Буквенно-цифровые и графические полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе

 

Как указывалось выше, семисегментные индикаторы обеспе­чивают воспроизведение ограниченного числа знаков. Теоретиче­ски семисегментный индикатор обеспечивает индикацию 48 инфор­мационных состояний, однако для практической передачи инфор­мации может быть использовано около 30 их значений. Увели­чение числа элементов, составляющих знак, до 10 — 16, с одной стороны, позволяет увеличить число различимо индицируемых знаков и повысить помехоустойчивость и качество их изображе­ния, но с другой — усложняет схемы управления индикаторами. В настоящее время для индикации знаковой информации исполь­зуются два формата индикаторов: девятисегментные и 35-элементные индикаторы.

Девятисегментные индикаторы (АЛС313А-5) разработаны для использования в наручных часах с целью индикации времени и сокращенных наименований дней недели. Управляются индика­торы специализированной микросхемой и к использованию в ап­паратуре специального применения непригодны.

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУКВЕННО-ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРАХ

 

Эргономические исследования показали, что 35-элементная матрица позволяет обеспечить удовлетворительное восприятие знаковой информации, в частности прописных и заглавных букв русского алфавита, знаков и цифр, букв греческого и латинского алфавитов.

При этом, однако, необходимо отметить, что 35-элементное на­писание знаков не является наилучшим. Ряд исследований, про­веденных в последние годы, показывает, что матричное написа­ние символов вообще и 35-элементное написание в частности вы­зывает повышенную усталость операторов при длительной работе с этим форматом индикаторов.

Специалистами различных стран разрабатывается ряд аль­тернативных вариантов форматов индикаторов, обладающих ря­дом преимуществ перед существующим 35-элементным форма­том, однако технологическая сложность производства большинст­ва из них, а значит, и повышенная относительная стоимость, а также сложность схемного управления ими не позволили таким индикаторам в настоящее время конкурировать с индикаторами 35-элементного формата.

Структура 35-элементного индикатора представлена на рис. 4.1, а. Светящиеся элементы размещены в семь строк по пять элементов в каждой. Рабочее поле индикатора, занятое размещенными на нем светящимися элементами, составляет около половины площади его лицевой панели (структура знака приведена на рис. 4.1,6), что не позволяет использовать эти приборы для индикации графической интерпретации.

Одной из первых фирм, выпустивших 35-элементные полупро­водниковые индикаторы, была Standart Telecommunication Labo­ratories LTD. Матрица 5X7 светящихся диодов имела 36 выводов (35 раздельных выводов для каждого из ЕИ и один общий элект­род). Схема управления для одного индикатора оказалась доста­точно сложной, а схема для многоразрядных индикаторов — чрезвычайно сложной, громоздкой и дорогой. В начале 70-х го­дов фирмой Hewlett Packard было найдено более удачное решение для матричных 35-элементных ППИ: одноименные электроды мат­рицы 5X7 были объединены по строкам и по столбцам (в частно­сти, в индикаторах MAN-2).

Выпускаемые отечественной промышленностью 35-элементные БЦИ представлены индикаторами, имеющими высоту знака 9 мм, красного, зеленого и желтого цветов свечения с левой децималь­ной точкой: ЗЛС357А, АЛС357А, ЗЛС358А, АЛС358А, ЗЛС340А, АЛС340А, ЗЛС363А, а также четырехразрядными индикаторами со встроенными схемами управления ИПВ70А-4/5Х7К, ИПВ72А-4/5Х7К (с высотой знака 4,1 мм) и ИПВ71А-4/5Х7К (высота знака 9 мм).

35-элементные индикаторы представляют собой гибридные при­боры в пластмассовых корпусах (за исключением четырехразряд­ных индикаторов со встроенными схемами управления, разрабо­танных в стеклокерамических корпусах). Светоизлучающие диоды (СИД) размещены в колодцах светопроводов в семь строк по пять светоизлучающих диодов в каждой. Одноименные выводы СИД соединены по строкам и столбцам (рис. 4.2).

