머용의 카운터 CNT2      EQU     0EH          ;          〃 CNT3      EQU     0FH          ;1초간의 반복용 카운터 COLUM     EQU     10H          ;Display Digit Position NUMBER    EQU     11H          ;Test Display Data TEMP      EQU     12H          ;Work ;**************************** ; 인터럽트의 벡터(미사용) ;****************************           ORG     0           GOTO    MAIN         ;RESET시의 스타트           ORG     4           GOTO    INT_         ;인터럽트 점프하는 곳(미사용)           ORG     8H           ;프로그램 개시번지 지정 ;******************************** ; 메인 프로그램 ;******************************** MAIN           BCF     INTCON,GIE   ;인터럽트 모두 금지           CLRF    NUMBER       ;표시 데이터 0 세트                                ; 입출력 포트 초기화           BSF     STATUS,RP0   ;페이지1을 지정           CLRF    TRISA        ;포트 A 모두 출력           CLRF    TRISB        ;포트 B 모두 출력           BCF     STATUS,RP0   ;페이지0으로 리턴한다 MAINLP           MOVLW   28H          ;반복회수 세트(1초)           MOVWF   CNT3         ;카운터로 LOOP                           ;자리 반복 루프           MOVLW   10H          ;최초의 자리를 지정           MOVWF   COLUM        ; 보존           MOVF    NUMBER,W     ;표시하는 숫자 데이터 꺼냄           MOVWF   TEMP         ;일시보관 NEXT                           ;각 자리 표시           MOVF    TEMP,W       ;표시 데이터 꺼냄           CALL    DISP         ;세그먼트 표시 출력, 5ms 대기           INCF    TEMP,F       ;표시 데이터+1           BCF     STATUS,C     ;시프트시에 1이 들어가지 않도록           RRF     COLUM,F      ;자리 비트 시프트           MOVF    COLUM,W      ;자리 데이터 꺼냄           ANDLW   1FH          ;5자리 완료 체크           BTFSS   STATUS,Z     ;완료했는가?           GOTO    NEXT         ;미완료일 때 다음 자리로           DECFSZ  CNT3,F       ;반복 완료인가?           GOTO    LOOP         ;미완료일 때 같은 표시 반복           INCF    NUMBER,F     ;표시 데이터+1           GOTO    MAINLP       ;처음부터 반복 ;******************************** ; 표시 제어 서브루틴 ; 5ms 대기 ;******************************** DISP           CALL    GET_7SEG     ;숫자 데이터를 세그먼트 데이터로 변환           MOVWF   PORTB        ;포트 B에 세그멘트 데이터 출력           MOVF    COLUM,W      ;자리 데이터 꺼냄           MOVWF   PORTA        ;포트 A로 자리 데이터 출력           CALL    TIME5M       ;5ms 대기 타이머           CLRF    PORTB        ;다음 자리로 이행할 때의 깜박거림 방지           RETURN ;************************************************* ; 16진수를 세그먼트 데이터로 변환한다 ; 세그먼트 데이터는 PORTB1~PORTB7용으로 되어 있다 ; 즉 0비트째는 사용하지 않는다 ;************************************************* GET_7SEG           ADDLW   0FH          ;하위 4비트만 꺼냄           ADDWF   PCL,F        ;PC 레지스터에 숫자를 더하고 점프           RETLW   B'01111110'  ;Code 0           RETLW   B'00001100'  ;Code 1           RETLW   B'10110110'  ;Code 2    이곳의 데이터를 가지고           RETLW   B'10011110'  ;Code 3    리턴           RETLW   B'11001100'  ;Code 4           RETLW   B'11011010'  ;Code 5           RETLW   B'11111010'  ;Code 6           RETLW   B'00001110'  ;Code 7           RETLW   B'11111110'  ;Code 8           RETLW   B'11001110'  ;Code 9           RETLW   B'11101110'  ;Code A           RETLW   B'11111000'  ;Code b           RETLW   B'01110010'  ;Code C           RETLW   B'10111100'  ;Code d           RETLW   B'11110010'  ;Code E           RETLW   B'11100010'  ; Code F ;************************************** ; Timer    Routine ; TIM5M: 5msec ;************************************** TIME5M           MOVLW   9H           ;About 5msec           MOVWF   CNT2; TIMLP2           CLRF    CNT1          TIMLP1           NOP                  ;dumy nop           NOP           DECFSZ  CNT1,F           GOTO    TIMLP1       ;5*256-1           DECFSZ  CNT2,F           GOTO    TIMLP2       ;10*((5*256-1)+3)-1           RETURN               ;+3=12822*0.4usec=5.1msec ;**************************************************** ; INT Interrupt Dumy Routine(ignored) ;**************************************************** INT_      RETURN           END