Средства отображения информации на дискретных индикаторах: Системы адресации в СОИ на дискретных индикаторах

Известно, что дискретные индикаторы могут работать в двух режимах − статической и динамической индикации. В режиме статической индикации состояния ЭО меняются только при обновлении воспроизводимой информации. Происходит это с частотой f_обн = 1/T_обн, причем все выбранные ЭО работают одновременно. Статическая индикация может быть непрерывной или импульсной.

Режим динамической индикации характеризуется тем, что разные элементы или груп­пы ЭО, образующие индикаторное поле, включаются в разные части периода кадра Т_к. При этом, пока воспроизводимая инфор­мация остается неизменной, фаза и длительность включенного со­стояния ЭО внутри периода кадра сохраняются, т. е. T_обн ≥ Т_к.Для получения немелькающего изображения должно выполняться условие f_к > f_кчм, а за период кадра Т_кнеобходимо адресовать все элементы, составляющие изображение. Поэтому скважность ока­зывается обратной числу групп элементов отображения.

Режим с такой регенерацией изображения характеризуется следующими соотношениями:

1) для яркости [согласно формуле (1.19)]

L_υ.каж = L_υи/q_υ, (5.1)

где q_υ - скважность импульсов излучения, L_υ.каж - кажущаяся (усредненная во времени) яркость, L_υи- мгновенная яркость;

2) для времени выборки

t_в=1/(f_кq). (5.2)

Из-за инерционности индикатора обычно q ≤ q_υ (q - скважность сигналов выборки). Те же соотношения можно использовать для режима статичес­кой индикации, если вместо f_к подставить f_обн, причем для непрерывной статической индикации q_υ = 1, а для импульсной статической индикации q_υ >1.

Прежде чем перейти к конкретным схемам управления индикаторами, рассмотрим основные системы адресации, выделив из них наиболее важные: 1) однокоординатной адресации; 2) двухкоординатной матричной адресации; 3) многоуровневой адресации; 4) адресации со сканированием.

Система однокоординатной адресации отличается тем, что каж­дый ЭО имеет два независимых от других ЭО входа, к которым и прикладываются сигналы со схемы возбуждения. Очевидно, неза­висимость ЭО друг от друга по управлению сохраняется и тогда, когда для уменьшения числа соединений их вторые управляющие входы объединяются (рис. 5.1). Так как управляющие входы независимы, то при однокоординатной адреса­ции ЭО могут включаться одновременно и на любой промежуток времени. Это позволяет организовать статическую индикацию, т. е. использовать умеренные значения импульсных яркостей L_υи и большие времена выборки t_в(см. (5.1) и (5.2)).

Рис. 5.1. Подключение эле­ментов отображения

при однокоординатной адреса­ции

Преимуществом однокоординатной адресации является также отсутствие жестких требований к параметрам индикатора. Напри­мер, если взять вольтконтрастную характеристику жидкокристал­лического твист-индикатора (см. рис. 2.31), то легко видеть, что для нормальной работы достаточно обеспечить выполнение усло­вий включения U_s0 < U_OH и выключения U₁₀ > U_OL, где U_OL, U_OH - выходные напряжения логического 0 и 1 схемы управ­ления. Эти условия выполняются с большим запасом, если взять в качестве управляющих микросхемы серии К176, у которых U_OL ≤ 0,3 В, U_OH ≥ 8,2 В (поскольку для них U₁₀ = 0,65 В и U₅₀ = 1,70 В).

И, в общем случае, для любой электрооптической характеристики инди­катора удается подобрать схему управления с не слишком большим напряжением U_OL, но таким, чтобы условия включения и выключения выполнялись даже при большом разбросе параметров ЭО.

В то же время схемы однокоординатной адресации многоэле­ментных индикаторов имеют существенные недостатки - большое число каналов управления

N_у = N_эо (5.3)

и выводов индикатора

N_в ≥ N_эо + 1.(5.4)

Например, для 7-сегментного цифрового индикатора с десятич­ной точкой число выводов на один разряд равно 8 + 1 = 9, а на три разряда - уже 27. Если взять буквенный индикатор, у которого знакоместо образовано матрицей точек 5×7, то на три знакомес­та уже понадобится 35×3 + 1 = 106 выводов. Из-за трудности со­здания индикаторов и схем управления с большим числом выводов и, в особенности, из-за трудности их соединения между собой, применение методов с однокоординатной адресацией ограничивается цифровыми СОИ на три-четыре знакоместа или буквенными СОИ на одно знако­место. Однако воспользоваться преимуществами схемы однокоординатной адресации можно, совместив ее интегрально с индикатором.

Для адресации ЭО в дискретных индикаторах наиболее широ­ко применяется метод двухкоординатной матричной адресации (рис. 5.2). Здесь, в отличие от однокоординатной адресации, каж­дый выход схемы управления присоединяется к множеству ЭО, причем схема управления разбита на две части, соединенные по строкам и столбцам с управляющими входами ЭО. Включение ЭО происходит только тогда, когда сумма сигналов на его входах превысит напряжение включения.

Система с матричной адресацией обеспечивает значительное уменьшение числа каналов управления и выводов индикатора (при условии его выполнения с общими электродными шинами). Здесь

N_y = N_в = 2[ ] , (5.5)

где [х] обозначает округление величины х до большего целого числа. Для матричного индикатора с N_эо = 35×3 получим N_y = N_в = 2[ ] = 23 вместо 105 каналов управления и свыше 106 выводов индикатора по (5.3) и (5.4).