Рис. 4.1. Структурные рисунки бук­венно-цифрового индикатора (а) и знака, воспроизведенного на нем (б)

Рис. 4.2. Принципиальная схема 35-элементного буквенно-цифрового индикатора

 

Эта особенность организации выводов вызвана, с одной сторо­ны, необходимостью создания технологического в производстве прибора, с другой стороны — необходимостью управления 36 (с. учетом децимальной точки) элементами. Схемы управления оказались также сложными и громоздкими. Организация выводов в матрицу, как это осуществлено в индикаторах типа MAN-2 и ЗЛС340А, позволила сократить число выводов для 35-элемент­ного индикатора с 36 до 12, а с учетом децимальной точки — до 13.

Четырехразрядные БЦИ ИПВ70А-4/5Х7К, ИПВ71А-4/5Х7К, ИПВ72А-4/5Х7К содержат четыре 35-элементных БЦИ (5X7 элементов каждый) и встроенную схему управления. Схема обес­печивает прием информации о символе в последовательном коде, преобразование его в параллельный 28-разрядный код, усиление и стабилизацию тока для каждой из 28 строк всех четырех инди­каторов. Встроенная схема, размещенная совместно с БЦИ в од­ном корпусе, позволила сократить число выводов по сравнению с числом выводов четырех индикаторов ЗЛС340А с 48 до 12 и на 30 — 40 интегральных микросхем, требующихся для обеспечения их работы.

Индикатор типа ИПВ70А-4/5Х7К предназначен для формиро­вания буквенно-цифровой и символьной информации в виде одного или нескольких символов, размещаемых в строку (или несколько строк) при шаге между символами 5 мм по горизонтали и 10 мм по вертикали. Для использования в индикаторах в качестве сдвиго­вого регистра с усилителями-формирователями тока столбцов раз­работана бескорпусная микросхема Б514ИР1А-45.

Индикатор состоит (рис. 4.3) из четырех БЦИ и двух 14-раз­рядных сдвиговых регистров (СР). БЦИ содержат семь строк по пять СИД в каждом; аноды СИД объединены в столбцы, катоды — в строки. Соответствующие столбцы всех БЦИ присоединены к одному адресному входу, т. е. первые столбцы всех четырех БЦИ присоединены к первому адресному входу, вторые — ко второму и т. д.

Регистры включены последовательно; параллельные выходы всех 28 разрядов регистров соединены через усилители токов с 28 входами соответствующих строк, т. е. каждой из 28 строк со­ответствует разряд регистра и усилитель выходного тока.

Рис. 4.3. Принципиальная схема индикатора ИПВ70А-4/5ХЖ

 

На выводах «Гашение» (SR), «Синхронизация» (SYN), «Ввод данных» (D>), «Вывод данных» (>) предусмотрены буферные каскады, что обеспечивает совместимость индикатора с ТТЛ-схемами.

Адресация любого СИД каждого из четырех БЦИ производит­ся путем введения логической 1 в соответствующий разряд сдвиго­вого регистра (СР) и подачи на-ряжения на вывод соответст­вующего столбца; при этом СИД будет светиться при наличии логической 1 на входе гашения. Сигнал на входе гашения воздей­ствует одновременно на каждый из формирователей тока схемы управления. Запись информации в СР осуществляется синхронно по отрицательному фронту импульса синхронизации (сигнал син­хронизации от внешнего генератора подается на все разряды СР одновременно).

Подавая на вход гашения импульсы различной скважности, можно регулировать силы света СИД (широтно-импульсная моду­ляция). Использование последовательного ввода и вывода информации позволяет индикаторы типа ИПВ70А-4/5Х7К применять для на­бора в строку, с этой целью выход каждого индикатора соединяют со входом последующего индикатора.

Запись информации в СР ного индикатора или в СР N индикаторов производится поочередно длк одноименных столбцов БЦИ. Для индикаторной строки в nзнаков информация записы­вается 5 раз по 7п бит. Запись осуществляется с частотой синхро­низации f_T в течение времени т_зап — 7n/f_т, при этом на выводе га­шения устанавливается логический 0, т. е. СИД соответствующего столбца отключены. После загрузки In бит информации в СР на вход гашения подается сигнал логической 1 и СИД первых столб­цов, для которых в соответствующих разрядах СР записана 1, включаются на время свечения т_св- Затем этот процесс повторяет­ся для столбцов со второго по пятый. Скважность, определяю­щая время включения СИД отдельных столбцов, определяется выражением

Q = 5(Т_св + Т_3ап)/Т_св.

Период регенерации изображения строки (период кадра Т_к)

T _к = 5(т_Св +Т_3ап)

Частота кадра

fк=1/T_к = 0,2/(7n/f_т + Тс.)

