Цифровые полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе

Цифровая информация, вырабатываемая вычислительными устройствами аппаратурных комплексов, может быть отображе­на с помощью индикаторов различных форматов, у которых имеется не только разное количество составляющих знак сег­ментов, но и разная их конфигурация и взаимное расположение. В настоящее время существуют шести-, семи-, восьми-, девяти-и десятиэлементные индикаторы, причем практически каждый тип индикаторов имеет вариантное по конфигурации сегментов исполнение, а цифры — вариантное исполнение по набору приме­няемых элементов.

Выбор формата индикаторов для цифровой индикации прово­дится по трем оценкам: по привычности начертания цифр, по помехоустойчивости и по сложности и объему необходимого для управления ими электронного оборудования.

 

3.1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

Анализ большого количества форматов шрифтов показал [16], что по привычности начертания цифр, оцениваемой по пятибалльной системе, значительное преимущество имеют инди­каторы девяти- (два типа), восьми- и семисегментные, представ­ленные на рис. 3.1. Количественные оценки приведенных фор­матов шрифтов равны 4,293; 4,134; 4,020 и 3,933 соответствен­но.



Рис. 3.1. Структурные рисунки инди­каторов, наиболее перспективных с точ­ки зрения привычности начертания цифр



Рис. 3.2. Структурные рисунки индикаторов, наибо­лее перспективных с точки зрения помехоустойчи­вости

Наиболее высокие оценки по помехоустойчивости имеют де­сяти- и девятисегментные форматы шрифтов. Количественно помехоустойчивость определялась значениями условных вероят­ностей появления ошибок в случае воздействия помехосбойных (ложных, сходных и несходных искаженных) и правильных изображений. Преимущество имеют десяти-, девятисегментные форматы, приведенные на рис. 3.2.

При использовании индикаторов в системах отображения информации, в которых информация выдается из вычислитель­ной их части в индикаторную в редких циклах обмена, необхо­димо в первую очередь обратить внимание на помехоустойчи­вость формата индикатора.



Основным методом повышения помехоустойчивости индика­ торов для снижения влияния этого фактора при выборе форма­та является повышение частоты обновления информации.



По суммарной оценке технологичности производства (а сле­довательно, и стоимости), привычности написания цифр и прос­тоте схемных решений для управления был выбран семисегмент-ный формат цифровых индикаторов. В качестве дополнения к семисегментному формату индикаторов разработан пятисегмент-ный формат, позволяющий индицировать знаки «плюс», «минус» и «1» для индикации символов полярности числовых значений параметров и переполнения в устройствах с неполным числом разрядов.



Рис. 3.3. Структурные рисунки семисегментных (и) и пятисегментных (б) циф­ровых индикаторов и структурные рисунки их знаков

Структурные рисунки индикаторов (т. е. изображения, возни­кающие при включении всех элементов индикатора и показы­вающие число, форму и взаимное расположение элементов) и структурные рисунки знаков (т. е. изображение, возникающее при включении элементов, входящих в отображаемый знак) представлены на рис. 3.3.



Рис. 3.4. Зависимость углового размера знака а от расстояния наблюдения l при заданном размере знака h

Достаточно широкий выбор индикаторов с различными высо­тами знаков позволяет разработчикам устройств отображения информации подобрать ППИ в зависимости от дальности наблю­дения. В частности, для определения максимальной дальности считывания информации с индикаторов (при освещенности 100 — 1000 лк) для операторов с нормальным зрением можно пользоваться нижеприведенными данными.

Зависимость максимальной дальности считывания информации от высоты знака

Высота знака, мм	9	2,5	3	3,5	4	5	7	9	12	18
Максимальная дальность считывания, м	1,1	1,4	1.7	2	2,2	2,8	3,9	5	6,6	10

В зависимости от расстояния наблюдения, обеспечиваемого размерами и светотехническими характеристиками индикатора, различаются индикаторы индивидуального пользования (рас­стояние наблюдения до 1,5 м); группового пользования (до 4 м); коллективного пользования (более 4 м).



Уровень комфортного считывания может быть определен по номограммам [16] зависимостей углового размера знака от рас­стояния наблюдения при заданном размере знака. Учитывая, что острота зрения человека примерно равна одной угловой минуте, при умеренном уровне внешней освещенности для уве­ренного, комфортного считывания информации угол зрения дол­жен для семисегментных индикаторов составлять примерно шесть-семь угловых минут.



Рис. 3.5. Обозначение светящихся эле­ментов семисегментного полупроводни­кового индикатора

На рис. 3.4 представлена часть такой номограммы для инди­каторов с высотой знака h, равной 2 — 12 мм, наиболее часто встречающейся среди выпускаемых ППИ. Однако в условиях повышенных уровней внешних освещений этими данными пользо­ваться не рекомендуется. Угловой размер знака должен быть примерно 20'; кроме того, для обеспечения надежного считыва­ния информации с индикаторов в этих условиях необходимо применять специальные меры по повышению контраста, о чем будет подробно рассказано в гл. 5.

С точки зрения схемных решений по управлению индика­торами все ППИ могут быть представлены двумя группами.

К первой группе относятся полупроводниковые индикаторы в основном гибридной конструкции, нашедшие применение в про­мышленных приборах. Такие индикаторы, как правило, имеют большие габаритные размеры. Каждый из сегментов этого типа индикаторов имеет отдельный светодиод, а каждый из светодио-дов — свой управляющий вход. К этой же группе ППИ относятся семисегментные индикаторы со встроенными схемами управления (К490ИП1, 490ИП1 и К490ИП2, 490ИП2).

Ко второй группе цифровых индикаторов относятся индика­торы монолитной конструкции. Они изготавливаются методом диффузии полупроводниковых переходов для нескольких инди­каторов на одну подложку, т. е. в одном корпусе такого прибо­ра размещено несколько индикаторов (четыре — шесть и более). Как правило, такие индикаторы имеют общие управляющие входы для одноименных сегментов нескольких цифр.


Монолитные индикаторы применяются в основном в индикаторах приборов индивидуального пользования, в частности в наручных часах, калькуляторах, переносных приборах.

Различие в конструктивном исполнении индикаторов и в организации их выводов потребовало, естественно, различ­ного управления ими. Существует два метода управления цифровыми индикаторами: управление в статическом режиме (или в режиме постоянного тока) и в мультиплексном режиме (или режиме последовательного стробирования цифр).

Статический режим рекомендуется использовать для управле­ния полупроводниковыми цифровыми индикаторами (ППЦИ) в устройствах отображения информации с малой информатив­ной емкостью. Для этого используются индикаторы первой груп­пы, имеющие отдельный управляющий вывод для каждого элемента индикации (сегмента).

Мультиплексный режим рекомендуется применять для управ­ления ППЦИ в устройствах отображения информации повышен­ной и большой информативности. В таких устройствах исполь­зуются в основном индикаторы второй группы — индикаторы монолитной конструкции, имеющие управляющие выводы для одноименных сегментов нескольких цифр, размещенных в одном корпусе.

Выбор режима управления ППЦИ основан также на опреде­лении объема и стоимости оборудования управления необходимым количеством цифр. При этом необходимо учитывать не только стоимость покупных электрорадиоэлементов, но и объем и стои­мость работ по изготовлению плат печатного монтажа, монтажа электрических соединений, относительную стоимость занимаемых объемов и масс. Кроме того, при выборе режима управления следует помнить, что, как будет показано в § 3.4, мультиплексный режим управления ППЦИ позволяет снизить энергопотребление индикаторов при сохранении их яркостных характеристик. Сни­жение масс, габаритных размеров и стоимости источников питания индикаторов также необходимо принимать во внимание при вы­боре режима управления ППЦИ.

Независимо от методов управления индикаторами наиболее логичной и простой формой передачи цифровой информации является передача ее в виде двоично-десятичного кода.


Эта информация по ее получении должна быть преобразована в семисегментный позиционный код, воспринимаемый индикато­рами. Для всех семисегментных индикаторов обозначение сег­ментов унифицировано (рис. 3.5).

 

3.2. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ИНДИКАТОРАМИ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Для индикации информации, поступающей в виде логичес­ких уровней «один из десяти», наиболее простым вариантом исполнения дешифратора для цифрового индикатора является схема диодного дешифратора, представленная на рис. 3.6. При подаче высокого логического уровня на один из десяти входов такого дешифратора индикатор с общим катодом, например индикатор ЗЛС320А-Е, высвечивает цифру, соответствующую номеру этого входа. Аналогичный дешифратор может быть раз­работан для семисегментного индикатора с общим анодом, а также и для пятисегментного.



Рис. 3.6. Схема диодного дешифра­тора для управления семисегмснт­ным индикатором с общим катодом

При использовании диодных дешифраторов необходимо следить за обеспечением токовых режимов индикаторов, зави­сящих от динамического сопротивления сегмента, диодов дешиф­ратора, от сопротивления источника сигнала. Подход к расчетам схем приведен ниже.