Недостатком двухкоординатной матричной адресации является то, что при полном возбуждении определенных ЭО может проис­ходить частичное возбуждение других ЭО, что ухудшает качество изображения.

Для анализа возбужденных и частично возбужденных состоя­ний ЭО рассмотрим схему, показанную на рис. 5.3, где ЭО в стро­ке Х₂и столбце Y₂ возбуждается (состояние, обозначаемое 1) при­ложением напряжений и . Все остальные ЭО не возбуж­дены, для чего на них подаются напряжения и . Для малоинерционных индикаторов, у которых время включе­ния и выключения много меньше длительности управляющего воздействия (т. е. практически для всех индикато­ров активного типа), оптимальные условия соответствуют максимальному отно­шению U¹/U⁰для возбужденной и невозбужденной ячеек.

Здесь можно выделить два случая: 1) ЭО обладает выпрямляющими свойствами; 2) ЭО не обладает таковыми свойствами.

В первом случае (например, светодиоды или любые ЭО с по­следовательно включенными диодами) адресация осуществляется подачей напряжения U на выбранный столбец и заземлением вы­бранной строки (рис. 5.3).

Все невозбуждаемые столбцы за­земляются, а на все невозбуждаемые строки подается напряже­ние U. Отношение напряжений U¹/U⁰в этом случае выражается через сопротивления элементов отображения (R_эо)и обратное сопротивление диода (R_д) как

U¹/U⁰ = ( R_д+ R_эо)/ R_эо . (5.6)

Очевидно, что при R_д >> R_эо выражение (5.6) стремится к бесконечности.

В случае невыпрямляющего индикатора наиболее целесооб­разно брать напряжения и равными соответственно 1/3 и 2/3 от полного напряжения питания (рис. 5.4, а). В этом случае напряжение, приложенное к возбужденному ЭО, находящемуся между точками Х₂ - Y₂, равномерно делится между любыми тремя последовательно включенными невозбуж­денными ЭО. Такая схема адресации называется схемой 3:1 (U¹/U⁰= 3). Ее недостатком является необходимость использования трех уровней питания 1/3U, 2/3U и U. Кроме того, к ЭО могут прикладываться напряжения разных полярностей и достаточно большой величины. Более простая схема адресации 2:1 изображена на рис. 5.4, б. В ней использованы только два уровня питающих напряжений, но отношение U¹/U⁰составляет всего 2:1.

На рисунках 5.3 и 5.4 видно, что во всех трех рассмотренных слу­чаях количество одновременно выбираемых ЭО ограничено необ­ходимостью возбуждения одних ЭО и невозбуждения других. В стати­ческом режиме можно независимо возбудить любое число ЭО, расположенных вдоль одной строки или одного столбца. Это позволяет создавать шкалы, но не двумерные изображения. В последнем случае приходится применять динамический режим двухкоординатной матричной адресации.

В динамическом режиме выборка ЭО производится одним из следующих способов: поэлементным, построчным и функциональным.

В поэлементном способе последовательно производится выбор­ка одного ЭО за другим по всему индикаторному полю (как это делается в растровом дисплее). В этом случае

q = N_сN_сб (5.7)

Из выражений (5.1) и (5.2) вытекает, что для больших N_эопоэлементный способ связан с необходимостью использования больших L_υии малых t_в, т. е. мощных импульсных ключей и быстродействующих индикаторов и схем управления ими.

При построчномспособе последовательно производится выбор­ка одной строки за другой (или столбца за столбцом), причем одновременно в каждой стро­ке возбуждаются все необходимые для формирования изображе­ния ЭО. Поэтому скважность

q = N_с. (5.8)

В функциональномспособе возбуждаются только те ЭО, из которых состоит изображение, что дает формулу для скважности в виде

q = N_ф, (5.9)

где N_ф - число возбуждаемых функциональных ЭО.

Из (5.1), (5.2), (5.7) − (5.9) следует, что наименьшее значение L_υи и наибольшее t_впри плотном заполнении экрана информацией обеспечивает способ построчной адресации, который рассмотрим более подробно.

Диаграммы напряжений для участка матричного поля, представленного на рис. 5.4, при построчной адресации с выборкой по схеме 2:1 приведены на рис. 5.5. Эти диаграммы соответствуют информации, по которой включенными должны оказаться ячейки X₁Y₂, X₁Y₃ и X₃Y₃ (падение напряжения на этих ячейках равно U_ij = U) Остальные ячейки должны быть в невключенном состоянии (U_ij = 0) или быть лишь частично возбужденными (U_ij = U/2). На рис. 5.5 видно, что в определенные периоды времени это реализуется.

Отметим, что здесь я использованы обозначения: U_Сi – напряжение, подаваемое на i-ю строку, а U_СБj напряжение на j-ом столбце, U_ij – разность потенциалов между i-ой строкой и j-ым столбцом.

Опреде­лим контраст между этими ячейками по формуле (1.12), считая что первая из них создает фон с яркостью L_vф, а вторая - изображение с яркостью L_v0.

Считая, что развертка осуществля­ется по N_с, получим

=

= . (5.10)

В этом выражении К_обр.дм и К_обр.с − обратные контрасты, получаемые при динамической матричной и статической адресациях. Из (5.10) вытекает, что при значении N_с,равном 1/(1 − К_обр.с), контраст равен нулю. Если задаться допустимым для буквенно-цифровой инди­кации значением контраста, равным 0,6 (см. гл. 1), то ма­ксимально допустимое число строк для матричной адреса­ции

N_{с max} = 0,4/(1 - К_обр.с). (5.11)

Выражение (5.10) можно также использовать для опре­деления К_обр.дм по известному значению К_обр.с.