Малоразрядные цифровые и буквенно-цифровые средства отображения информации

К этой группе СОИ относятся буквенно-цифро­вые средства отображения информации, воспроизводящие одну или несколько текстовых строк, каждая из которых содержит до 100 знакомест сегментного или точечно-матричного формата. Такие СОИ широко применяются в цифровых часах, калькуляторах, разнообразных электронных измерительных приборах, микропро­цессорных системах управления и т. п.

Как уже указывалось, для отображения цифровой информации при трех-четырех разрядах часто используется система однокоор­динатной адресации. В простейшем случае она содержит счетчик СЧ,знакогенератор ЗГ,преобразующий код счетчика в код инди­катора, формирователь Ф, превращающий сигналы цифровой ло­гики с выхода дешифратора в сигналы, необходимые для возбуж­дения ЭО индикатора (см. рис. 5.10, а). Конкретная реализация блока ЗГопределяется типом использованного счетчика и конфигураци­ей синтезируемой цифры. В такой схеме (рис. 5.10, а) при смене данных в счетчике одновременно и в том же темпе меняются показания индикатора, что ухудшает условия работы оператора.

Для устранения этого недостатка в рассмотренную си­стему вводят регистр-фиксатор РГ, расположив егомежду счетчиком и знакогенератором (рис. 5.10, б). По сигналу записи W в РГфиксируются текущие показания счетчика, причем частоту подачи этого сигнала выбирают в соответствии с пропускной спо­собностью оператора или же по заданному темпу обновления информации.

Модифицированную схему часто выполняют таким образом, чтобы по сигналу запрета ЗАПР,подаваемому на блок формиро­вателя (или знакогенератора), индикатор выключался. Тем самым исключается высвечивание так называемых незначащих ну­лей, зарегистрированных счетчиком. Например, если счетчики пя­тиразрядного цифрового вольтметра содержат число 02,310, то на индикаторе надо высветить показания только второго, третьего и четвертого счетчиков, для чего на блоки Ф (или ЗГ), управляю­щие старшим и младшим разрядами индикатора, подаются сиг­налы ЗАПР.

Основным недостатком однокоординатной адресации является большое число выходов схемы управления и выводов индикатора, а также различных других соединений. Ес­ли все блоки выполняются в виде отдельных ИМС, то, глядя на рис. 5.10, а, легко подсчитать, что для индикации одной 7-сегментной цифры понадобится n₁ + n₂ + n₃ = 4 + 7 + 7 = 18 соединений. В то же время рассмотренные структурные схемы обеспечивают статический режим индикации и характеризуются стандартностью и малым числом используемых ИМС. Их преимущества лучше все­го проявляются при объединении всех или части блоков СЧ, РГ, ЗГ и Ф в одну ИМС, что сразу же снижает число соединений на один цифровой разряд до семи или восьми. Дальнейшая интеграция дости­гается путем включения в эту ИМС самого индикатора, что и де­лается в некоторых типах полупроводниковых, жидкокристалличе­ских, электро-люминесцентных и других индикаторах.

Схемы, показанные на рис. 5.10, можно использовать и для представления буквенной информации. При этом вместо счетчиков применяются буферные запоминающие устройства. Но, так как число ЭО для синтеза буквы значительно больше, чем для синтеза цифры, то значения п₂и n₃ чрезмерно возрастают. Из-за этого схемы однокоординатной адресации для отображения знаковой ин­формации применяются редко.

При отображении цифр и двухкоординатдой матричной адресации наиболее часто используются две системы − с поразрядной и фазоимпульсной индикациями. Структурная схема цифрового СОИ с поразрядной индикацией и диаграммы напряжений на его узловых точках изображены на рис. 5.11. Эта система часто называется мультиплексной, так как в ней передача информации от опрашиваемых счетчиков к воспроизводящим ее индикаторам про­изводится с временным уплотнением, при котором в течение пери­ода кадра Т_кдля индикации знакоместа предоставляется время, равное Т_к/N_зм.

Описываемая структурная схема содержит пятиразрядный циф­ровой индикатор, имеющий только выводы выборки знакомест и выводы шин, к которым подсоединены одноименные сегменты ин­дикатора. Каждый кадр разбивается на столько тактов, сколько знакомест содержит система. Таким образом, тактовая ча­стота для СОИ, собранного по схеме на рис. 5.11, будет определяться равенством

f_т = f_кN_зм.(5.22)

В соответствии с двоичными кодами, вырабатываемыми на трех выходах СЧ₆,блок ключей КРпоследовательно возбуждает с первого по пятое знакоместа индикатора. Одновременно от СЧ₆ коммутиру­ется блок мультиплексора М,подключающий выходы счетчиков СЧ₁ − СЧ₅ ко входам ЗГсинфазно с выборкой с первого по пятое знакоместа индикатора. Выходные сигналы ЗГпоступают на формирователь Ф, где они превращаются в возбуждающие сигналы сегментов а, b, с, d, e, f и g. В результатев первом такте формируется цифра 5, во втором − 1, в третьем − 7, в четвертом − 3, в пятом − 5. Если информация в счетчиках сохраняется, то в следующем кадре все повторяется. Легко видеть, что рассмотренная схема полностью соответствует системе построчной матричной адресации, что позволяет по выражениям (5.1), (5.2) и (5.8) найти скважность импульсов света, генерируемых индикатором,

q = N_зн. (5.23)

Рассмотрим теперь другую часто применяемую для отображе­ния цифровой информации систему − фазоимпульсной индикации. Структурная схема и временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу, представлены на рис. 5.12. Схема содержит счетчики СЧ₁ − СЧ₅фазоимпульсного типа.