Необходимо отметить, что такие схемы подключения инди­каторов и дешифраторов могут быть использованы совместно с полупроводниковыми схемами в качестве источников инфор­мации только для ограниченного количества типов индикаторов, поскольку нагрузочная способность микросхем широкого приме­нения не может обеспечивать необходимый токовый режим свечения многих типов сегментов индикаторов. Объем элект­ронного оборудования в подобных схемах растет за счет необ­ходимой установки усилителей-формирователей тока на каждом из входов диодного дешифратора.

Учитывая, что наиболее рациональным и чаще встречающим­ся способом передачи информации является передача ее в ви­де двоично-десятичного кода (ДДК), необходимо более ши­роко рассмотреть возможности дешифрации информации из ДДК в позиционный семисегментный код цифровых индикато­ров.



При передаче информации в виде ДДК наиболее простым способом управления цифровыми ППИ является способ управ­ления в статическом режиме (режиме постоянного тока), при котором каждый индикатор обеспечивается устройствами па­мяти, дешифратором ДДК в позиционный код (ПК), восприни­маемый ППЦИ, а также формирователями тока.

В общем виде структурная схема управления индикатором в режиме постоянного тока представлена на рис. 3.7.



Рис. 3.7. Структурная схема управ­ления полупроводниковым индика­тором (семисегментным) в режиме постоянного тока



Рис. 3.8. Схема подключения ППИ к дешифратору двоично-десятичного кода в семисегментный позиционный код, воспринимаемый индикатором: а — ППИ с общим катодом; б — с общим анодом

Рис. 3.9. Схема входных каскадов ИМС К514ИД1, 514ИД1, К514ИД2, 514ИД2

Дешифратор преобразует информацию ДДК в семиразрядный позиционный код. Полупроводниковые индикаторы являются то­ковыми приборами, для их нормального функционирования необходимо стабилизировать прямой ток через каждый элемент Эту задачу выполняют формирователи тока. Таким образом, преобразованная из ДДК в позиционный код информация посту­пает с нормированными по току характеристиками на управляю­щие входы индикатора. При необходимости индикации десятичных значений параметров поступающие на схему управления данные должны содержать информацию о включении децималь­ной точки (ДТ). Эта информация по сигналу «Разрешение запи­си» запоминается устройством памяти ДТ, нормируется форми­рователем тока и подается на светодиод децимальной точки индикатора.

Рис. 3.10. Схема выходов ИМС К514ИД1 и 514ИД1

Рис. 3.11. Схема выходов ИМС К514ИД2 и 514ИД2

В табл. 3.1 представлен перечень наиболее часто применяю­щихся в промышленных устройствах отображения информации микросхем, предназначенных для дешифрации цифровых сигна­лов двоичного кода в семисегментный позиционный код полупро­водниковых индикаторов.

Схема подключения полупроводниковых цифровых индика­торов к дешифраторам. На рис. 3.8 представлены схемы подклю­чения ППЦИ с общим катодом и общим анодом к соответствую­щим дешифраторам двоичного кода в семисегментный позицион­ный код индикатора.





Рис. 3.12. Принципиальная схема преобразования и индикации информации на ПНИ с общим анодом при использовании дешифратора тина 514ИД2, К514ИД2

Входные каскады дешифраторов К514ИД1, 514ИД1, К514ИД2, 514ИД2 одинаковы, их принципиальные электрические схемы приведены на рис. 3.9. Различие подключения индикато­ров с общим катодом и общим анодом к дешифраторам объяс няется различием построения выходных каскадов последних (рис. 3.10 и 3.11). Представлены схемы выходов микросхем К514ИД1, 514ИД1 и К514ИД2, 514ИД2 соответственно.

Таблица 3.1. Общие данные о схемах управления цифровыми полупроводни­ковыми индикаторами

Тип схемы управления	Функциональное назначение	Вид цифрового индикатора	Число инфор­мацион­ных входов	Число выхо­дов	Iвых макс. каждого выхода, мА
514ИД1, К514ИД1	Дешифратор дво- ичного кода в семи- сегментный	Семисегмент- ные с ОК	4	7	7,5
514ИД2, К514ИД2	То же	Семисегмент- ные с ОА	4	7	22
514ПР1, К514ПР1	Дешифратор дво- ичного кода в семи- сегментный с регист- ром памяти	То же	6	7	25
514ИД4А, К514ИД4А	Дешифратор дво- ичного кода в гексо- децимальный с па- мятью и формирова- телем тока	Семисегмент- ные с ОК красно- го, желтого, зеле- ного цветов	4	7	13
514ИД4Б, К514ИД4Б	То же	То же	4	7	26
514ИД4В, К514ИД4В	»	»	4	7	52
533ИД18	Дешифратор дво- ичного кода в семи- сегментный	Семисегмент- ные с ОА	4	7	10
514ПП1, К514ПП1	То же » »	То же » »	4	7	12
133ПП4	» »	» »	4	7	10

Формирователями токов для сегментов индикатора с общим анодом служат резисторы R1 — R7 (рис. 3.12), для децимальной точки — резистор Re, а для децимальной точки индикатора с общим катодом — резистор R.

Сопротивления R1 — R7 могут быть определены из следующего соотношения:

R = (Uип—Uпр—Uдип)/Iпр,                                                                       (3.1)

где Uим напряжение источника питания, В; Uпр — прямое на­пряжение светодиода при постоянном токе через сегмент Iпр, В; Uш, - выходное напряжение дешифратора 514ИД2 во включен­ном состоянии, В; Iпр — прямой ток через светодиод, А (0,02 А).

При Uип = 5,5 В, UПр = 2,5 В, UДин=0,45 В R = 102 Ом, бли­жайший номинал по шкале номиналов сопротивлений по ГОСТ 2825-67 составляет 100 Ом.

Аналогичные расчеты позволяют вычислить сопротивление R» для формирования тока децимальной точки (Rs=120 Ом).

Максимально допустимые выходные токи дешифраторов для индикаторов с общим катодом и общим анодом составляют 7,5 и 22 мА соответственно. При проектировании дисплеев может возникнуть необходимость усиления мощности выходных каска­дов микросхем. На рис. 3.13, а и б приведены возможные схемы включения транзисторов на выходах указанных дешифраторов.

На рис. 3.12 представлена аппаратурная реализация схемы управления постоянным током индикатора ЗЛС324Б1.

В качестве устройств памяти кода данных и наличия деци­мальной точки использованы микросхемы типа К155ИР1, в ка­честве дешифратора двоично-десятичного кода в семисегментный позиционный код использован дешифратор 514ИД2. В качестве устройств памяти могут быть использованы и другие микросхемы с аналогичными функциональными возможностями.



Рис. 3.13. Схема подключения усилительного транзистора на выходе дешифра­тора К514ИД1 (514ИД1) (а) и К514ИД2 (514ИД2) (б)



Рис. 3.14. Схема подключения ППН с изменяемым цветом свечения к дешифрато­ру двоично--десятичного кода r семисегментныи код, воспринимаемый индикатором:

ПНИ индикаторы типов ИНЦ02А-1/7, КИПЦ02A-1 /7КЛ, ИПЦ02Б-1/7КЛ.


КИПЦ021) -1/7КЛ; КЗЦ и ККЦ ключи типа 1HT251 подключения свотодиодов зеленого и красного цветов свечения соответственно

 

Таблица 32 Таблица истинности микросхем К514ИД1, К514ИД2, 514ИД1, 514ИД2

В х од	Выход	Символ
20	2'	22	23	г	л	в	с	D	Е	F	G
Выводы микросхемы
7	1	2	6	4	13	12	11	10	9	15	14
0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	0
1	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0
0	1	0	0	1	1	1	0	1	1	0	1
1	1	0	0	1	1	1	1	t	0	0	1
0	0	1	0	1	0	1	1	0	0	1	1
1	0	1	0	1	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	1	1	0	1	1	1	1	1
1	1	1	0	1	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	1	1	1	1	1	0	1	1
0	1	0	1	1	0	0	0	1	1	0	1
1	1	0	1	1	0	0	1	1	1	0	0
0	0	1	1	1	0	1	0	0	0	1	1
1	0	1	1	I	1	0	0	1	0	1	1
0	1	]	I	1	0	0	0	1	1	1	1
1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»
X	X	X	X	0	0	0	0	0	0	0	0

Примечания: 1. Для входов микросхем 514ИД1, 2:1 — U'вх ; 0 — U0вх ; X — без­различная комбинация входных сигналов (U1вх или U0вх).

2. Для выходов микросхем: I — I1вых для 514ИД1, I0вых для 514ИД2; 0 — I°вых для 514ИД1, Iвых для 514ИД2.

3. Г — вход ИМС при низком уровне сигнала, на котором обеспечивается гашение всех сегментов индикатора.

Полученная от источника в виде двоично-десятичного кода информация запоминается в устройствах памяти при подаче сигнала высокого логического уровня «Разрешение записи» на соответствующие входы микросхем.





