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 n знаков 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

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.