Работает схема следующим образом. Индицируемое число от источника информации ИИпри наличии сигнала ЗП (запись)через схемы &1 вводится в счетчики СЧ₁ − СЧ₅. В режиме ЧТ (чтение)в результате па­раллельной подачи на эти счетчики импульсов ТГчерез схему &2 их содержимое дополняется и в момент перехода через нуль на соответствующем формирователе ФЗМ появляется сигнал выборки знакоместа. В эти моменты СЧ_вычнаходится в состоянии (10 − Д), где Д− дополнительный код числа, записанного в данный счет­чик. В результате, на знакоместе, соответствующем счетчику, ин­дицируется записанное в счетчике число Д. За десять тактов вы­водятся все числа, зарегистрированные счетчиками.

Диаграммы напряжений в данной схеме показаны на рис. 5.13.

При фазоимпульсной индикации, так же как и при поразряд­ной, применена построчная адресация, однако строки включаются не одна за другой последовательно во времени, а в зависимости от индицируемого числа, причем параллельно включаются те строки, где возбуждаются одноименные ЭО. В этом случае скважность

q= N_а,(5.23а)

где N_а - длина алфавита символов.

На диаграммах рис. 5.13 показана индикация числа 23775. Выходные сигналы СЧ₂ и СЧ₃возникают после третьего, сигнал СЧ₁-после пятого, СЧ₄ - после седьмого и СЧ₅- после восьмого импульсов. В эти моменты СЧ_выч соответственно оказывается в состояниях 7, 5, 3, 2, причем индикация второго и третьего знакомест происходит одновременно. Основным преимуществом схемы рис. 5.12 по срав­нению со схемой рис. 5.11 является то, что здесь q = N_a,т. е. не зависит от числа знакомест. Отсюда вытекает предпочтительность этой схемы для отображения цифровой информации при большом N_зм, когда по (5.23, а) обеспечиваются меньшие значения q, чем по (5.23). Отметим также, что структурная схема рис. 5.12 реализу­ется несколько проще, чем схема рис. 5.11, так как в ней сравни­тельно сложный блок мультиплексирования заменен вычитающим счетчиком, а блок КР− простыми ключевыми схемами ФЗМ.

Схемы рис. 5.11 и 5.12 можно использовать для воспроизведе­ния буквенной информации с помощью сегментных, например, ва­куумных люминесцентных индикаторов. Для этого в схеме рис. 5.11 достаточно вместо счетчиков СЧ₁ − СЧ₅ использовать для хра­нения данных микросхему БЗУ. В этом случае адресный код БЗУ определяется счетчиком СЧ₆, авыходы БЗУ соединяются со знакогенератором ЗГ.

Если число воспроизводимых символов велико, то использование схемы рис. 5.11 оказывается нецелесообразным, так как влечет за собой увеличение q и чрезвычай­ное усложнение схемы. В этом случае вместо счетчиков целесо­образно применять ЗУ с последовательным обращением.

Когда индикатор, используемый для отображения буквенно-цифровой инфор­мации, имеет точечно-матричный формат, то структура схемы в значительной степени меняется. В таком случае переходят к развертке по строкам, а не по столбцам (хотя это и связано с усложнением устройства управ­ления). Структурная схема буквенно-цифрового СОИ такого типа изображена на рис. 5.14, а диаграммы напряжений в его наиболее важных точках − на рис. 5.15.

Работает схема следующим образом. Данные о каждом знако­месте занесены и хранятся в БЗУ в виде семи- или восьмиразряд­ных двоичных слов. В начале цикла записи (ЗП) счетчики СЧ:ЗМи СЧ:7 сбрасываются в нулевое положение. При этом СЧ:ЗМадресует первую ячейку БЗУ, соответствующую старшему разряду индикато­ра, а СЧ:7стробирует знакогенератор ЗГтаким образом, что на его выходе появ­ляются данные только верхней строки знака Одновременно СЧ:ЗМадресует регистр РГ₁, куда и записывается эта информация. После первого тактового импульса (ТИ)адресуется вторая ячейка БЗУ и информация о верхней строке второго знака записыва­ется во второй регистр. После седьмого ТИинформация записы­вается в РГ₈и таким образом все устройство БЗУС оказывается заполненным. После этого СОИ переходит в цикл индикации (ИНД). Здесь по стробирующим входам включаются ключи блока КСБ, соответствующие ячейкам БЗУС, куда была записана ин­формация, а также появляется напряжение на первых выходах DC и Ф(дешифрируется нулевое состояние СЧ:7).

После окончания импульса сигнала ИНД на СОИ поступает восьмой ТИ, возвращающий счетчик СЧ:3Мв нулевое состояние и переводящий счетчик СЧ:7 в первое состояние. Аналогичным образом в БЗУС записываются данные второй строки знаков, которые затем воспроизводятся, и т. д. до седьмой строки, после чего кадр повторяется. Следует заметить, что условие T_зп << T_инд обычно достаточно легко обеспечить, так как T_зп определяется только быстродействием цифровых ИМС.

Приведем некоторые количественные соотношения, характеризующие работу схемы. Частота тактового генератора определяется соотношением

f_т = f_кN_с , (5.24)

а скважность - соотношением

q= N_с . (5.25)

Основными недостатками схемы на рис. 5.14 являются: множество каналов уп­равления столбцами, большое количество выводов индикатора и соединений между выводами. Однако индикаторы с внутренней памятью позволяют обойти ограничения, связанные с большой скважностью управляющих импульсов и импульсов света, излучаемого ЭО индикатора. В частности, наличие внутренней памяти в индикаторе дает возможность перейти к развертке по столбцам. Другой пример – индикаторы, у которых число входов управления ЭО превышает два, или индикаторы с самосканированием. В СОИ с индикаторами такого типа удается существенно уменьшить число каналов блока КСБ.