определяется требованием отсутствия мелькания изображения и выбирается в зависимости от условий применения устройств отоб­ражения информации. В частности, для стационарных условий частота обновления кадра f_K>100 Гц. Следовательно, максимальное время, необходимое для записи и отображения инфор­мации отдельных столбцов, (т_св+т_зaп)<10 мс. При большой скорости информации (т. е. при большой частоте импульсов ин­формации) значение скважности близко к 5. Максимальное число знаков в строке зависит от минимально допустимой средней силы света светоизлучаюшего элемента, определяемой условиями на­блюдения изображения, и, следовательно, от максимально до­пустимой скважности. Например, при частоте синхронизации 1,75 МГц и частоте регенерации изображения 100 Гц значение скважности для строки из 100 символов (25 индикаторов) со­ставит 6,25.

При работе в условиях повышенных вибрационных нагрузок f_к = 400-500 Гц. Таким образом, значения частот f_к и f_т и число знаков в строке однозначно определяют время свечения свето-излучающих диодов отдельных столбцов, скважность и, следо­вательно, среднюю силу света (среднюю яркость) элемента.

Кроме прибора ИПВ70А-4/5Х7К, разработаны для тех же це­лей четырехразрядные индикаторы ИПВ71А-4/5Х7К и ИПВ72А-4/5 x 7К, сравнительные характеристики которых приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Сравнительные характеристики буквенно-цифровых четырех­разрядных индикаторов со встроенным управлением

единицы измерения	Типы приборов
ИПВ70А--4/5Х/К	ИПВ71А- -4/5 Х7К	ИПВ72А- -4/5 Х7К
Цвет свечения	Красный	Красный	Красный
Средняя сила света, мккд,	4,1
Максимально допустимая	1,2	1,6	0,6
рассеиваемая мощность, мВт,
при 25е С
Предельно допустимая тактовая частота, МГц Тип корпуса Угол обзора, град	КИ5-7 ±40	КИ5-9 ±45	КИ5-7 ±40

 

Напряжение питания приборов унифицированное (4,5 — 5,5 В).

Применение ИПВ71А-4/5Х7К и ИПВ72А-4/5Х7К аналогично применению прибора ИПВ70А-4/5Х7К; изложенное выше при­менимо к их расчетам и схемным реализациям.

4.2. ШРИФТЫ ДЛЯ 35-ЭЛЕМЕНТНЫХ ИНДИКАТОРОВ. ЦВЕТНОСТЬ ИНДИКАТОРОВ

 

Для обеспечения безошибочного считывания информации, особенно в критических по времени считывания и уровню внешней освещенности условиях, необходимо правильно выбрать шрифт.

На рис. 4.4 представлены шрифты: а — стандартный шрифт 77, формируемый промышленной ЗУПВ; б — шрифт, разрабо­танный X. Ф. Хаддлестоном в 1971 г. специально для БЦИ [21]. Для определения рациональности шрифтов были проведены ис­следования при высоких уровнях внешней освещенности (до 80 000 лк) и ограниченном времени считывания. Шрифт Хадд-лестона позволил снизить общую частоту ошибок для наиболее трудночитаемых символов с 24 до 17,3%!

Для других условий применения результаты эксперимента в числовом выражении будут несколько другими, но тенденция повышения качества воспроизведения и надежности считывания останутся.

Кроме того, в работе с указанным шрифтом была рассмот­рена вероятность появления ошибок при различных размерах светящихся элементов, составляющих знак, при идентичной их интегральной яркости, а также влияние цвета индикатора на надежность считывания. Было выяснено, что меньшее количе­ство ошибок и тропусков при считывании информации было в случае, когда светящиеся элементы матрицы имели Пол.шую пло­щадь, их границы ближе подходили друг к другу и зчак был более слитно написан (хотя мощность излучения в обоих случаях была одинакова).

