8.3. КОМПОНЕНТЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Отображение входной и выходной информации цифровых устройств в значительной мере определяет их эргономические параметры и влияет на производительность оператора. Все устройства отображения информации используются в основном для индикации, визуализации и документирования. К последним относятся алфавитно-цифровые печатающие устройства, графопостроители и другие, относящиеся к периферийному оборудованию ЭВМ. Устройства индикации обеспечивают оперативное отображение информации. Их строят на основе различных оптических приборов, электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), ламп накаливания, светодиодов, газоразрядных [55], электролюминесцентных (ЭЛИ) [69], жидкокристаллических индикаторов (АКИ) [32]

В малогабаритных цифровых устройствах индикацию алфавитно-цифровой информации чаще всего выполняют на ЖКИ и светодиодах. Основное достоинство ЖКИ — низкое энергопотребтение, что обусловливает их широкое использование в цифровых приборах с автономным питанием. Недостатки ЖКИ — малый срок службы, узкий температурный диапазон, низкое быстродействие — ограничивают область применения. Светодиоды имеют следующие достоинства низкое напряжение питания, хорошую контрастность изображения, использование разных цветов, большой угол наблюдения и срок службы, высокое быстродействие, возможность интеграции с управляющими и дешифрирующими ИМС. Главный недостаток светодиодов — относительно большой потребляемый ток, который зависит от площади оптического элемента и достигает . Уменьшение среднего тока потребления достигается импульсным питанием светодиодов.

По технологии производства светодиоды можно разделить на две группы: гибридные, получаемые нанесением полупроводника на изоляционную подложку, и монолитные, получаемые из монокристалла полупроводника. Более распространены гибридные светодиоды, которые при меньших затратах полупроводникового материала позволяют получить в несколько раз больший знак по размерам и дешевле монолитных.

Рис. 8.37.

Срок службы светодиодов и микросхем соизмеримы (). Снижение яркости свечения на наступает через работы при температуре среды . С ростом температуры срок службы снижается (до при температуре ). Высота цифр применяемых светодиодных индикаторов мм. Наиболее распространенный цвет красный. Диапазон рабочих температур для светодиодов на основе от —55 до .

Рис. 8.38.

На рис. 8.37 показаны способы формирования светодиодами знаков с помощью -сегментного (а), 14-сегментного (б) и мозаичного (в) разложения. Питающее напряжение светодиода определяется материалом полупроводника и требуемой яркостью свечения. Для обеспечения яркости к светодиоду из необходимо приложить напряжение около 1,8 В, а к светодиоду из . Потребляемая мощность на индикацию знака в зависимости от его размеров .

На рис. 8.38 изображена схема управления светодиодным -сегментным индикатором с десятичной точкой (ДТ). Светодиодный индикатор рис. 8.38, а, содержащий восемь светодиодов, управляется преобразователем кода 8421 в -сегментный код (см. рис. 5.4) с транзисторными ключами на выходе . Ток коллектора и насыщенного транзистора определяющий яркость свечения светодиода, устанавливается ограничивающим . В схеме рис. светодиодные индика горы выполнены с объединением эмиттеров светодиодов. Единичные выходные уровни преобразователя кода (см. табл. 5.3) открывают соответствующие транзисторы, и возбужденная группа светодиодов образует требуемый символ. Если в индикаторе объединены базы светодиодов (рис. 8.38,в), то для управления транзисторными ключами выходные уровни преобразователя (см. табл. 5.3) должны быть проинвертированы. Иначе может быть сиитезироваи другой преобразователь кода, состояния выходов которого инверсны но отношению к табл. 5.3. Сопротивления резисторов выбирают аналогично по требуемому току диода

Яркость светодиодного индикатора можно регулировать стробированием преобразователей кодов импульсами, запирающими (рис. ) или отпирающими (рис. 8.38,в) все транзисторные ключи. На время строб-импульса все индикаторы выключаются. Изменение скважности стробирующих импульсов вызывает изменение средней яркости символов.

