Microcontroladores: Display de LED

Los microcontroladores aplicados en procesos domésticos o industriales, siempre tienen algo para mostrarnos. Hay oportunidades en que un LCD alfanumérico es una opción desmedida cuando sólo intentamos representar un número de pocas cifras, o bien, esa alternativa se torna ineficiente cuando la intención es visualizar indicaciones de gran tamaño y a una distancia de varios metros. La elección de un display de LED puede ser la más acertada pero: ¿cómo implementarla de la manera más eficiente? En este artículo podremos discutir sobre los circuitos multiplexados o los manejados con latch (enclavamiento) y decidiremos cuál nos conviene para nuestro próximo indicador visual. Una aplicación con un contador ascendente / descendente que puedes utilizar en cualquier proyecto, es un buen ejemplo.

Al momento de decidir cómo implementar un indicador luminoso de dígitos, automáticamente se nos vienen a la mente los populares display de siete segmentos que los podemos encontrar en el mercado con la cantidad de dígitos que se nos ocurra, con una variedad de colores muy amplia y con dos configuraciones constructivas muy definidas que debemos atender para no equivocarnos. Estas configuraciones son: de catálogo común y de ánodo común. Esto significa que los LEDs que forman cada segmento se unen en un terminal común para su conexión y pueden configurarse uniendo todos los ánodos o todos los cátodos, según el modelo del fabricante. El punto decimal se conecta de manera individual, tal como puedes ver en la siguiente imagen.

Cuando se trabaja con estos indicadores, debes tener presente que necesitarás disponer para su activación de ocho terminales de un microcontrolador. Si los recursos son limitados, destinar un puerto completo para un solo dígito puede ser inapropiado. Además, cuando el número a mostrar supera una cifra, se deben usar otros pines para conectar varios dígitos. Observa la próxima imagen.

Es decir, al bus de datos formado por los terminales a, b, c, d, e, f y g se envían todos los dígitos necesarios para mostrar, y la visualización se realizará en la medida que los transistores conectados a los cátodos sean habilitados en el momento preciso. Esto es: si deseamos visualizar el número 396, primero enviamos el 6 a todos los dígitos y activamos T1, luego el 9 y energizamos T2, y finalmente el 3 para que mediante la conducción de T3 se vea sólo en el dígito de las centenas.

La acción rápida y repetitiva de esta secuencia, sumada a la persistencia visual de nuestros ojos, hace que pareciera que los tres dígitos están encendidos al mismo tiempo, cuando en realidad se encienden de forma secuencial. La velocidad de activación y la lentitud de nuestra visión al percibir el cambio hacen el resto. A este método se le llama multiplexación.

A pesar de reducir la cantidad de conexiones mediante la conexión en paralelo de los segmentos, aún se requieren al menos 10 pines en el microcontrolador, y si se incluyen los puntos decimales, hasta 13 I/O. Todo un desperdicio.

Los circuitos integrados al rescate

Afortunadamente existen circuitos integrados que reducen drásticamente la cantidad de conexiones en el microcontrolador y la complejidad del código. Por ejemplo, el uso del circuito integrado TTL 7447, en cualquiera de sus versiones, permite reducir a cuatro la cantidad de pines necesarios para enviar la información numérica al display. Además, brinda la posibilidad de transformar un número binario sencillo en uno comprensible para la presentación visual, e incluso ofrece pines para apagar el dígito o verificar el funcionamiento de cada segmento.

Con estos componentes, con sólo cuatro pines se controlan los segmentos de los dígitos y, usando las salidas restantes, se pueden activar cuatro transistores para multiplexar. Incluso es posible conectar un demultiplexor (como el 74154) para obtener 16 salidas decimales y lograr un display de 16 dígitos con un solo puerto, demostrando que se pasa de un dígito a cuatro con un solo IC de bajo costo.

Hasta aquí, el multiplexado parece ser la solución para los display numéricos, pero cuando el microcontrolador debe realizar otras tareas (medir temperatura, atender un teclado, o un sensor de pulsos), se tienen dos opciones: mayor velocidad de procesamiento o utilizar dispositivos con LATCH. Para evitar parpadeos en un sistema multiplexado en tareas complejas, se requiere un programa muy minucioso, lo cual puede resultar tedioso en fase experimental.

¿Qué es un LATCH?

En electrónica, estos elementos son dispositivos capaces de almacenar un bit de información, similar a una memoria rudimentaria. Para nuestra aplicación, la “magia” consiste en utilizar un sistema de multiplexado en el que los circuitos integrados graben y mantengan la información, aun cuando deje de enviárselo.

• Enviamos al bus el dígito a mostrar
• Activamos el IC correspondiente al lugar donde queremos ubicar el dígito enviado
• Enviamos la señal al LATCH del IC que comanda el dígito iluminado
• Continuamos con el dígito siguiente
• El/los dígito/s quedará/n encendido/s y podremos utilizar el puerto para otras aplicaciones, como la entrada de un teclado o un sensor óptico, magnético o inductivo
• El programa en el microcontrolador puede atender otras operaciones sin detenerse a mantener activo el display

No podemos negar que la ventaja de utilizar un circuito con Latch favorece nuestros primeros trabajos con display, permitiéndonos concentrar en otros aspectos críticos. En nuestro ejemplo, el circuito integrado elegido es el CD4511B.



Empleando un display de dos dígitos obtenido de un viejo televisor, hemos armado un circuito que muestra el funcionamiento de un sistema contador entre 00 y 99. Este puede aplicarse en ámbitos domésticos o industriales, ya sea para contar envases en una fábrica, pasajeros o vehículos, adaptándose al proyecto que propongas. Observa el siguiente ejemplo:

Como es costumbre, utilizaremos un PIC 16F628A, aunque puedes usar el microcontrolador que prefieras. El display puede ser doble o dos individuales, y su funcionamiento es tan simple como usar dos pulsadores para incrementar o decrementar la cuenta y un tercero para RESET, es decir, poner a cero el contador. El circuito, como verás en la siguiente imagen, es el mismo empleado en una configuración multiplexada.



Las partes fundamentales del circuito son los pulsadores que ingresan a los pines 0 y 1 del puerto A, los cuatro pines del puerto B para las entradas A, B, C y D de los CD4511B, y las activaciones de las entradas BI y LE. Además, se utiliza una fuente tradicional de 5 Volts, así como un cristal de 4 MHz y un conector ICSP para programar el microcontrolador sin retirarlo de la placa. Cuando el pin BI está en alto, el display funciona normalmente; en bajo, se apaga para mostrar la transición de datos de manera elegante.



Por último, LE (Latch Enable) significa que mientras se envía un dato al bus con este pin en bajo, la presentación cambiará. Al pasarlo a alto, el último dato permanece, permitiendo que el PIC realice otras funciones sin depender continuamente del display.

Aquí te presentamos el listado del programa utilizado en el video, donde una variable N se incrementa o decrementa de a una unidad. Esta variable se manipula en la subrutina DISPLAY, extrayendo el dígito de las unidades y luego de las decenas. Seguro podrás adaptarlo o mejorarlo según tus necesidades, ya sea para un voltímetro, termómetro o sensor inductivo. La base es la mostrada, y las aplicaciones dependen únicamente de tu ingenio.