Рис. 3.15. Принципиальная схема преобразования и индикации информации на ППИ с общим анодом при использовании дешифратора типа 514ПР1

Кроме монохромных семисегментных индикаторов разработан ряд индикаторов с двумя цветами свечения. Эти индикаторы имеют восемь катодных выводов (по одному на каждый сегмент и на децимальную точку) и два анодных вывода, каждый из которых объединяет аноды сегментов красного и зеленого цветов свечения соответственно. Для управления такими индикато­рами (ИПЦ02А-1/7КЛ, КИПЦ02А-1/7КЛ, ИПЦ02Б-1/7КЛ, КИПЦ02Б-1/7КЛ) могут быть использованы дешифраторы типов 514ИД2 и К514ИД2, как это показано на рис. 3.14. Замыкание цепи прохождения тока одним из ключей вызовет свечение сег­мента зеленого или красного цвета свечения [17].

Для использования дешифраторов в устройствах отображе­ния информации необходимо строгое- соответствие входных кодов для микросхем-дешифраторов их выходным кодам и позицион­ному (в соответствии с рис. 3.5) положению сегментов в инди­каторе. Эти данные приведены в табл. 3.2.

Кроме указанных микросхем для управления индикаторами с общим анодом могут быть использованы также дешифраторы двоично-десятичного кода в позиционный — ИМС 514ПР1. Эта микросхема содержит в своем составе кроме собственно дешиф­ратора ДДК также устройства памяти кода информации (на 4 бита) и формирователи токов сегментов. На рис. 3.15 представ­лена аппаратурная реализация схемы управления индикаторов с общим анодом (в данном случае 3ЛС324Б1) с применением дешифратора 514ПР1. В качестве устройства памяти децималь­ной точки может служить микросхема К155ИР1 или аналогичная ей по функциональным возможностям (например, 134ИР1).

Запись информации в ИМС 514ПР1 производится при одно­временной подаче на соответствующие ее входы кода данных и сигнала «Разрешение записи».

Временной интервал между фронтами приходящих на входы 2, 11, 12, 13, 14 информационных сигналов и фронтом логиче­ской единицы, поступающей на вывод 5 микросхемы для записи информации в регистр памяти, не должен превышать 50 не;



временной интервал между срезами информационных сигналов, поступающих на входы, и фронтов сигнала разрешения записи на входе 5 также не должен превышать 50 не.

При использовании ИМС 514ПР1 предельно допустимое зна­чение напряжения индикации зависит от температуры окру­жающей среды и в диапазоне от 35 до 70° С определяется по формуле Uинд.маК1 = 3,7 — (Токр.ср — 35) -0,011, где Гокр.ср — тем­пература окружающей среды в °С. При 7OKpq, = 35°С UН11дмакг = = 3,7 В.



Рис. 3.16. Схемы входных (а) и выходных (6) каскадов ИМС 514ПР1

Выходные и входные каскады микросхемы представлены на рис. 3.16. Таблица истинности ИМС 514ПР1 (табл. 3.3) анало­гична таблице истинности микросхем 514ИД2 и К514ИД2 только в части дешифрации цифровых значений от 0 до 9. При проекти­ровании ИМС 514ПР1 были учтены запросы разработчиков устройств отображения информации и вместо знаков позиций 11 — 15 таблицы истинности микросхем 514ИД1. К514ИД1, 514ИД2, К514ИД2 введена дешифрация знака «минус» и букв С, Я, Р, L.

Для управления семисегментными индикаторами с общим катодом зеленого, красного и желтого цветов свечения могут быть использованы также микросхемы типа 514ИД4А, Б, В. Схема подключения дешифратора к индикатору с общим като­дом приведена на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Схема подключения дешифра­тора 514ИД4А, Б, В к цифровым инди­каторам с общим катодом: D1, дешифратор ДДК (514ИД4A, Б. В). 1-7 — информационные входи дешифра­тора; Н — семисегментный индикатор с общим катодом

 

Таблица 3.3. Таблица истинности ИМС 514ПР1

Вход	Выход	Символ
20	2'	22	23	Р	Г	А	B	C	D	E	F	G
Выводы микросхемы
7	1	2	6	5	4	13	12	11	10	9	15	14
0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	]	1	1 0
1	0	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0
0	1	0	0	0	1	1	1	0	1	1	0	1
1	1	0	0	0	1	1	1	1	1	0	0	1
0	0	1	0	0	1	0	1	1	0	0	1	1
1	0	1	0	0	]	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1
1	1	1	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	0	1 1	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	0	1	1	1	1	1	0	1	1
0	1	0	1	0	1	1	1	0	0	1	1	1
1	1	0	1	0	1	0	0	0	1	1	1	0
0	0	1	1	0	1	1	0	0	1	1	1	0
1	0	1	1	0	1	0	1	1	0	1	1	1
0	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	1	—
1	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»
X	X	X	X	X	0	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»
X	X	X	X	1	1	X X	X X	X X	X X	X X	X X	X X	XX
X	X	X	X	1	0	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»

Примечания: 1. Для входа микросхем: 1 — U1вх; 0 — U0вых.

2. Для выхода микросхем: 1 — I1ВЫХ; 0 — I0ВЫХ.

3. X — безразличная комбинация входных сигналов (U1вх; U0вх.).

4. X X — сохраняющийся символ на выходе, существовавший до подачи U1вх на вход Р.

Таблица истинности этих ИМС (табл. 3.4) несколько отли­чается от таблицы истинности ранее приведенных ИМС: в первой строке обозначений входов и выходов ИМС проставлены на­именования выполняемых функций в соответствии с техниче­скими условиями на микросхемы, во второй строке — их стан­дартизованные обозначения.

Выходные токи ИМС зависят от температуры окружающей среды. Данные об этом представлены в табл. 3.5.

 

Таблица 3.4. Таблица истинности ИМС 514ИД4А, Б, В

Вход	Выход	Символ
X1	X2	X3	X4	X5	X6,	YA	YB	YC	YD	YE	YF	YG
20	21	22	23	Г	Р	A	В	С	D	E	F	G
Выводы микросхемы
7	1	2	6	4	5	13	12	1 1	10	9	15	14
0	0	0	0	1 0	(J	1	1	1	1	1	l	0
1	0	0	(1	0	0	0	1	1	0	(J	f)	0
0	1	0	0	0	0	1	1	0	1	1	0	1
1	1	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	1
0	0	1	0	0	0	0	1	1	0	0	1	1
1	0	1	0	0	1	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	0	0	1	0	1	1	1	1	1
1	1	1	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	0	0	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	0	0	1	1	1	1	0	1	1
0	1	0	1	0	0	1	1	1	0	1	1	0
1	1	0	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1
0	0	1	1	0	0	1	0	0	1	1	1	0
1	0	1	1	0	0	0	1	1	1	1	0	1
0	1	1	1	0	0	1	0	0	1	1	1	1
1	1	1	1	0	0	1	0	0	0	1	1	1
X	X	X	X	1	0	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»

Примечания: 1 Свечению сегментов индикатора соответствуют выходные напря­жения высокого уровня, выходные каскады работают в режиме источника тока.

2. Знаку X соответствует безразличное состояние логического уровня входного напряжения.

3. X6 вход управления «памятью». При наличии на входе X6 напряжения высокого уровня информационные входы ИМС отключаются и схема запоминает предыдущую информацию до момента снятия со входа X6 напряжения высокого уровня.

1. X5 - вход ИМС, высокий уровень напряжения на котором дешифруется отсутст­вием свечения сегментов индикатора при любых сочетаниях логических уровней на входах микросхемы.

 

Таблица 3.5. Значения выходного тока высокого уровня ИМС 514ИД4А, Б, В при различной температуре окружающей среды

Uвых, В	Значение выходного тока, мА, при температуре, ° С
514ИД4А	514ИД4Б	514ИД4В
— 60	+25	+85	— 60	+25	+85	— 60	+25	+85
Не более 1 ,7	15	13	13	29	26 2	6	58	52	52
Не менее 3,0	7	7	6	14	14 1	2	28	28	25

Микросхема 533ИД18 также может быть использована в ка­честве дешифратора двоично-десятичного кода в позиционный код при управлении одноразрядными индикаторами с общим анодом в устройствах отображения информации. Таблица истин­ности ИМС 533ИД18 приведена ниже (табл. 3.6).

Микросхема работает в одном из четырех режимов: 1 — дешифрация знаков при выполнении функций от 0 до 15 табл. 3.6; 2 — 4 режимы — выполнение функций BI/RBO, RBI, LT соответ­ственно.

Режим 1. Режим непосредственной дешифрации. На входах LT, BI/RBO, RBI — высокий уровень. Логические уровни входов VI, V2, V4, V8 — обеспечивают на выходах Q1 — Q7 состояния уровней для индикации на ППИ с общим анодом указанных в табл. 3.6 знаков.

Режим 2. Режим «закрытых входов». На выводе BI/RBO — низкий уровень. Все выходы находятся в выключенном состоянии, обеспечивая «бланк», т. е. выключенное состояние всех сегментов индикатора.



Режим. 3. Режим «без нуля». Если на входах LT= 1, RBI = Q, то вывод BI/RBO — в режиме 3 является выходом. При VI = — V2 = V4 = V8 = Q «О» не дешифруется. Все выходы переходят в закрытое состояние, т. е. Q1-Q7=l, что соответствует инди­кации «бланка». На выходе BI/RBO — низкий уровень. Весь остальной набор состояний VI - V8 дешифруется аналогично режиму 1.

