Материал: Применение полупроводниковых индикаторов (1991)

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

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:

ПНИ индикаторы типов ИНЦ02А-1/7, КИПЦ02A-1 /7КЛ, ИПЦ02Б-1/7КЛ. КИПЦ021) -1/7КЛ; КЗЦ и ККЦ ключи типа 1HT251 подключения свотодиодов зеленого и красного цветов свечения соответственно

Таблица 32 Таблица истинности микросхем К514ИД1, К514ИД2, 514ИД1, 514ИД2

Примечания: 1. Для входов микросхем 514ИД1, 2:1 — U'_вх ; 0 — U⁰_вх ; X — без­различная комбинация входных сигналов (U¹_вх или U⁰_вх).

2. Для выходов микросхем: I — I¹_вых для 514ИД1, I⁰_вых для 514ИД2; 0 — I°_вых для 514ИД1, I_вых для 514ИД2.

3. Г — вход ИМС при низком уровне сигнала, на котором обеспечивается гашение всех сегментов индикатора.

Полученная от источника в виде двоично-десятичного кода информация запоминается в устройствах памяти при подаче сигнала высокого логического уровня «Разрешение записи» на соответствующие входы микросхем.

Рис. 3.15. Принципиальная схема преобразования и индикации информации на ППИ с общим анодом при использовании дешифратора типа 514ПР1

Кроме монохромных семисегментных индикаторов разработан ряд индикаторов с двумя цветами свечения. Эти индикаторы имеют восемь катодных выводов (по одному на каждый сегмент и на децимальную точку) и два анодных вывода, каждый из которых объединяет аноды сегментов красного и зеленого цветов свечения соответственно. Для управления такими индикато­рами (ИПЦ02А-1/7КЛ, КИПЦ02А-1/7КЛ, ИПЦ02Б-1/7КЛ, КИПЦ02Б-1/7КЛ) могут быть использованы дешифраторы типов 514ИД2 и К514ИД2, как это показано на рис. 3.14. Замыкание цепи прохождения тока одним из ключей вызовет свечение сег­мента зеленого или красного цвета свечения [17].

Для использования дешифраторов в устройствах отображе­ния информации необходимо строгое- соответствие входных кодов для микросхем-дешифраторов их выходным кодам и позицион­ному (в соответствии с рис. 3.5) положению сегментов в инди­каторе. Эти данные приведены в табл. 3.2.

Кроме указанных микросхем для управления индикаторами с общим анодом могут быть использованы также дешифраторы двоично-десятичного кода в позиционный — ИМС 514ПР1. Эта микросхема содержит в своем составе кроме собственно дешиф­ратора ДДК также устройства памяти кода информации (на 4 бита) и формирователи токов сегментов. На рис. 3.15 представ­лена аппаратурная реализация схемы управления индикаторов с общим анодом (в данном случае 3ЛС324Б1) с применением дешифратора 514ПР1. В качестве устройства памяти децималь­ной точки может служить микросхема К155ИР1 или аналогичная ей по функциональным возможностям (например, 134ИР1).

Запись информации в ИМС 514ПР1 производится при одно­временной подаче на соответствующие ее входы кода данных и сигнала «Разрешение записи».

Временной интервал между фронтами приходящих на входы 2, 11, 12, 13, 14 информационных сигналов и фронтом логиче­ской единицы, поступающей на вывод 5 микросхемы для записи информации в регистр памяти, не должен превышать 50 не;

временной интервал между срезами информационных сигналов, поступающих на входы, и фронтов сигнала разрешения записи на входе 5 также не должен превышать 50 не.

При использовании ИМС 514ПР1 предельно допустимое зна­чение напряжения индикации зависит от температуры окру­жающей среды и в диапазоне от 35 до 70° С определяется по формуле U_{инд.маК1} = 3,7 — (Т_окр.ср — 35) -0,011, где Г_окр.ср — тем­пература окружающей среды в °С. При 7_OKpq, = 35°С U_Н11дм_акг = = 3,7 В.

Рис. 3.16. Схемы входных (а) и выходных (6) каскадов ИМС 514ПР1

Выходные и входные каскады микросхемы представлены на рис. 3.16. Таблица истинности ИМС 514ПР1 (табл. 3.3) анало­гична таблице истинности микросхем 514ИД2 и К514ИД2 только в части дешифрации цифровых значений от 0 до 9. При проекти­ровании ИМС 514ПР1 были учтены запросы разработчиков устройств отображения информации и вместо знаков позиций 11 — 15 таблицы истинности микросхем 514ИД1. К514ИД1, 514ИД2, К514ИД2 введена дешифрация знака «минус» и букв С, Я, Р, L.