Общие сведения о полупроводниковых знакосинтезирующих индикаторах

Полупроводниковые индикаторы являются одним из видов знакосинтезирующих индикаторов (ЗСИ), под которыми понима­ются приборы, где информация, предназначенная для зритель­ного восприятия, отображается с помощью одного или совокупности дискретных элементов (ГОСТ 25066-81).

ППИ являются активными знакосинтезирующими индикато­рами, в которых используется явление инжекционной электро­люминесценции. Явление электролюминесценции в полупровод­никовых материалах, т. е. излучение света р-n переходом, было впервые обнаружено и исследовано в 1923 г. О. В. Лосевым. Дальнейшие исследования отечественных и зарубежных ученых в 60 — 70-х годах позволили исследовать и определить перечень полупроводниковых материалов, обладающих высокой эффектив­ностью преобразования электрической энергии в световую. Полученные значения светотехнических параметров позволили создать ППИ, пригодные для практического применения.

Излучение генерируется либо внутри полупроводникового элемента в одноступенчатом процессе излучательной рекомбина­ции электронов и дырок, либо в результате более сложных двухступенчатых процессов генерации инфракрасного излучения внутри полупроводникового элемента с последующим возбуж­дением внешнего слоя антистоксового люминофора.


Из- за малого КПД второй способ люминесценции не получил широкого распространения при проектировании полупроводниковых инди­каторов.

Внешний квантовый выход большинства ППИ [1] изменяется в зависимости от длительности эксплуатации даже при плот­ностях токов, оговоренных в технических условиях на индикаторы. Сегодня нет четкого понимания физики происходящих рекомби-национных явлений, ответственных за основную долю деградации. Известно, что значительные внутренние напряжения, вызванные примесными включениями легко диффундируемых элементов, вызывают быструю (в течение нескольких часов работы) начальную деградацию. Это особенно заметно у ППИ с высоким квантовым выходом.

Уменьшение быстрой деградации достигается разработкой «чистых» (беспримесных) технологий производства полупровод­никовых материалов.

Средние и длительные по времени процессы деградации вызваны, вероятно, электромиграционными процессами. Суммар­ный уровень деградации квантового выхода в течение срока службы (25000 ч) по техническим условиям на индикаторы составляет 30 — 50%.

Среди различных ЗСИ (жидкокристаллических, электролю-минесцентных, вакуумно-накаливаемых, катодолюминесцентных, газоразрядных и др.) полупроводниковые индикаторы занимают особое место. Это объясняется рядом их преимуществ перед другими видами ЗСИ. Основными из них являются: во-первых, полная конструктивная и технологическая совместимость с ин­тегральными микросхемами (т. е. совместимость управляющих напряжений ППИ с амплитудами логических уровней ИМС) и, во-вторых, возможность выпуска ППИ в виде ограниченного количества унифицированных модулей.

Конструктивная и технологическая совместимость ППИ с ИМС позволила повысить интегральную надежность устройств отображения информации за счет применения в них элементной базы, полностью выполненной по полупроводниковой технологии, обеспечить устойчивость к жестким механическим и климати­ческим воздействиям с практически неограниченной долговеч­ностью.

В настоящее время созданы приборы зеленого, желтого, красного цветов свечения, а также индикаторы с управляемым цветом свечения, с возможностью электрической регулировки яркостью свечения, с высоким быстродействием (20 — 100 не), с отсутствием паралакса.


ППИ не требуют экранировки и не создают помех, у них отсутствует мерцание изображения.

Модульность конструкции полупроводниковых индикаторов обеспечивает возможность их бесшовной стыковки, т. е. без потери шага в одном (в строку) или двух (в экран) измерениях. Модульность исполнения индикаторов гарантирует также высо­кую степень ремонтопригодности устройств отображения инфор­мации.

Высокие технические характеристики полупроводниковых индикаторов обеспечили их успешное внедрение в качестве элементов индикации в различных областях народного хозяйства: в приборах индикации и управления технологическими процес­сами, в радиоэлектронной аппаратуре, в автоматике, в торговле и т. д. Применение ППИ обеспечило создание надежных, мало­габаритных устройств отображения информации с широким диапазоном функциональных возможностей.

 

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

Полупроводниковые индикаторы, как, впрочем, и индикаторы, основанные на любых других принципах работы, могут быть классифицированы по виду отображаемой информации, по виду информационного поля и по способу управления.

Классификация современных полупроводниковых индикато­ров по указанным классификационным признакам приведена на рис. 1.1.

Единичные индикаторы (распространен также термин «свето-излучающие диоды» -- СИД) состоят из одного элемента отображения и предназначены в основном для представления информации в виде точки или другой геометрической фигуры.





Рис. 1.1. Классификация полупроводниковых знакооинтезирующих индикаторов

Шкальные индикаторы имеют элементы отображения в виде правильных прямоугольников и предназначены для отображения информации в виде уровней или значений величин. Отдельную группу шкальных индикаторов составляют так называемые ли­нейные формирователи изображения в высоконадежных опто-электронных регистраторах оперативной аэрокосмической ин­формации на фотопленку.

Цифровые индикаторы состоят, как правило, из элементов отображения в виде сегментов и предназначены для отображения цифровой информации и отдельных букв алфавита.



Буквенно-цифровые индикаторы предназначены для отобра­жения информации в виде букв, цифр, различных знаков. Еди­ничные элементы отображения таких индикаторов сгруппированы по строкам и столбцам.

Графические (матричные) индикаторы позволяют собирать модули из элементов экрана различного размера без потери шага. Графические индикаторы предназначены для отображения любой информации. Цифровые и буквенно-цифровые индикаторы бывают одно- и многоразрядные.

Под одноразрядным понимается индикатор, имеющий одно знакоместо, т. е. информационное поле индикатора или его часть, необходимая и достаточная для отображения одного знака. Многоразрядный индикатор имеет несколько фиксированных знакомест.

Цифровые, буквенно-цифровые, матричные и шкальные инди­каторы могут быть без управления и со встроенными схемами управления.

Для современных полупроводниковых индикаторов существу­ют две системы обозначения. Старая система в настоящее время не применяется для вновь разрабатываемых приборов, но, поскольку большое количество разработанных ранее прибо­ров имеют старую систему обозначения, необходимо ее пояснить.

Система состоит из букв и цифр.

Первый элемент обозначения указывает на вид материала излучателя: К — кремний у приборов широкого применения, 2 — кремний у приборов промышленного применения; А — соедине­ния галлия у приборов широкого применения, 3 — у приборов промышленного применения. Второй элемент обозначения (буква Л) — означает тип излучателя. Третий, четвертый и пятый элементы (цифры от 101 до 299) означают прибор видимого спектра излучения. Шестой элемент (буквы от А до Я) означает деление технологического типа на группы по параметрам.

Для всех приборов, кроме единичных, после буквы Л ставится буква С (сборка).

Пример обозначения: ЗЛ102А — фосфид-галлиевый единич­ный индикатор видимого спектра излучения, промышленного применения, технологическая группа А.

Старая система обозначения давала мало информации об индикаторе (характере отображаемой информации, цвете свечения, числе разрядов и т.


д.), поэтому была разработана новая система обозначения для всех видов знакосинтезирующих инди­каторов.

Система состоит из восьми элементов (букв и цифр), обоз­начающих: первый элемент (буква И) — индикатор; второй (буква П) — полупроводниковый; третий — вид индикатора: единичный — Д, цифровой — Ц, буквенно-цифровой — В, шкаль­ный — Т, мнемонический — М, графический (матричный) — Г; четвертый элемент — номер разработки и наличие встроенной схемы управления или ее отсутствие (от 1 до 69 — без встроен­ного управления, от 70 до 99 — со встроенным управлением). Пятый элемент обозначения указывает классификационный параметр внутри данного типа (буквы от А до Я, кроме О, 3, Ы, Ь, Ч, Ш). Шестым элементом обозначения является дробь, в числителе которой указано количество разрядов, в знаменателе для цифровых (сегментных) — количество сегментов, для буквенно-цифровых и матричных — произведение числа элемен­тов в строке на число элементов в столбце. Для мнемонических и шкальных индикаторов в знаменателе указывается число элементов. Седьмой элемент обозначает цвет свечения индика­тора: К — красный, Л — зеленый, С — синий, Ж — желтый. Р — оранжевый, Г — голубой, КЛ — двухцветный красно-зеленый. Последний, восьмой, элемент обозначения указывает на моди­фикацию бескорпусных индикаторов. (Для бескорпусных ППИ наиболее распространена модификация 5 — с контактными пло­щадками без кристаллодержателя и выводов). Для индикаторов широкого применения перед первым элементом обозначения ставится буква К.

Примеры обозначения:

ИПД04А-К — индикатор полупроводниковый, единичный промышленного применения, номер разработки 4, классифика­ционный параметр А, цвет свечения — красный;

ИПЦ01А-1/7К — индикатор полупроводниковый цифровой промышленного применения, номер разработки 1, без встроен­ного управления, классификационный параметр А, одноразряд­ный, семисегментный, красного свечения;

КИПГОЗА-8Х8Л — индикатор широкого применения полу­проводниковый, графический, номер разработки 3, технологиче­ская группа А, число элементов 8 в строке и 8 в столбце (64 эле­мента), зеленого свечения;



ИПТ06Е-8Ж - — индикатор промышленного применения полу­проводниковый, шкальный, номер разработки 6, число элемен­тов 8, желтого свечения;

ИПВ70А-4/5Х7К — индикатор промышленного применения полупроводниковый, буквенно-цифровой со встроенным управ­лением, номер разработки 70, технологическая группа А, четы-

рехразрядный с числом элементов 5 в строке и 7 в столбце (35 элементов), красного свечения.

Вопросам конструкции и технологии производства ППИ посвящен ряд фундаментальных работ [1 — 4], поэтому в сле­дующих параграфах будут рассмотрены только те вопросы, которые необходимы для лучшего понимания последующего материала.

1.1.1. Единичные полупроводниковые индикаторы

Современные единичные индикаторы по своему конструктив­ному исполнению можно разделить на три группы: в бескор­пусном исполнении, с полимерной герметизацией, в металлостек-лянных герметических корпусах.

Бескорпусные единичные индикаторы, самые малочисленные по номенклатуре, конструктивно выполнены в виде отдельного кристалла без какого-либо корпуса. Приборы находят примене­ние в герметизированной аппаратуре, а также как источник излучения в некоторых видах оптоэлектронных приборов. Широ­кого распространения бсскорпусные ППИ в системах индикации не получили. Единичные индикаторы с полимерной герметиза­цией — самые массовые типы ППИ. Широкое распространение этих индикаторов объясняется тем, что они имеют низкую стоимость, поскольку производство их легко поддается автома­тизации, высокие светотехнические параметры, достигнутые благодаря перераспределению прохождения света в корпусе, широкий диапазон диаграмм направленности.

Полимерная герметизация легко позволяет создавать приборы с самой разнообразной формой информационного поля (круглые, прямоугольные, треугольные, квадратные). Индикаторы с поли­мерной герметизацией обладают высокой устойчивостью к внеш­ним механическим воздействиям. Недостатками этих индикаторов является их критичность к воздействию влаги и циклическому изменению температуры окружающей среды.



Среди единичных индикаторов имеются приборы с перемен­ным цветом свечения (красный-зеленый) типов ЗЛС331А, АЛС331А. Первый прибор выполнен в герметичном корпусе, второй — в полимерном. Оба прибора разработаны на основе GaP на одном кристалле с двумя переходами [4]. Изменяя про­ходящий прямой ток, можно получить промежуточные цвета свечения.

Индикаторы в металлостеклянных герметичных корпусах при­меняются в промышленной аппаратуре там, где требуется высо­кая надежность и устойчивость к внешним климатическим и механическим воздействиям. Индикаторы изготовлены в спе­циальном металлостеклянном корпусе, сверху прибор герметизи­рован стеклянным окном, на которое нанесена полимерная по­лусферическая линза со светорассеивающим наполнителем.

Среди индикаторов этой группы интерес представляет при­бор ЗЛ360А, Б. Прибор изготовлен в стандартном металлостек­лянном корпусе.

Источником видимого излучения является антистоксовый люминофор, представляющий собой сложное соединение фтори­дов редкоземельных элементов, покрывающий источник ИК излучения на основе GaAs. Невидимое излучение ИК диода возбуждает люминофор, который излучает видимый зеленый свет.

Преимущества рассматриваемых приборов перед обычными в следующем: чистый зеленый цвет, не меняющийся в процессе длительной эксплуатации и при изменении температур, малое падение напряжения (1,2 — 1,7 В), примерно квадратичная зави­симость силы света от тока. Кроме того, прибор является также источником ИК-излучения с мощностью 0,2 мВт, что может найти применение в схемотехнике. Недостатками таких приборов яв­ляются сложность технологии изготовления и низкий КПД.

 

1.1.2. Шкальные полупроводниковые индикаторы

Современные шкальные индикаторы (ШИ) по своему конст­руктивному исполнению можно разделить на индикаторы в бес­корпусном исполнении, с полимерной герметизацией без свето­провода, со светопроводом, в герметичных стеклокерамических корпусах.

Бескорпусные ШИ предназначены для работы в качестве линейных формирователей изображения в устройствах для запи­си информации на фоточувствительные материалы и в системах тепловидения.



Бескорпусные ШИ просты в производстве, можно монтиро­вать их в большие информационные массивы, осуществлять раз­личные принципы организации считывания информации. Конст­руктивно все они выполнены на одном кристалле, на котором сформированы излучающие элементы с размером поверхности от 30X30 мкм до 50X50 мкм. На кристалле имеются контактные площадки, необходимые для соединения ШИ со схемой.

Приборы с полимерной герметизацией без светопровода не получили широкого распространения и представлены в настоя­щее время одним прибором типа ЗЛС317А-Г/АЛС317А-Г красно­го и зеленого цветов свечения. Приборы позволяют осуществлять бесшовную стыковку.

Шкальные индикаторы со светопроводом — самый многочис­ленный и быстро развивающийся вид ШИ. Номенклатура совре­менных отечественных ШИ превышает 60 типов.

Индикаторы выполнены по гибридной технологии. В качестве основания использованы различные виды модификации металло-керамического держателя типа ДКИ. Выбор этого вида держате­ля важен и потому, что он позволяет внешней коммутацией выбирать любую схему под­ключения плавня (последо­вательную, параллельную или смешанную). Кристалл излучателя крепится к осно­ванию с помощью токопро-водящего клея. Крышка, яв­ляющаяся световодом, изго­тавливается из пластмассы ДАИФ.

Для увеличения контрастности у ряда шкал лицевая сторона световода окрашивается в черный цвет. Для уменьшения взаим­ной засветки сегментов боковые поверхности световода покры­ваются никелем. Металлизация уменьшает взаимную засветку, но одновременно несколько уменьшает силу света.

Все элементы прибора (держатель, кристалл, соединения и крышка со светопроводом) герметизируются в неразъемную мо­нолитную конструкцию оптически прозрачным рассеивающим компаундом. Для увеличения рассеивания света ряд конструкций лицевой стороны прибора покрыт продольными цилиндрическими микролинзами. Индикаторы выпускаются красного, зеленого и желтого цветов свечения. Все ШИ этого вида позволяют осуществлять бесшовную стыковку.


Виды информационных полей шкальных индикаторов приведены на рис. 1.2.



Рис. 1.2. Вид информационных нолей шкальных индикаторов

Последней группой шкальных индикаторов являются приборы в герметичных стеклокерамических корпусах. Эти ШИ предназ­начены для применения там же, где используются бескорпусные ШИ, по требуется высокая надежность и механическая проч­ность. В качестве основания для таких ШИ взят стандартный керамический держатель. Кристалл крепится к держателю с по­мощью токопроводящего клея. Герметизация прибора осуществ­ляется плоским оптически прозрачным стеклом с помощью спе­циального клея.