Режим 4. Режим контроля индикатора. На выводах ИМС L7 = 0, Bl/RBO=1. Независимо от состояния входов VI — V8 на выходах Q1 — Q7 — низкий уровень, обеспечивающий свечение «8» на индикаторе.

При подаче на вход ИМС двоично-десятичного кода дешиф­руются цифры от 0 до 9, при подаче двоичного кода — знаки символов функций от 0 до 15.

При использовании ИМС 533ИД18 в качестве дешифратора ДДК в ПК необходимы как минимум два режима ее работы: дешифрации и контроля (режимы 1 и 4).

Для управления цифровыми индикаторами с общими анодами разработана также микросхема К514ПП1. Таблица истинности микросхемы представлена в табл. 3.7. В качестве выходного эле­мента использован ключ с разомкнутым коллектором. Макси­мальный выходной ток Iвых. макс= 12 мА. При подключении инди­каторов к выходам ИМС последние нужно защищать от чрез­мерного втекающего тока токоограничивающими резисторами. Расчет сопротивлений резисторов приведен выше.

Таблица 3.6. Таблица истинности ИМС 533ИД18

Обозначение теста	Вход	LT	Вход -выход BI/RBO	Выход	Символ
V1	V2	V4	V8	RBI	Ql	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7
20	21	22	23	А	В	С	D	Е	F	G
Вывод микросхемы
7	1	2	6	5	3	4	13	12	11	10	9	15	14
0	0	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	1
1	1	0	0	0	X	1	1	1	0	0	1	1	1	1
2	0	1	0	0	X	1	1	0	0	1	0	0	1	0
3	1	1	0	0	X	1	1	0	0	0	0	1	1	0
4	0	0	1	0	X	1	1	1	0	0	1	1	0	0
5	1	0	1	0	X	]	1	0	1	0	0	1	0	0
6	0	1	1	0	X	1	1	0	1	0	0	0	0	0
7	1	1	1	0	X	1	1	0	0	0	1	1	1	1
8	0	0	0	1	X	1	1	0	0	0	0	0	0	0
9	1	0	0	1	X	1	1	0	0	0	0	1	0	0
10	0	1	0	1	X	1	1	1	1	1	0	0	1	0
11	1	1	0	1	X	I		1	1	0	0	1	1	0
12	0	0	1	1	X	1	1	1	0	1	1	1	0	0
13	1	0	1	1	X	Х	1	1	1	1	0	1	0	0
14	0	1	1	1	0	1	1	1	1	1	0	0	0	0
15	1	1	1	l	X	X	0	1	1	1	1	1	1	1	«бланк.»
HI/RHO	X	X	X	X	X	X	0	1	1	1	1	1	1	1	«бланк.»
R8I	0	0	0	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	«бланк»
LТ	X	X	X	X	X	0	1	0	0	0	0	0	0	0

Примечании: 1. Свечению сегментов индикатора соответствует выходное на­пряжение низкого уровня.

2. Х - безразличное состояние логических уровней на входах ИМС. 3 B1 /RB0 вывод является выходом только в коде RBI

Таблица 3.7. Таблица истинности ИМС К514ПП1

Номер теста	Вход	Выход	Символ
X1	X2	X3	X4	X5	YA	YB	YC	YD	YE	YF	YG
20	21	22	23	K	A	B	C	D	E	F	G
Номер вывода микросхемы
5	1	2	4	3	11	10	9	8	6	13	12
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
9	1	0	0	0	0	1	0	0	1	1	1	1
3	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0	1	0
4	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0
5	0	0	1	0	0	1	0	0	1	1	0	0
6	1	0	1	0	0	0	1	0	0	1	0	0
7	0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
8	1	1	1	0	0	0	0	0	1	1	1	1
9	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
10	1	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
11	0	1	0	1	0	1	1	1	0	0	1	0
12	1	1	0	1	0	1	1	0	0	1	1	0
13	0	0	1	1	0	1	0	1	1	1	0	0
14	1	0	1	1	0	0	1	1	0	1	0	0
15	0	1	1	I	0	1	1	1	0	0	0	0
16	1	1	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	«бланк»
17	X	X	X	X	1	0	0	0	0	0	0	0

Примечании: 1. Свечении сегментов индикатора соответствует состоянию логического нуля на выходе микросхемы.

2. Знаку X соответствует безразличное состояние на входах X1-X4.





Рис. 3.18. Схемы входных (а) и выходных (б) каскадов ИМС К514ПП1

Рис. 3.19. Схема выходных кас­кадов ИМС 133ПП4

Схемы входных и выходных каскадов микросхемы приведены на рис. 3.18.

Для управлении семисегментпыми индикаторами с общим анодом может быть использована также микросхема 133ПГ14. Принципиальная схема входных каскадов ее аналогична схеме входных каскадов ИМС КМ4ИД1, К514ИД2, 514ИД1, 514ИД2. Схема выходных каскадов приведена на рис. 3.19. Нумерация выводов и их соответствие выполняемым функциям указанных микросхем также унифицированы.

Особое место среди выпускаемых промышленностью семи-сегментных индикаторов занимают микросхемы-индикаторы (индикаторы со встроенными схемами управления). К ним ел носятся полупроводниковые индикаторы типов К490ИП1, 490ИП1, К490ЙП2 и 490ИП2.



Рис. 3.20. Схема последовательного включения десятичных счетчиков индикато­ров К490ИП1 и 490ИП1:

1 — информационный вход устройства индикации; 2 — группа входов по управлению децимальными точками каждого из разрядов; 3 — входы счетчиков индикаторов по уста­новке нуля; 4 — группа входов гашения для каждого из разрядов

Индикаторы К490ИП1 и 490ИП1 представляют собой десятич­ные счетчики-индикаторы с децимальной точкой. Для их исполь­зования в качестве индикаторов в устройствах отображения информации на несколько разрядов необходимо кодовый выход младшего разряда устройства (вывод 4 последнего индикатора) соединить со входом старшего разряда (вывод 7 следующего по старшинству разряда индикатора).

На рис. 3.20 представлена схема подключения десятичных счетчиков-индикаторов К490ИП1 и 490ИП1 для использования в качестве N-разрядного индикатора цифровых значений пара­метра. Младшим разрядом устройства индикации является счетчик-индикатор DN, старшим разрядом устройства счетчик-индикатор di. Выход младшего разряда (вывод 4 Dv) устрой­ства индикации соединен со счетным входом предыдущего раз­ряда счетчика (вывод 7 DN ,), вывод 4 которого соединен со входом следующего по старшинству разряда и т.


д. до соеди­ нения выхода предыдущего разряда со входом старшего разряда устройства (вывод 7D1).

Вход гашения (вывод 2) позволяет при записи информации в счетчик микросхемы не индицировать вносимую в этот момент информацию. Установка нуля прибора осуществляется по вы­воду 6, управление децимальной точкой — но выводу 9 прибора.



Рис. 3.21. Схемы входного (и) и выходного (б) каскадов счетчиков-индикаторов КШОИП1 и 490ИП1

Таблица 38. Соответствие индицируемых знаков состоянию логических уров­ней на входах приборов К490ИП2, 490И П2

Вход	Символ
20	21	22	23	Г	Р
Bыводы микросхемы
14	11	13	2	4	3
0	0	0	0	1	0
1	0	0	0	1	0
0	1	0	0	1	0
1	1	0	0	1	0
0	0	1	0	1	0
1	0	1	0	1	0
0	1	1	0	1	0
1	1	1	0	1	0
0	0	0	1	1	0
1	0	0	I	1	0
0	1	0	1	1	0
1	1	0	1	1	0
0	0	1	1	1	0
1	0	1	1	1	0
0	1	1	1	1	0
X	X	X	X	0	0	«бланк»
X	X	X	X	X	1	«бланк»

Примечания: 1. X — соответствует безразличному значению управляющих сигналов на входах прибора.

2. Гашение десятичной точки и индикатора происходит при подаче логического нуля на выводы 12 и 4 соответственно.

3. Запись входной информации происходит при подаче логической единицы на вывод 3 прибора. При подаче логического нуля на вывод 3 форма знака соответ­ствует информации на выводах 2, И, 13, 14.

Схемы входного (а) и выходного (б) каскадов представле­ны на рис. 3.21.

Высота знака индикатора 490ИП1 составляет 2,5 мм. В комп­лекте с прибором поставляется линзовая крышка, которая позво­ляет увеличить видимый размер индуцируемого знака. Цвет све­чения индикатора — красный.



Приборы К490ИП2 и 490ИП2 состоят из регистра памяти, преобразователя кодов из двоичного четырехразрядного в семи-сегментный и индикатора цифр и знаков.

Соответствие индицируемых знаков состоянию логических сигналов на входе приборов представлено в табл. 3.8.

