Материал: Применение полупроводниковых индикаторов (1991)

На рис. 2.18 представлен один из вариантов структурной схемы управления индикатором с преобразованием аналоговой формы параметра в управляющие сигналы для каждого эле­мента шкального индикатора. Индикация производится с запол­нением шкалы по мере роста значения параметра без отклю­чения светящихся элементов, соответствующих меньшим его значениям.

Информация о параметре в виде напряжения постоянного тока и_с поступает на вход схемы. Делителем напряжения ве­личина U_c преобразуется в ряд напряженки U₁ — U_N.

На рис. 2.19 приведены эпюры зависимостей выходных на­пряжений делителя напряжения от величины U_c.

Компараторы, уровни опорных напряжений которых обес­печиваются резисторами R₁ — R_N+P, подключают последователь­но светодиоды шкальных индикаторов по достижении напряже­ниями U₁ — U_N соответствующих значений.

Могут быть предложены и другие схемы обработки информа­ции, некоторые из них разработаны в микросхемном исполне­нии, однако низкие точности преобразования аналогового си­гнала в сигналы управления не позволяют использовать их в прецизионной аппаратуре. К таким микросхемам относится ИМС К1003ПП1, использующаяся в бытовой радиоэлектрон­ной аппаратуре. Микросхема обеспечивает высвечивание эле­ментов шкалы в зависимости от уровня сигнала на ее входе, при­чем большему уровню сигнала соответствует большее количе­ство высвеченных элементов шкалы.

Микросхема КМ1003ПП2 также не обладает высокими точ­ностями преобразования входного сигнала, она может исполь­зоваться в бытовой радиоэлектронной аппаратуре совместно со шкалами в качестве индикатора уровня сигнала, шкал настрой­ки, т. е. там, где не требуется высокой точности преобразования.

В отличие от ранее указанной ИМС микросхема КМ1003ПП2 обеспечивает высвечивание и перенос только одной светящейся точки.

Обеспечение точности преобразования входного аналогового сигнала в управляющие сигналы требует значительных аппара­турных затрат, особенно большой рост оборудования вызывает использование для индикации шкальных индикаторов с пере­крестной коммутацией выводов.

Рис. 2.20. Структурная схема управ­ления ШИ дешифраторами типа 133ИД15 и 133ИД16: D₁ — дешифратор двоичко-десятичного кода; 2 — информационные входы де­шифраторов; 3 — 5 — входы управляю­щих сигналов на включение режимов контроля, запрета и регулирования яр­кости свечения элементов; 6 линей­ная шкала на 2, 4, 8, 10 светящихся элементов; 7 — N — условные ячейки двух светоизлучающих элементов с общим анодом или катодом

Внедрение в управление производственными процессами вы­числительных машин позволило обеспечить передачу всего объ­ема информации из вычислительной части системы в индикатор­ную в цифровой форме в виде последовательных кодов, а не­посредственно на схемы управления шкальными индикаторами — в параллельном коде. Цифровая обработка информации позво­ляет резко повысить точность обработки и индикации ин­формации.

Для управления шкальными индикаторами и наборами шкальных индикаторов с перекрестной коммутацией выводов разработан ряд микросхем. Общие сведения о наиболее часто встречающихся в устройствах отображения информации микро­схемах приведены в табл. 2.2.

Общим недостатком микросхем 133ИД15 и 133ИД16 является незначительное количество управляемых ими элементов шкал (до 10) и малые токи нагрузки (I_макс=13 мА), что значительно сокращает возможности их использования. Однако для индика­торных приборов с небольшим (10 — 40) количеством элементов они с успехом могут быть использованы.

Указанные микросхемы обеспечивают управление ШИ, регу­лировку яркости их свечения и проведение контроля работо­способности по сигналам, поступающим от внешнего источника информации. В качестве исходной информации для подсвета одного элемента шкального индикатора является тетрада парал­лельного двоично-десятичного кода (ДДК).