 

1.1.3. Цифровые полупроводниковые индикаторы

Наиболее распространенным видом ППИ следует считать цифровые индикаторы (ЦИ), поскольку подавляющее количество информации воспроизводится в цифровом виде (часы, калькуля­торы, дальномеры, высотомеры и т. д.). В настоящее время выпускается свыше 150 типов ЦИ. Все ЦИ по своему конструк­тивному исполнению можно разделить на следующие группы: бескорпусные монолитные, монолитные в полимерной гермитиза-ции, гибридные с различными светопроводами, монолитные в стеклокерамическом корпусе.

Конфигурация информационных полей цифровых индикаторов приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Конфигурация информационных полей цифровых индикаторов

Бескорпусные ЦИ — сравнительно малочисленная группа индикаторов. Конструктивно они выполнены на монолитном кристалле с излучающими элементами и контактными площад­ками для присоединения выводов. Примером такого ЦИ является индикатор для наручных часов АЛС313А-5.

Основным технологическим преимуществом изготовления монолитных индикаторов является возможность создания любой конфигурации излучающих элементов с высокой точностью, существенным недостатком — большой расход полупроводни­кового материала при малой плотности элементов отображе­ния.

Вторым видом ЦИ являются монолитные индикаторы в поли­мерной герметизации. Это довольно ограниченная группа прибо­ров, их достоинства и недостатки таких же, как у единичных приборов в полимерной герметизации, кроме того, индикаторы требуют большого расхода излучающего материала.


Группа этих индикаторов малочисленна и в основном включает в себя прибо­ры с малым размером цифры (2,5 и 5 мм). Типичными представителями таких ЦИ являются приборы типа ЗЛС314А (АЛС314А) и ЗЛС320А-Е. Индикаторы типа ЗЛС320А-Е (АЛС320А-Е) собираются на никелевой рамке, на которую крепятся излучающие кристаллы по одному на каждый сегмент, и целиком герметизируются полимером, цвет которого совпадает с цветом, излучаемым кристаллом. Для улучшения контраста сторона, противоположная излучающей поверхности, чернится. Другой тип этой группы цифровых индикаторов — ЗЛС314А (АЛС314А) — имеет монолитный бескорпусный кристалл, гер­метизированный красным полимером.

Наиболее распространенным типом ЦИ являются приборы гибридной конструкции с использованием принципа рассеивания света. Основу конструкции составляет керамический или тексто­литовый держатель, на котором крепятся с помощью токопрово-дящего клея излучающие кристаллы.

Для получения равномерного и достаточно интенсивного излучения в настоящее время широко используются два типа светопроводов: полый светопровод с рассеивающей пленкой и светопровод с отражающими зеркальными стенками, заполнен­ный специальным полимером, в который добавляют рассеиваю­щие свет частицы (стекло, кварц).

Конструкции этих типов используются при размере цифры более 5 мм. Вариантом гибридной конструкции является индика­тор с переменным цветом свечения типа ИПЦ02А, Б-1/7КЛ. Индикатор в зависимости от схемы подключения излучает красный или зеленый цвет, что расширяет функциональные возможности систем отображения, применяющих эти индикаторы. Такие индикаторы дают не только цифровую, но и цветовую информацию. Например, красный цвет означает высоту, а зеле­ный — дальность или цифры зеленого цвета индицируют безо­пасный режим работы, красные — аварийный режим. В приборе используется двухкристальный принцип создания различных цветов, красный на основе GaAsP, зеленый — GaP. Аналогично единичному индикатору, работающему на излучателе GaAs и антистоксовом люминофоре, выпускается ЦИ типа ЗЛС359А1, Б1, имеющий те же недостатки и достоинства, что и единичные индикаторы.


Среди цифровых индикаторов имеются приборы со встроенным управлением 490ИП1 (К490ИП1) и 490ИП2 (К490ИП2).

Последней группой конструктивного исполнения ЦИ являются индикаторы полой конструкции на основе керамического держа­теля, герметизированного стеклянной крышкой. Эти приборы применяются там, где требуется высокая надежность и устой­чивость к жестким механическим и климатическим условиям эксплуатации. Типичными представителями являются приборы типа ЗЛС339А, ЗЛС348А и пятиразрядный индикатор ИПЦ06А--5/40К.

 

1.1.4. Буквенно-цифровые полупроводниковые индикаторы

Буквенно-цифровые индикаторы (БЦИ) позволяют отобра­жать цифры арабские и римские, буквы русского, латинского и греческого алфавитов и ряд других знаков и символов.

По своему конструктивному исполнению БЦИ можно раз­делить на две группы:

БЦИ монолитной конструкции со светопроводом,

БЦИ полой конструкции без светопровода.

К первой группе приборов относятся ЗЛС340А (АЛС340А) и ЗЛС357А (АЛС357А), имеющие 35 излучающих элементов (пять в строке и семь в столбце) и левую децимальную точку. Индикаторы собраны на многослойном керамическом держателе, на который с помощью токопроводящего клея крепятся излучате­ли. Вся конструкция покрывается полимерным светопроводом, заполненным светопроводящим компаундом. Второй разновид­ностью БЦИ является конструкция на керамическом держателе, который герметизируется стеклянной крышкой. Эта конструкция обладает высокой устойчивостью к внешним климатическим и механическим воздействиям. Наибольший интерес представ­ляют БЦИ в стеклокерамическом корпусе со встроенным управ­лением, к которым относятся приборы типа ИПВ70А-4/5Х7К, ИПВ71А-4/5Х7К и ИПВ72А-4/5Х7К, имеющие высоту 4,1 и 9 мм соответственно. Индикаторы позволяют осуществлять бесшовную стыковку как по горизонтали, так и по вертикали и создавать, таким образом, табло любых размеров. Наличие встроенного управления и мультиплексный режим работы позво­ляют резко сократить число выводов в схемах, а следовательно, и число паек (по сравнению с применением дискретных индика­торов) к уменьшить потребляемую мощность.


Выпускается один тип индикатора ЗЛС363А на основе излучателя GaAs и антисток­сового люминофора.

1.1.5. Графические полупроводниковые индикаторы

Графические индикаторы (ГИ) являются с точки зрения отображаемой информации наиболее универсальными и позволя­ют воспроизводить любую информацию. Конструктивно выпол­нены по гибридной технологии на держателе, состоящем из нескольких сформированных пластифицированных керамических лент, на которые металлизированной пастой наносится опреде­ленная топология рисунка электрической схемы с «посадочными» местами для светоизлучающих кристаллов. Излучатели закры­ваются крышкой со световодами, заполненными прозрачным компаундом. Выпускаемые графические индикаторы имеют 64 излучающих элемента (8X8), размещенных в корпусе размером 10X10 мм или 20X20 мм. Среди графических индикаторов имеется прибор ИПГ01А-8Х8Л, основанный на принципе двои-

ного преобразования электрической энергии (излучателя GaAs и антистоксового люминофора).

Конструкция графических индикаторов позволяет осущест­вить бесшовную стыковку, что дает возможность использовать их для создания табло, экрана или бегущей строки. Использо­вание одного графического индикатора неэффективно и нецеле­сообразно.

 

1.2. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

Для того чтобы система или устройство отображения инфор­мации с применением ППИ работала надежно и эффективно, необходимо разработчику знать полную характеристику применя­емого индикатора. Система параметров, наиболее полно описы­вающая все свойства и особенности ППИ, включает в себя:

параметры, характеризующие ППИ как элемент системы «оператор — индикатор» и определяющие качество отображения информации и надежность ее восприятия;

параметры, характеризующие ППИ как элемент электриче­ской цепи;

параметры, характеризующие возможность функционирова­ния ППИ в условиях воздействия различных эксплуатационных факторов (вибрации, ударов, температуры и т.


п.);

параметры, характеризующие надежность работы.

 

1.2.1. Светотехнические и эргономические параметры полупроводниковых индикаторов

К первой группе параметров относятся светотехнические и эргономические параметры. Основным светотехническим па­раметром для ППИ в СССР и за рубежом принята сила света, определяемая согласно [5] как световой поток, приходящийся на единицу телесного угла в направлении, перпендикулярном плоскости излучающего кристалла. Для практических целей применяются несколько понятий силы света [6], которые приве­дены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Термины и определения силы света

Термин и обозначение	Определение	Типы ППИ, для которых применяется термин
Сила света элемента Iаэ	Сила света одного эле­мента	Единичные, шкальные, цифровые монолитные
Сила света индика­тора Iс.	Сила света индикатора, равная световому потоку всех элементов отображения	То же
Средняя сила света Iа ср,	Отношение суммарной си­лы света всех элементов отображения информации ин­дикатора к их числу	Все типы многоэле­ментных индикаторов

Для контроля разброса силы света между отдельными эле­ментами ППИ для всех индикаторов, кроме единичных, применя­ется расчетный параметр — неравномерность силы света. При неравномерности, равной 2,5 и менее, она определяется отноше­нием максимального значения силы света элемента к минималь­ному (бIv = Iv.Макс/Iv.мин). При значении неравномерности более 2,5 она определяется из соотношений

                           (1.1) (1.2)

где 6Iv и 6Iv +1 — отрицательная и положительная неравно­мерности силы света индикатора; Iv,op — средняя сила света инди­катора.

Аналогично определяется неравномерность силы света между разрядами у многоразрядных индикаторов, только в этом случае берется максимальное и минимальное значения разряда и сред­няя сила света всего индикатора. Для сравнения ППИ с другими типами ЗСИ для рядя типов приводятся значения яркости и неравномерности яркости, определяемой по аналогии с неравно­мерностью силы света.


Сила света ППИ измеряется в милли- и микрокандрлах, яркость, как правило, в кд/м2.

Основной светотехнический параметр ----- сила г.ветя — зависит от двух эксплуатационных факторов: прямого тока (Постоянного и импульсного) и температуры окружающей среды. Зависимость силы света для ПНИ различного конструктив,юго исполнения, имеющих в качестве излучателя кристаллы, изготовленные из различных материалов, приведена на рис. 1.4. Характер зависи­мости практически линейный.

Аналогична зависимость от импульсного прямого тока, кото­рая приведена д.ля буквенно-цифровых индикаторов разного цвета свечения на рис: 1.5.



Рис. 1.4. Зависимость силы света от постоянного прямого тока для индика­торов:

а — ЗЛС324А красного цвета (GaAsP);6 — ИПЦ01 А-1/7К красного цвета (GaAIAs);e — ЗЛС338А зеленого цвета (GaP); г — ЗЛС358А зеленого цвета (GaP)

Существенное влияние на силу света оказывает температура. С повышением температуры окружающей среды до 85° С сила света уменьшается на 50- 70% (при типичном значении 60%). При понижении температуры до минус 60° С сила света увели­чивается в 1,5-3,5 раза (арп типичном значении — в 2,5 раза).

На рис. 1.6 приведена зависимость силы света от темпера­туры для различных значений прямого тока для индикатора ЙПГ02А-8Х8Л. Из рисунка видно, что значение прямого тока практически не влияет на характер зависимости силы света от температуры. Изменение яркости от температуры для ППИ аналогично изменению силы света. Пример зависимости яркости от температуры приведен на рис. 1.7.

Рис, 1.5. Зависимость силы света от импульсного прямого тока для инди­каторов:

а — ИПВОЗА- 1/5Х7К красного цвета (GaAIAs); б — ИПВОЗБ-1/5Х7Л зеле­ного цвета (GaP); в — ИПВОЗ-1/5Х7Ж желтого цвета (GaP)



Рис. 1.6. Зависимость силы света от температуры окружающей среды для ИПГ02А-8Х8Л при разных зна­чениях прямого тока



Рис. 1.7. Зависимость относитель­ного значения яркости от темпера­туры окружающей среды для ЗЛС314А

Проведенные исследования [7] показали, что зависимость силы света для ППИ от температуры для индикаторов разного цвета свечения определяется следующим образом:



Iv1=Iv0 еkдт,                                                                                    (5.3)

где Iv1 — сила света при определяемой температуре T1; Iv0 — сила света при исходной температуре Т0; ДТ=То — Т1; k — коэф­фициент пропорциональности, зависящий от материала излуча­теля, значения которого приведены ниже:

Цвет свечения Значение k

Красный ................................ — 0.0188

Ярко-коасный ....................... — 0,0131

Желтый ................................ — 0,0112

Зеленый ................................. — 0,0104

Расчетные значения, полученные с помощью приведенной формулы, хорошо совпадают с результатами измерений.

Среди эргономических параметров следует отметить угол обзора индикатора. Под углом обзора понимают максимальный угол между нормалью к центру информационного поля ППИ и направлением от этого центра к глазу оператора, при котором обеспечивается безошибочное считывание отображаемой инфор­мации при заданном значении силы света или контраста, внеш­ней освещенности и расстояния наблюдения. Для единичных ин-.дикаторов угол обзора совпадает с углом излучения, т. е. плос­ким углом, содержащим оптическую ось, и направлением, в ко­тором сила света равна половине его максимального значения. Для индикаторов (цифровых, буквенно-цифровых, шкальных, матричных) угол обзора необходимо устанавливать в горизон­тальном и вертикальном направлениях.

На безошибочность считывания информации влияют многие факторы. Ими прежде всего являются отношение ширины знака к высоте bзч/hзн, ширины элемента отображения к высоте знака b3/hm и шаг между знаками d,H. Исследования, проводимые различными авторами [2, 8, 9], позволили установить следую­щие оптимальные соотношения bзн/hзн — 0,6, bэл/hзн = 0,1 и dзн/hзн= 1-1,5. Высота знака является основным размером индикатора, кроме того, она играет существенную роль при опре­делении оптимального расстояния наблюдения информации. Для оператора, имеющего нормальное зрение, предельное угловое разрешение составляет примерно одну угловую минуту [2, 8].


Минимальный угловой размер знака связан с расстоянием наблюдения l соотношением аМин = 3*10-4l.

Следующим эргономическим параметром является контраст индикатора. В [3] показано, что контраст может быть рассчитан по формуле

                                           (1.4)

где K — контраст; Iv.эл — сила света элемента; SЭЛ — площадь светящегося элемента, м2; Pd — коэффициент отражения эле­мента; Е — внешняя освещенность, лм/м; Дл0,5 — ширина спек­тра излучения, нм; Ks — спектральный коэффициент засветки при лмакс, нм-1; rф — коэффициент пропускания полосового фильтра с полосой пропускания, равной Дл0.5. Оптимальное значение rф = 0,2-0,5.

Из приведенной формулы следует, что контраст у полупровод­никовых индикаторов обратно пропорционален ширине спектра излучения элемента. Поскольку ППИ, изготовленные на основе соединений AIIIBV, имеют узкий спектр излучения, они имеют существенно лучший контраст при одинаковой силе света по сравнению с другими индикаторами.

Существенное влияние на надежность восприятия имеет пре­дельно допустимая внешняя освещенность, т. е. окружающая освещенность, при которой оператор безошибочно считывает информацию с индикатора.

Ниже приведены типичные значения яркости (в кд/м2) неко­торых источников:

Поверхность солнца .................................................................... 1,6109

Лампа накаливания 60 Вт с матовым стеклом в наиболее

яркой точке ......................................................................................... 120 000

Наиболее яркие кучевые облака ............................................... 40000

Лампа накаливания 60 Вт с молочным стеклом ...................... 30000

Белая бумага под прямыми лучами солнца .... ........................ 30000

Снег под прямыми солнечными лучами .................................... 30000

Поверхность 15-ваттной люминесцентной лампы .................... 10000

Яркое безоблачное небо ............................................................. 7000



Яркие участки поверхности Луны ............................................. 7000

Белая бумага на письменном столе .......................................... 85

Телевизионный растр .................................................................. 70

Металлический волосок лампы накаливания ........................... 1,5-106;

Ночное безоблачное небо ........................................................... 10

Экран в кинотеатре ..................................................................... 5 — 20

Верхняя граница зрительной толерантности ........................... 100000

Приведенные данные, как это будет показано в разделе, посвященном надежности считывания информации, необходимы для выбора коэффициента пропускания светофильтра.

