Зависимость максимальной дальности считывания информации от высоты знака

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

 

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			7,5
514ИД2, К514ИД2	То же	Семисегмент- ные с ОА
514ПР1, К514ПР1	Дешифратор дво- ичного кода в семи- сегментный с регист- ром памяти	То же
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
514ИД4Б, К514ИД4Б	То же	То же
514ИД4В, К514ИД4В	»	»
533ИД18	Дешифратор дво- ичного кода в семи- сегментный	Семисегмент- ные с ОА
514ПП1, К514ПП1	То же »»	То же »»
133ПП4	»»	»»

 

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 = (U_ип—U_пр—U_дип)/I_пр, (3.1)

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

При U_ип = 5,5 В, U_Пр = 2,5 В, U_Дин=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 (R_s=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: