Управление матричными индикаторами

На рисунке 20.11, а показан вид, структура и условное изображение матричного индикатора формата 5 ´ 7 типа АЛС358А. Для управления матричным индикатором служат масочные ПЗУ ИС 155РЕ21¸155РЕ24.

На рисунке 20.12 показана схема индикации 32 символов, построенная на матричном индикаторе АЛС358А и двух знакогенераторах 155РЕ21 и 155РЕ24.

Формирователь кода развертки b₀b₁b₂ выполнен на трехразрядном счетчике К555ИЕ5. Согласование выходов микросхем МПЗУ с индикатором осуществлено с помощью инверторов и транзисторов, необходимых для усиления тока. Обычно предусматривают подключение выходов ОК через резисторы к источнику питания. Если быстродействие не имеет существенного значения, как в данном случае, то резистор можно не использовать. Дешифратор К555ИД10 обеспечивает мультиплексное управление строками индикатора.

а − расположение элементов; б − принципиальная схема;

в − условное изображение

Рисунок 20.11 – Индикатор АЛС358А

Считываемый символ определяет код А_0¸A₄, который поступает на входы микросхем МПЗУ. Два старших разряда кода КОИ-7 а₅а₆ здесь не использованы, поскольку нет необходимости в выборе микросхемы.

Счетчик ИЕ5 под воздействием тактовых импульсов с частотой F (сотни Гц) перебирает адреса строк в естественном порядке их следования. Дешифратор ИД10 под воздействием адресных сигналов на своих входах активизирует низким уровнем строки матрицы так, чтобы через светодиоды выбранных транзисторами столбцов протекал ток от источника питания Uсс.

Выбор столбцов индикатора определяется состоянием выходов микросхем МПЗУ: при лог. 0 (активное состояние) соответствующий инвертор закрывается, а транзистор на его входе открывается, обеспечивая ток через один светодиод матрицы. Если выходы микросхемы РЕ21 и РЕ24 находятся в высокоомном состоянии, то подключенный к этому выходу инвертор открыт, а транзистор закрыт. В результате цепь от источника питания к светодиодам этого столбца разрывается.

Активизация строк матрицы индикаторов дешифратором происходит синхронно с перебором содержимого области памяти, отведенной под один символ и определяемой кодом а₀ – а₄. Синхронизм обеспечен тем, что код адреса строк b₀b₁b2 поступает одновременно на дешифратор и на микросхемы памяти. Для микросхем памяти коды выбора символа его развертки составляют единый адресный код А₇ – А₀, три младших разряда которого А₀А₁А₂ являются кодом развертки, а пять остальных А₃ – А₇ – кодом выбора символа.

При использовании для отображения информации экрана дисплея параллельный код, снимаемый с выходов V₁– V₅ блока памяти, необходимо преобразовать в последовательность сигналов. Решить эту задачу можно с помощью мультиплексора или параллельно-последовательных регистров сдвига.