Внешняя освещенность может меняться в значительных пре­делах, что вызывает определенные трудности при восприятии информации. Особенно сложные условия освещенности в кабинах летательных аппаратов. Естественная освещенность приборной доски в кабинах летательных аппаратов меняется в зависимости от времени года, времени суток, от высоты полета, от направ­ления полета, от конфигурации и характера остекления кабины, от порядка размещения индикаторов в кабине и т. д. Уровень освещенности блоков информации в кабинах летательных аппа­ратов колеблется от 6 до 30 000 лк и выше. Различные уровни освещенности возникают также в наземной и морской аппара­туре.

Одной из важнейших характеристик ППИ является цвет све­чения. Правильный выбор цветовой гаммы индикаторов в устрой­ствах и системах индикации во многом определяет эффектив­ность работы оператора при считывании информации. Сущест­вующие стандарты четко определяют назначение каждого цвета (красный — опасность, желтый — внимание, зеленый — все в норме). Однако применение индикаторов, в том числе ППИ, различного цвета свечения с различными оттенками изменило подход к выбору цвета и его функциональному назначению. Особенно возросли требования к цвету свечения за последние годы, когда появилась большая серия ППИ, из которых соби­раются табло, элементы экрана, бегущая строка.


В таких уст­ройствах разница в оттенках цвета, которые существуют у ППИ, особенно желтого и зеленого, может привести к ошибке в считывании информации. Поэтому настоятельно необходимо при производстве проводить классификацию индикаторов по цвету. Знание характеристик, определяющих цвет свечения ин­дикатора (доминирующую длину волны, координаты цветности, эффективную длину волны в максимуме излучения, цветовую разность), необходимо при выборе фильтра, без которого при­менение ППИ не эффективно.

 

1.2.2. Электрические параметры полупроводниковых индикаторов

Ко второй группе относятся параметры, которые характе­ризуют ППИ как элемент электрической цепи, т. е. электрические параметры и их зависимости от режима применения. Перечень электрических параметров и их определения приведены в табл. 1.2.

ППИ со встроенным управлением характеризуются системой параметров, принятой для ИМС, с добавлением ряда параметров, характерных для индикатора, в частности светотехнических параметров.

 

1.2.3. Параметры, характеризующие устойчивости полупроводниковых индикаторов к действию внешних факгоров

Третьей группой являются параметры, которые характеризуют устойчивость ППИ к воздействию различных эксплуатационных факторов. Перечень этих факторов и возможные их значения приведены ниже.

Таблица 1.2. Электрические параметры

Наименование параметра, условное обо­значение, единицы измерения	Определение
Постоянный прямой ток элемента гображения Iпр, мА	Значение постоянного тока, протека­ющего через излучатель в прямом на­правлении
Импульсный прямой ток элемента отображения Iпр, мА	Наибольшее мгновенное значение прямого тока, протекающего через из­лучатель, в том числе все повторяющие-сч переходные токи
Средний прямой ток элемента ото­бражения Inp.cn, МА	Среднее за период значение прямого тока через излучатель
Постоянное (импульсное) обратное напряжение на элементе отображения U06P (Uобр.и), В	Значения постоянного напряжения, приложенного к излучателю в обратном направлении
Постоянное (импульсное) напряже­ние прямое Uпр (Uпри), В	Значение постоянного (импульсного) напряжения на излучателе при прохож­дении через него заданного постоянного (импульсного) прямого тока
Средняя рассеиваемая электриче­ская мощность излучателя Pср, мВт	Средняя за период мощность, рас­сеиваемая излучателем при протекании тока в прямом и обратном направле­ниях
Импульсная рассеиваемая мощность излучателя Ри, мВт	Наибольшее мгновенное значение мощности, рассеиваемой излучателем при подаче импульсов с заданной дли­тельностью и скважностью
Постоянный обратный ток Iобр, мкА	Постоянный ток в обратном направ­лении
Тепловое сопротивление переход-корпус RnK, °С/Вт	Отношение разности температур перехода в контрольной точке на кор­пусе ППИ к рассеиваемой прибором мощности

 

Механические воздействия

Вибрационные нагрузки:

диапазон частот, Гц ............................................................. 1 — 5000, 1 - 2000

ускорение g .......................................................................... 40, 10 — 20

Многократные ударные нагрузки с ускорением д ................... 75-150

Одиночные удары с ускорением я ............................................. 1500

Постоянное ускорение g............................................................. 500

Акустические шумы в диапазоне 50 — 10000 Гц с уровнем

звука, дБ ....................................................................................... 160, 170

 

Климатические воздействия

Повышенная температура окружающей среды, ° С ................. 70, 85

Пониженная температура окружающей среды, ° С .................. — 60

Смена температур, °С ................................................................. — 60, 4-70, 4-85

Повышенная влажность, % ........................................................ 98 (при 35° С)

Пониженное атмосферное давление, Па (мм. рт. ст.) .............. 6,66 (5)

Повышенное давление. Па (атм.) .............................................. 3039 (3)

При всех видах указанных воздействий параметры приборов практически не изменяются (за исключением температуры). На рис. 1.8 — 1.10 приведены характер изменения Iс бIv, и Unp от различных воздействующих факторов.



Рис. 1.8. Характер изменения параметров:

а — силы света; б — прямого напряжения; в — неравномерности силы света до ( — ) и после (—) воздействия одиночного удара с ускорением 1500 g для индикаторов ЗЛС366А-5



Рис. 1.9. Значение силы света для индикатора ЗЛ341В:

1 — до испытаний; 2 — после испытаний на тепло­устойчивость; 3 — после испытаний на холодоустой­чивость; О, Д. П — минимальное, среднее и макси­мальное значения



Рис. 1.10. Значение силы света для ЗЛ341Е: 1 — до испытаний; 2 — - после (испытаний) пониженного дав­ления; 3 — после повышенного давления; 4 — после одиночного удара; 5 — после постоянного ускорения; 6 — после вибро­прочности; 7 — после виброустоичивости; 8 — после проверки на герметичность; О, Л, П - минимальное, среднее и мак­симальное значения



Из приведенных зависимостей следует, что ППИ отличаются высокой устойчивостью к внешним воздействующим факторам, значения параметров практически не меняются.

 

1.2.4. Параметры надежности полупроводниковых индикаторов

Последней группой параметров, характеризующих ППИ, являются параметры надежности. Под надежностью полупро­водникового индикатора понимается вероятность того, что задача или группа задач будет успешно выполнена оператором или группой операторов при любом сочетании эргономических па­раметров (внешней освещенности, угла обзора, расстояния на­блюдения и др.) в заданных режимах и условиях эксплуатации в течение заданного времени. Подробно вопросы надежности изложены в [10].

Одним из основных параметров надежности является интен­сивность отказов. Наиболее достоверные результаты по значению интенсивности отказов можно получить при специально прово­димых испытаниях на надежность. В табл. 1.3 приведены значе­ния интенсивности отказов различных видов ППИ, рассчитанные по результатам испытаний, проведенных при Токр ср~25° С.

Интенсивность отказов ППИ находится на уровне современ­ных ИМС.

Таблица 1..3. Интенсивность отказов ППИ

Вид индикатора	Режим испыта­ний Iпр , мА	Объем испыта­ний, млн. приборо-часов,	Количество отказов	Интенсивность отказов л X 10 , 1/ч
Единичный	10	3.75	3	0,8
Шкальный	10	1 ,025	0	0,6
Цифровой	20	3,94	2	0,5
Букветш- циф­ровой	10	0.46	о	1,5

Высокую надежность ППИ подтверждают результатами испытаний на ресурс, некоторые данные о котором приведены в табл. 1.4.

Существенным фактором, который необходимо учитывать при проектировании устройств и систем отображения информации, являются степень и характер деградации светотехнических пара­метров и процессе длительной эксплуатации ППИ. Теоретически, как и у других видов полупроводниковых приборов, деградация параметров у ППИ идет медленно, в основном за счет диффу­зии легирующих примесей.



Таблица 1.4. Результаты испытаний на ресурс

Тип ППИ	Количество испытанных приборов	Наработка, ч	Количество и вид отказа	л х10-6
ЗЛС321А	170	80 000		0,05
ЗЛС324А	80	75 000	1 обрыв,	0,17
			1 — бIv.> N
ЗЛС338А	50	50000	1 — 6Iv> N	0,27
ЗЛС339А	50	65000	1 обрыв	0,3
ЗЛС340А	40	65 000	1 обрыв	0,4
ЗЛС343-5	10	50000	1 обрыв	2,0
ЗЛС348А	50	60000	2 обрыва	0,7
ЗЛС358А	20	35 000	__	1,0
133ПП4	30	50000	__	0,46
514ПР1	10	50000	__	1,4
ЗЛ102	20	77 000	1 — бIv> N	0,65
514ИД1	20	42500	—	0,8

Все показатели надежности рассчитаны по полным отказам.

На практике при создании того или иного прибора с при­менением ППИ разработчика интересует, в какой степени будут изменяться светотехнические параметры в процессе эксплуата­ции. В настоящее время принято оговаривать в технической документации на ПИИ изменение силы света, равное 50% сда­точной нормы. Это обусловлено возможностями оператора уло­вить изменение силы света работающего индикатора. На прак­тике, по имеющимся экспериментальным материалам, изменение силы света в течение длительной эксплуатации значительно меньше.

Подробно вопросы деградации светотехнических и электри­ческих параметров ППИ рассмотрены в [7, 10, 11].

 

 

1.3. ВЫБОР РЕЖИМА РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

Выбор оптимального режима работы ППИ является одной из важнейших задач при проектировании индикаторных уст­ройств. Режим работы ППИ должен быть таким, чтобы обес­печивал требуемые светотехнические параметры для данного ППИ, обеспечивал необходимую надежность, долговечность и допустимую деградацию параметров. Максимально допустимые режимы работы индикатора устанавливались постепенно, исходя из теоретических исследований и большого экспериментального материала, полученного при проведении испытаний на надеж­ность как самих индикаторов, так и других видов полупровод­никовых приборов и ИМС [2, 3, 7].



Поскольку все параметры ППИ связаны между собой, то применение ППИ одновременно в нескольких предельных элект­рических и эксплуатационных режимах недопустимо, так как при работе в таком режиме не будет обеспечена требуемая надеж­ность. Нельзя работать одновременно, например, при максималь­ной рассеиваемой мощности и максимальной температуре окру-

жающей среды. В частности, при работе на максимальной мощ­ности необходимо снижать температуру. Основным фактором, влияющим на надежность работы индикатора, является темпера­тура р-n перехода, которая определяется по формуле

TП = T0 + ДT,

где T0 — температура окружающей среды; ДТ — приращение температуры за счет протекающего через переход тока,

ДT — Pср Rт = IпрUпрRт;

Rт — тепловое сопротивление «переход — окружающая среда». Значения теплового сопротивления для ряда типов индика­торов приведены ниже:

                                                          Значение                                               Значение

Тип ППИ Rc°С/Вт                                          Тип ППИ Rт,°С/Вт

AЛ307A .............................. 30 — 40                     ЗЛС358А .............................. 70

ЗЛ314А-К .............................. 200                         ЗЛС357А ............................... 60 — 75

ЗЛС331А ............................... 200                         ЗЛС347А ............................... 60 — 70

ИПДО4А-К .......................... 400              ИПВ70А-4/5Х7К ................ 65

ЗЛС320А-Д ........................... 120                         ИПВ71А-4/5Х7К ................ 25

ЗЛС317А-Д ........................... 140                         ИПГ05А-8Х8Л ................... 45

ЗЛС314А ............................... 60 — 70                   ИПТ10А-63К ........................ 40

ЗЛС321А, Б ........................... 70 — 80                  490ИП1 ................................. 70

ЗЛС324А, Б .......................... 60 — 65                   490ИП2 ................................. 60



ИПЦО1А-Г-1/7К ................. 50              514ИД1 ................................. 200

ЗЛС338А, Б ........................... 60              514ИД2 ...........-...................... 200

ЗЛС348А ............................... 90              514Г1Р1 .................................. 200

ЗЛ341А-Е ............................. 400

Таким образом, чтобы не превысить температуру перехода, следует выбирать соответствующее значение прямого тока и тем­пературы окружающей среды.

Многочисленные экспериментальные и теоретические исследо­вания показали, что температура р-n перехода у индикаторов с герметичным корпусом не должна превышать 125° С, а для приборов с полимерной герметизацией 100 — 110° С. Во всех слу­чаях температура перехода должна быть ниже критической температуры компаунда и ряда технологических процессов. Так, например, критическая температура пластмассы составляет 130° С для индикаторов ЗЛС338А, 125° С для шкальных индика­торов ЗЛС362А-Н, температура герметизации большинства инди­каторов составляет 120° С.

Для многоэлементных ППИ приращение температуры необ­ходимо умножить на количество элементов индикатора, т. е.

ДT = IпрUпрRтn,

где n — число элементов индикатора.

Для обеспечения нормального теплового режима получены экспериментальные соотношения для снижения тока при пре­дельно допустимой температуре.

Ниже приведены значения коэффициента, вводимого для амплитуд максимального постоянного прямого тока при раз­личных значениях допустимых температур, где Iпр.макс.н — значе­ние максимально допустимого прямого тока при нормальной температуре (25° С).

Коэффициент при                        Допустимая температура, ° С

Iпр.макс.н

70 ................................................. 0,42

85 ................................................. 0,32

100 ............................................... 0,23

125 ............................................... 0,15

Полупроводниковые индикаторы работают также в импульс­ном или мультиплексном режимах.


В этом случае необходимо знать значения импульсного прямого тока. Значение максималь­но допустимого импульсного тока ограничивается двумя факто­рами: максимально допустимой температурой перехода Tп.макс и амплитудой прямого импульсного тока Iпр.имп.

Значение ТП,ыакс рассчитывается по формуле

T п. макс = T корп + Iпр. максUпрIтn,

где Tкорп — температура корпуса; Iпр.макс — значение максимально допустимого постоянного прямого тока через элемент; n — коли­чество излучающих элементов в индикаторе.

Значение ТП для прямоугольных импульсов можно рассчи­тать из выражения

Tп =Tкорп + Iпр. имп UпрRтТиfиn,

где ти — длительность импульса; fH — частота следования импульсов.

Значение Unp уменьшается с повышением Т„. Величине Тп.макс соответствует строго определенное значение Uпр (при Iпр = = const), которое можно обозначить Unp.мин. Изменяя значения Iпр.макс и Iпр.имп на фиксированной частоте, строят семейство ха­рактеристик

Iпр.имп.макс/IпР.макс = f(ти; fи) для Uпр.макс = const (т. е. для Т п. макс = const).

Рис. 1.11. Зависимость отношения мак­симально допустимого импульсного прямого тока к максимально допусти­мому постоянному прямому току от длительности импульса и частоты

Зависимости отношения максимально допустимого импульсно­го прямого тока к максимально допустимому постоянному пря­мому току от длительности импульса и частоты приведены на рис. 1.11.

 

1.4. СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Полупроводниковые индикаторы ППИ обычно являются про­межуточным звеном в системах «оператор — аппаратурный комп­лекс». Можно выделить два основных способа выработки инфор­мации: аналоговый (галетные переключатели, тумблеры, кнопки-табло и т. д.) и цифровой. Информация в цифровом виде выра­батывается обычно вычислительным устройством (ЦВМ, специ­ализированным ВУ и т. д.), выходными элементами которого обычно являются полупроводниковые приборы.

Способ выработки информации влияет главным образом на аппаратурные реализации устройств приема информации со сто­роны полупроводниковых индикаторов, поскольку для безотказ­ной работы индикаторов необходимо обеспечивать их защиту.


Это в основном относится к системам, в состав которых входят источники с аналоговым способом выработки информации для индикации.