 

3.3. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЯРКОСТИ СВЕЧЕНИЯ ИНДИКАТОРОВ ПРИ УПРАВЛЕНИИ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Особенностью использования ПНИ, как и любого активного (светоизлучающего) индикатора, является зависимость качества восприятия информации от уровня яркости внешней освещен-ности. В частности, в помещениях с рассеянным спокойным освещением индикатор в номинальных режимах работы даст дискомфорт считывания информации из-за чрезвычайно высо­кого яркостного контраста; в помещениях же с высокими уров­нями внешней освещенности (от 10000 до 100000 лк) яркост­ного контраста для уверенного считывания информации даже при максимуме светоотдачи без применения специальных мер будет недостаточно. Для устройств, работающих в широком диапазоне внешней освещенности, необходимо решать обе эти задачи.

Снижение яркостного контраста при работе индикатора в по­мещениях с низким уровнем внешней освещенности достига­ется путем регулирования (уменьшения) яркости свечения инди­каторов.

Это регулирование может быть осуществлено различными способами. В частности, в условиях ровного яркого освещения, например в вычислительных центрах, допустим вариант регули­рования яркости за счет изменения напряжения питания ППИ, а следовательно, и амплитуды проходящего через светодиоды тока. Регулирующим элементом может служить переменный ре­зистор, вынесенный на лицевую панель прибора. Этот резистор является элементом делителя напряжения в блоке питания, осу­ществляющего регулировку выходного напряжения блока, ис­пользуемого для питания ППИ. Вариант прост в исполнении, однако может быть использован только в помещениях с до­статочно ровным ярким освещением, не требующим регулирова­ния яркости ППИ до минимума.



Это объясняется тем, что при малых значениях протекаю­щего через светящийся элемент тока Iпр наблюдается значи­тельный разброс яркости их свечения Lv (рис. 3.22). При сниже­нии до определенного минимума протекающего через светодиоды тока разброс яркости свечения ППИ значительно увеличива­ется (ДLv2>ДLv1 при I1<I2).

При невысоких уровнях яркостей, т. е. при работе в ночное время, зрительное восприятие неравномерности свечения будет усугубляться тем, что в этих условиях чувствительность глаза выше, поэтому и различная яркость проявляется сильнее. Следо­вательно, регулирование яркости свечения индикаторов методом изменения напряжения на нижних пределах регулирования соз­даст дискомфорт при считывании информации из-за разноярко-сти свечения светодиодов.

Необходимо учесть, что конструкция ППИ не позволяет их использовать без светофильтров, так как светлая пластмасса рассеивателя светопроводов точек и сегментов ППИ на черном фоне его корпуса даже в выключенном состоянии выделяется достаточно контрастно. Высокий контраст элементов индикатора при определенных условиях освещенности или дефицита времени могут вызвать пропуски и ошибки при считывании информации. Светофильтры же, обеспечивающие цветовой и яркостный конт­расты индицируемой информации, снижают яркость свечения на 15 — 20% и более в зависимости от типа светофильтра. Таким образом, с одной стороны, для обеспечения комфортности счи­тывания информации в затемненном помещении необходимо снижение тока через светодиоды цифрового индикатора до зна­чения, снимающего слепящее действие наиболее ярких элемен­тов, а с другой — явление разброса яркости свечения с одновре­менным использованием светофильтров приводит к полной потере светимости части светодиодов, имеющих более низкие светоизлучающие характеристики.

Рис. 3.22. Зависимость яркости свече­ния светодиодов от прямого тока

Рис. 3.23. Структурная схема ШИМ ре­гулирования яркости свечения цифро­вых индикаторов:



1 - генератор широтно-модулированны.х импульсов, у которого ти =f(Rя): 2 де­шифратор ДДК r семиразрядный пози­ционный код ППИ; 3 информационные входы дешифратора; 4 семисегментный индикатор; R1-R7 токоограничивающие резисторы

Поэтому способ регулирования яркости свечения индикаторов снижением напряжения питания, приемлемый для приборов, размещаемых в помещениях с постоянным средним и ярким уровнем внешней освещенности, неприемлем для устройств отображения информации, размещаемых в помещениях и на объектах с широким диапазоном яркостей внешних освещений.



Рис. 3.24. Принципиальная схема генера­тора ши ротно-модулированных импульсов .чля регулирования яркости свечения ППИ

Другим вариантом регулирования яркости свечения индика­торов, устраняющим указанный недостаток, является широтно-импульсная регулировка.

Широтно-импульсный метод регулирования яркости свечения цифровых ПП индикаторов. Широтно-импульсный метод (ШИМ) основан на сокращении времени протекания тока через светоди­оды индикаторов. При этом снижается значение среднего пря­мого тока через светодиоды и, естественно, снижается яркость их свечения.

Рис. 3.25. Эпюры напряжений и то­ков ШИЛА регулирования яркости свечения ППИ

На рис. 3.23 представлена структурная схема широтно-им-пульсного метода регулирования яркости свечения цифровых индикаторов.

Функционирование элементов 2 и 4 приведенной схемы в за­висимости от состояния информационных входов 3 дешифрато­ра было пояснено выше. Необходимо, однако, отметить, что дешифраторы типа 514ИД1, 514ИД2, 514ПР1 и др. имеют вход гашения (в указанных дешифраторах это вход 4), при подаче сигнала на который на выходах АС дешифраторов появляется логический уровень, обеспечивающий гашение светодиодов.

На рис. 3.24 представлена одна из возможных схем генера­тора широтыо-модулированных импульсов. Регулирующий эле­мент Ra, размещенный обычно на лицевой панели прибора, определяет длительность выходного импульса генератора, ко­торая пропорциональна величине R».



Указанный метод заключается в регулировании светоотдачи полупроводникового материала индикатора изменением сред­него прямого тока через сегмент. Поскольку наиболее распро­страненным формирователем тока бывает Пассивный элемент (резистор), то во избежание значительного изменения яркости необходима высокая степень стабилизации напряжения питания источника тока. Необходимо отметить, что при индикации различных значений цифровых параметров суммарный ток потреб­ления всего индикатора будет изменяться в широких пределах, а поэтому напряжение питания при изменениях тока нагрузки во время работы индикаторов должно быть стабилизировано во всем диапазоне токов потребления от 0 до Iмакс.

На рис. 3.25 представлены поясняющие работу этой цепи эпю­ры напряжений и токов, где UBX — напряжение на выводе 6 де­шифратора (наличие Uвх на выходе 6 обеспечивает свечение всех сегментов ППЦИ); R» — сопротивление регулирующего потенциометра; Iимп — импульсный ток, протекающий через све-тодиоды индикатора; Iср — средний прямой ток через свето-диоды.

Снижение среднего прямого тока через сегменты вызывает снижение светоотдачи полупроводникового материала индика­тора, т. е. регулирование яркости индикатора.

Приведем значения параметров и типы электрорадиоэле­ментов для реализации одного из вариантов генератора широт-но-модулированных импульсов, представленного на рис. 3.24: R, и R5=1,1 кОм; R2 и R4=1,0 кОм; R3 = 91 Ом; R6 = 2,0 кОм; R7=12 кОм; Rя=15 кОм; KD,, VD2 — 2Д104А; VT,, VT2 — 2Т312Б; VT3 — 2Т603Г; С, и С2 = 0,047 мкФ. Эти значения обеспечат в схеме рис. 3.24 регулирование яркости 15 — 20 ин­дикаторов типа АЛС324Б1 (ЗЛС324Б1) от 20 до 100% их ярко­сти. Частота выходного сигнала такого генератора составит 2 кГц.

Рис. 3.26. Принципиальная схема ана­логового регулятора яркости ППИ

Схемы регулирования яркости индикаторов с использова­нием генераторов широтно-модулированных импульсов могут быть различными. Однако любые варианты такой схемы регу­лирования яркости могут использоваться только при ограничен­ном числе индикаторов, так как одновременное включение-вы­ключение большого числа индикаторов вызывает значительные изменения тока источника питания.


Борьба с такими помехами в микросхемной части прибора, в том числе и дешифраторе, часто вызывает значительные трудности. Действительно, наи­больший ток индикатора, например, ЗЛС324Б1 составляет 140 мА и при одновременной регулировке яркости 15 индика­торов изменение тока составит более 2 А. Это необходимо учитывать при проектировании источника питания и разводке про­водного или печатного монтажа.

Для уменьшения влияния помех можно сдвинуть во времени запрещающие сигналы, подаваемые на гасящие входы групп дешифраторов.

Регулировка яркости свечения индикаторов аналоговым мето­дом снимает указанные сложности. Схема аналогового регуля­тора приведена на рис. 3.26. Ее целесообразно применять в устройствах, в которых другие методы борьбы с помехами в ШИМ регулирования по тем или иным причинам не принесли желаемого результата. Следует помнить, что аналоговый метод регулировки яркости менее экономичен, чем ШИМ, так как даже при полностью погашенных индикаторах значительная мощность рассеивается на регулирующем транзисторе стабили­затора и на резистивном делителе напряжения. Ниже приведены значения параметра электрорадиоэлементов для реализации одного из вариантов аналогового регулятора яркости ППИ.

Значения R, =300 Ом; R2 и R3 = 50 Ом; R4 и R5 = 220 Ом; Rя=1,0 кОм; VTlt VT2 — 2T603A; VT3 — 2Т908А обеспечивают в схеме рис. 3.26 Iнагр = 2,8 А, достаточный для регулирования яркости 15 — 20 индикаторов типа ЗЛС324Б1 (прямой ток 20 мА).

