venerdì 16 febbraio 2018

Arduino e Demultiplexer SN74LS138








Quando si inizia a realizzare i primissimi progetti con Arduino i dispositivi esterni da controllare sono pochi (1 o 2 Led oppure 1 motore DC) e i GPIO forniti da Arduino sono sufficienti.

Tuttavia quando si inizia a realizzare progetti più complessi con un numero maggiore di dispositivi da controllare (un numero di led superiore ai GPIO di Arduino) iniziano le prime perplessità'. La domanda tipica  é : "Come faccio a controllare 20 led se ho solo 8 GPIO?"

Ci sono vari modi ed il più comune é utilizzare un Demultiplexer.

Demultiplexer

Il demultiplexer e' circuito elettronico che permette di selezionare una delle N uscite tramite M pin di controllo o indirizzo.

dove

M  = log2(N)


Quindi all'atto pratico un demultiplexer ad 8 uscite si controlla con 3 pin d'indirizzo.

Questa proprietà'  ci fa immediatamente capire che in questo modo si può' ridurre notevolmente l'uso dei GPIO di Arduino.

Quindi senza demultiplexer per controllare 8 Led devo impiegare 8 GPIO di Arduino.
Al contrario tramite l'uso di un demultiplexer sono necessari solo 3 GPIO di Arduino, lasciandone 5 liberi per altri scopi.

Chiaramente i demultiplexer si possono collegare in cascata per controllare un numero ancora maggiore di uscite. Questo post non tratta la cascata di demultiplexer

SN74LS138

Sul mercato ci sono moltissimi tipi di demultiplexer forniti dai vari produttori con molte sigle, ma fondamentalmente funzionano tutti nello stesso modo e seguendo lo stesso principio.

Io ho in casa un SN74LS138 e quindi lo uso in quest post e faccio vedere come pilotare 8 Led con 3 GPIO di Arduino Uno.

Se voi avete un demultiplexer con un'altra sigla, niente paura: controllate il suo datasheet per vedere come sono disposti e chiamati i pin.


Qui il datasheet del SN74L38




In figura riporto la disposizione dei pin sul chip.

I piedini hanno la seguente funzione:

  • A - B - C: 3 pin di indirizzo per selezionare una delle 8 uscite Y0-Y7
  • G2A - G2B : Input Enable attivi LOW controllano lo stato delle uscite
  • G1: Input Enable attivo HIGH controlla lo stato delle uscite
  • Y7: uscita #8
  • GND 
  • VCC
  • Y0- Y6: uscita da #1 a #7







Gli input enable sono utilizzati quando si crea una cascata.

Nel nostro caso di demultiplexer singolo gli Input Enable devono assumere questi stati:


  • G2A: LOW
  • G2B: LOW
  • G1: HIGH


Qui sotto la "tabella di verità'" che indica chiaramente come vengono attivate le uscite al variare dei pin di indirizzo.

Da notare che i pin sono chiamati C,B, A corrispondono ai pin A, B, C della figura sopra






Quindi da questa tabella si vede che per attivare l'uscita #1 (Y0) bisogna settare i pin di indirizzo in questo modo:


  • A: LOW
  • B: LOW
  • C: LOW
mentre per attivare l'uscita #6 (Y5) bisogna settare i pin di indirizzo in questo modo:


  • A: HIGH
  • B: LOW
  • C: HIGH

Realizzazione con Arduino

Sotto vedete lo schema dei collegamenti su breadboard per usare il demultiplexer con Arduino.




Da datasheet il SN74LS138 puo' assorbire al max 8mA per uscita, quindi ho dimensionato al resistenza a 470 Ohm rimanendo perciò' sotto il limite massimo.







Qui la mia realizzazione





Codice di prova

Qui un semplice codice di prova che implementa la classica barra a led scorrevole usando solo 3 GPIO di Arduino





Qui un codice "naive" per chi mastica poco il C.


 Qui il video di funzionamento