Информация. передается от источника к потребителю по каналам связи. Оператор по предъявленной информации прини­мает решение и, воздействуя на органы управления и комму­тации, управляет режимами работы аппаратурного комплекса. Таким образом, устройства отображения информации являются обычно сложными схемно-конструкторскими изделиями, содержа­щими в своем составе приемо-передающие узлы (модули), схемы обработки, устройства индикации, командно-коммутацион­ные элементы. Возбуждение полупроводниковых индикаторов и представление на них информации являются частью сложного процесса получения, обработки и индикации информации с по­следующим вводом корректирующих значений параметров в ап­паратурный комплекс. От качества предъявления информации в большой степени зависит и качество работы оператора в комп­лексе.

В разделах, посвященных управлению цифрами и буквенно-цифровыми индикаторами, после схемных решений, обеспечива­ющих управление собственно ППИ, приведены структурные и принципиальные схемы полного цикла работы устройств отобра­жения информации от приема и индикации информации до выдачи корректирующих значений параметров в аппаратуру комплекса.

Вне зависимости от способа выработки информации она может быть передана от вычислительного устройства или дру­гого источника на схему управления в параллельном, последо­вательном и параллельно-последовательном коде. На рис. 1.12 представлены виды передачи информации от датчика информации к индикаторному устройству, где Х1, Х2, ..., Хп — разряды передаваемого символа; ДТk — разряд наличия децимальной точки.



Рис. 1.12. Виды передачи информации:

а — параллельный; б — последовательный; в — параллельно-последовательный

Выбор вида передачи информации диктуется объемом и ка­чеством передаваемой информации, а также пропускной способ­ностью канала связи, удаленностью индикаторного прибора от вычислительной части системы.


Каждый из видов передачи информации имеет свои преимущества и недостатки.

Параллельный вид передачи информации, используемый как для аналогового, так и цифрового способа ее выработки (рис. 1.12, а) требует наличия проводной связи для каждого бита ин­формации. При передаче больших объемов информации на боль­шие расстояния кабельная сеть канала связи становится неоп­равданно тяжелой и дорогой. Действительно, общее число связей при параллельном виде передачи информации составит: V = = k(n+1), где k — число передаваемых символов; n — число разрядов при передаче одного символа; 1 — связь, необходимая для передачи децимальной точки. При передаче цифровой ин­формации в двоично-десятичном виде n = 4, при передаче зна­ковой информации n — 7.

Последовательный вид передачи информации по одной линии связи (рис. 1.12,6) предусматривает наличие уплотнителя ин­формации на передающем конце канала связи и преобразователя последовательного кода в параллельный на приемном ее конце. При больших объемах передаваемой информации и высокой час­тоте ее изменений последовательный вид передачи информации вызывает необходимость использования высоких несущих частот, что в ряде случаев снижает помехоустойчивость линий связи и усложняет приемные устройства индикаторных приборов. В та­ких системах национально применять параллельно-последова­тельный (рис. 1.12, в) вид передачи информации. Общее число связей при таком виде передачи уменьшается в k раз по сравне­нию с числом связей при параллельной передаче, частота переда­чи снижается в n+1 раз по сравнению с последовательным ви­дом передачи информации.

В информационных системах с интенсивным обменом инфор­мацией следует признать рациональным осуществление передачи информации от вычислительной части системы (например, от ЦВМ) до входных устройств индикаторного прибора в виде последовательного или последовательно-параллельного кода, а передачу информации от входного устройства на схему управ­ления собственно индикатором -- в параллельном коде.

Единичные и шкальные полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе

Конструктивно наиболее простыми являются единичные и шкальные ППИ. Единичные индикаторы в настоящее время наиболее массовые как по количеству разработанных типов, так и по объему их производства. Шкальные индикаторы не получили по ряду причин широкого распространения. Однако они имеют значительные преимущества перед другими видами индикаторов, например перед цифровыми, по отображению аналоговой инфор­мации, для выявления тенденции изменения наблюдаемого пара­метра.

 

2.1. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЕДИНИЧНЫХ ИНДИКАТОРОВ

Наиболее распространенными применениями полупроводнико­вых единичных индикаторов (ЕИ) являются: индикация состоя­ния интегральных схем (панелей) и аппаратуры в целом, подсвет надписей и кнопок, создание шкал и табло, излучатели в оптро-нах.

Визуальная индикация состояния аппаратуры типа «включе­но — выключено» и создание индикаторных табло являются наиболее частым применением ЕИ, где они пришли на смену неоновым лампам и лампам накаливания. Основной причиной такой замены является способность работы ЕИ при малых токах и напряжениях, совместимых с амплитудами логических уровней напряжений микросхемной техники. Такая замена ламп позволи­ла повысить надежность приборов отображения информации за счет использования в них в качестве элементной базы только изделий, выполненных по полупроводниковой технологии.



Кроме того, лампы накаливания, потребляя значительные мощности, выделяют большое количество тепла, которое приво­дит к разрушению патронов и держателей, укорачивает срок службы изоляционных материалов. Полупроводниковые ЕИ по­требляют меньше мощности, по сравнению с лампами накали­вания практически не выделяют тепла, более надежны и дол­говечны.

В качестве примера можно рассмотреть мощностные харак­теристики трех матриц, состоящих из 35 индикаторов трех раз­личных типов каждая: ламп накаливания типа СМ28-1,5, сверх­миниатюрных ламп СМН-60 и полупроводниковых ЕИ типа ЗЛ341Б. Рассеиваемые ими мощности составляют около 52, 17 и 1 В-А соответственно.

При температурах окружающей среды Г0кр.сР, равных 20, 40, 60° С, в закрытых объемах такие матрицы за счет выделя­емых мощностей обеспечат разогрев и, как следствие, повышение температур до Г„акс.

Для проведения сравнительного расчета выделяемых индика­торами мощностей примем одинаковые для всех матриц габарит­ные размеры 20X40X60 мм. Расчет проведен для двух режимов работы матриц: для свечения 35 светящихся элементов (мат­рица засвечена полностью) и для свечения 17 элементов (средне­статистическое количество светящихся элементов при индикации цифро-буквенной информации с использованием цифр и букв русского и латинского алфавитов). Результаты теплового расчета приведены в табл. 2.1, причем в числителе дроби приведена температура для полностью засвеченной матрицы, в знаменате­ле — для свечения 17 элементов.

Таблица 2.1. Сравнительные тепловые характеристики различных типов матриц

Тип индикатора в матрице 5Х 7 свe­тящихся элементов	Т макс, °С, при Токр, °С	Допустимая ра­бочая Тмакс, °С, по ТУ	Необходимость охлаждения матриц
20	40	60
	470	490	510
СМ28-1,5	260	280	300	70	Есть
	210	230	250
СМН8-60	750	170	790	70	Есть
	36	56	76
ЗЛ341Б				85	Нет
	30	50	70

Тепловой расчет с учетом предельно допустимых рабочих температур для каждого из приведенных типов индикаторов показывает, что обеспечить допустимые тепловые режимы работы матриц с использованием ламп накаливания без обдува охлаж­дающим воздухом не удается, с использованием же полупро­водниковых индикаторов при тех же условиях работы тепловой режим обеспечивается за счет конвекции нагретого воздуха и инфракрасного излучения (без обдува).

При этом сроки службы ЕИ типа ЗЛС341Б в 25 раз выше, чем у ламп накаливания МС28-1,5, и в 5 раз выше, чем у сверх­миниатюрных ламп типа СМН8-60.

Все эти преимущества ЕИ перед индикаторной элементной базой, применявшейся ранее, позволяют проектировать приборы с меньшими габаритными размерами, энергоемкостью, повышен­ной эксплуатационной надежностью и более низкими затратами на проведение регламентных работ по замене индикаторов.

  

Рис. 2.1. Схема включения единичного индикатора

Рис. 2.2. Схема включения единичных индикаторов различных цветов свече­ния

Рис. 2.3. Графический способ определения протекающего через светодиод тока: 1, 2 — граничные значения Iпр; 3 — граничная нагрузочная прямая при максимальном значении £Л,„=5,5 В и минимальном значении R = 270 Ом; 4 — граничная нагрузоч­ная прямая при минимальном значении Uип = 4,5 В и максимальном значении R =330 Ом

Однако применение ЕИ вместо ламп накаливания вызвало и определенные трудности. В частности, лампы накаливания в приборах отображения информации работают как при перемен­ном токе (в подавляющем большинстве случаев), так и при постоянном, ЕИ же работают только при постоянном токе, протекающем в прямом направлении. Поскольку ЕИ имеют чрезвычайно низкое динамическое сопротивление при напряже­ниях, больших напряжения отсечки, то их необходимо подклю­чать к источникам тока. Схема подключения светодиода к ис­точнику напряжения, приведенная на рис. 2.1, может быть рассмотрена как подключение к источнику тока в случае, если напряжение питания UKn больше падения напряжения на свето-диоде ипр при прохождении через него прямого тока Iпр и если сопротивление токоограничивающего резистора R больше дифференциального сопротивления ЕИ [7].



Вследствие низкого дифференциального сопротивления светодиодов их не следует включать параллельно, так как незначительное изменение Uип и различие в дифференциальном сопротивлении может привести к резкому возрастанию тока светодиода с меньшим Uпр, к резкому возрастанию его свето­отдачи и рассеиваемой мощности. Таким образом, при подклю­чении к источнику напряжения Uт каждый ЕИ должен быть защищен своим резистором.

При необходимости подключения к одному источнику пита­ния ЕИ различных цветов свечения (красного, зеленого, желто­го) сопротивления токоограничивающих резисторов в связи с различием Unp рассчитываются для светодиодов каждого цвета отдельно. Один из вариантов такого подключения представлен на рис. 2.2.

Сопротивление токоограничивающего резистора в схеме рис. 2.1 может быть определено из соотношения

R = (Uип — Uпр) /Iпр,

где Uнп — напряжение источника питания, В; Iпр — прямой ток через ЕИ, A; Unp — падение напряжения на ЕИ при прохождении через него прямого тока Iпр, В.

Величины Unp и Iпр берутся из паспорта на ЕИ.

Учитывая наличие допусков на величины Uип, Unp, #, мини-

мальное и максимальное значения Iпр могут быть определены из соотношений

Iпр. мин = (U ип. мин — U Пр.макс )/ Rмакс,

Iпp. макс = (UИП. МАКС — Uпр.МИН )/ R мин.

Путем изменения напряжения источника питания и сопро­тивления R и ужесточения допусков на них необходимо обес­печивать, чтобы Iпр.макс не превышал максимально допустимого по паспорту значения Iпр и чтобы 1пр.мин обеспечивал мини­мально допустимую яркость свечения ЕИ.

На рис. 2.3 показано графическое определение максималь­ного и минимального значений прямого тока Iпр через ЕИ с учетом допусков на напряжение источника питания Uип, сопро­тивление токоограничивающего резистора R, падение напря­жения на ЕИ UПр. При построении приняты следующие допу­щения: Uип = 5 В±10%, R = 300 Ом±10%, допуск на Unр> при­веден на вольт-амперной характеристике ЕИ.

На графике показаны только граничные нагрузочные пря­мые, определяющие максимальное и минимальное значения Iпр.



Схема на рис. 2. 1 является основной схемой включения ЕИ при работе в режиме постоянного тока. Однако необходимо рассмотреть несколько дополнительных вариантов включения ЕИ, в том числе с элементами защиты от воздействия превы­шающих (для данного прибора) предельно допустимые значе­ния параметров. Критическим в данном случае для ЕИ явля­ются превышения прямого тока Iпр через ЕИ и обратного про­бивного напряжения (UпР. Причиной возмущений могут быть переходные процессы, возникающие в источниках питания при переключениях, емкостные и индуктивные выбросы при перекоммутациях релейных и электронных схем, гальванически связанных с ППИ, наводки от рядом расположенных сильно­точных цепей.

Приведенная схема подключения индикатора может быть использована при с7Им, меньшем либо равном U06P. При таком включении не существует опасности пробоя даже при установке ЕИ в схему обратной Полярностью. При положительном импуль­сном выбросе Uип пробоя ЕИ не наступает, так как ЕИ выдер­живают значительные выбросы прямого пиксзого тока IПИк (на­пример, для ЗЛ341Б при IПр=10 мА Iвык ыакс = 60 мА). При отрицательных выбросах Uип, не превышающих |Uип +|Uо6pl, снижается IПр с соответствующим, естественно, снижением яркости свечения ЕИ. Повреждения ЕИ не грозят.

 

 

Рис. 2.4. Схема защиты единичного индикатора при отрицательных выбросах ин„ последовательным включением кремниевого диода

Рис. 2.5. Схема включения единичных индикаторов в сеть переменного тока с защитой от пробоя:

а — встречным включением кремниевого диода; б — встречным включением второго единичного индикатора

Рис. 2.6. Схема защиты единичного индикатора параллельным включением ре­зистора

При отрицательных выбросах Uw, превышающих |UHn|+ -j-ii706pi, необходима защита ЕИ последовательным (рис. 2.4} включением кремниевого диода. При расчете сопротивления токоограничивающего резистора R и выборе кремниевого диода необходимо обеспечивать значение тока через ЕИ и кремние­вый диод в соответствии с паспортными значениями.



Как указывалось выше, полупроводниковый индикатор ра­ботает только при протекании тока через него в прямом на­правлении. При необходимости работы индикатора на перемен­ном токе требуется предусмотреть защиту ЕИ от воздействия обратного напряжения, если ожидается превышение макси­мально допустимого обратного напряжения для данного ин­дикатора. На рис. 2.5, а приведена схема защиты ЕИ от воз­действия Uобр с помощью кремниевого диода. При выборе ди­ода необходимо обеспечить соответствие протекающих через него токов паспортным значениям.

Параллельно-встречное включение кремниевого диода, при­веденное на рис. 2.5, а, может быть также использовано для защиты ЕИ, используемого в режиме работы при постоянном токе, для защиты от отрицательных выбросов UПИТ превыша­ющих | Uип| + |U0бр|

На рис. 2.5, б [12] приведена схема защиты с использова­нием двух ЕИ, включенных встречно-параллельно. Яркость све­чения такого индикатора в результате использования обеих полуволн переменного тока будет выше яркости индикатора на схеме рис. 2.5, а. При расчете резистора R необходимо ру­ководствоваться не столько обеспечением равенства проходя­щего через него тока паспортному значению Iпр, сколько пре­вышением паспортного значения U06P на непроводящем ЕИ па­дения напряжения на светящемся ЕИ.

На рис. 2.6 представлена схема защиты ЕИ при помощи ре­зистора Rь обеспечивающего ограничение падения напряже­ния на ЕИ, когда он находится в непроводящем состоянии, до значения, меньшего максимально допустимого U06P ЕИ.

 

2.1.1. Применение единичных индикаторов для индикации состояния приборов

Вопрос разработки какой-либо одной схемы управления ЕИ не может ставиться в связи с необходимостью учета различ­ных факторов, в частности полярности и качества питающих напряжений, коэффициента разветвления, вида нагрузки и т. д.

Наиболее часто используемые схемы подключения, базиру­ющиеся [13] на возбуждении ЕИ непосредственно с выходов ТТЛ-схем, приведены на рис. 2.7.



На схеме рис. 2.7, а включение ЕИ происходит при единич­ном уровне напряжения на выходе ИМС. Сопротивление то-коограничивающего резистора R определяется из выражения

R = (U1вых-Uпр)/Iпр,

где IПр — прямой ток через ЕИ; U1вых — напряжение логиче­ской единицы на выходе ИМС; Uпр — падение напряжения на ЕИ при протекании через него прямого тока Iпр.

На рис. 2.7,6 включение ЕИ происходит при нулевом уровне напряжения на выходе ИМС. При этом типе включения можно использовать схемы с открытым коллектором или с активным выходом. Сопротивление токоограничивающего резистора

R=(Uип — Unp — Uвых)/Iпр,

где инп — напряжение источника питания; U0выx — нулевой логи­ческий уровень выходного напряжения ИМС.