Рис. 4.4. Структурные рисунки знаков для 35-элементных буквенно-цифровых индикаторов

 

Исследования показали также, что общая час та ошибок (ошибок и пропусков) при считывании информации с индикато­ров зеленого цвета свечения при высоких уровнях внешней ос­вещенности была почти в три раза больше, чем с индикаторов красного цвета свечения, а число ошибок, получаемое за счет про­пусков, у индикаторов с зеленым цветом свечения было 35%, с красным 19%. Результаты этих испытаний меняют широко уко­ренившееся мнение, что считывать информацию с индикатора зеленого цвета легче, чем с красного, так как зеленое свечение почти приближается к пиковому состоянию чувствительности глаза. Объяснением этому может служить контраст изображения, воспринимаемого в определенном цветовом канале, независимо от общего восприятия контраста. Поскольку в эксперименте яркость индикаторов различных цветов была равной, а освещен­ность фона имеет максимальную световую яркость желто-зеленого свечения, контраст изображения индикатора с красным свечением, принимая во внимание только излучение красного цвета, будет выше, чем у индикаторов зеленого цвета свечения, если учитывать только излучение зеленого цвета.

Указанные данные требуют внимательного рассмотрения при выборе элементной базы для индикации информации в зависимо­сти от условий их использования.

Другим аспектом, на который необходимо обратить внимание при организации процесса отображения информации и ее считы­вания, является взаимное размещение оператора и устройства отображения информации. Вопрос выбора расстояния наблюде­ния рассмотрен в разделах, посвященных управлению цифровы­ми и буквенно-цифровыми индикаторами (в п. 1.2.1 ив введении к гл. 3).

 

 

4.3. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫМИ ИНДИКАТОРАМИ

 

Матричность структуры выпускаемых буквенно-цифровых ин­дикаторов позволяет осуществить вывод на индикацию знака толь­ко в режиме стробирования, при этом каждый символ должен быть образован из пяти или семи поднаборов в зависимости от способа адресации. Сама структура матрицы тп предполагает два способа адресации: стробирование по строкам и по столбцам.

Рис. 4.5. Способы стробирования: а —по строкам; б по столбцам

 

На рис. 4.5, а, б представлена поэтапность формирования буквы Б способами стробирования по строкам и столбцам соот­ветственно. При стробировании по строкам информации на воз­буждение подается по линиям столбцов при подаче разрешаю­щего строба на соответствующую строку. Этот процесс повто­ряется для каждой строки. Таким образом, информация о сим­воле должна быть разложена на семь пятиразрядных кодовых слова и до подачи на выводы столбцов храниться в накопителях. Информация должна подаваться на столбцы индикатора парал­лельными пятиразрядными кодами. Стробирование строк произ­водится последовательно.

Для рассмотрения циклов формирования знаков на 35-элементной матрице примем для обоих способов стробирования, что аноды светоизлучающих диодов объединены по столбцам, а ка­тоды — по строкам, т. е. для свечения СИД необходимо высокий логический уровень напряжения подавать на вывод столбцов, низкий логический уровень — на выводы строк.

Процесс формирования символа Б способом стробирования по строкам (рис. 4.5, а) протекает следующим образом. Информа­ция U₁ о необходимости свечения всех СИД первой строки (высо­кий логический уровень напряжения) подается на входы всех столбцов одновременно с сигналом стробирования U_c1 (низкого логического уровня) на вход первой строки. При этом высвечи­ваются все СИД первой строки. По истечении времени экспо­нирования сигналы U₁ и U_c1 снимаются. На входы столбцов подаются сигналы для высвечивания СИД второй строки (в дан­ном случае высокий логический уровень подается на вход первого столбца, на входы остальных — низкий логический уровень). При этом подается на вход второй строки стробирующий сигнал (низкого логического уровня) U_c2. Высвечивается только первый СИД второй строки. Высвечивание СИД остальных строк про­текает аналогичным способом. Высвечивание каждой строки с ча­стотой не менее 100 Гц обеспечивает свечение символа Б без мельканий.

При стробировании по столбцам информация на возбуждение СИД подается по линиям строк при подаче разрешающего строба на соответствующий столбец. Этот процесс повторяется для каж­дого столбца, т. е. информация должна быть разложена на пять семиразрядных кодовых слова и до подачи на выходы индикатора храниться в накопителях. Информация должна подаваться на строки индикатора параллельными семиразрядными кодами. Стробирование столбцов производится последовательно.

