Le porte digitali possono gestire solamente due tipologie di segnale: alto e basso. Nella maggior parte dei casi il livello alto è caratterizzato da una tensione superiore a 0V come, ad esempio, 3.3V, 5V o 12V. Il livello basso, solitamente, equivale a 0V. Ma ci sono dei sistemi che trattano tali livelli in maniera differente, come nella logica negativa. Vediamo come devono essere gestiti i tipi più comuni di collegamenti con alcune delle periferiche più utilizzate.
La doppia personalità di un diodo LED
Come si può evincere dallo schema di cui in figura 1, un diodo LED può essere illuminato pilotando la porta sia con un segnale logico alto che basso. In elettronica, infatti, non è tanto importante un livello di tensione assoluto, quanto la differenza di potenziale tra due punti.
Lo schema di sinistra è, probabilmente, quello più utilizzato. Se la porta di output invia un segnale logico alto, ai capi del diodo LED si stabilisce una sufficiente differenza di potenziale idonea ad accenderlo, dal momento che il suo catodo è collegato a massa (0V). Un segnale logico basso, invece, non fa transitare alcuna corrente nel semiconduttore, visto che il suo livello di tensione equivale a quello della massa.
Lo schema di destra, invece, lavora al contrario. Se la porta di uscita è pilotata da un segnale logico alto non scorre alcuna corrente nel diodo, visto che i suoi due terminali si trovano alla medesima condizione elettrica, e lo stesso componente resta spento. Viceversa, un segnale logico basso illumina il LED, poiché pone a 0V il catodo, mentre l'anodo si trova a potenziale alto, essendo alimentato da una sorgente di tensione. Dovete immaginare i livelli di tensione come due diverse pendenze in cui scorre l'acqua.
Risparmiare porte con i display a 7 segmenti
I display a LED a 7 segmenti sono periferiche dotate di sette o otto terminali (l'ottavo serve per il pilotaggio del punto decimale). Collegarli ad un microcontrollore vuol dire occupare, in un solo attimo, tutte le porte della MCU. Se poi i display da collegare sono due, tre o quattro, la situazione si fa subito catastrofica. Tralasciando al momento la tecnica del multiplexing, occorre risparmiare, quanto più possibile, il numero di porte utilizzate. Una delle soluzioni più semplici è quella di utilizzare un integrato supplementare per ogni display. Si tratta di un driver-decoder BCD che utilizza solo quattro linee (BCD, appunto) al posto di sette. Il risparmio, in questo caso, è di tre porte per ogni unità di visualizzazione utilizzata. Esistono anche driver a tre linee. La figura 2 mostra la normale implementazione circuitale (in alto) e quella utilizzante il driver di comando (in basso).
Nei successivi articoli vedremo altre mille possibilità di utilizzo delle periferiche con le MCU, con tanti trucchi e segreti.