Рисунок 20.12 − Знакогенератор с матричным индикатором

20.5.2 Блок формирования символов

На рисунке 20.13 приведен типичный вариант реализации памяти знакогенератора на микросхемах серии К155РЕ21¸К155РЕ24. Микросхемы блока DD1-DD4 объединены одноименными одноразрядными входами и выходами, причем объединение выходов ОК выполнено по схеме «монтажное ИЛИ» с включением нагрузочных резисторов между источником питания и коллекторами. Входы Е использованы для выбора нужной микросхемы старшими разрядами кода адреса а₅а_6. Блок памяти имеет десять адресных входов b₀,b₁,b₂, a₀¸a₆ выходов V₁¸V₅. Напомним, что в ПЗУ знакогенератора используется двухкоординатный принцип адресации. Первой адресной координатой является код знака, второй – код номера строки матрицы. Применительно к микросхемам МПЗУ серии К155, в которых знаки (символы) закодированы в соответствии с семиразрядным кодом КОИ-7 и имеют формат матрицы 5´7, адресные входы имеют следующее распределение: b₀,b₁,b₂–для сигналов выборки строки матрицы, a₀ – a₆ – для сигналов кода КОИ-7 выборки знака, из них сигналы двух старших разрядов а₅а₆ предназначены для выборки микросхемы, а пять младших – а₀ – а₄ – для выборки самого знака в микросхеме. Заметим, что на адресные входы микросхемы А₀ – А₂ поступают сигналы b₀ – b₂, на входы А₃ – А₇ – сигналы а₀¸а₄ Сигналы а5 а6 поступают в прямом или инверсном представлении на входы CS₁ и CS₂ микросхем, обеспечивая выбор одной из них. На выходах V₁– V₅ формируются сигналы низкого уровня, отображающие считываемый символ в матричном формате из пяти столбцов и семи строк, т.е. знак разворачивается за семь обращений по адресу b₂, b₁, b₀. Поскольку каждая из трех микросхем вместе с дополнением К155РЕ24 запрограммирована на 32 символа, то общая емкость знакогенератора на основе рассмотренного блока памяти составляет 96 символов формата 5 ´ 7. Как пример использования микросхем К155РЕ21– 24 рассмотрим схему индикатора для четырех знаков с использованием светодиодных матриц АЛС340А (рисунок 20.14). Генератор DD1.1, DD1.2, DD1.3 со счетчиком строк DD2, DD3 обеспечивает на выходах последних поочередное появление кодов 00000, 00001, 00010 ... 11111 и снова 00000 и т.д. Подключенные к выходам DD2 и DD3 дешифраторы DD5 и DD6 последовательно включают транзисторы VT6 ¸ VT33. В результате поочередно на строки индикаторов HL1 – HL4 подается напряжение около + 0,8 В. К выводам строк индикатора подключены катоды светодиодов, расположенных на пересечении строк и столбцов. Аноды светодиодов подключены к выводам столбцов. Напряжение + 5 В подается на выводы столбцов через ключи на транзисторах VT1 ¸ VT5, управление ключами ведется от выходов 1¸5 DD4. Ток через диоды индикаторов ограничен резисторами R12 ¸ R16 на уровне около 100 мА. Скважность импульсов тока – 32, средний ток через каждый светящийся светодиод – около 3 мА, что обеспечивает его нормальную яркость свечения.

Рисунок 20.13 – Знакогенератор на микросхемах МПЗУ

серии К155

Рисунок 20.14 – Схема матричной индикации на четыре

Перебор строк одного индикатора идет сверху вниз, перебор индикаторов слева направо. Состояниям счетчика строк 00000, 01000, 10000,11000 не соответствует выбор какого-либо из индикаторов, выходы 0 и 2 дешифраторов DD5 и DD6, соответствующие этим состояниям, не используются.

21 ВАКУУМНЫЕ ЛЮМИНЦЕНТНЫЕ ИНДИКАТОРЫ

21.1 Введение

Вакуумным люминесцентным знакосинтезирующим индикатором (ВЛИ) называют активный электровакуумный прибор с термокатодом диодного или триодного типа, содержащий управляющую сетку и набор анодов- сегментов, покрытых катодолюминофором, причем знаки, отображающие информацию, образуются путем синтезирования изображения из отдельных анодов – сегментов.

Конструктивно ВЛИ представляют собой стеклянный баллон, в котором размещены все элементы. Аноды-сегменты выполняют в виде углублений в плоском керамическом основании, и каждый сегмент соединяют с выводом ножки баллона. На дно углубления наносят токопроводящий слой, а на него сверху – низковольтный катодолюминоформ. Конфигурация анодов-сегментов может быть различной: от дискретных точек в матрице до прямых линий в цифровых приборах или символов в мнемонических индикаторах. Расположение знака по отношению к баллону может быть прямым или иметь наклон вправо до 8¸10⁰. Оксидный катод прямого наклона представляет собой одну или несколько тонких прямых нитей из вольфрама, закрепленных на специальных держателях и расположенных параллельно анодам-сегментам. Управляющая сетка индикатора плоская, мелкоструктурная, с крупной ячейкой и минимальным диаметром провода. Сетка находится под положительным потенциалом и служит для равномерного распределения потока электронов по всей поверхности анодов-сегментов. Электродная система заключена в стеклянный вакуумный баллон цилиндрической, прямоугольной или плоской формы. На внутренней поверхности баллона нанесена прозрачная токопроводящая пленка, которая соединена с катодом и служит для устранения эффекта электризации поверхности баллона. Выводы электродов выполняют проволочными гибкими луженными или в виде коротких жестких штырей.