На рис. 4.5, б представлен процесс формирования знака Б способом стробирования по столбцам. Формирование происхо­дит следующим образом. На вход всех строк одновременно по­дается информация Ui-7 о необходимости свечения СИД (в слу­чае индикации знака Б подаются на все строки низкие логические уровни напряжений — сектор, отмеченный символом 1 на эпюре напряжений). Одновременно на вход первого столбца подается сигнал стробирования U_с1 (сигнал высокого логического уровня), обеспечивая свечение всех семи СИД первого столбца. По исте­чении времени экспонирования информационные сигналы и сиг­налы стробирования снимаются. Во втором цикле работы на вход всех строк подается информация о высвечивании СИД (в случае символа Б — на вход первой, четвертой и седьмой строк подаются сигналы низкого логического уровня — сектор, обозначенный сим­волом II на эпюре напряжений), на остальные входы — высокий логический уровень. На вход второго столбца подается строби­рующий сигнал U_C2, высвечивая СИД первой, четвертой и седь­мой строк. Высвечивание остальных элементов происходит ана­логично. При частоте возобновления информации на каждой из строк не ниже 100 Гц изображение символа Б индицируется без мельканий. При длительной работе оператора с дисплеем, работающим в мультиплексном режиме, мелькание раздражает и вызывает утомление глаза. Мелькание обусловлено способно­стью глаза ниже некоторой частоты изменения яркости улавли­вать эти изменения. Выше этой частоты мелькание не наблюдает­ся. При нормальной освещенности частота мелькания, незаметная оператору, меньше 40 Гц. При высоких уровнях яркости эта частота может быть выше. Это объясняется способностью палоч­кового зрения реагировать на низкий уровень яркости и иметь более низкую критическую частоту мелькания (КЧМ) по срав­нению с колбочковым зрением. При некоторых уровнях освещен­ности КЧМ не зависит от цвета свечения. При эксплуатации индикатора в устройствах, подверженных вибрации, возникает яв­ление «смазывания» информации. Во избежание этого необходимо, чтобы частота возобновления информации превышала частоту вибрации в 5 раз.

Режим стробирования обеспечивает подключение каждого на время, обратно пропорциональное количеству стробируемых ли­неек диодов, при этом соответственно падает яркость свечения ин­дикатора. Для сохранения яркости свечения СИД импульсный ток через каждый из них необходимо увеличить в число раз, соот­ветствующее количеству стробируемых линеек.

 

4.4. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРОВ, УПРАВЛЯЕМЫХ СТРОБИРОВАНИЕМ ПО СТОЛБЦАМ

 

Способ етробирования по столбцам более прост в аппаратур­ном исполнении, чем способ стробирования по строкам, однако он имеет ограничение в количестве обслуживаемых одним дешиф­ратором индикаторов. На рис. 4.6 представлена структурная схема устройства управления и индикации на БЦИ типа ЗЛС340А, основанная на стробировании по столбцам. В данной схеме для простоты восприятия источником информации является клавиа­тура. В действительности же в большинстве случаев использова­ния индикаторных приборов источником информации являются в первую очередь системы — датчики информации (например, доплеровские измерители скорости, системы измерения темпера­турных режимов, измерители высоты и т. д.) или вычислительная машина, а уже во вторую очередь — клавиатура пульта управ­ления, используемая в качестве устройства ввода информации в аппаратурный комплекс для корректировки его работы.

В схеме наличие БЦИ условно показано пересечением шин столбцов и строк: предполагается, что в местах их пересечений установлены светоизлучающие диоды, например, соединенные ано­дами в столбцы, а катодами — в строки.

Схема функционирует следующим образом. Информация с кла­виатуры, представляющей собой наборное поле цифр, букв и зна­ков, через шифратор поступает в регистры памяти символов 1, 2,..., N. Шифратор выполняет функцию преобразователя битовых сигналов с клавиатуры в шести- или семиразрядные коды симво­лов. Код символа поступает по сигналам счетчика выборки индика­тора последовательно на регистр памяти символа 1, по его запол­нении — в регистр памяти символа 2, затем в третий и т. д. По заполнении yV-ro регистра счетчик выборки индикатора пере­ключает выход шифратора снова на вход первого регистра памяти символа 1 и повторяет последовательность операций по вводу информации.

