Материал: Применение полупроводниковых индикаторов (1991)

Режим стробирования обеспечивает подключение каждого на время, обратно пропорциональное количеству стробируемых ли­неек диодов, при этом соответственно падает яркость свечения ин­дикатора. Для сохранения яркости свечения СИД импульсный ток через каждый из них необходимо увеличить в число раз, соот­ветствующее количеству стробируемых линеек.

4.4. Устройства отображения информации на основе буквенно-цифровых индикаторов, управляемых стробированием по столбцам

Способ етробирования по столбцам более прост в аппаратур­ном исполнении, чем способ стробирования по строкам, однако он имеет ограничение в количестве обслуживаемых одним дешиф­ратором индикаторов. На рис. 4.6 представлена структурная схема устройства управления и индикации на БЦИ типа ЗЛС340А, основанная на стробировании по столбцам. В данной схеме для простоты восприятия источником информации является клавиа­тура. В действительности же в большинстве случаев использова­ния индикаторных приборов источником информации являются в первую очередь системы — датчики информации (например, доплеровские измерители скорости, системы измерения темпера­турных режимов, измерители высоты и т. д.) или вычислительная машина, а уже во вторую очередь — клавиатура пульта управ­ления, используемая в качестве устройства ввода информации в аппаратурный комплекс для корректировки его работы.

В схеме наличие БЦИ условно показано пересечением шин столбцов и строк: предполагается, что в местах их пересечений установлены светоизлучающие диоды, например, соединенные ано­дами в столбцы, а катодами — в строки.

Схема функционирует следующим образом. Информация с кла­виатуры, представляющей собой наборное поле цифр, букв и зна­ков, через шифратор поступает в регистры памяти символов 1, 2, ..., N. Шифратор выполняет функцию преобразователя битовых сигналов с клавиатуры в шести- или семиразрядные коды симво­лов. Код символа поступает по сигналам счетчика выборки индика­тора последовательно на регистр памяти символа 1, по его запол­нении — в регистр памяти символа 2, затем в третий и т. д. По заполнении yV-ro регистра счетчик выборки индикатора пере­ключает выход шифратора снова на вход первого регистра памяти символа 1 и повторяет последовательность операций по вводу информации.

Счетчик управления перезаписи поочередно подает разреша­ющий сигнал на перезапись информации из регистров 1 — N в буферный регистр. Частота следования импульсов выходного сигнала счетчика управления выборкой столбцов в пять раз выше частоты счетчика перезаписи, что позволяет дешифратору выборки столбцов, входящему в состав генератора символов, пять раз выбирать последовательно столбцы индицируемого символа при неизменном коде символа в буферном регистре. После того как последний (пятый) столбец индицируемого симво­ла будет проиндицирован, счетчик управления перезаписи под­ключит на вход буферного регистра выход второго регистра памяти символа. После индикации второго знакоместа подключа­ются ко входам буферного регистра выходы следующего pernci ра памяти символа и т. д. Счетчик етробирования столбцов имеет модуль счета, равный K = 5N, где 5 — количество столбцов в ин­дикаторе; N — число знакомест в индикаторе. Счетчик етробиро­вания столбцов успевает последовательно опросить все столбцы всех индикаторов за один цикл опроса. При трех знакоместах в приборе отображения информации модуль счета этого счетчика будет равен 15.

Способ етробирования по столбцам применяется в устройст­вах отображения информации на одно или несколько знакомест. Количество знакомест зависит от среднего тока через светодиод и от максимально допустимого импульсного тока, т. е. от типа индикатора. Так, для индикаторов типа ЗЛС340А со средним током через светодиод 10 мА и максимальным импульсным током 300 мА максимальное число стробируемых столбцов 30 (или 6 знакомест).

Дальнейшее увеличение количества знакомест влечет за собой рост скважности возбуждающих импульсов и (для сохранения яркости свечения) импульсного тока, протекающего через СИД. При этом импульсный ток может превысить максимально допустимое значение или значение, за которым начинается снижение кванто­вого выхода полупроводникового материала. Для обеспечения светимости индикаторов без миганий на объектах, не подвержен­ных вибрациям, частота возобновления информации каждого столбца должна быть не менее 100 Гц.