3.4. ЗАВИСИМОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЧЕРЕЗ СЕГМЕНТ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

У полупроводниковых индикаторов существует связь между прямым током через светодиод индикатора, температурой р-n перехода, его тепловым сопротивлением и рассеиваемой мощ­ностью. Поэтому одним из необходимых условий работы ППИ является обеспечение тепловых режимов их работы.

Нормальная работа индикатора при высоких температурах окружающей среды может быть нарушена из-за различия температурных коэффициентов расширения материалов корпуса прибора, токопроводящих элементов, компаундов.


Термические напряжения, вызванные недостаточным отводом выделяемых р-n переходом мощностей, могут вызвать выход индикатора из строя. Поэтому ограничения, накладываемые на протекающие через р-n переходы токи, связаны не только с критическими их значениями, при которых деградация светоотдачи не превы­шает допустимую, но и со значениями выделяемых мощностей, при которых не происходит катастрофических отказов приборов из-за перегрева.

Максимально допустимые режимы питания ППИ могут быть определены как теоретически, так и на основе статистических данных по контролю надежности. Для практического исполь­зования имеется ряд правил, определяемых техническими усло­виями на ППИ.

Постоянный прямой ток для ЦИ ЗЛС324Б1 не должен пре­вышать максимально допустимого значения [18]:

IпР.макс = 25 мА при — 60° С< Т<35° С;                                            (3.2а)

Iпр.мак, = [25-0,5(Т-350С)] мА при 35°С<T<70°С,                            (3.2б)

где Т — температура окружающей среды, °С.

При эксплуатации индикаторов в импульсном режиме необ­ходимо, чтобы пиковое значение импульсного тока не превышало максимального значения:

Iпр.имп.макс = 200 мА при -60° С<T<35° С;                                (З.За)

Iпр.имп.макс-= 200 — 4( Т — 35° С)] мА при 35е С <T< 70° С. (3.3б)

При этом среднее значение импульсного тока должно удов­летворять соотношению

Iпр.ср < Iи р. макс — 0,6( Iпр. мимн — Iпр. макс).

Длительность импульса не должна превышать 2,5 мс.

Поэтому, используя ППИ при повышенных температурах окружающей среды, необходимо изменением сопротивлений ре­зисторов формирователей тока (см. рис. 3.8, б) обеспечить сни­жение прямого тока через сегмент до значения, определяемого по формулам (3.2а, 3.26) и (З.За, 3.36).

Например, при эксплуатации ППИ типа ЗЛС324Б1 при тем­пературе Tо = 55°С необходимо снижение прямого тока до Iпр = 25-0,5(55 — 35) = 15 мА.

В этом случае сопротивления R1 — R7 будут в соответствии с (3.1) равны: R= (5 — 2,5 — 0,45)/0,015= 137 Ом; ближайшее по шкале номинальное значение резистора R=140 Ом.



При использовании для управления ППИ дешифратора типа 514ПР1 со стабилизированными потоку выходами (см. рис. 3.15) снижение тока через сегмент может быть обеспечено шунтирую­щими резисторами. Величина R„, определяется:

Rин = Uпр/ДIпр,

где ДIпр — снижение прямого тока через сегмент при использо­вании ППИ в условиях повышенной температуры окружающей среды; Rи = 2,5/0,005 = 500 Ом.

Необходимость снижения прямого тока, протекающего через светящийся элемент, а следовательно, и яркости его свечения при повышенных температурах окружающей среды является одним из существенных недостатков не только семисегментных, но и всех других полупроводниковых индикаторов. Автоматиче­ское регулирование тока в зависимости от температуры, с одной стороны, усложняет схемы управления, с другой - — значительно сокращает возможности использования индикатора. Действи­тельно, при температуре 4-70° С согласно (3.26) прямой ток через сегмент будет равен 7,5 мА, т. е. при высоких уровнях внешней освещенности индикатор типа ЗЛС324Б1 и аналогич­ных ему будет практически не виден.

Существует несколько путей устранения этого недостатка: обдув охлаждающим воздухом индикаторной части при­бора;

использование в условиях работы при повышенных темпера­турах и высоких уровнях внешней освещенности ППИ, разра­ботанных на основе более эффективных материалов; использование ППИ в импульсных режимах работы. Возможность обеспечения обдува регламентируется в каж­дом случае спецификой размещения прибора, наличием или отсутствием подвода воздуха к приборной доске стенда. Не­смотря на перспективность подобного метода, в большом коли­честве случаев обеспечить обдув индикаторов не удается и приходится прибегать к другим приемам. В частности, приме­нять при разработке устройств отображения информации, ра­ботающих при повышенных температурах окружающей среды (35 — 70° С), индикаторы на более эффективных полупровод­никовых материалах.

Для сравнения можно рассмотреть возможности использо­вания двух индикаторов, имеющих одинаковые габаритные раз­меры, размещение светящихся элементов и количества выводов: ЗЛС324Б1 и ИПЦ01Б-1/7К.


Первый индикатор разработан с применением GaAs0,6P0,4, второй — с применением более эффек­тивного материала Gao.esAlo.ssAs. При одинаковом значении постоянного тока через сегмент, равном 20 мА, индикатор ЗЛС324Б1 имеет силу света не менее 0,150 мкд, индикатор ИПЦ01Б-1/7К — не менее 1 мкд. Проведенные замеры пока­зали, что индикаторы ИПЦ01Б-1/7К при прямом токе 5 — 7 мА имеют ту же силу света, что и ЗЛС324Б1 при прямом токе 20 мА. Следовательно, индикаторы ИПЦ01Б-1/7К при токе 7 мА могут быть использованы вместо ЗЛС324Б1 при темпе­ратуре окружающей среды до 60 — 70° С, обеспечивая доста­точную яркость свечения элементов индикации без нарушения теплового режима работы индикатора.

Улучшение теплового режима работы ППЦИ может быть достигнуто также использованием импульсного режима их вклю­чения.

Вопрос использования импульсного режима работы полупро­водниковых индикаторов неоднозначен, так как он применим в основном к индикаторам, разработанным на материалах тина GaAsP, причем с малыми прямыми токами через сегмент. Ис­пользование этих индикаторов в импульсном режиме работы позволяет без значительного ухудшения яркостных характе­ристик снизить средний прямой ток через светящийся эле­мент.

Рис. 3.27. Зависимость относи­тельной эффективности излуче­ния светодиодов индикатора АЛ306А от прямого импульсного тока

Полученная при исследовании разработчиками ППИ зависи­мость относительной эффективности излучения от пикового тока через сегмент индикатора АЛ306А, приведенная на рис. 3.27, свидетельствует об увеличении эффективности излучения с рос­том амплитуды прямого импульсного тока. В частности, для получения яркости свечения, которую имеет индикатор АЛ306А при постоянном токе 10 мА через сегмент, необходимо через его элементы пропускать импульсный ток 40 мА с частотой 30 — 40 Гц при скважности 8, т. е. средний ток через светящий­ся элемент составит 5 мА. Таким образом, импульсный режим питания позволяет посредством снижения среднего прямого тока через светящийся элемент использовать индикаторы на арсенид-фосфиде галлия без значительных потерь силы света при повы­шенных температурах окружающей среды и без нарушения пре­дельно допустимого теплового режима работы индикатора.



Аналогичные данные приводят [19] специалисты фирмы Hewlett Packard, США: квантовый выход монолитных семисег-ментных индикаторов серии HP 5082-7430, разработанных на основе GaAsP, повышается при импульсном режиме питания. На рис. 3.28 приведена зависимость относительной эффектив­ности излучения от пикового тока через сегмент. Для других индикаторов (например, для индикаторов типа 5082-7740) эта зависимость несколько другая, но тенденция к увеличению эф­фективности излучения при увеличении пикового тока сохра­няется.

 

Рис. 3.28. Зависимость относительной эффективности свечения сегментов индикаторов HP 5082-7430 от проте­кающего через них импульсного тока

Рис. 3.29. Зависимость средней яркости свечения индикаторов HP 5082-7430 от среднего тока через сегмент при скваж­ности 20, 10, 5 и при постоянном токе через сегмент (графики 1, 2, 3, 4, соот­ветственно)

На рис. 3.29 приведена зависимость средней яркости индика­тора HP 5082-7430 от среднего тока через сегмент. Например, типовой сегмент, работающий при постоянном токе 1 мА, будет иметь яркость около 40 кд/м2. Тот же сегмент, работающий при пиковом токе 10 мА, будет иметь среднюю яркость 95 кд/м2 при скважности 10 или 100 кд/м2 при скважности 20. Таким образом, при мультиплексировании ППИ на основе GaAsP для . достижения той же самой яркости необходимы меньшие сред­ние.прямые токи через сегмент, а это позволяет использовать их при повышенных температурах без значительных потерь яр­кости за счет снижения среднего тока.

Зависимость излучаемой мощности (7J от температуры окру­жающей среды. Излучаемая мощность светодиода уменьшается при увеличении температуры. Изменения порядка l % на Г С типичны практически для всех полупроводниковых материалов. Поскольку приемником излучения является глаз человека, то к температурным изменениям мощности излучения необходимо прибавлять изменение чувствительности самого глаза. В красной области (650 нм) чувствительность глаза изменяется примерно на 4,3%/нм, в зеленой области (565 нм) — примерно на 0,86%/нм.