Счетчик управления перезаписи поочередно подает разреша­ющий сигнал на перезапись информации из регистров 1 — N в буферный регистр. Частота следования импульсов выходного сигнала счетчика управления выборкой столбцов в пять раз выше частоты счетчика перезаписи, что позволяет дешифратору выборки столбцов, входящему в состав генератора символов, пять раз выбирать последовательно столбцы индицируемого символа при неизменном коде символа в буферном регистре. После того как последний (пятый) столбец индицируемого симво­ла будет проиндицирован, счетчик управления перезаписи под­ключит на вход буферного регистра выход второго регистра памяти символа. После индикации второго знакоместа подключа­ются ко входам буферного регистра выходы следующего pernci ра памяти символа и т. д. Счетчик етробирования столбцов имеет модуль счета, равный K = 5N, где 5 — количество столбцов в ин­дикаторе; N — число знакомест в индикаторе. Счетчик етробиро­вания столбцов успевает последовательно опросить все столбцы всех индикаторов за один цикл опроса. При трех знакоместах в приборе отображения информации модуль счета этого счетчика будет равен 15.

Способ етробирования по столбцам применяется в устройст­вах отображения информации на одно или несколько знакомест. Количество знакомест зависит от среднего тока через светодиод и от максимально допустимого импульсного тока, т. е. от типа индикатора. Так, для индикаторов типа ЗЛС340А со средним током через светодиод 10 мА и максимальным импульсным током 300 мА максимальное число стробируемых столбцов 30 (или 6 знакомест).

Дальнейшее увеличение количества знакомест влечет за собой рост скважности возбуждающих импульсов и (для сохранения яркости свечения) импульсного тока, протекающего через СИД. При этом импульсный ток может превысить максимально допустимое значение или значение, за которым начинается снижение кванто­вого выхода полупроводникового материала. Для обеспечения светимости индикаторов без миганий на объектах, не подвержен­ных вибрациям, частота возобновления информации каждого столбца должна быть не менее 100 Гц.

Структурная схема может быть несколько изменена для при­менения в каждом частном случае. Так, структурная схема управления БЦИ способом стробирования по столбцам „ (см. рис. 4.6) при использовании ИПВ70А-4/5Х7К может быть реали­зована по схеме, приведенной на рис. 4.7.

Отличие в работе приведенной схемы от предыдущей заклю­чается в необходимости ввода информации для индикации в последовательном коде. В зависимости от допустимой тактовой частоты кода определяется максимально допустимое количество знакомест в устройстве отображения информации.

Допустимая тактовая частота кода определяется частотными характеристиками выбранных микросхем, использованных для обработки информации.

Рис. 4.6. Структурная схема устройства управления и индикации на основе буквенно-цифровых индикаторов (способ етробирования по столбцам)

 

В устройстве, структурная схема которого приведена на рис. 4.7, формирование кодов символов и запись их в регистры памяти аналогичны описанным выше. Далее коды символов из первого регистра памяти по сигналу из счетчика управления перезаписи подаются на вход генератора символов. Одновремен­но счетчик выборки столбцов формирует код первого столбца, по которому из генератора символов на преобразователь подается параллельный семиразрядный код первого столбца последнего (N-гo) в линейке индикаторов символа. Преобразователь, полу­чая информацию в параллельном коде, преобразует ее в последо­вательный код и по сигналам синхронизации, подаваемым на все индикаторы одновременно, вводит его в сдвиговый регистр перво­го ИПВ70А-4/5Х7К.

Если в устройстве отображения информации несколько че­тырехразрядных (четырехсимвольных) индикаторов, то выход первого ИПВ70А-4/5Х7К соединяется со входом второго, его выход — со входом третьего и т. д. Затем счетчик управления перезаписи подключит ко входу генератора символов код симво­ла со второго регистра памяти при неизменном состоянии счетчи­ка выборки столбца. При этом с выхода генератора символов код первого столбца (N — 1)-го символа через преобразователь запишется в сдвиговый регистр, проталкивая по регистру с частотой сигналов синхроимпульсов код первого столбца преды­дущего символа и т. д. до заполнения СР кодами первых столб­цов соответствующих символов. Указанная запись кодов происходит при наличии высокого логического уровня на входах гаше­ния индикаторов. При подаче на вход гашения низкого логиче­ского уровня напряжения включаются усилители-формирователи токов. Одновременно дешифратор столбцов по сигналу т задерж­ки и коду номера столбца через усилители тока столбцов под­ключит все первые столбцы индикаторов к источнику тока на время экспозиции. В данном случае время экспозиции — это время включенного состояния индикаторов.