Структурная схема может быть несколько изменена для при­менения в каждом частном случае. Так, структурная схема управления БЦИ способом стробирования по столбцам „ (см. рис. 4.6) при использовании ИПВ70А-4/5Х7К может быть реали­зована по схеме, приведенной на рис. 4.7.

Отличие в работе приведенной схемы от предыдущей заклю­чается в необходимости ввода информации для индикации в последовательном коде. В зависимости от допустимой тактовой частоты кода определяется максимально допустимое количество знакомест в устройстве отображения информации.

Допустимая тактовая частота кода определяется частотными характеристиками выбранных микросхем, использованных для обработки информации.

Рис. 4.6. Структурная схема устройства управления и индикации на основе буквенно-цифровых индикаторов (способ етробирования по столбцам)

В устройстве, структурная схема которого приведена на рис. 4.7, формирование кодов символов и запись их в регистры памяти аналогичны описанным выше. Далее коды символов из первого регистра памяти по сигналу из счетчика управления перезаписи подаются на вход генератора символов. Одновремен­но счетчик выборки столбцов формирует код первого столбца, по которому из генератора символов на преобразователь подается параллельный семиразрядный код первого столбца последнего (N-гo) в линейке индикаторов символа. Преобразователь, полу­чая информацию в параллельном коде, преобразует ее в последо­вательный код и по сигналам синхронизации, подаваемым на все индикаторы одновременно, вводит его в сдвиговый регистр перво­го ИПВ70А-4/5Х7К.

Если в устройстве отображения информации несколько че­тырехразрядных (четырехсимвольных) индикаторов, то выход первого ИПВ70А-4/5Х7К соединяется со входом второго, его выход — со входом третьего и т. д. Затем счетчик управления перезаписи подключит ко входу генератора символов код симво­ла со второго регистра памяти при неизменном состоянии счетчи­ка выборки столбца. При этом с выхода генератора символов код первого столбца (N — 1)-го символа через преобразователь запишется в сдвиговый регистр, проталкивая по регистру с частотой сигналов синхроимпульсов код первого столбца преды­дущего символа и т. д. до заполнения СР кодами первых столб­цов соответствующих символов. Указанная запись кодов происходит при наличии высокого логического уровня на входах гаше­ния индикаторов. При подаче на вход гашения низкого логиче­ского уровня напряжения включаются усилители-формирователи токов. Одновременно дешифратор столбцов по сигналу т задерж­ки и коду номера столбца через усилители тока столбцов под­ключит все первые столбцы индикаторов к источнику тока на время экспозиции. В данном случае время экспозиции — это время включенного состояния индикаторов.

Рис. 4.7. Структурная схема устройства отображения информации с исполь­зованием в качестве индикатора приборов ИПВ70А-4/5Х7К

Далее происходит выборка и представление данных для вто­рого столбца и т. д., пока все пять столбцов символов не будут представлены на всех индикаторах. Затем процесс воспроизведе­ния символов на индикаторах будет повторяться с частотой, определенной генератором тактовых импульсов.

Обеспечение тепловых режимов работы индикаторов ИПВ70А-4/5Х7К. При разработке устройств отображения ин­формации с применением индикаторов типа ИПВ70А-4/5Х7К необходимо обратить внимание на обеспечение тепловых режи­мов его работы, так как при площади поверхности индикатора примерно в 6,7 см² и относительно малом количестве выводов (12) выделяемая им мощность составляет 1,2 Вт. Примерно 60% потребляемой индикатором мощности расходуется на обес­печение работы встроенных микросхем управления, причем в большей степени объем потребляемой мощности и соотношение мощностей, расходуемых на микросхемы и СИД, зависят от среднего количества включенных и не включенных СИД и от соотношения времени записи и индикации информации, т. е. от скважности.