Источником электронной эмиссии в ВЛИ служит катод прямого накала, к выводам которого подают напряжение 0,85 – 5 В. На аноды-сегменты и управляющую сетку подают напряжения: 20 – 30 В в статическом или до 50 – 70 В в импульсном режиме работы. Раскаленный катод испускает электроны, которые под воздействием положительного электрического поля управляющей сетки и анода двигаются к аноду. Поток электронов, ускоряясь, пролетает по инерции сквозь редкую сетку, попадает в поле притяжения анода и продолжает движение только к тем анодам-сегментам, на которые в этот момент времени подано рабочее напряжение. Таким образом, положительная сетка рассасывает заряд у катода и формирует электронный поток. В конечном итоге равномерный поток электронов, ударяясь о катодолюминоформ, нанесенный на аноды-сегменты, вызывает их свечение. Схема управления обеспечивает отсутствие напряжения на неработающих анодах-сегментах, что исключает явление свечения катодолюминофоров, применяемых в ВЛИ, возникает примерно с 3 В, а яркость свечения в рабочем режиме достигает 500 кд/м² и выше. Причем яркость свечения линейно зависит как от напряжения на аноде, так и от тока анода. Серийно выпускаемые цифровые ВЛИ имеют зеленый или красный цвет свечения; мнемонические и матричные ВЛИ могут иметь в одном баллоне несколько разных цветов свечения. По виду отображаемой информации ВЛИ могут быть: цифровые и буквенно-цифровые (одно- и многоразрядные), шкальные, матричные и мнемонические.

Конструктивно мнемонические индикаторы представляют собой приборы плоской формы, а аноды-сегменты выполнены в виде тех знаков, символов, диаграмм и т.д., которые необходимо отобразить в данном приборе, устройстве.

Для управления ВЛИ применяют два основных способа: статический и динамический. При статическом способе управления смена информации происходит достаточно редко и число соединений между индикатором и схемой управления равно числу выводов от всех управляемых анодов-сегментов, один сеточный вывод и два вывода от катода. Статический способ удобен при небольшом числе (6 – 20) управляемых элементов. Если число коммутируемых элементов составляет несколько десятков, то схема управления становится сложной и менее надежной. Кроме того, статическая адресация не в состоянии обеспечить всевозможные виды изображений (при адресации матрицы), поскольку она должна удовлетворять требованиям выборки всех элементов индикатора одновременно. Эти проблемы решаются достаточно просто при использовании мультиплексного динамического управления. В этом случае каждому из n каналов управления в течение такта Т предоставляется время Т/n.

При мультиплексном управлении каждый знак должен иметь отдельную сетку, а общие сегменты анодов должны быть соединены внутри индикатора, что значительно сокращает число выводов ВЛИ. В свою очередь, мультиплексное управление разделяют на два основных способа. Первый способ основан на использовании сеточной развертки. При этом отображаемые знаки поочередно синтезируются на каждом знакоместе. Возбуждение анодов-сегментов происходит со скважностью Q, равной числу знакомест, и средняя (видимая) яркость свечения анодов-сегментов индикатора соответственно в Q раз меньше мгновенной яркости свечения этих анодов-сегментов.

Второй способ основан на использовании анодной развертки. В этом случае напряжения возбуждения поочередно подаются на одноименные аноды-сегменты, участвующие в формировании отображаемых знаков, а положительные напряжения на сетке знакомест поступают в те фазы периода анодной развертки, которые соответствуют синтезируемой информации в данном знакоместе.