На рис. 2.7, в включение ЕИ происходит при единичном уровне напряжения на выходе ИМС. При этом подключении используются только схемы с открытым коллектором. Сопротив­ление токоограничивающего резистора

R = (UHn — Unp)/Inp.

При этом выходное напряжение низкого уровня ИМС должно быть значительно ниже напряжения ЕИ при прохождении через него прямого тока, т. е. U0вых<Uпр.

Приведенные на рис. 2.7, а и б схемы возбуждения ЕИ в выключенном состоянии потребляют по сравнению с вклю­ченным их состоянием пренебрежительно малые мощности.



Рис. 2.7. Схема возбуждения единичных индикаторов с выхода ТТЛ-вентилей

Предлагаемые схемы управления предусматривают необхо­димость коммутатора напряжения для каждого ЕИ. Однако в практике проектирования бывает необходимо создание дисплеев позиционного типа, т. е. с включением одного ЕИ из некото­рого числа N. С целью сокращения объема оборудования в качестве коммутатора напряжения могут быть применены де­шифраторы 1 из 4, 1 из 8, 1 из 16. На рис. 2.8 приведена структурная схема управления дешифратором типа 533ИД7.



Рис. 2.8. Схема управления единичными индикаторами позиционного дисплея дешифратором двоично-десятичного кода в десятичный:

1 — информационные входы ИМС; 2 — - вход ИМС «контроль», DC — - дешифратор двоично-десятичного кода в позиционный; R, — R« — токоограничивающие резисторы; ЕИ1 — ЕИ8 — единичные индикаторы позиционного дисплея



Приведенные схемы (рис. 2.7, а, б, в) возбуждения ЕИ име­ют недостаток, заключающийся в ограниченности коэффициента разветвления из- за значительных токов потребления ЕИ, срав­нимых с нагрузочной способностью ТТЛ-вентилей.

С целью устранения этого недостатка в схему подключения вводят дополнительный буферный транзистор. Такие схемы под­ключения [14] приведены на рис. 2.9.



Рис. 2.9. Схема возбуждения еди­ничных индикаторов с использова­нием усилительного транзистора

В схемах, представленных на рис. 2.9, а и 2.9, г, подклю­чение ЕИ происходит при нулевых, а в схемах на рис. 2.9, б, б, д при единичных логических уровнях на выходах ИМС. Токо-ограничивающие сопротивления для схем подключения рис. 2.9, а — в определяются из соотношения

R = (Uин — Uпp — UКЭ нас )/Iпр,

где Uкэ нас — падение напряжения коллектор-эмиттер насыщен­ного транзистора, а для схем подключения рис. 2.9, г и 2.9, д — из соотношения

R = (Uип-Uпр)/Iпр.

Если тип проводимости транзистора безразличен, следует применять схему рис. 2.9, б, когда ЕИ должен включаться ло­гической единицей на базе транзистора, и схему рис. 2.9, а, когда ЕИ должен включаться логическим нулем на базе тран­зистора. При использовании подключения схемы рис. 2.9, б, «, г можно использовать только схемы с активным выходом, а при использовании подключения по рис. 2.9, а, д — схемы с актив­ным выходом и с разомкнутым коллектором.

Примером применения ЕИ для индикации состояния логи­ческого элемента или выходного элемента модуля устройства может быть схема, приведенная на рис. 2.10. Схема работает в широком диапазоне температур.

 

Рис. 2.10. Практическая схема вклю­чения единичного индикатора

Рис. 2.11. Принципиальная схема ин­дикации достижения заданной тем­пературы



Рис. 2.12. Схема подключения еди­ничного индикатора к источнику переменного тока для обеспечения ночного подсвета в пультах управ­ления

На рис. 2.11 приведена схема устройства сигнализации [15] достижения заданной температуры в заданном объеме.


При температуре ниже заданной транзистор VT закрыт, све­тится красный ЕИ VD1. При достижении заданной темпера­туры сопротивление терморезистора падает, транзистор откры­вается, тогда красный ЕИ гаснет и зажигается зеленый ЕИ VD-2- Для повышения точности индикации достижения задан­ной температуры могут быть применены последовательное вклю­чение терморезисторов с различной крутизной характеристик и термостабилизация усилительного каскада.

При необходимости подключения ЕИ к источнику перемен­ного тока частотой F=400 Гц при UИП = 5,5 В может быть применена схема, приведенная на рис. 2.12. Выпрямление пе­ременного тока производится с помощью диодов VD1 и VD2. Последовательно соединенные с диодами резисторы R1 — Rn, где « — число включенных ЕИ, определяют значение протекаю­щего через индикаторы тока. С целью повышения коэффици­ента использования источника питания используются обе полу­волны переменного тока. Для двух групп по 20 ЕИ типа ЗЛ341Г, Е диоды VD1, VD2 типа 2Д202, сопротивление резисторов R1 — R40 равно 150 Ом. U,m = 5,5 В, частота 400 Гц.

 

 

 

 

 

2.1.2. Применение полупроводниковых единичных индикаторов для создания позиционных дисплеев и индикаторных табло

При необходимости индикации большого количества состоя­ний на ограниченной площади лицевой панели одного прибора пли при создании информационных табло общий объем обо­рудования для управления ЕИ может быть значительно снижен за счет использования матричного их включения.

На рис. 2.13 проиллюстрированы два основных режима уп­равления ЕИ, объединенных в матрицу, в которой, например, аноды ЕИ объединены по горизонтали (в строку), а катоды — по вертикали (в столбцы).



Рис. 2.13. Матричное подключение единичных индикаторов в т строк и n столбцов

 

Первый, наиболее простой режим управления — управле­ние ЕИ постоянным током. Такой режим позволяет обеспе­чить позиционное управление, т. е. такое управление, при ко­тором из всех ЕИ матрицы может быть включен только один.


Действительно, при подаче управляющих сигналов на выбран­ные клеммы по горизонтали и по вертикали может быть вклю­чен только один ЕИ, при необходимости включения другого ЕИ — ранее возбужденный ЕИ должен быть погашен.

При использовании для управления 20 ЕИ приведенных выше схем (см. рис. 2.7 и 2.9) требуется 20 переключателей питания и 20 токоограничивающих резисторов. При матричном 4X5 подключении 20 ЕИ (рис. 2.13) для управления необхо­димо девять переключателей питания и пять токоограничивающих резисторов при почти двукратном сокращении количе­ства адресных шин. Специфика постоянного режима управ­ления позволяет при расчете токоограничивающего резисто­ра исходить из значения -тока Iпр, протекающего через один HL л I.

С целью определения в общем виде сравнительного объема оборудования для управления некоторым одинаковым количе­ством ЕИ при раздельном и матричном управлениях располо­жим их в комплектные группы по т строк и n столбцов. При раздельном управлении потребуется тп коммутаторов пи­тания и тп токоограничивающих резисторов, при матричном соединении потребуется т+n коммутаторов и только т или n токоограничивающих резисторов при сокращении количества подсоединяющих проводов с mn+1 до т+n.

Использование в качестве коммутаторов питания приве­денных выше схем (рис. 2.7 и 2.9) может быть рациональным при небольшом количестве строк и столбцов матрицы три-че­тыре. При увеличении их количества рационально использо­вать дешифраторы двоично-десятичного кода (ДДК) в деся­тичный код типа 1 из 4, 1 из 8 и т. д. с соответствующим усилением по току. На рис. 2.14 приведена схема управления 64-элементным позиционным дисплеем двумя дешифраторами ДДК в десятичный [7].

При необходимости одновременной индикации нескольких ЕИ или отображения буквенно-цифровой информации используется второй, более общий тип управления матрицей — мультиплек­сный, позволяющий включать любую комбинацию ЕИ.

Рис. 2.14. Схема управления 64-эле-ментной матрицей единичных инди­каторов (дисплея позиционного типа) двумя дешифраторами ДДК в десятичный код:



1, 2 — информационный входы дешиф­раторов номера столбца и строки соот­ветственно; 3, 4 — дешифраторы ДДК в десятичный (позиционный) код столбцов и строк; 5 — блок усилителей тока

При мультиплексном управлении информация одновременно подается либо на все т строк при последовательном подклю­чении столбцов, либо одновременно на все n столбцов при последовательном подключении всех т строк. Указанные мето­ды индикации получили соответствующие наименования — ме­тод стробирования по столбцам и метод стробирования по строкам. В зависимости от количества строк и столбцов время протекания тока через каждый ЕИ сокращается в n или т раз с соответствующим снижением яркости свечения. Для повы­шения яркости свечения необходимо увеличивать средний ток через ЕИ. Полупроводниковые индикаторы, как это было пока­зано выше, выдерживают значительные пиковые токи, что и позволяет обеспечивать мультиплексное управление матрицами ЕИ без ухудшения яркостных характеристик. Подробнее о рас­четах пиковых токов при этом типе управления будет рассказа­но в разделе, посвященном управлению матричными индика­торами.

При частоте возобновления информации на каждом ЕИ более 100 Гц свечение всех включенных ЕИ будет восприни­маться так, как будто они управляются постоянным током.

Рис. 2.15. Схемы управления матрицей единичных индикаторов способом стро-бирования по столбцам (а) и строкам (б)

На рис. 2.15, а приведена схема управления матрицей ЕИ в режиме стробирования по столбцам. Информация 1 от внеш­него источника поступает на все адресные шины строк матри­цы и удерживается в течение времени опроса одного столбца по управляющим сигналам, поступающим на переключатели пи­тания столбцов 2. Затем последовательно меняется информация на адресных шинах строк с одновременным осуществлением пе­реключения сигнала опроса на соответствующий столбец.



Рис. 2.16. Переключатель питания на основе n-р-n и р-n-р и полевых тран­зисторов:



а, 6 - анодное включение ЕИ на бипо­лярных транзисторах; в. г — катодное включение ЕИ на биполярных транзисто­рах; д — аноднoe включение ЕИ на но­левом транзисторе; е — катодное включе­ние ЕИ на полевом транзисторе

На рис. 2.15,6 представлена схема управления матрицей ЕИ в режиме стробирования по строкам. Информация посту­пает на адресные шины 1 столбцов матрицы и удерживается в течение времени опроса одной строки матрицы. Затем после­довательно меняется информация на адресных шинах столбцов с одновременным осуществлением переключения опроса соот­ветствующей ей строки сигналами, поступающими на переклю­чатели питания строк ЕИ 2.



Рис. 2.17. Схема подключения еди­ничных индикаторов различных цветов свечения в матрицу со стробированием по строкам

В качестве анодных и катодных переключателей питания мо­гут быть использованы транзисторы различной проводимости. Некоторые широко используемые схемы на основе n-р-n, р-n-р и полевых транзисторов представлены на рис. 2.16. Токи тран­зисторов и рассеиваемые ими мощности необходимо определять при условии, что все ЕИ находятся во включенном состоянии. Сопротивления R1 и R2 должны обеспечивать поддержание насыщенного состояния транзисторов при самых неблагоприят­ных условиях (максимальных допусках на напряжения источ­ника питания, характеристики транзисторов, резисторов, при максимальных пиковых токах ЕИ).

Резистор RH может быть исключен из схемы при стробиро-вании по столбцу (строке), резистор R1 может быть исключен из схемы, если токи утечки в транзисторе малы, резистор R-2 — если при отсутствии R„ транзистор останется в ненасыщенном состоянии [7].

Матричные структуры ЕИ могут быть использованы в ка­честве индикаторов, размещаемых в различных местах лицевой панели прибора, с использованием цветного кодирования. При построении схем с применением ЕИ различного цвета све­чения для создания комфортности считывания информации не­обходимо иметь в виду, что ЕИ различных цветов свечения имеют не одинаковые падения напряжений при протекании через них прямых токов.


Кроме того, паспортные данные их силы света в зависимости от типа индикатора имеют также зна­чительные разбросы по значениям (от 0,15 до 2 — 3 мкд). По­этому при соединении ЕИ в матричные структуры необходимо

обеспечивать, во-первых, комфортность яркостного считывания информации по всему полю матрицы, во-вторых, амплитуды пиковых токов для различных по цветовым группам индика­торов. При этом рационально ЕИ с идентичными пиковыми то­ками группировать в одной строке (или столбце в зависимости от типа стробирования), обеспечивая амплитуду тока одним ре­зистором. В этом случае матрица может иметь не до конца за­полненные столбцы и строки. На рис. 2.17 представлена схема подключения EH1 — ЕИ9, в число которых входит три группы ЕИ с различными импульсными токами IИMП1, Iимп 2, Iимпз с иден­тичными токами размещены в строках при стробировании по строкам (при стробировании по столбцам с идентичными то­ками размещаются в столбцах).

Идентичность свечения ЕИ различных цветов может быть обеспечена расчетным или графическим способом. При графи­ческом построении по яркостной характеристике ЕИ по выбран­ной для всей матрицы яркости определяется значение прямого тока, по вольт-амперной характеристике с учетом разбросов значений прямого падения напряжения решается задача оп­ределения сопротивлений токоограничивающих резисторов.

2.2. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛИНЕЙНЫХ ШКАЛЬНЫХ ИНДИКАТОРОВ

Линейные шкальные индикаторы предназначены для отобра­жения в аналоговой форме непрерывно меняющейся инфор­мации.

Уступая цифровым индикаторам в возможности точного от­счета, аналоговая форма индикации на шкальных индикаторах обладает рядом преимуществ, в том числе:

возможностью визуального наблюдения тенденций измене­ния наблюдаемой величины;

высокой наглядностью относительных изменений параметров, выхода их значений за пределы допусков (при использовании шкальных индикаторов различных цветов свечения в одном устройстве);



возможностью обеспечения одновременного восприятия опе­ ратором большого объема информации при наименьшем уровне утомляемости.

 

Рис. 2.18. Структурная схема управления шкальными индикаторами при поступ­лении информации в аналоговой форме:

Uon — опорное напряжение устройства; R1- RN+Р - резисторы, обеспечивающие опор­ные напряжения для компараторов соответствующих элементов шкальных индикато­ров; R — токоограничивающие резисторы; ШИ1 — ШИN — набор шкальных индикаторов по р элементов в каждом; ДН — делители напряжения; K11 — KNP — компараторы

Рис. 2.19. Эпюры напряжения входного сигнала Uc и выходных напряжений U1-UN делителя ДН

При необходимости индикации параметров с оценкой их цифровых значений рядом со шкальным размещаются цифро­вые индикаторы или гравировки цифр.

Индикация информации может производиться различными способами: заполнением шкалы (от нулевого элемента до эле­мента, соответствующего максимальному значению параметра), индикацией максимального значения параметра и т. д. Способ индикации максимального значения параметра допускает использование его вариантов, в частности индикацию возбуждением одного или двух элементов с максимальной значимостью или индикацию типа «хвост кометы» (вид индикации, при котором элемент, соответствующий максимальному значению парамет­ра, излучает максимум световой энергии; два-три расположен­ных рядом элемента, соответствующие меньшим значениям па­раметра, излучают световую энергию с последовательно умень­шающейся до нуля интенсивностью).

Информация, поступающая на схемы управления шкальны­ми индикаторами от внешних источников данных, может быть представлена в аналоговой или цифровой форме.

В соответствии с этим схемы управления индикаторами де­лятся на два класса: цифро-кодовые преобразователи (ЦКП) и аналого-кодовые (АКП). При цифро-кодовом преобразовании на входы схемы управления подаются дискретные уровни кода (чаще всего двоичного или двоично-десятичного), которые преобразуются в сигналы непосредственного воздействия на эле­менты полупроводникового индикатора.



При аналого- кодовом преобразовании на входы схемы управ­ления подается непрерывная величина измеряемого параметра, чаще всего в виде напряжения постоянного тока, которая пре­образуется в сигнал непосредственного воздействия на элементы индикатора.