Многоразрядные индикаторы, построенные по схеме на рис. 8.38, имеют повышенные затраты оборудования, которые возрастают пропорционально разрядности N индицируемого числа. Затраты оборудования можно сократить, если вместо одновременной (параллельной) индикации всех N разрядов перейти к раздельной (последовательной) индикации. В этом случае можно использовать только один преобразователь кода 8421 в -сегментный код, управляющий параллельно всеми индикаторами. Последовательность индикации обеспечивается поочередным подключением питания к светодиодным индикаторам (рис. 8.39) через транзисторные ключи управляемые дешифратором , номера индицируемого разряда. Номер включаемого индикатора задается на дешифратор кодом адреса, который одновременно управляет мультиплексорами , связанными с соответствующими разрядами двоично-десятичного кода. На мультиплексор подаются старшие разряды всех N отображаемых двоичных тетрад, а на мультиплексор — младшие разряды этих тетрад. Код адреса изменяется циклически с помощью, например, пересчетного устройства G основанием счета N. Частоту повторения циклов выбирают так, чтобы за счет интегрирующих свойств человеческого глаза создавалось впечатление немерцающего изображения. Для этого частота циклов , должна быть не менее 25 Гц. Учитывая, что средняя яркость свечении пропорциональна току через светодиод (устанавливается сопротивлениями резисторов ) и обратно пропорциональна скважности импульсов через светодиоды, для обеспечения средней яркости свечения сопротивления резисторов выбирают из условия

где — коэффициент, устанавливающий связь между яркостью свгчения и током светодиода, — падение напряжения на светодиоде.

Из формулы (8.60) следует, что с увеличением разрядности последовательного светодиодного индикатора необходимо уменьшить сопротивления резистора .

Рассмотренный метод индикации подразумевает заранее определенный набср отображаемых символов, который задается преобразователем кода . Замена или расширение набора символов требует переделки устройства.

Рис. 8.39.

Для оперативной смены используемого для индикации алфавита удобнее воспользоваться растровым способом формирования символов на основе светодиодной матрицы [69]. На рис. 8.40,а приведен пример точечного разложения символа , реализующая его светодиодная матрица (рис. ) и таблица построчного кодирования символа . Возбуждение светодиодной матрицы производится построчно от до К, с помощью дешифратора двоичного номера (строки согласно таблице на рис. 8.40,в). Одновременно для каждой строки формируется соответствующий код возбуждения светодиодов. Двоичные наборы считываются из ПЗУ по адресу, который определяется кодом отображаемого символа и кодом строки матричного разложения. Таким образом, для отображения алфавита из 64 символов с матричным разложением 7 X 5 элементов необходимо 9-разрядный адрес для считывания из ПЗУ 4-разрядных двоичных кодов.

На рис. 8.41 изображена схема матричною светодиодного индикатора.

Рис. 8.40.

рис. 8.41.

Тактовые импульсы (ТИ) поступают на -разрядный двоичный счетчик , его выходные сигналы определяют код строки и поступают на дешифратор , а как часть кода адреса — на ПЗУ . Один из транзисторов , на базу которого через резистор дешифратора поступает уровень логической «1», открывается и подключает эмиттеры светодиодов (втроки) к источнику питания . При этом излучают свет диоды столбцов, на которые через резисторы из ПЗУ подаются нулевые уровни. Если то столбец погашен.

Полный цикл работы счетчика определяет время индикации одного символа. Многоразрядный матричный индикатор позволяет обойтись общими для всех разрядов компонентами выбора индицируемой строки и общим ПЗУ . Выходы ПЗУ к N матричным индикаторам подключаются через пять демультиплексоров (по количеству столбцов в знаке) с N выходами, М адресными входами, где которыми управляет дополнительный М-разрядиый двоичный счетчик, включаемый последовательно со счетчиком . Выходы каждого демультиплексора соединяют с одноименными столбцами матричных индикаторов через резисторы , определяющие среднюю яркость свечения

где L — количество строк матричного разложения знака; коэффициент преобразования тока светодиода в яркость свечения -разрядного индикатора.