Рис. 4.7. Структурная схема устройства отображения информации с исполь­зованием в качестве индикатора приборов ИПВ70А-4/5Х7К

 

Далее происходит выборка и представление данных для вто­рого столбца и т. д., пока все пять столбцов символов не будут представлены на всех индикаторах. Затем процесс воспроизведе­ния символов на индикаторах будет повторяться с частотой, определенной генератором тактовых импульсов.

Обеспечение тепловых режимов работы индикаторов ИПВ70А-4/5Х7К. При разработке устройств отображения ин­формации с применением индикаторов типа ИПВ70А-4/5Х7К необходимо обратить внимание на обеспечение тепловых режи­мов его работы, так как при площади поверхности индикатора примерно в 6,7 см² и относительно малом количестве выводов (12) выделяемая им мощность составляет 1,2 Вт. Примерно 60% потребляемой индикатором мощности расходуется на обес­печение работы встроенных микросхем управления, причем в большей степени объем потребляемой мощности и соотношение мощностей, расходуемых на микросхемы и СИД, зависят от среднего количества включенных и не включенных СИД и от соотношения времени записи и индикации информации, т. е. от скважности.

Средняя мощность рассеивания индикатора складывается из:

средней мощности, рассеиваемой логической частью схемы управления во время записи информации при напряжении на входе «гашение» индикатора U_r = 0,4 В;

средней мощности, рассеиваемой разрядами регистра, соот­ветствующими включенным элементам, при U_г = 2,4 В;

средней мощности, рассеиваемой разрядами регистра, соот­ветствующими не включенным элементам;

средней мощности, рассеиваемой включенными элементами и их формирователями тока.

Если обозначить через I_пот (при U_Г = 0,4 В) и I_П0Т (при U_r = = 2,4 В) ток потребления электронной частью индикатора при низком (0,4 В) и при высоком (2,4 В) логических уровнях сигна­ла на входе гашения индикатора; U _ип — напряжение питания; Q — скважность; п_к — среднее число включенных СИД; I_стб, U_стб — ток потребления и напряжение питания столбца, то после некоторых несложных преобразований мощность рассеивания ин­дикатора может быть представлена в виде

Р_D=I_пот(при U_г = 0,4 В) U_Hn+ [I_Пот(при U_r = 2A В) — I_|10.,

(при U_г = 0,4В)] U_in*5n_R/Q.35 + I_cT6U_cT6*5n_R/Q*35. (4.1)

Следовательно, снижение мощности рассеивания индикатора может быть достигнуто тремя способами: уменьшением напряже­ния питания логической части индикатора до минимального допустимого значения, уменьшением напряжения питания столб­цов до минимального допустимого значения, увеличением скваж­ности. Уменьшение рассеиваемой мощности за счет уменьшения количества светящихся точек, естественно, неприемлемо, так как это влечет за собой разработку более примитивных шифров и ухудшение качества отображения информации. При разработке аппаратуры отображения информации необходимо обеспечить такой режим работы индикаторов, при котором температура корпуса не превышала бы 100° С (измеряется на выводе 1).

В соответствии с выводами разработчиков индикатора темпе­ратура корпуса индикатора Т_к, тепловое сопротивление «корпус индикатора — окружающая среда» R_т, температура среды внутри аппаратуры отображения информации T_а, обусловленная сов­местным воздействием температуры окружающей среды и тепло­выделение элементов индикатора, связаны соотношением

T_K = T_a + R,P.

Зависимость максимально допустимого значения теплового сопротивления R_т от Т_а при Р=1,2 Вт и T_к=100° С приведена на рис. 4.8. Для максимально допустимого значения Т_я = 70° С R _т<25° С/Вт.

Зависимость максимально допустимой мощности рассеивания Р от температуры корпуса индикатора приведена на рис. 4.9.

Рис. 4.8. Зависимость теплового сопротивления «корпус — окру­жающая среда» от температуры окружающей среды прибора ИПВ70А-4/5Х7К

Рис. 4.9. Зависимость макси­мально допустимой мощности рассеивания от температуры корпуса индикатора ИПВ70А-4/5Х7К

 

Оценку электрических режимов эксплуатации в облегченных тепловых режимах следует проводить по графику рис. 1.9 и по (4.1) с учетом среднего количества включенных СИД, характер­ного для данного устройства.