Таким образом, микросхемы 133ИД15 и 133ИД16 представ­ляют собой дешифраторы двоичного кода в позиционный код, воспринимаемый шкальными индикаторами с перекрестной ком­мутацией зеленого, желтого и красного цветов свечения. На рис. 2.20 представлена структурная схема управления шкальным индикатором.

Таблица 2.2. Общие данные шкальными индикаторами

о схемах управления полупроводниковыми

¹ При совместном использовании ИМС 133ИД20 и 133ИД21 обеспечивается управле­ние наборами шкальных индикаторов красного, желтого и зеленого цветов свечения.

Рис. 2.21. Принципиальная схема управления десятиэлементными шкальными индикаторами красного цвета свечения микросхемой 133ИД15:

1 — генератор широтно-модулированных импульсов прямоугольной формы; 2 — источник питающих напряжений; DC — дешифратор 133ИД15; ШИ — шкальный десятиэлементный индикатор красного цвета свечения с общим анодом; Е₁ — E₅ — условные ячейки из двух светоизлучающих элементов с общим катодом

Схема работает следующим образом. В соответствии с ко­довой информацией, поступающей на информационные входы 2 дешифратора D1, последний перекоммутацией своих выход­ных ключей обеспечивает протекание тока через подключенные к ним светодиодные элементы 6, обеспечивая их свечение. При необходимости осуществления проверки исправности элементов ШИ на вход дешифратора «контроль» от внешнего устройства подается управляющий сигнал 3, обеспечивающий свечение всех элементов ШИ. При подаче управляющего сигнала 4 на вход дешифратора «Запрет» (Г) независимо от состояния ДДК на входах дешифратора светодиодные элементы ШИ не воз­буждаются. Регулирование яркости свечения элементов ШИ осу­ществляется подачей широтно-модулированного сигнала на вход 5 дешифратора. Регулирование яркости осуществляется измене­нием времени протекания тока через светоизлучающий элемент ШИ, т. е. за счет снижения среднего прямого тока светодиода. Применение указанной микросхемы позволяет в качестве широтно-модулированных импульсов использовать сигналы с частотой от 50 до 1000 Гц при скважности от 1 до 10.

На рис. 2.21 представлена принципиальная электрическая схема управления десятиэлементной шкалой красного цвета свечения с общим анодом.

Функционирует схема управления следующим образом. На информационные входы дешифратора поступает от внешнего источника двоично-десятичный код.

Зависимость логических уровней на выходах дешифратора от состояния уровней на его входах (таблица истинности) представлена в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Таблица истинности ИМС 133ИД15

Примечания; 1. X -безразличное состояние логических уровнен на инфор­мационных входах микросхемы.

2. Низкий логический уровень на выходах 3*—7* микросхемы соответствует свечению элемента шкалы; высокий логический уровень на выходе соответствует пога­шенному состоянию элемента шкалы.

3. К, Г. РЯ входы ИМС, обеспечивающие свечение всех элементов ШИ (при нулевом уровне сигнала на входе К), lanieime всех элементов (при нулевом уровне сигнала на входе Г) и регулировку яркости (широтно-модулиронанным сигналом на входе РЯ).

При наличии высокого логического уровня в первом разря­де входного кода (на входе 15 дешифратора) на его выходе 1 в соответствии с таблицей истинности формируется высокий ло­гический уровень. Этот сигнал, подключая через свои ключи пер­вый вход шкального индикатора к источнику питания, обеспечи­вает возможность возбуждения светодиодов ШИ, соединенных анодами с этим входом. При низком логическом уровне на входе 15 микросхемы 133ИД15 источник питания подключается на вход 2 ШИ, обеспечивая возможность возбуждения элементов, соединенных своими анодами с этим входом индикатора. В за­висимости от состояния логических уровней на входах 12 — 14 на выходах 3 — 7 в соответствии с таблицей истинности появ­ляются высокий или низкий логические уровни. Низкий уровень обеспечивает прохождение постоянного тока через элементы ШИ, возбуждая их свечение.

