Средства отображения информации на дискретных индикаторах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Средства отображения информации на дискретных индикаторах

1. Системы адресации

Внедрение СОИ на дискретных индикаторах во многом ограничивается не самими индикаторами, а схемами управления, сложность которых в данном случае обусловлена необходимостью электрической проводной коммутации большого числа ЭО, входящих в состав индикаторного поля.

Дискретные индикаторы могут работать в двух режимах:

1) статической индикации, когда состояние ЭО меняется только при обновлении воспроизводимой информации, т. е. с частотой f_обн = 1/T_обн, причем все выбранные ЭО работают одновременно; статическая индикация может быть непрерывной q=l или импульсной q > 1;

2) динамической индикации, характеризуемой 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. Т_обн > Т_к. Для получения немелькающего изображения должно выполняться условие f_к > f_кчм, а за период кадра Т_к необходимо адресовать все элементы, составляющие изображение. Поэтому скважность оказывается обратной числу групп элементов отображения.

Такой режим с регенерацией изображения характеризуется следующими соотношениями:

для яркости

,

где q_v - скважность импульсов излучения; L_vи - мгновенная яркость; для времени выборки

.

Рассмотрим основные системы адресации, выделив из них наиболее важные: однокоординатной адресации; двухкоординатной матричной адресации; многоуровневой адресации; 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.1).

Так как входы независимы, то при однокоординатной адресации ЭО могут включаться одновременно и на любой промежуток времени, что позволяет организовать статическую индикацию, т. е. использовать умеренные значения импульсных яркостей L_vи и большие времена выборки t_в. Преимуществом однокоординатной адресации является также отсутствие жестких требований к параметрам индикатора.

Рисунок 1 - Подключение ЭО при одно координатной адресации

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

и выводов индикатора

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 5х7, то на три знакоместа уже понадобится 35х3+1 = 106 выводов. Из-за трудности создания индикаторов и схем управления с большим числом выводов и в особенности их соединения между собой применение методов с однокоординатной адресацией ограничивается цифровыми СОИ на три-четыре знакоместа или буквенными СОИ на одно знакоместо.

Для адресации ЭО в дискретных индикаторах наиболее широко применяется метод двухкоординатной матричной адресации (рис.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

,

где обозначает округленное до большего целого число в скобках. Для матричного индикатора с N_эо = 35х3 получим N_у = =N_в = 2[] =23 вместо 105 каналов управления и свыше 106 выводов индикатора по (3) и (4).

Рисунок 2 - Подключение ЭО при матричной адресации

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

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

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

Из (1) и (2) вытекает, что для больших N_эо поэлементный способ связан с необходимостью использования больших L_vи и малых t_в, т. е. мощных импульсных ключей и быстродействующих индикаторов и схем управления ими.

При построчном способе последовательно производится выборка одной строки за другой*, причем одновременно в каждой строке возбуждаются все необходимые для формирования изображения ЭО. Поэтому скважность

.

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

,

где N_ф -- число возбуждаемых функциональных ЭО.

Из (1), (2), (6) - (8) следует, что наименьшее значение L_vи и наибольшее t_в при плотном заполнении экрана информацией обеспечивает способ построчной адресации.

2. Малоразрядные цифровые и буквенно-цифровые средства отображения информации

информация дискретный индикатор цифровой

К этой группе относятся буквенно-цифровые средства отображения информации, воспроизводящие одну или несколько текстовых строк, каждая из которых содержит до 100 знакомест сегментного или точечно-матричного формата. Такие СОИ широко применяются в цифровых часах, калькуляторах, разнообразных электронных измерительных приборах, микропроцессорных системах управления и т. п.

Как уже указывалось, для отображения цифровой информации при трех-четырех разрядах часто используется система однокоординатной адресации. В простейшем случае она содержит счетчик Сч, знакогенератор ЗГ, преобразующий код счетчика в код индикатора, формирователь Ф, превращающий сигналы цифровой логики с выхода дешифратора в сигналы, необходимые для возбуждения ЭО индикатора (рис.3,а). Конкретная реализация блока ЗГ определяется типом использованного счетчика и конфигурацией синтезируемой цифры из ЭО.

Рисунок 3 - Цифровые устройства отображения информации

с одно координатной адресацией:

а - простейшая структурная схема; б - структурная схема устройства

с функциями памяти и гашением незначащих разрядов

В схеме рис.3,а при смене данных в счетчике одновременно и в том же темпе меняются показания индикатора, что ухудшает условия работы оператора.

Для устранения этого недостатка систему модифицируют введением регистра-фиксатора Рг между счетчиком и знакогенератором (рис.3,6). По сигналу записи Зп в Рг фиксируются текущие показания счетчика, причем частоту подачи этого сигнала выбирают в соответствии с пропускной способностью оператора или же заданным темпом обновления информации.

Модифицированную схему часто выполняют таким образом, чтобы по сигналу запрета ЗАПР, подаваемому на блок формирователя (или знакогенератора), индикатор выключался.

Тем самым исключается высвечивание так называемых незначащих нулей, зарегистрированных счетчиком. Например, если счетчики пятиразрядного цифрового вольтметра содержат число 02,310, то на индикаторе надо высветить показания только второго, третьего и четвертого счетчиков, для чего на блоки Ф (или ЗГ), управляющие старшим и младшим разрядами индикатора, подаются сигналы ЗАПР.

Как уже отмечалось, основным недостатком однокоординатной адресации является большое число выходов схемы управления и выводов индикатора, а также различных других соединений. Если все блоки выполняются в виде отдельных ИМС, то из рис.3,а легко подсчитать, что для индикации одной 7-сегментной цифры понадобится n₁ + n₂ + n₃ = 4+7+7 = 18 соединений.