21.2 Одноразрядные ВЛИ

Этот вид индикаторов к настоящему времени нашел широкое распространение. Основными областями применения одноразрядных ВЛИ являются различные малоразрядные (2 – 3 разряда) или нестандартные по числу разрядов табло и панели. Это могут быть, например указатели номера канала в телевизорах, этажности в лифтах или времени приготовления в бытовых электроплитах, информационные панели в кассовых аппаратах, в диспетчерских пультах различного назначения, информационные табло в сочетании с другой информацией. Индикаторы ИВ-1 и ИВ-1А позволяют индицировать точку и тире. Большая часть остальных индикаторов имеют семь – восемь анодов-сегментов, расположенных в виде восьмерки и точки. К ним относятся индикаторы ИВ-3, ИВ-6, ИВ-8, ИВ-11, ИВ-12, ИВ-22, ИВ-24. Вакуумные люминесцентные индикаторы с увеличенным числом анодов¸сегментов (например, ИВ-4, ИВ-17, ИВЛ1-18/7, имеющие по восемнадцать анодов-сегментов) позволяют высветить на одном знакоместе не только набор цифр от 0 до 19 двух размеров, полный русский, латинский алфавиты и некоторые греческие буквы, но и отдельные буквенно-цифровые сочетания одновременно. На рисунке 21.1 приведены изображения некоторых индикаторов.

К основным характеристикам одноразрядных ВЛИ относятся: число анодов-сегментов; размер знака; яркость свечения; напряжение накала – U_Н; напряжение на сетке и аноде постоянное – U_C, U_A; импульсное напряжение на сетке и аноде – U_СИ, U_АИ; ток сетки и сегмента постоянный – I_C, I_A; импульсный ток сетки и анода – I_СИ, I_АИ.

Рисунок 21.1 – Расположение анодов-сегментов в индикаторах:

а − ИВ-1А; б − ИВ-12; в − ИВЛ1-18/1

Часть основных параметров индикаторов ВЛИ приведена в таблице 21.1. Из нее следует, что индикаторы работают при постоянных питающих напряжениях 20 – 30 В, за исключением ИВ-23, ИВ-24, и токах сегмента 0,5 – 4 мА и токах сетки 10 – 15 мА. При импульсном питании (50 – 70 В) значения токов сетки и сегментов возрастают пропорционально амплитуде питающего напряжения.

Таблица 21.1− Основные параметры одноразрядных

индикаторов ВЛИ

Для согласования ВЛИ с ИС можно использовать любые преобразователи двоичного, двоично-десятичного кода в код управления семисегментным индикатором. Между выходами преобразователя и индикатором следует поставить транзисторные ключи для обеспечения коммутации высокого анодного напряжения 25¸30 В (рисунок 21.2). Для непосредственного управления низковольтными ВЛИ может быть использована ИС 564ИД5 (рисунок 21.3). Питание микросхемы, следовательно, анодов-сегментов и сетки осуществляется от источника питания +5 В. Для увеличения амплитуды управляющих напряжений на катод индикатора и вывод 7 микросхемы подано дополнительное напряжение минус 10 В.

Рисунок 21.2 – Схема управления индикатором ИВ-22А

.

Рисунок 21.3 − Схема управления низковольтным

индикатором ИВ-24

21.3 Многоразрядные индикаторы

Многоразрядные низковольтные люминесцентные индикаторы предназначены для малогабаритных средств электронной и вычислительной техники, электронных настольных часов, устройств измерительной техники и т.д. Многоразрядные индикаторы могут иметь число разрядов 4, 6, 9, 12, 13, 14 и более. Для сокращения числа выводов и обеспечения работы в мультиплексном режиме одноименные аноды-сегменты во всех разрядах электрически соединены между собой внутри индикатора и имеют общие выводы. Управляющие сетки выполнены так, что каждый разряд имеет отдельный вывод. Общее число выводов управляемых электродов равно сумме анодов сегментов и числа разрядов. Катод прямого накала является общим для всех разрядов и имеет два вывода, к одному из которых подсоединен внутренний защитный слой баллона. Один цифровой разряд представляет собой набор сегментов в виде восьмерки, отдельно расположен десятичный знак (точка). Многоразрядные индикаторы выпускаются в цилиндрических и плоских баллонах (рисунок 21.4), принципиального отличия между ними нет.

Принцип работы многоразрядных индикаторов такой же, как и одноразрядных.

Рисунок 21.4 − Вид индикатора:

а − в цилиндрическом; б − плоском баллонах