При необходимости проведения контроля исправности ШИ на вход 11 микросхемы подается сигнал логического нуля, на выходах 3 — 7 появляется низкий логический уровень — все эле­менты ШИ светятся, если индикатор исправен. При низком ло­гическом уровне на входе «Запрет» 10 дишифратора состояние логических уровней на информационных входах микросхемы без­различно — на выходах 3 — 7 высокие логические уровни, элемен­ты ШИ не светятся.

Если индикатор состоит из 2, 4, 8 элементов или их общее количество не кратно 10, то соответствующие выходы дешифра­тора не задействуются, а на его входы подаются только ДДК задействованных элементов.

Для управления шкальными индикаторами зеленого и желто­го цветов свечения разработан дешифратор 133ИД16. На рис. 2.22 представлена принципиальная электрическая схема управления десятиэлементным ШИ с применением указанной микросхемы. Индикаторы зеленого и желтого цветов свечения имеют обратную по отношению к индикаторам красного цвета схему включения (индикаторы соединены по схеме с общим катодом), т. е. для возбуждения светодиодов необходимо созда­вать на выходах 1 и 2 дешифратора низкий, а на выходах 3 — 7 высокий логический уровни.

Рис. 2.22. Принципиальная схема управления десятиэлементными шкальными индикаторами зеленого и желтого цветов свечения микросхемой 133ИД16: 1 — генератор широтно-модулнрованных импульсов прямоугольной формы; 2- источ­ники питающих напряжений; D₁ — дешифратор 133ИД16; ШИ — шкальный десятнэлементный индикатор красного цвета свечения с общим катодом; Е₁ — E₅ — условные ячейки из двух светоизлучающих диодов с общим анодом

Эта особенность схемы соединения ШИ зеленого и желтого цветов свечения нашла воплощение в схеме дешифратора 133ИД16 и отражена в таблице истинности (табл. 2.4). Работа схемы управления (рис. 2.22) с учетом указанного аналогична работе схемы рис. 2.21.

Схемы входных и выходных каскадов микросхем (с генерато­ром тока) представлены на рис. 2.23.

Необходимо отметить, что данные схемы исключают опас­ность короткого замыкания по выходам и обеспечивают возмож­ность параллельного подключения нескольких микросхем в па­раллель (с соответствующим увеличением выходного тока).

При разработке устройств отображения информации, в состав которых входит большое количество индикаторных элементов (50 — 100 и более), использование дешифраторов типа 133ИД15 и 133ИД16 для управления ШИ в соответствии с приведенными схемами становится малоприемлемым в связи со значительным ростом общего объема аппаратуры. Уменьшение ее объема обес­печивается при совместном использовании дешифраторов с мик­росхемами 133ИД20 и 133ИД21. В частности, могут быть рассмотрены следующие варианты совместного использования ИМС: К133ИД20 (133ИД20) совместно с К133ИД15 (133ИД15) для управления набором ШИ красного цвета свечения с числом элементов до 80;

К133ИД21 (133ИД21) совместно с К133ИД16 для управле­ния набором ШИ зеленого и желтого цветов свечения и коли­чеством светящихся элементов до 80;

К133ИД20 (133ИД20) совместное К133ИД21 (133ИД21) для управления набором ШИ красного, зеленого и желтого цветов свечения с количеством светящихся элементов до 160. При этом ток нагрузки, определяемый ИМС К133ИД21 (133ИД21), может быть увеличен до 20 мА.

Совместное включение вышеуказанных микросхем обеспечи­вает перенос одной светящейся точки вдоль шкалы в зависи­мости от кодовой комбинации на входах микросхем, при этом обеспечивается увеличение количества управляемых элементов, уменьшение объема оборудования и повышение яркости свече­ния элементов.

Структурная схема управления многоэлементным набором ШИ приведена на рис. 2.24. В данной схеме от внешнего источ­ника ДДК требуется выдача двух типов информации: информации о номере ШИ и информации о номере ячейки внутри ШИ, в кото­рой находится светодиод. Одноименные ячейки всех восьми ШИ имеют один и тот же код, электрически они соединены парал­лельно. Каждый вид информационных посылок обрабатывает отдельный дешифратор.

Таблица 2.4. Таблица истинности микросхем 133ИД16

Входы Выходы