Преобразование аналогового сигнала в сигналы управления может быть осуществлено двумя способами. Первый способ — преобразование аналогового сигнала в многоуровневый по­зиционный параллельный код и управление каждым элементом шкального индикатора в отдельности. Второй способ — преоб­разование аналоговой формы параметра в цифровую форму при помощи широко используемых в электронной технике аналого-цифровых преобразователей и дальнейшее управление шкаль­ными индикаторами в цифровой форме.

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 ис поступает на вход схемы. Делителем напряжения ве­личина Uc преобразуется в ряд напряженки U1 — UN.

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

Компараторы, уровни опорных напряжений которых обес­печиваются резисторами R1 — RN+P, подключают последователь­но светодиоды шкальных индикаторов по достижении напряже­ниями U1 — UN 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 (Iмакс=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

Тип схемы управления	функциональное назначение	Вид шкальных индикаторов	Число инфор­маци­онных входов	Число выходов	IВЫХ.МАКС каждого выхода, мА
133ИД15	Дешифратор двоичного или двоично-десятичного кода в код управления шкальными индикаторами	С числом элементов 10, 8, 4, 2 красного цвета свечения с общим анодом	4	7	13
133ИД16	То же	То же для желтого и зеленого цвета свечения с общим катодом	4	7	13
133ИД20	»	Набор индикаторов с перекрестной коммутацией красного цвета свечения с общим анодом1	4	16	20
133ИД21	»	Набор индикатора с перекрестной коммутацией желтого и зеленого цветов свечения с общим катодом '	4	16	20

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

20	21	22	23	K	Г	РЯ	А	B	E1	E2	E3	E4	Е5
Выводы микросхемы
15	14	13	12	11	10	9	1	2	4*	5*	3*	6*	7*
0	0	0	0	1	1	1	0	1	0	1	1	1	1
1	0	0	0	1	1	1	1	0	0	1	1	1	1
0	1	0	0	1	1	1	0	1	1	0	1	1	1
1	1	0	0	1	1	1	1	0	1	0	1	1	1
0	0	1	0	1	1	1	0	1	1	1	0	1	1
1	0	1	0	1	1	1	1	0	1	1	0	]	1
0	1	1	0	1	1	1	0	1	1	1	1	0	1
1	1	1	0	1	1	1	1	0	1	1	1	0	1
0	0	0	1	1	1	1	0	1	1	1	1	1	0
1	0	0	1	1	1	1	1	0	1	1	1	1	0
X	X	X	X	1	0	1	0	0	1	1	1	1	1
X	X	X	X	1	1	0	0	0	1	1	1	1	1
X	X	X	X	0	1	1	1	1	0	0	0	0	0

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

20	21	22	23	K	Г	РЯ	А	B	E1	Е2	ЕЗ	Е4	Е5
Выводы микросхемы
12	13	14	15	11	10	9	1	2	4*	5*	3*	6*	7*
0	0	0	0	1	1	1	0	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	1	1	1	1	0	1	0	0	0	0
0	0	1	0	1	1	1	0	1	0	1	0	0	0
0	0	1	1	1	1	1	1	0	0	1	0	0	0
0	1	0	0	1	1	1	0	1	0	0	1	0	0
0	1	0	1	1	1	1	1	0	0	0	1	0	0
0	1	1	0	1	1	1	0	1	0	0	0	1	0
0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	1	0
1	0	0	0	1	1	1	0	1	0	0	0	0	1
1	0	0	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	1
X	X	X	X	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1
X	X	X	X	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1
X	X	X	X	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0

Примечания: 1. X — безразличное состояние ДДК входных сигналов.

2. Высокий логический уровень на выходах 3*— 7* микросхем соотвстств нию элемента шкалы; низкий логический уровень соответствует погашенному элемента шкалы.

Рис. 2.23. Схемы входных (а) и выходных (б) каскадов ИМС 133ИД15 и 133ИД16

Рис. 2.24. Структурная схема управ­ления набором шкальных индика­торов:

1 — внешний датчик двоично-десятич­ного кода; 2 — дешифратор номера шкального индикатора; 3 — дешифра­тор номера ячейки индикатора; 4 — набор шкальных индикаторов 5 — N

Дешифратор номера ШИ подключает один из N ШИ, а де­шифратор номера ячейки по коду источника ДДК подключает одноименные ячейки всех ШИ, замыкая контур протекания тока только через один светодиод.

В качестве дешифратора номера ячейки ШИ при управлении индикаторами с общим анодом может быть использована мик­росхема 133ИД20.



Рис. 2.25. Схема управления набором шкальных индикаторов с общим анодом микросхемами типа 133ИД15 и 133ИД20:

D1 — внешний датчик двоичного кода, D2 D3 — источники постоянного напряжения 5,5 и 4.0 В соответственно; D4 - микросхема 133ИД15; D5 — микросхема 133ИД1Ю; 6 — 13 набор ШИ



Рис. 2.26. Схема управления набором шкальных индикаторов с общим катодом микросхемами типа 133ИД16 и 133ИД21:

D1 - внешний датчик двоичного кода; D2 ИМС 133ИД21; D3 ИМC 133ИД16; 4 — 11 - набор ШИ

Пример совместного включения микросхем 133ИД20 и 133ИД15 при управлении набором шкальных ППИ красного цвета свечения с количеством элементов до 80 приведен на рис. 2.25. Для индикатора с 80 элементами необходимо иметь восемь десятиэлементных ШИ, т. е. необходимо обеспечить подключение одного из 16 анодных входов ШИ. Для этого достаточно одной тет­рады двоичного кода (ДК), выдаваемой внешним источником на входы дешифратора номера ШИ (в данном случае 133ИД20). Для параллельного подключения одноименных ячеек всех ШИ (одной из пяти ячеек каждого ШИ) достаточно трех разрядов ДДК, которые подаются в дешифратор номера ячейки (на входы микросхемы 133ИД15).


Приведенная на рис. 2.25 схема функ­ ционирует следующим образом. Тетрада ДК, поступившая на информационные входы микросхемы 133ИД20, в соответствии с ее таблицей истинности преобразуется в высокий логический уровень на одном из выходов микросхемы, подключая к источнику тока первый или второй вход одного из ШИ. Каждый из двух входов ШИ соединен с анодами пяти элементов шкалы, таким образом дешифратор номера ШИ со стороны анодов под­готавливает к возможности возбуждения по пять светодиодов, расположенных в одном ШИ. Одновременно с подачей ДК на вход 133ИД20 источник данных выдает на информационные входы дешифратора номера ячейки три разряда кода. На одном из выходов микросхемы 133ИД15 в соответствии с ее таблицей истинности (см. табл. 2.3) появится низкий логический уровень, параллельно поступающий на катоды одноименных ячеек всех ШИ. Однако засвечен будет только тот светодиод ШИ, который находится в группе элементов, подготовленных к работе с микросхемой 133ИД20. Таким образом, приведенная схема реализует матричную структуру управления шкальными индикаторами.

Подробнее принцип работы будет рассмотрен ниже, при опи­сании схемы управления шкальными индикаторами типа ИПТ08Б-10Л.



Рис. 2.27. Схема устройства управления шкальными индикаторами типа ИПТ08Б-10Л:

Uип= +5 В ± 10%; UI может быть равно Uип или U2 (или любому значению между ними); U2 выбирается от 6 до 1 1 В; R* выбирается исходя из значений U1 и требуемого Iвых, R* = 9(U1 — I )/IВЫХ (R* в килоомах, U1 - в вольтах, Iвых — в миллиамперах)

Принципиальная электрическая схема управления набором ШИ зеленого и желтого цветов свечения приведена на рис. 2.26. В качестве дешифратора номера ШИ использована микросхема 133ИД21. Работа схемы с учетом примечаний к таблицам истин­ности микросхем в части изменения полярности выходных сигна­лов аналогична работе схемы управления ШИ с общим анодом.

Устройства управления шкальными индикаторами ИПТ08Б-10Л. С целью сокращения объема электронного оборудования для управления ШИ типа ИПТ08Б-10Л с большим (до 160) количеством светящихся элементов рационально использовать ИМС типов 133ИД20 и 133ИД21.


Совместное включение двух указанных ИМС обеспечивает включение любого светодиода шкалы, состоящей из 16 шкальных индикаторов Н1 — Н16 типа ИПТ08Б-10Л (рис. 2.27). Схема построена таким образом, что микросхема D2 подключает выбранные аноды светодиодов к источнику питания, а микросхема D1 — катоды соответствующих светодиодов к корпусу источника питания.

Как видно из приведенной схемы, в шкальном индикаторе ИПТ08Б-10Л аноды объединены попарно, т. е. имеют пять выхо­дов, а катоды объединены в группы по пять и имеют два выхода.

Рассмотрим работу схемы. На входы дешифраторов D1 и D2 для управления 16 индикаторами Н1 — Н16 подается восьми­разрядный код данных. На входы дешифратора di подаются 1, 5, 6 и 7-й разряды данных, на входы дешифратора D2 — 2, 3, 4 и 8-й разряды данных. При нулевом коде данных на входах di и D2 выходы 5 di и D1 будут соответственно подключены к источнику питания и к корпусу источника питания, следова­тельно, первый светодиод индикатора Н1 засветится.

Далее, по мере нарастания кода появится единичный уро­вень в младшем разряде данных, следовательно, теперь выход 6 D1 будет подключен к корпусу, а выход 5 di отключится от корпуса, при этом первый светодиод в индикаторе Н1 погаснет, а второй засветится. При нарастании кода единичный уровень появится на втором разряде кода данных, а в первом разряде нулевой уровень. Теперь выход 6 D2 будет подключен к источ­нику питания, при этом выход 5 D2 отключится, а у D1, наобо­рот, выход 5 подключится к корпусу источника питания, а 6 отключится, при этом загорится третий светодиод в индикаторе Н1 и т. д. по мере нарастания кода будет загораться последую­щие светодиоды индикатора Н1.

При формировании входных данных надо учесть, что код дан­ных 2, 3 и 4-го разрядов должен быть сформирован по модулю 5, т. е. досчитывать только до 5, а затем опять начинать сначала. Далее, при единичном уровне в пятом разряде кода данных и нулевых уровнях на всех остальных разрядах данных выход 7 di подключится к корпусу источника питания, а выход 5 D2 — к источнику питания, теперь засветится первый светодиод Hi-Таким образом, изменяя код данных, можно выбрать и засветить любой из 160 светодиодов в шкале из 16 индикаторов типа ИПТ08Б-10Л.

Цифровые полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе

Цифровая информация, вырабатываемая вычислительными устройствами аппаратурных комплексов, может быть отображе­на с помощью индикаторов различных форматов, у которых имеется не только разное количество составляющих знак сег­ментов, но и разная их конфигурация и взаимное расположение. В настоящее время существуют шести-, семи-, восьми-, девяти-и десятиэлементные индикаторы, причем практически каждый тип индикаторов имеет вариантное по конфигурации сегментов исполнение, а цифры — вариантное исполнение по набору приме­няемых элементов.

Выбор формата индикаторов для цифровой индикации прово­дится по трем оценкам: по привычности начертания цифр, по помехоустойчивости и по сложности и объему необходимого для управления ими электронного оборудования.

 

3.1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

Анализ большого количества форматов шрифтов показал [16], что по привычности начертания цифр, оцениваемой по пятибалльной системе, значительное преимущество имеют инди­каторы девяти- (два типа), восьми- и семисегментные, представ­ленные на рис. 3.1. Количественные оценки приведенных фор­матов шрифтов равны 4,293; 4,134; 4,020 и 3,933 соответствен­но.



Рис. 3.1. Структурные рисунки инди­каторов, наиболее перспективных с точ­ки зрения привычности начертания цифр



Рис. 3.2. Структурные рисунки индикаторов, наибо­лее перспективных с точки зрения помехоустойчи­вости

Наиболее высокие оценки по помехоустойчивости имеют де­сяти- и девятисегментные форматы шрифтов. Количественно помехоустойчивость определялась значениями условных вероят­ностей появления ошибок в случае воздействия помехосбойных (ложных, сходных и несходных искаженных) и правильных изображений. Преимущество имеют десяти-, девятисегментные форматы, приведенные на рис. 3.2.

При использовании индикаторов в системах отображения информации, в которых информация выдается из вычислитель­ной их части в индикаторную в редких циклах обмена, необхо­димо в первую очередь обратить внимание на помехоустойчи­вость формата индикатора.



Основным методом повышения помехоустойчивости индика­ торов для снижения влияния этого фактора при выборе форма­та является повышение частоты обновления информации.

По суммарной оценке технологичности производства (а сле­довательно, и стоимости), привычности написания цифр и прос­тоте схемных решений для управления был выбран семисегмент-ный формат цифровых индикаторов. В качестве дополнения к семисегментному формату индикаторов разработан пятисегмент-ный формат, позволяющий индицировать знаки «плюс», «минус» и «1» для индикации символов полярности числовых значений параметров и переполнения в устройствах с неполным числом разрядов.



Рис. 3.3. Структурные рисунки семисегментных (и) и пятисегментных (б) циф­ровых индикаторов и структурные рисунки их знаков

Структурные рисунки индикаторов (т. е. изображения, возни­кающие при включении всех элементов индикатора и показы­вающие число, форму и взаимное расположение элементов) и структурные рисунки знаков (т. е. изображение, возникающее при включении элементов, входящих в отображаемый знак) представлены на рис. 3.3.



Рис. 3.4. Зависимость углового размера знака а от расстояния наблюдения l при заданном размере знака h

Достаточно широкий выбор индикаторов с различными высо­тами знаков позволяет разработчикам устройств отображения информации подобрать ППИ в зависимости от дальности наблю­дения. В частности, для определения максимальной дальности считывания информации с индикаторов (при освещенности 100 — 1000 лк) для операторов с нормальным зрением можно пользоваться нижеприведенными данными.

Зависимость максимальной дальности считывания информации от высоты знака

Высота знака, мм	9	2,5	3	3,5	4	5	7	9	12	18
Максимальная дальность считывания, м	1,1	1,4	1.7	2	2,2	2,8	3,9	5	6,6	10

В зависимости от расстояния наблюдения, обеспечиваемого размерами и светотехническими характеристиками индикатора, различаются индикаторы индивидуального пользования (рас­стояние наблюдения до 1,5 м); группового пользования (до 4 м); коллективного пользования (более 4 м).



Уровень комфортного считывания может быть определен по номограммам [16] зависимостей углового размера знака от рас­стояния наблюдения при заданном размере знака. Учитывая, что острота зрения человека примерно равна одной угловой минуте, при умеренном уровне внешней освещенности для уве­ренного, комфортного считывания информации угол зрения дол­жен для семисегментных индикаторов составлять примерно шесть-семь угловых минут.



Рис. 3.5. Обозначение светящихся эле­ментов семисегментного полупроводни­кового индикатора

На рис. 3.4 представлена часть такой номограммы для инди­каторов с высотой знака h, равной 2 — 12 мм, наиболее часто встречающейся среди выпускаемых ППИ. Однако в условиях повышенных уровней внешних освещений этими данными пользо­ваться не рекомендуется. Угловой размер знака должен быть примерно 20'; кроме того, для обеспечения надежного считыва­ния информации с индикаторов в этих условиях необходимо применять специальные меры по повышению контраста, о чем будет подробно рассказано в гл. 5.

С точки зрения схемных решений по управлению индика­торами все ППИ могут быть представлены двумя группами.

К первой группе относятся полупроводниковые индикаторы в основном гибридной конструкции, нашедшие применение в про­мышленных приборах. Такие индикаторы, как правило, имеют большие габаритные размеры. Каждый из сегментов этого типа индикаторов имеет отдельный светодиод, а каждый из светодио-дов — свой управляющий вход. К этой же группе ППИ относятся семисегментные индикаторы со встроенными схемами управления (К490ИП1, 490ИП1 и К490ИП2, 490ИП2).