В то же время рассмотренные структурные схемы обеспечивают статический режим индикации и характеризуются стандартностью и малым числом используемых ИМС.

Их преимущества лучше всего проявляются при объединении всех или части блоков Сч, Рг, ЗГ, Ф в одну ИМС, что сразу же снижает число соединений на один цифровой разряд до семи-восьми.

Дальнейшая интеграция достигается путем включения в эту ИМС самого индикатора, что и делается в некоторых типах полупроводниковых, жидкокристаллических, электролюминесцентных и других индикаторов.

Схемы, показанные на рис.3, можно использовать и для представления буквенной информации. При этом вместо счетчиков применяются буферные запоминающие устройства.

Но так как число ЭО для синтеза буквы значительно больше, чем для синтеза цифры, то значения n₂ и n₃ чрезмерно возрастают. Из-за этого схемы однокоординатной адресации для отображения знаковой информации применяются редко.

При отображении цифр и двухкоординатной матричной адресации наиболее часто используются две системы - с поразрядной и фазоимпульсной индикациями.

Структурная схема цифрового СОИ и диаграммы напряжений на его узловых точках для поразрядной, индикации изображены на рис.4. Эта система часто называется-мультиплексной, так как в ней передача информации от опрашиваемых счетчиков к воспроизводящим ее индикаторам производится с временным уплотнением, при котором в течение периода кадра Т_к для индикации знакоместа предоставляется время T_к/N_зм.

Описываемая структурная схема содержит пятиразрядный цифровой индикатор, имеющий только выводы выборки знакомест и. выводы шин, к которым подсоединены одноименные сегменты индикатора.

Динамика работы схемы иллюстрируется временными диаграммами рис.4. Каждый кадр разбивается на столько тактов,, сколько знакомест содержит система. Таким образом, тактовая частота

В соответствии с двоичными кодами, вырабатываемыми на трех выходах Сч₆, блок КР последовательно возбуждает с первого по пятое знакоместа индикатора.

Одновременно от Сч₆ коммутируется блок мультиплексора М, подключающий выходы Сч1 - Сч₅ ко входам ЗГ синфазно с выборкой с первого по пятое знакоместа индикатора.

Выходные сигналы ЗГ поступают в формирователь Ф, где они превращаются в возбуждающие сигналы сегментов а, в, с, d, e, f, g.

По диаграммам рис.4 легко проследить, как в первом такте формируется цифра 5, во втором - 1, в третьем - 7, в четвертом - 3, в пятом - При сохранении информации на счетчиках в следующем кадре все повторяется.

Рисунок 4 - Структурная схема и диаграммы напряжений цифрового СОИ с по разрядной индикацией

Легко видеть, что рассмотренная схема полностью соответствует системе построчной матричной адресации

q = N_зм.

Отметим, что схема рис.4 имеет те же недостатки, что и схема рис.3,а, для устранения которых в схему вводят регистры-фиксаторы и средства гашения незначащих разрядов подобно тому, как это сделано в схеме рис.3,б.

Рассмотрим теперь другую часто применяемую для отображения цифровой информации систему - фазоимпульсной индикации. Структурная схема и временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу, представлены на рис. Схема содержит счетчики Сч₁ - Сч₃ фазоимпульсного типа.

Работает схема следующим образом. Индицируемое число от источника информации ИИ при наличии сигнала записи (Зп) через схемы & 1 вводится в счетчики Сч₁ - Сч₃. В режиме чтения (Чт) в результате параллельной подачи на эти счетчики импульсов ТГ через схему & 2 их содержимое дополняется и в момент перехода через нуль на соответствующем формирователе ФЗМ появляется сигнал выборки знакоместа. В эти моменты Сч_выч находится в состоянии 10 - Д, где Д - дополнительный код числа, записанного в данный счетчик. В результате на знакоместе, соответствующем счетчику, индицируется записанное в счетчике число Д. За десять тактов выводятся все числа, зарегистрированные счетчиками.

Рисунок 5 - Структурная схема и диаграммы напряжений цифрового СОИ с фазоимпульсной индикацией

При фазоимпульсной индикации, так же как и при поразрядной, применена построчная адресация, однако строки включаются не одна за другой последовательно во времени, а в зависимости от индицируемого числа, причем параллельно включаются те строки, где возбуждаются одноименные ЭО. В этом случае скважность

q=N_a,

где N_a - основание алфавита символов.

На диаграммах рис. 5 показана индикация числа 297. Основным преимуществом схемы по сравнению со схемой рис. 4 является то, что q = N_а, т. е. не зависит от числа знакомест. Отсюда вытекает предпочтительность этой схемы для отображения цифровой информации при большом N_зм, когда по (11) обеспечиваются меньшие значения q, чем по (10). Отметим также, что структурная схема рис. 5 реализуется несколько проще, чем схема рис.4, так как в ней сравнительно сложный блок мультиплексирования заменен вычитающим *счетчиком, а блок КР - простыми ключевыми схемами ФЗМ.

Схемы рис. 4 и 5 можно использовать для воспроизведения буквенной информации с помощью сегментных, например вакуумных люминесцентных, индикаторов. Для этого в схеме рис. 4 достаточно вместо счетчиков использовать для хранения данных БЗУ.

Для воспроизведения буквенной информации менее целесообразно использовать схему рис. 5, так как N_a для букв и других символов велико, что влечет за собой увеличение q и чрезвычайное усложнение всех используемых счетчиков. Вместо них целесообразно применять ЗУ с последовательным обращением.

Размещено на Allbest.ru