Суммарное изменение воспринимаемой силы света в красной области свечения составит 1,86%/°С; в зеленой области умень­шение составит 1,08%/°С.

3.5. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ИНДИКАТОРАМИ В МУЛЬТИПЛЕКСНОМ РЕЖИМЕ

На рис. 3.30 представлена структурная схема [7] управле­ния цифровыми индикаторами в мультиплексном режиме управ­ления.

В предлагаемой схеме выводы одноименных сегментов всех цифр соединены параллельно и подключены к соответствующим выходам формирователей тока 3. Генератор 7 тактирующих импульсов (ГТИ) является синхронизирующим звеном схемы. По его первому тактирующему импульсу срабатывают два уст­ройства — устройство памяти 1, хранящее кодовую информа­цию в виде ДДК для всех шести цифр, и сканирующее устрой­ство выбора цифры 6. Сканирующее устройство подключает через формирователь тока 5 общий вывод первой цифры, под­готавливая ее к возможности возбуждения. По первому же тактирующему импульсу ГТИ устройство памяти ОЗУ 1 выдает на информационные входы дешифратора 2 тетраду ДДК для первой цифры. Преобразованная дешифратором 2 информация в виде позиционного кода через формирователи токов сегмен­тов поступает на соответствующие сегменты всех цифр и инди­каторов 4, замыкая токовую цепь только для первой цифры, светодиоды первой цифры светятся. По второму тактовому им­пульсу ГТИ сканирующее устройство отключает общий вывод первой цифры, подключая общий вывод второй. ОЗУ по второму импульсу ГТИ подключает на информационные входы дешифра­тора 2 тетраду ДДК для второй цифры, отключив код первой. Дешифратор, преобразовывает ДДК второй цифры в позицион­ный код индикаторов. Цепь прохождения тока замыкается только через элементы второй цифры. Цикл последовательного управ­ления цифрами продолжается. Время протекания тока через све­тящийся элемент обратно пропорционально количеству цифр в управляемом наборе. Следовательно, значение среднего пря­мого тока сегментов и яркость их свечения также сокращаются.


Для поддержания яркости свечения на прежнем уровне необ­ходимо сохранять средний прямой ток за счет увеличения им­пульсного тока. Однако применение индикаторов большого размера, работающих при значительных токах через сегмент, влечет за собой необходимость применения мощных ключей Y1 — Y6. Действительно, в момент подключения индикатора к формирователям тока через ключ может течь суммарный ток всех сегментов (при индикации цифры 8). Так, для индикато­ров ЗЛС324Б1 этот импульсный ток достигает 0,02- 7-6жО,84 А (при шести индикаторах, т. е. при скважности 6).



Рис. 3.30. Структурная схема управления шестью цифровыми индикаторами и му.пл мп.юкспом режиме

Указанным требованиям удовлетворяют дискретные транзисто­ры типа 2Т602А. Таким образом, для шести индикаторов требуется шесть достаточно мощных дискретных транзисторов. С уменьше­нием среднего тока через сегмент (у индикаторов малого размера) появляется возможность уменьшить допустимую мощность рас­сеяния транзистора и соответственно увеличить коэффициент ин­теграции их в корпусе. Поэтому данная схема наиболее эффек­тивна для индикаторов, работающих на малых средних прямых токах через сегмент (1 — -3 мА).

Необходимо отметить, что еще одним преимуществом схемы мультиплексного управления индикаторами является то, что она менее энергоемка по сравнению со схемами управления постоян­ным током. Это объясняется тем, что с возрастанием пикового тока индикаторов Hd GaAsP светоотдача на единицу тока увеличивается. Как будет показано в § 3.3, рациональн использовать импульсное питание индикаторов в р ких циклах возобновле­ния информации при значительных пиковых токах.

Таким образом, для обеспечения одной и той же яркости све­чения индикатора при управлении им в мультиплексном режиме расходуется меньшая мощность, чем при питании постоянным током.

Учитывая инерционность зрения для обеспечения восприятия информации без миганий и «размазывания», необходимо частоту возобновления информации для индикаторов, размещаемых на неподвижных объектах, поддерживать на уровне 100 Гц.


Для при­ боров индикации, размещаемых на подвижных объектах, подвер­женных вибрациям, частота возобновления информации поддер­живается на уровне, в 5 раз превышающем уровень вибрации. Однако с точки зрения рационального соотношения уровня слож­ности схем управления и удобства считывания для объектов, подверженных вибрациям с частотами до 2000 Гц, вполне прием­лема частота обновления информации 350 — 375 Гц.

Необходимо обратить внимание на то, что при использовании для стробирования высоких частот (10 кГц и более) скорость выключения усилительных транзисторов может оказаться недоста­точной для обеспечения мультиплексного управления свето-излучающими диодами, т. е. может из-за затяжки срезов стробирующих импульсов возникнуть так называемый «эффект приведения» — цифры, которые должны быть выключены, остают­ся включенными, появляется паразитная подсветка фона на ра­бочем поле индикатора. В зависимости от условий считывания информации для предотвращения этого эффекта необходимо меж­ду выключением олного знака и включением другого предусматри­вав фиксированный временной интервал, равный 2 — 4% времени включения знака на выходе сканирующего устройства выбора цифр.

Создание фиксированного временного интервала требует определенных аппаратурных затрат, связанных с введением либо делителя частоты с ключами, либо других структурных элемен­тов. Существует другой, более простой с точки зрения аппара­турной реализации вариант, сопряженный с необходимостью несколько большего увеличения импульсного тока через светодиод Учитывая обычно имеющееся регулирование яркости свечения индикаторов в устройстве отображения информации (т. е. наличие устройства регулирования), последовательно с регулировочным сопротивлением Rя генератора широтно-модулированных сиг­налов (см. рис. 3.23) или аналогового регулятора яркости (см. рис. 3.25) включают балластное сопротивление, обеспечивающее гарантированный временной интервал. Необходимо, однако, учи­тывать, ч го балластное сопротивление снизит средний прямой ток через каждый светодиод каждой цифры индикаторного уст­ройства, что повлечет за собой снижение максимального зна­чения яркости свечения.



 

Таблица 3.9. Таблица истинности ИМС 564ИК2 по информационному входу 1 (ДДК для значения цифры)

ОД	X3	X2	X1	X0	А	В	С	D	Е	F	G	Символ
Г	23	22	21	20
Вывод микросхемы
20	19	18	17	16	21	22	23	4	1	3	2
1	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	XX	0
1	0	0	0	1	X X	1	1	X X	XX	XX	XX	1
1	0	0	1	0	1	1	X X	1	1	X X	1	2
1	0	0	1	1	1	1	1	1	X X	XX	1	3
1	0	1	0	0	X X	1	1	XX	X X	1	1	4
1	0	1	0	1	1	XX	1	1	X X	1	1	5
1	0	1	1	0	1	XX	1	1	1	1	1	6
1	0	1	1	1	1	1	1	X X	X X	X X	X X	7
1	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	8
1	1	0	0	1	1	1	1	1	X X	1	1	9
1	1	0	1	0	1	1	1	X X	1	1	1	A
1	1	0	1	1	X X	X X	1	1	1	1	1	b
1	1	1	0	0	1	XX	XX	1	1	1	XX	С
1	1	1	0	1	X X	1	1	1	1	XX	1	Р
1	1	1	1	0	1	XX	X X	1	1	1	1	E
1	1	1	1	1	1	X X	X X	X X	1	1	1	F
0	X	X	X	X	X X	XX	X X	X X	X X	X X	XX	«бланк»

Примечание. 0 — низкий логический уровень; 1 — высокий логический уровень X X — состояние выходного ключа с оборванным эмиттером; X - безразличное со стояние логических уровней на информационных входах ИМС.

Для управления пятиразрядными семисегментными индикато­рами ИПЦ06А-5/40К с общим катодом разработана микросхема 564 ИК2.



Микросхема 564ИК2 содержит дешифратор двоичного кода в семисегментный усилитель для регулировки яркости и блокировки свечения. Микросхема имеет семь выходов для ceгмeнтов и пячь выходов для подключения катодов цифр. Максимальный выходной ток каждого выхода равен 10

Ниже приведены таблицы исшнности для микросхемы 564И' по информационному каналу (табл. 3.9) о дешифрации к омера разряда индикатора (табл. 3.10).

На рис. 3.31 показано возможное подключение ИМС к инди­катору.

Схема работает следующим образом. На вход ИМС посту­пают две группы информации: ДДК для индицируемой цифры ин­дикатора и код номера разряда цифрового индикатора, на кото­ром должна быть воспроизведена полученная информации.