Средняя мощность рассеивания индикатора складывается из:

средней мощности, рассеиваемой логической частью схемы управления во время записи информации при напряжении на входе «гашение» индикатора U_r = 0,4 В;

средней мощности, рассеиваемой разрядами регистра, соот­ветствующими включенным элементам, при U_г = 2,4 В;

средней мощности, рассеиваемой разрядами регистра, соот­ветствующими не включенным элементам;

средней мощности, рассеиваемой включенными элементами и их формирователями тока.

Если обозначить через I_пот (при U_Г = 0,4 В) и I_П0Т (при U_r = = 2,4 В) ток потребления электронной частью индикатора при низком (0,4 В) и при высоком (2,4 В) логических уровнях сигна­ла на входе гашения индикатора; U_ип — напряжение питания; Q — скважность; п_к — среднее число включенных СИД; I_стб, U_стб — ток потребления и напряжение питания столбца, то после некоторых несложных преобразований мощность рассеивания ин­дикатора может быть представлена в виде

Р_D=I_пот(при U_г = 0,4 В) U_Hn+ [I_Пот(при U_r = 2A В) — I_|10.,

(при U_г = 0,4В)] U_in*5n_R/Q.35 + I_cT6U_cT6*5n_R/Q*35. (4.1)

Следовательно, снижение мощности рассеивания индикатора может быть достигнуто тремя способами: уменьшением напряже­ния питания логической части индикатора до минимального допустимого значения, уменьшением напряжения питания столб­цов до минимального допустимого значения, увеличением скваж­ности. Уменьшение рассеиваемой мощности за счет уменьшения количества светящихся точек, естественно, неприемлемо, так как это влечет за собой разработку более примитивных шифров и ухудшение качества отображения информации. При разработке аппаратуры отображения информации необходимо обеспечить такой режим работы индикаторов, при котором температура корпуса не превышала бы 100° С (измеряется на выводе 1).

В соответствии с выводами разработчиков индикатора темпе­ратура корпуса индикатора Т_к, тепловое сопротивление «корпус индикатора — окружающая среда» R_т, температура среды внутри аппаратуры отображения информации T_а, обусловленная сов­местным воздействием температуры окружающей среды и тепло­выделение элементов индикатора, связаны соотношением

T_K = T_a + R,P.

Зависимость максимально допустимого значения теплового сопротивления R_т от Т_а при Р=1,2 Вт и T_к=100° С приведена на рис. 4.8. Для максимально допустимого значения Т_я = 70° С R_т<25° С/Вт.

Зависимость максимально допустимой мощности рассеивания Р от температуры корпуса индикатора приведена на рис. 4.9.

Рис. 4.8. Зависимость теплового сопротивления «корпус — окру­жающая среда» от температуры окружающей среды прибора ИПВ70А-4/5Х7К

Рис. 4.9. Зависимость макси­мально допустимой мощности рассеивания от температуры корпуса индикатора ИПВ70А-4/5Х7К

Оценку электрических режимов эксплуатации в облегченных тепловых режимах следует проводить по графику рис. 1.9 и по (4.1) с учетом среднего количества включенных СИД, характер­ного для данного устройства.

Практические приемы улучшения тепловых режимов работы индикатора связаны с максимальным обеспечением теплоотвода от корпуса индикатора и его выводов. При установке индикаторов в разъемы необходимо увеличивать сечения контактных гнезд разъема и проводов электрического монтажа. При установ­ке индикаторов на печатные платы необходимо максимально увеличивать площадь металлизированных токоведущих дорожек печатной платы, использовать металлические теплоотводы, при­менять теплопроводящие пасты для улучшения теплового контак­та, а в ряде случаев и обдув охлажденным воздухом.

Существует еще один практический способ улучшения тепло­вых режимов работы индикаторов — снижение напряжения пи­тания СИД до минимальной яркости их свечения, обеспечиваю­щей безошибочность считывания в данных условиях работы дан­ного устройства.