Ко второй группе цифровых индикаторов относятся индика­торы монолитной конструкции. Они изготавливаются методом диффузии полупроводниковых переходов для нескольких инди­каторов на одну подложку, т. е. в одном корпусе такого прибо­ра размещено несколько индикаторов (четыре — шесть и более). Как правило, такие индикаторы имеют общие управляющие входы для одноименных сегментов нескольких цифр.


Монолитные индикаторы применяются в основном в индикаторах приборов индивидуального пользования, в частности в наручных часах, калькуляторах, переносных приборах.

Различие в конструктивном исполнении индикаторов и в организации их выводов потребовало, естественно, различ­ного управления ими. Существует два метода управления цифровыми индикаторами: управление в статическом режиме (или в режиме постоянного тока) и в мультиплексном режиме (или режиме последовательного стробирования цифр).

Статический режим рекомендуется использовать для управле­ния полупроводниковыми цифровыми индикаторами (ППЦИ) в устройствах отображения информации с малой информатив­ной емкостью. Для этого используются индикаторы первой груп­пы, имеющие отдельный управляющий вывод для каждого элемента индикации (сегмента).

Мультиплексный режим рекомендуется применять для управ­ления ППЦИ в устройствах отображения информации повышен­ной и большой информативности. В таких устройствах исполь­зуются в основном индикаторы второй группы — индикаторы монолитной конструкции, имеющие управляющие выводы для одноименных сегментов нескольких цифр, размещенных в одном корпусе.

Выбор режима управления ППЦИ основан также на опреде­лении объема и стоимости оборудования управления необходимым количеством цифр. При этом необходимо учитывать не только стоимость покупных электрорадиоэлементов, но и объем и стои­мость работ по изготовлению плат печатного монтажа, монтажа электрических соединений, относительную стоимость занимаемых объемов и масс. Кроме того, при выборе режима управления следует помнить, что, как будет показано в § 3.4, мультиплексный режим управления ППЦИ позволяет снизить энергопотребление индикаторов при сохранении их яркостных характеристик. Сни­жение масс, габаритных размеров и стоимости источников питания индикаторов также необходимо принимать во внимание при вы­боре режима управления ППЦИ.

Независимо от методов управления индикаторами наиболее логичной и простой формой передачи цифровой информации является передача ее в виде двоично-десятичного кода.


Эта информация по ее получении должна быть преобразована в семисегментный позиционный код, воспринимаемый индикато­рами. Для всех семисегментных индикаторов обозначение сег­ментов унифицировано (рис. 3.5).

 

3.2. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ИНДИКАТОРАМИ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Для индикации информации, поступающей в виде логичес­ких уровней «один из десяти», наиболее простым вариантом исполнения дешифратора для цифрового индикатора является схема диодного дешифратора, представленная на рис. 3.6. При подаче высокого логического уровня на один из десяти входов такого дешифратора индикатор с общим катодом, например индикатор ЗЛС320А-Е, высвечивает цифру, соответствующую номеру этого входа. Аналогичный дешифратор может быть раз­работан для семисегментного индикатора с общим анодом, а также и для пятисегментного.



Рис. 3.6. Схема диодного дешифра­тора для управления семисегмснт­ным индикатором с общим катодом

При использовании диодных дешифраторов необходимо следить за обеспечением токовых режимов индикаторов, зави­сящих от динамического сопротивления сегмента, диодов дешиф­ратора, от сопротивления источника сигнала. Подход к расчетам схем приведен ниже.

Необходимо отметить, что такие схемы подключения инди­каторов и дешифраторов могут быть использованы совместно с полупроводниковыми схемами в качестве источников инфор­мации только для ограниченного количества типов индикаторов, поскольку нагрузочная способность микросхем широкого приме­нения не может обеспечивать необходимый токовый режим свечения многих типов сегментов индикаторов. Объем элект­ронного оборудования в подобных схемах растет за счет необ­ходимой установки усилителей-формирователей тока на каждом из входов диодного дешифратора.

Учитывая, что наиболее рациональным и чаще встречающим­ся способом передачи информации является передача ее в ви­де двоично-десятичного кода (ДДК), необходимо более ши­роко рассмотреть возможности дешифрации информации из ДДК в позиционный семисегментный код цифровых индикато­ров.



При передаче информации в виде ДДК наиболее простым способом управления цифровыми ППИ является способ управ­ления в статическом режиме (режиме постоянного тока), при котором каждый индикатор обеспечивается устройствами па­мяти, дешифратором ДДК в позиционный код (ПК), восприни­маемый ППЦИ, а также формирователями тока.

В общем виде структурная схема управления индикатором в режиме постоянного тока представлена на рис. 3.7.



Рис. 3.7. Структурная схема управ­ления полупроводниковым индика­тором (семисегментным) в режиме постоянного тока



Рис. 3.8. Схема подключения ППИ к дешифратору двоично-десятичного кода в семисегментный позиционный код, воспринимаемый индикатором: а — ППИ с общим катодом; б — с общим анодом

Рис. 3.9. Схема входных каскадов ИМС К514ИД1, 514ИД1, К514ИД2, 514ИД2

Дешифратор преобразует информацию ДДК в семиразрядный позиционный код. Полупроводниковые индикаторы являются то­ковыми приборами, для их нормального функционирования необходимо стабилизировать прямой ток через каждый элемент Эту задачу выполняют формирователи тока. Таким образом, преобразованная из ДДК в позиционный код информация посту­пает с нормированными по току характеристиками на управляю­щие входы индикатора. При необходимости индикации десятичных значений параметров поступающие на схему управления данные должны содержать информацию о включении децималь­ной точки (ДТ). Эта информация по сигналу «Разрешение запи­си» запоминается устройством памяти ДТ, нормируется форми­рователем тока и подается на светодиод децимальной точки индикатора.

Рис. 3.10. Схема выходов ИМС К514ИД1 и 514ИД1

Рис. 3.11. Схема выходов ИМС К514ИД2 и 514ИД2

В табл. 3.1 представлен перечень наиболее часто применяю­щихся в промышленных устройствах отображения информации микросхем, предназначенных для дешифрации цифровых сигна­лов двоичного кода в семисегментный позиционный код полупро­водниковых индикаторов.

Схема подключения полупроводниковых цифровых индика­торов к дешифраторам. На рис. 3.8 представлены схемы подклю­чения ППЦИ с общим катодом и общим анодом к соответствую­щим дешифраторам двоичного кода в семисегментный позицион­ный код индикатора.





Рис. 3.12. Принципиальная схема преобразования и индикации информации на ПНИ с общим анодом при использовании дешифратора тина 514ИД2, К514ИД2

Входные каскады дешифраторов К514ИД1, 514ИД1, К514ИД2, 514ИД2 одинаковы, их принципиальные электрические схемы приведены на рис. 3.9. Различие подключения индикато­ров с общим катодом и общим анодом к дешифраторам объяс няется различием построения выходных каскадов последних (рис. 3.10 и 3.11). Представлены схемы выходов микросхем К514ИД1, 514ИД1 и К514ИД2, 514ИД2 соответственно.

Таблица 3.1. Общие данные о схемах управления цифровыми полупроводни­ковыми индикаторами

Тип схемы управления	Функциональное назначение	Вид цифрового индикатора	Число инфор­мацион­ных входов	Число выхо­дов	Iвых макс. каждого выхода, мА
514ИД1, К514ИД1	Дешифратор дво- ичного кода в семи- сегментный	Семисегмент- ные с ОК	4	7	7,5
514ИД2, К514ИД2	То же	Семисегмент- ные с ОА	4	7	22
514ПР1, К514ПР1	Дешифратор дво- ичного кода в семи- сегментный с регист- ром памяти	То же	6	7	25
514ИД4А, К514ИД4А	Дешифратор дво- ичного кода в гексо- децимальный с па- мятью и формирова- телем тока	Семисегмент- ные с ОК красно- го, желтого, зеле- ного цветов	4	7	13
514ИД4Б, К514ИД4Б	То же	То же	4	7	26
514ИД4В, К514ИД4В	»	»	4	7	52
533ИД18	Дешифратор дво- ичного кода в семи- сегментный	Семисегмент- ные с ОА	4	7	10
514ПП1, К514ПП1	То же » »	То же » »	4	7	12
133ПП4	» »	» »	4	7	10

Формирователями токов для сегментов индикатора с общим анодом служат резисторы R1 — R7 (рис. 3.12), для децимальной точки — резистор Re, а для децимальной точки индикатора с общим катодом — резистор R.

Сопротивления R1 — R7 могут быть определены из следующего соотношения:

R = (Uип—Uпр—Uдип)/Iпр,                                                                       (3.1)

где Uим напряжение источника питания, В; Uпр — прямое на­пряжение светодиода при постоянном токе через сегмент Iпр, В; Uш, - выходное напряжение дешифратора 514ИД2 во включен­ном состоянии, В; Iпр — прямой ток через светодиод, А (0,02 А).

При Uип = 5,5 В, UПр = 2,5 В, UДин=0,45 В R = 102 Ом, бли­жайший номинал по шкале номиналов сопротивлений по ГОСТ 2825-67 составляет 100 Ом.

Аналогичные расчеты позволяют вычислить сопротивление R» для формирования тока децимальной точки (Rs=120 Ом).

Максимально допустимые выходные токи дешифраторов для индикаторов с общим катодом и общим анодом составляют 7,5 и 22 мА соответственно. При проектировании дисплеев может возникнуть необходимость усиления мощности выходных каска­дов микросхем. На рис. 3.13, а и б приведены возможные схемы включения транзисторов на выходах указанных дешифраторов.

На рис. 3.12 представлена аппаратурная реализация схемы управления постоянным током индикатора ЗЛС324Б1.

В качестве устройств памяти кода данных и наличия деци­мальной точки использованы микросхемы типа К155ИР1, в ка­честве дешифратора двоично-десятичного кода в семисегментный позиционный код использован дешифратор 514ИД2. В качестве устройств памяти могут быть использованы и другие микросхемы с аналогичными функциональными возможностями.



Рис. 3.13. Схема подключения усилительного транзистора на выходе дешифра­тора К514ИД1 (514ИД1) (а) и К514ИД2 (514ИД2) (б)



Рис. 3.14. Схема подключения ППН с изменяемым цветом свечения к дешифрато­ру двоично--десятичного кода r семисегментныи код, воспринимаемый индикатором:

ПНИ индикаторы типов ИНЦ02А-1/7, КИПЦ02A-1 /7КЛ, ИПЦ02Б-1/7КЛ.


КИПЦ021) -1/7КЛ; КЗЦ и ККЦ ключи типа 1HT251 подключения свотодиодов зеленого и красного цветов свечения соответственно

 

Таблица 32 Таблица истинности микросхем К514ИД1, К514ИД2, 514ИД1, 514ИД2

В х од	Выход	Символ
20	2'	22	23	г	л	в	с	D	Е	F	G
Выводы микросхемы
7	1	2	6	4	13	12	11	10	9	15	14
0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	0
1	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0
0	1	0	0	1	1	1	0	1	1	0	1
1	1	0	0	1	1	1	1	t	0	0	1
0	0	1	0	1	0	1	1	0	0	1	1
1	0	1	0	1	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	1	1	0	1	1	1	1	1
1	1	1	0	1	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	1	1	1	1	1	0	1	1
0	1	0	1	1	0	0	0	1	1	0	1
1	1	0	1	1	0	0	1	1	1	0	0
0	0	1	1	1	0	1	0	0	0	1	1
1	0	1	1	I	1	0	0	1	0	1	1
0	1	]	I	1	0	0	0	1	1	1	1
1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»
X	X	X	X	0	0	0	0	0	0	0	0

Примечания: 1. Для входов микросхем 514ИД1, 2:1 — U'вх ; 0 — U0вх ; X — без­различная комбинация входных сигналов (U1вх или U0вх).

2. Для выходов микросхем: I — I1вых для 514ИД1, I0вых для 514ИД2; 0 — I°вых для 514ИД1, Iвых для 514ИД2.

3. Г — вход ИМС при низком уровне сигнала, на котором обеспечивается гашение всех сегментов индикатора.

Полученная от источника в виде двоично-десятичного кода информация запоминается в устройствах памяти при подаче сигнала высокого логического уровня «Разрешение записи» на соответствующие входы микросхем.





Рис. 3.15. Принципиальная схема преобразования и индикации информации на ППИ с общим анодом при использовании дешифратора типа 514ПР1

Кроме монохромных семисегментных индикаторов разработан ряд индикаторов с двумя цветами свечения. Эти индикаторы имеют восемь катодных выводов (по одному на каждый сегмент и на децимальную точку) и два анодных вывода, каждый из которых объединяет аноды сегментов красного и зеленого цветов свечения соответственно. Для управления такими индикато­рами (ИПЦ02А-1/7КЛ, КИПЦ02А-1/7КЛ, ИПЦ02Б-1/7КЛ, КИПЦ02Б-1/7КЛ) могут быть использованы дешифраторы типов 514ИД2 и К514ИД2, как это показано на рис. 3.14. Замыкание цепи прохождения тока одним из ключей вызовет свечение сег­мента зеленого или красного цвета свечения [17].

Для использования дешифраторов в устройствах отображе­ния информации необходимо строгое- соответствие входных кодов для микросхем-дешифраторов их выходным кодам и позицион­ному (в соответствии с рис. 3.5) положению сегментов в инди­каторе. Эти данные приведены в табл. 3.2.

Кроме указанных микросхем для управления индикаторами с общим анодом могут быть использованы также дешифраторы двоично-десятичного кода в позиционный — ИМС 514ПР1. Эта микросхема содержит в своем составе кроме собственно дешиф­ратора ДДК также устройства памяти кода информации (на 4 бита) и формирователи токов сегментов. На рис. 3.15 представ­лена аппаратурная реализация схемы управления индикаторов с общим анодом (в данном случае 3ЛС324Б1) с применением дешифратора 514ПР1. В качестве устройства памяти децималь­ной точки может служить микросхема К155ИР1 или аналогичная ей по функциональным возможностям (например, 134ИР1).

Запись информации в ИМС 514ПР1 производится при одно­временной подаче на соответствующие ее входы кода данных и сигнала «Разрешение записи».

Временной интервал между фронтами приходящих на входы 2, 11, 12, 13, 14 информационных сигналов и фронтом логиче­ской единицы, поступающей на вывод 5 микросхемы для записи информации в регистр памяти, не должен превышать 50 не;



временной интервал между срезами информационных сигналов, поступающих на входы, и фронтов сигнала разрешения записи на входе 5 также не должен превышать 50 не.

При использовании ИМС 514ПР1 предельно допустимое зна­чение напряжения индикации зависит от температуры окру­жающей среды и в диапазоне от 35 до 70° С определяется по формуле Uинд.маК1 = 3,7 — (Токр.ср — 35) -0,011, где Гокр.ср — тем­пература окружающей среды в °С. При 7OKpq, = 35°С UН11дмакг = = 3,7 В.



Рис. 3.16. Схемы входных (а) и выходных (6) каскадов ИМС 514ПР1

Выходные и входные каскады микросхемы представлены на рис. 3.16. Таблица истинности ИМС 514ПР1 (табл. 3.3) анало­гична таблице истинности микросхем 514ИД2 и К514ИД2 только в части дешифрации цифровых значений от 0 до 9. При проекти­ровании ИМС 514ПР1 были учтены запросы разработчиков устройств отображения информации и вместо знаков позиций 11 — 15 таблицы истинности микросхем 514ИД1. К514ИД1, 514ИД2, К514ИД2 введена дешифрация знака «минус» и букв С, Я, Р, L.