Таблица 3.10. Таблица истинности ИМС при дешифрации кода номера разряда индикатора

№ выбранного разряда	Вход	Выход
Y2	Y1	Y0	HL1	HL2	HL3	HL4	HL5
Выводы микросхемы
9	8	7	10	11	13	14	15
5-й младший разряд	0	0	0	X X	X X	X X	X X	0
4-й разряд	0	0	1	X X	X X	X X	0	X X
3-й разряд	0	1	0	X X	X X	0	X X	X X
2-й разряд	0	1	1	X X	0	X X	X X	X X
1-й старший разряд	1	0	0	0	X X	X X	X X	X X

Примечание. 0 — низкий логический уровень; 1 — выгокий логический уровень; X X — состояние выходного ключа с оборванным коллектором.



Рис. 3.31. Принципиальная схема управления пятиразрядным семисегментным индикатором микросхемой 564ИК2:

D1 - дешифратор ДДК для управления 5-разрядным еемисегменiным индикатором с OK: R1 - R7 — токоограничивающие резисторы; 1 входы ДДК по приему данных на одну цифру; 2 входы D1 по приему информации . номере разряда НИ, на котором должна индицироваться полученная по входу I информация; ППЦИ — 5-разрядпый ПП цифровой индикатор

В соответствии с таблицей истинности для схемы управления разрядами индикатора (см. табл. 3.10) микросхема дешифрует ввод разряда Y0 — Y2 и подключает низкий логический уровень через один из ключей HL1 — HL5 к соответствующему выходу объединенных катодов одного из разрядов индикатора.


Одновре­менно дешифратор в соответствии с таблицей истинности по ин­формационному входу 1 (см. табл. 3.9) дешифрует ДДК и через формирователи токов подключает на входы одноименных сегмен-tor индикатора позиционный код цифры. Засветится только та цифра, объединенные катоды которой подключены к низкому логи­ческому уровню через выходы HL1 — HL5 ИМС. Цикл работы ИМС и ППЦИ повторяется для индикации всех цифр поочередно. При частоте регенерации 100 Гц изображение всех пяти цифр видится наблюдателю одновременным.

Работает микросхема при напряжении источника питания Uнп от 5 до 15 В. Максимальный ток по выходам А, В, С, D, Е, Т7, С составляет 10 мА, по выходам HL1 — HL5 от 48 мА (при темпера­туре — 60° С) до 96 мА (при температуре -f 125° С). Микросхема 564ИК2 может работать от внешней и от внутренней синхро­низации. Импульсы внешней синхронизации подаются на вывод 5 ИМС, при этом их параметры должны соответствовать требова­ниям к входным сигналам микросхемы. Для работы с внутренней синхронизацией к выводам 5 и 6 ИМС подключается резистор сопротивлением не более 1 МОм; при необходимости изменения частоты внутренней синхронизации к выводам 5 и 12 ИМС под­ключается конденсатор емкостью не более 1000 пФ. Частота внут­ренней синхронизации, кГц, определяется ориентировочно: f = 0,4*106/RC, где f измеряется в килогерцах, R — в килоомах, С — в пикофарадах. Микросхема работает при частоте до 1 МГц при Uип = 8-15 В.

 

3.6. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРАХ

В аппаратурных комплексах оператору посредством ЦВМ предъявляется некоторый объем информации, необходимый для решения задач управления. Объем и приоритет предъявления информации, определяемые алгоритмом ЦВМ, сохраняются до момента вмешательства оператора в работу комплекса. На оператора возлагается задача контроля за работой автоматизиро­ванного комплекса и принятия решений в сложившейся ситуации.

Получение оператором информации и возможность вмеша­тельства в работу комплекса обеспечивают устройства управле­ния и отображения информации, получившие название пультов управления (ПУ).


Задачами, возложенными на ПУ, таким обра­зом, являются:

прием, обработка и индикация полученной информации;

преобразование воздействия оператора на коммутационные элементы ПУ (кнопки-табло, галетные переключатели, тумблеры) в электрические сигналы;

шифрование и выдача информации из ПУ в ЦВМ комплекса.



Рис. 3.32. Структурная схема ПУ с индикацией информации на полупроводни­ковых индикаторах

В качестве примера устройства отображения цифровой инфор­мации рассмотрим структуру ПУ с индикацией информации на полупроводниковых цифровых индикаторах. Вид обмена информа­цией с ЦВМ — последовательные биполярные коды, например, по ГОСТ 18977-79. Необходимо отметить, что вариантов обмена информацией устройства отображения с источником информации может быть достаточно много, в частности, при обмене информа­цией последовательными кодами посылки информации могут иметь различный вид из-за количества разрядов адресной и информа­ционной частей информационного слова, из-за типа передачи бита информации (униполярной или биполярный код) и цифро­вых значений (двоичный или двоично-десятичный код) и т. д. Поскольку аппаратурные реализации связей устройства с источ­ником информации не являются основополагающими в приве­денных схемах и носят информативный характер для понимания работы устройства, то в дальнейшем при описании работы уст­ройства будет принят обмен последовательными (биполярными) кодами в асинхронном режиме. Передача цифровой информации в ПУ осуществляется в виде двоично-десятичных кодов.

На рис. 3.32 представлена структурная схема такого ПУ. Функционирует ПУ следующим образом. Полученная из ЦВМ информация через коммутатор кодов поступает на приемный преобразователь сигналов. Указанный преобразователь осущест­вляет анализ формы и длительности кода, производит его преоб­разование из биполярного помехоустойчивого кода в униполяр­ный код с электрическими характеристиками и логическими уровнями, соответствующими характеристикам и уровням вы­бранных серий микросхем.


Кроме того, приемный преобразова­ тель формирует синхросигналы для синхронизации работы всех блоков ПУ. Далее обработанная таким образом информация по­ступает на устройство управления, которое из информацион­ных слов униполярного кода выделяет паузу между словами (кодовыми посылками), определяет начало информационного слова и вырабатывает вспомогательные сигналы для управления приемным регистром.

При совпадении принятого адреса с заранее установленным для данного ПУ дешифратор адреса дает разрешающий сигнал на передачу полученной информации из приемного регистра в блок памяти. Далее эта информация, преобразованная дешифра­тором цифр из двоично-десятичного кода в позиционный код, поступает на ППИ. Для индикации всего сообщения требуется обычно принять группу информационных слов, каждому из кото­рых соответствует свой адрес.

Для получения оператором необходимой ему в данный момент информации или оперативной корректировки полученных данных от ЦВМ устройство отображения информации обычно имеет кла­виатуру и канал выдачи данных в ЦВМ.

Вывод информации из ПУ в ЦВМ осуществляется также в виде последовательного кода, непрерывно и асинхронно по отно­шению к приему. Устройство управления вырабатывает сигнал с частотой выдачи информацинного слова и подает его на кла­виатуру и в формирователь адресов. Последний формирует соот­ветствующий параллельный код, записываемый в адресную часть выходного регистра, а также сигнал опроса состояния элементов клавиатуры наборных полей цифр, параметров, режимов. Инфор­мация с клавиатуры в виде логической единицы записывается в информационную часть выходного регистра. Если информацию необходимо передавать в ЦВМ в виде двоично-десятичного или другого кода, то между клавиатурой и выходным регистром уста­навливается шифра гор. В этом случае в соответствующие этому коммутационному элементу разряды выходного регистра инфор­мация заносится в виде параллельного кода, в остальи л с разряды заносятся логические нули.


Таким образом формируется информа­ционное слово, которое преобразуется в последовательный код путем последовательного вывода его при помощи синхросигналов, поступающих из устройства управления. Выходной преобразо­ватель формирует код с заданными электрическими характеристи­ками, который поступает в ЦВМ и на коммутатор кодов.

При проверке качества приема и индикации информации в предлагаемом ПУ предусмотрен режим автономной проверки, в который оператор может неровен и ПУ. Пни этом оператор набирает на клавишах наборной.) поля заранее заданную ком­бинацию. Во избежание случайчого перехода схемы в режим самоконтроля такая кодовая комбинация должна иметь явно не­рабочий характер (например, в случае кнопочного наборного поля, когда оператор при штатной работе последовательно воз­действует на кнопки для перевода ПУ в режим самоконтроля, одновременно нажимаются две или три кнопки). Дешифратор встроенных средств контроля (ВСК) вырабатывает сигнал, по­ступающий на коммутатор кодов, который при этом блокирует связь ПУ с ЦВМ по приему и выдаче информации. Одновременно коммутатор подключает выход выходного преобразователя на вход входного преобразователя сигналов. Дешифратор ВСК также вы­рабатывает сигналы для дешифратора адресов и цифр. Первый сигнал служит командой, имитирующей коды штатных адресов для дешифратора адресов, второй — является разрешающим сигналом для прохождения через схему И частоты из устрой­ства управления на гасящие входы дешифраторов цифр с целью создания проблескового режима работы ПНИ (индикация того, что ПУ работает в режиме самоконтроля). При последующем воз­действии оператора на какой-либо элемент наборного поля (кла­виатуры) происходит формирование выходной информации аналогично рабочему режиму, однако в этом случае она поступает на входной преобразователь сигналов и далее через устройство уп­равления и приемный регистр индицируется на полупроводнико­вых индикаторах. Оператор визуально контролирует правиль­ность прохождения сигнала от клавиатуры до индикатора, при этом проверяется практически полностью все задействованное в рабочем (штатном) режиме оборудование.


Содержание раздела

---

---