Практические приемы улучшения тепловых режимов работы индикатора связаны с максимальным обеспечением теплоотвода от корпуса индикатора и его выводов. При установке индикаторов в разъемы необходимо увеличивать сечения контактных гнезд разъема и проводов электрического монтажа. При установ­ке индикаторов на печатные платы необходимо максимально увеличивать площадь металлизированных токоведущих дорожек печатной платы, использовать металлические теплоотводы, при­менять теплопроводящие пасты для улучшения теплового контак­та, а в ряде случаев и обдув охлажденным воздухом.

Существует еще один практический способ улучшения тепло­вых режимов работы индикаторов — снижение напряжения пи­тания СИД до минимальной яркости их свечения, обеспечиваю­щей безошибочность считывания в данных условиях работы дан­ного устройства.

 

4.5. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРОВ, УПРАВЛЯЕМЫХ СТРОБИРОВАНИЕМ ПО СТРОКАМ

 

Способ управления БЦИ стробированием по строкам обеспе­чивает работу при меньших импульсных токах. Действительно, независимо от количества индицируемых знакомест, ток через возбужденный светоизлучающий элемент практически всегда не больше чем в 7 — 8 раз превышает постоянный прямой макси­мально допустимый ток через элемент матрицы, так как скваж­ность стробирующих импульсов постоянна и равна 7. Это позво­ляет обеспечивать индикацию большего количества знаков при использовании одного дешифратора — генератора символов. На рис. 4.10 представлена структурная схема управления мат­ричных индикаторов способом стробирования по строкам.

Рис. 4.10. Структурная схема управления буквенно-цифровыми индикаторами (способ стробирования по строкам)

 

Как и в схеме управления БЦИ способом стробирования по столбцам, записанная с клавиатуры информация через шифра­тор по сигналам счетчика выборки индикаторов поочередно по­ступает на входы регистров памяти символов 1, 2,..., N. После­довательная выборка информации сигналами счетчика управле­ния перезаписи их указанных регистров позволяет выводить из генератора символов информацию о состоянии первой строки первого, затем второго, третьего и т. д. индикатора в регистры памяти строк соответствующего символа. Формирователи тока строк подготавливают цепь управления светодиодов со стороны генератора символов.

Счетчик стробирования строк, считающий по модулю 7, через формирователи токов строк замыкает контур протекания тока через СИД первых строк всех индикаторов, обеспечивая на них индикацию информации. Затем из генератора символов выби­рается информация о состоянии вторых строк всех индикаторов, она поочередно заносится в соответствующие регистры памяти строк. Счетчик стробирования строк через формирователи токов замыкает контур протекания токов через СИД вторых строк всех индикаторов, высвечивая на них информацию. Таким же обра­зом индицируется информация третьей, четвертой и т. д. строки. При частоте регенерации информации на каждой из строк 100 Гц индикация воспринимается без мельканий.

Однако необходимо учесть, что при создании устройств отоб­ражения информации с большим количеством знакомест (100 и более) приведенная выше схема управления индикаторами ста­новится неприемлема. Так, например, для индикаторов типа ЗЛС340А средний прямой ток через светодиод (I_пр) равен 10 мА, а время экспозиции (t_э,) составляет с учетом записи данных в буферные регистры 1/8 часть от периода кадра (t_к). Следова­тельно, импульсный ток СИД (I_имп) должен быть равен 80 мА. Для расчетов импульсных токов в устройстве отображения ин­формации на 100 индикаторов будем считать, что одновременно светится каждый второй СИД, т. е. из 500 СИД в каждой из строк устройства светится 250. Тогда импульсный ток, который должны коммутировать формирователи (усилители) токов строк, будет равен

I =I_имп-250 = 0,08*250=20 А.

К источникам питания при переключении электрических цепей с таким током предъявляются достаточно жесткие требования по обеспечению допусков на выходные напряжения. Кроме того, в схемах возникают нежелательные явления, приводящие к сбоям информации, воспроизводимой на индикаторах. Сбои информа­ции возникают из-за значительных бросков тока в цепи питания индикаторов, которые через емкостные связи и общую шину пи­тания (корпус) передаются на источник питания логических схем, формирующих изображение на индикаторах. Для исключе­ния этого явления необходимо разрабатывать специальные схемы управления для устройств отображения информации на боль­шое количество знакомест.

4.6. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ С БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ ЗНАКОМЕСТ НА ППИ ТИПА ЗЛС340А

 

В схеме, изображенной на ри