Для управления семисегментными индикаторами с общим катодом зеленого, красного и желтого цветов свечения могут быть использованы также микросхемы типа 514ИД4А, Б, В. Схема подключения дешифратора к индикатору с общим като­дом приведена на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Схема подключения дешифра­тора 514ИД4А, Б, В к цифровым инди­каторам с общим катодом: D1, дешифратор ДДК (514ИД4A, Б. В). 1-7 — информационные входи дешифра­тора; Н — семисегментный индикатор с общим катодом

 

Таблица 3.3. Таблица истинности ИМС 514ПР1

Вход	Выход	Символ
20	2'	22	23	Р	Г	А	B	C	D	E	F	G
Выводы микросхемы
7	1	2	6	5	4	13	12	11	10	9	15	14
0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	]	1	1 0
1	0	0	0	0	1	0	1	1	0	0	0	0
0	1	0	0	0	1	1	1	0	1	1	0	1
1	1	0	0	0	1	1	1	1	1	0	0	1
0	0	1	0	0	1	0	1	1	0	0	1	1
1	0	1	0	0	]	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1
1	1	1	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	0	1 1	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	0	1	1	1	1	1	0	1	1
0	1	0	1	0	1	1	1	0	0	1	1	1
1	1	0	1	0	1	0	0	0	1	1	1	0
0	0	1	1	0	1	1	0	0	1	1	1	0
1	0	1	1	0	1	0	1	1	0	1	1	1
0	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	1	—
1	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»
X	X	X	X	X	0	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»
X	X	X	X	1	1	X X	X X	X X	X X	X X	X X	X X	XX
X	X	X	X	1	0	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»

Примечания: 1. Для входа микросхем: 1 — U1вх; 0 — U0вых.

2. Для выхода микросхем: 1 — I1ВЫХ; 0 — I0ВЫХ.

3. X — безразличная комбинация входных сигналов (U1вх; U0вх.).

4. X X — сохраняющийся символ на выходе, существовавший до подачи U1вх на вход Р.

Таблица истинности этих ИМС (табл. 3.4) несколько отли­чается от таблицы истинности ранее приведенных ИМС: в первой строке обозначений входов и выходов ИМС проставлены на­именования выполняемых функций в соответствии с техниче­скими условиями на микросхемы, во второй строке — их стан­дартизованные обозначения.

Выходные токи ИМС зависят от температуры окружающей среды. Данные об этом представлены в табл. 3.5.

 

Таблица 3.4. Таблица истинности ИМС 514ИД4А, Б, В

Вход	Выход	Символ
X1	X2	X3	X4	X5	X6,	YA	YB	YC	YD	YE	YF	YG
20	21	22	23	Г	Р	A	В	С	D	E	F	G
Выводы микросхемы
7	1	2	6	4	5	13	12	1 1	10	9	15	14
0	0	0	0	1 0	(J	1	1	1	1	1	l	0
1	0	0	(1	0	0	0	1	1	0	(J	f)	0
0	1	0	0	0	0	1	1	0	1	1	0	1
1	1	0	0	0	0	1	1	1	1	0	0	1
0	0	1	0	0	0	0	1	1	0	0	1	1
1	0	1	0	0	1	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	0	0	1	0	1	1	1	1	1
1	1	1	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	1	0	0	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	0	0	1	1	1	1	0	1	1
0	1	0	1	0	0	1	1	1	0	1	1	0
1	1	0	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1
0	0	1	1	0	0	1	0	0	1	1	1	0
1	0	1	1	0	0	0	1	1	1	1	0	1
0	1	1	1	0	0	1	0	0	1	1	1	1
1	1	1	1	0	0	1	0	0	0	1	1	1
X	X	X	X	1	0	0	0	0	0	0	0	0	«бланк»

Примечания: 1 Свечению сегментов индикатора соответствуют выходные напря­жения высокого уровня, выходные каскады работают в режиме источника тока.

2. Знаку X соответствует безразличное состояние логического уровня входного напряжения.

3. X6 вход управления «памятью». При наличии на входе X6 напряжения высокого уровня информационные входы ИМС отключаются и схема запоминает предыдущую информацию до момента снятия со входа X6 напряжения высокого уровня.

1. X5 - вход ИМС, высокий уровень напряжения на котором дешифруется отсутст­вием свечения сегментов индикатора при любых сочетаниях логических уровней на входах микросхемы.

 

Таблица 3.5. Значения выходного тока высокого уровня ИМС 514ИД4А, Б, В при различной температуре окружающей среды

Uвых, В	Значение выходного тока, мА, при температуре, ° С
514ИД4А	514ИД4Б	514ИД4В
— 60	+25	+85	— 60	+25	+85	— 60	+25	+85
Не более 1 ,7	15	13	13	29	26 2	6	58	52	52
Не менее 3,0	7	7	6	14	14 1	2	28	28	25

Микросхема 533ИД18 также может быть использована в ка­честве дешифратора двоично-десятичного кода в позиционный код при управлении одноразрядными индикаторами с общим анодом в устройствах отображения информации. Таблица истин­ности ИМС 533ИД18 приведена ниже (табл. 3.6).

Микросхема работает в одном из четырех режимов: 1 — дешифрация знаков при выполнении функций от 0 до 15 табл. 3.6; 2 — 4 режимы — выполнение функций BI/RBO, RBI, LT соответ­ственно.

Режим 1. Режим непосредственной дешифрации. На входах LT, BI/RBO, RBI — высокий уровень. Логические уровни входов VI, V2, V4, V8 — обеспечивают на выходах Q1 — Q7 состояния уровней для индикации на ППИ с общим анодом указанных в табл. 3.6 знаков.

Режим 2. Режим «закрытых входов». На выводе BI/RBO — низкий уровень. Все выходы находятся в выключенном состоянии, обеспечивая «бланк», т. е. выключенное состояние всех сегментов индикатора.



Режим. 3. Режим «без нуля». Если на входах LT= 1, RBI = Q, то вывод BI/RBO — в режиме 3 является выходом. При VI = — V2 = V4 = V8 = Q «О» не дешифруется. Все выходы переходят в закрытое состояние, т. е. Q1-Q7=l, что соответствует инди­кации «бланка». На выходе BI/RBO — низкий уровень. Весь остальной набор состояний VI - V8 дешифруется аналогично режиму 1.

Режим 4. Режим контроля индикатора. На выводах ИМС L7 = 0, Bl/RBO=1. Независимо от состояния входов VI — V8 на выходах Q1 — Q7 — низкий уровень, обеспечивающий свечение «8» на индикаторе.

При подаче на вход ИМС двоично-десятичного кода дешиф­руются цифры от 0 до 9, при подаче двоичного кода — знаки символов функций от 0 до 15.

При использовании ИМС 533ИД18 в качестве дешифратора ДДК в ПК необходимы как минимум два режима ее работы: дешифрации и контроля (режимы 1 и 4).

Для управления цифровыми индикаторами с общими анодами разработана также микросхема К514ПП1. Таблица истинности микросхемы представлена в табл. 3.7. В качестве выходного эле­мента использован ключ с разомкнутым коллектором. Макси­мальный выходной ток Iвых. макс= 12 мА. При подключении инди­каторов к выходам ИМС последние нужно защищать от чрез­мерного втекающего тока токоограничивающими резисторами. Расчет сопротивлений резисторов приведен выше.

Таблица 3.6. Таблица истинности ИМС 533ИД18

Обозначение теста	Вход	LT	Вход -выход BI/RBO	Выход	Символ
V1	V2	V4	V8	RBI	Ql	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7
20	21	22	23	А	В	С	D	Е	F	G
Вывод микросхемы
7	1	2	6	5	3	4	13	12	11	10	9	15	14
0	0	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	1
1	1	0	0	0	X	1	1	1	0	0	1	1	1	1
2	0	1	0	0	X	1	1	0	0	1	0	0	1	0
3	1	1	0	0	X	1	1	0	0	0	0	1	1	0
4	0	0	1	0	X	1	1	1	0	0	1	1	0	0
5	1	0	1	0	X	]	1	0	1	0	0	1	0	0
6	0	1	1	0	X	1	1	0	1	0	0	0	0	0
7	1	1	1	0	X	1	1	0	0	0	1	1	1	1
8	0	0	0	1	X	1	1	0	0	0	0	0	0	0
9	1	0	0	1	X	1	1	0	0	0	0	1	0	0
10	0	1	0	1	X	1	1	1	1	1	0	0	1	0
11	1	1	0	1	X	I		1	1	0	0	1	1	0
12	0	0	1	1	X	1	1	1	0	1	1	1	0	0
13	1	0	1	1	X	Х	1	1	1	1	0	1	0	0
14	0	1	1	1	0	1	1	1	1	1	0	0	0	0
15	1	1	1	l	X	X	0	1	1	1	1	1	1	1	«бланк.»
HI/RHO	X	X	X	X	X	X	0	1	1	1	1	1	1	1	«бланк.»
R8I	0	0	0	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	«бланк»
LТ	X	X	X	X	X	0	1	0	0	0	0	0	0	0

Примечании: 1. Свечению сегментов индикатора соответствует выходное на­пряжение низкого уровня.

2. Х - безразличное состояние логических уровней на входах ИМС. 3 B1 /RB0 вывод является выходом только в коде RBI

Таблица 3.7. Таблица истинности ИМС К514ПП1

Номер теста	Вход	Выход	Символ
X1	X2	X3	X4	X5	YA	YB	YC	YD	YE	YF	YG
20	21	22	23	K	A	B	C	D	E	F	G
Номер вывода микросхемы
5	1	2	4	3	11	10	9	8	6	13	12
1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
9	1	0	0	0	0	1	0	0	1	1	1	1
3	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0	1	0
4	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0
5	0	0	1	0	0	1	0	0	1	1	0	0
6	1	0	1	0	0	0	1	0	0	1	0	0
7	0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
8	1	1	1	0	0	0	0	0	1	1	1	1
9	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
10	1	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
11	0	1	0	1	0	1	1	1	0	0	1	0
12	1	1	0	1	0	1	1	0	0	1	1	0
13	0	0	1	1	0	1	0	1	1	1	0	0
14	1	0	1	1	0	0	1	1	0	1	0	0
15	0	1	1	I	0	1	1	1	0	0	0	0
16	1	1	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	«бланк»
17	X	X	X	X	1	0	0	0	0	0	0	0

Примечании: 1. Свечении сегментов индикатора соответствует состоянию логического нуля на выходе микросхемы.

2. Знаку X соответствует безразличное состояние на входах X1-X4.





Рис. 3.18. Схемы входных (а) и выходных (б) каскадов ИМС К514ПП1

Рис. 3.19. Схема выходных кас­кадов ИМС 133ПП4

Схемы входных и выходных каскадов микросхемы приведены на рис. 3.18.

Для управлении семисегментпыми индикаторами с общим анодом может быть использована также микросхема 133ПГ14. Принципиальная схема входных каскадов ее аналогична схеме входных каскадов ИМС КМ4ИД1, К514ИД2, 514ИД1, 514ИД2. Схема выходных каскадов приведена на рис. 3.19. Нумерация выводов и их соответствие выполняемым функциям указанных микросхем также унифицированы.

Особое место среди выпускаемых промышленностью семи-сегментных индикаторов занимают микросхемы-индикаторы (индикаторы со встроенными схемами управления). К ним ел носятся полупроводниковые индикаторы типов К490ИП1, 490ИП1, К490ЙП2 и 490ИП2.



Рис. 3.20. Схема последовательного включения десятичных счетчиков индикато­ров К490ИП1 и 490ИП1:

1 — информационный вход устройства индикации; 2 — группа входов по управлению децимальными точками каждого из разрядов; 3 — входы счетчиков индикаторов по уста­новке нуля; 4 — группа входов гашения для каждого из разрядов

Индикаторы К490ИП1 и 490ИП1 представляют собой десятич­ные счетчики-индикаторы с децимальной точкой. Для их исполь­зования в качестве индикаторов в устройствах отображения информации на несколько разрядов необходимо кодовый выход младшего разряда устройства (вывод 4 последнего индикатора) соединить со входом старшего разряда (вывод 7 следующего по старшинству разряда индикатора).

На рис. 3.20 представлена схема подключения десятичных счетчиков-индикаторов К490ИП1 и 490ИП1 для использования в качестве N-разрядного индикатора цифровых значений пара­метра. Младшим разрядом устройства индикации является счетчик-индикатор DN, старшим разрядом устройства счетчик-индикатор di. Выход младшего разряда (вывод 4 Dv) устрой­ства индикации соединен со счетным входом предыдущего раз­ряда счетчика (вывод 7 DN ,), вывод 4 которого соединен со входом следующего по старшинству разряда и т.


д. до соеди­ нения выхода предыдущего разряда со входом старшего разряда устройства (вывод 7D1).

Вход гашения (вывод 2) позволяет при записи информации в счетчик микросхемы не индицировать вносимую в этот момент информацию. Установка нуля прибора осуществляется по вы­воду 6, управление децимальной точкой — но выводу 9 прибора.



Рис. 3.21. Схемы входного (и) и выходного (б) каскадов счетчиков-индикаторов КШОИП1 и 490ИП1

Таблица 38. Соответствие индицируемых знаков состоянию логических уров­ней на входах приборов К490ИП2, 490И П2

Вход	Символ
20	21	22	23	Г	Р
Bыводы микросхемы
14	11	13	2	4	3
0	0	0	0	1	0
1	0	0	0	1	0
0	1	0	0	1	0
1	1	0	0	1	0
0	0	1	0	1	0
1	0	1	0	1	0
0	1	1	0	1	0
1	1	1	0	1	0
0	0	0	1	1	0
1	0	0	I	1	0
0	1	0	1	1	0
1	1	0	1	1	0
0	0	1	1	1	0
1	0	1	1	1	0
0	1	1	1	1	0
X	X	X	X	0	0	«бланк»
X	X	X	X	X	1	«бланк»

Примечания: 1. X — соответствует безразличному значению управляющих сигналов на входах прибора.

2. Гашение десятичной точки и индикатора происходит при подаче логического нуля на выводы 12 и 4 соответственно.

3. Запись входной информации происходит при подаче логической единицы на вывод 3 прибора. При подаче логического нуля на вывод 3 форма знака соответ­ствует информации на выводах 2, И, 13, 14.

Схемы входного (а) и выходного (б) каскадов представле­ны на рис. 3.21.

Высота знака индикатора 490ИП1 составляет 2,5 мм. В комп­лекте с прибором поставляется линзовая крышка, которая позво­ляет увеличить видимый размер индуцируемого знака. Цвет све­чения индикатора — красный.



Приборы К490ИП2 и 490ИП2 состоят из регистра памяти, преобразователя кодов из двоичного четырехразрядного в семи-сегментный и индикатора цифр и знаков.

Соответствие индицируемых знаков состоянию логических сигналов на входе приборов представлено в табл. 3.8.

 

3.3. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЯРКОСТИ СВЕЧЕНИЯ ИНДИКАТОРОВ ПРИ УПРАВЛЕНИИ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Особенностью использования ПНИ, как и любого активного (светоизлучающего) индикатора, является зависимость качества восприятия информации от уровня яркости внешней освещен-ности. В частности, в помещениях с рассеянным спокойным освещением индикатор в номинальных режимах работы даст дискомфорт считывания информации из-за чрезвычайно высо­кого яркостного контраста; в помещениях же с высокими уров­нями внешней освещенности (от 10000 до 100000 лк) яркост­ного контраста для уверенного считывания информации даже при максимуме светоотдачи без применения специальных мер будет недостаточно. Для устройств, работающих в широком диапазоне внешней освещенности, необходимо решать обе эти задачи.

Снижение яркостного контраста при работе индикатора в по­мещениях с низким уровнем внешней освещенности достига­ется путем регулирования (уменьшения) яркости свечения инди­каторов.

Это регулирование может быть осуществлено различными способами. В частности, в условиях ровного яркого освещения, например в вычислительных центрах, допустим вариант регули­рования яркости за счет изменения напряжения питания ППИ, а следовательно, и амплитуды проходящего через светодиоды тока. Регулирующим элементом может служить переменный ре­зистор, вынесенный на лицевую панель прибора. Этот резистор является элементом делителя напряжения в блоке питания, осу­ществляющего регулировку выходного напряжения блока, ис­пользуемого для питания ППИ. Вариант прост в исполнении, однако может быть использован только в помещениях с до­статочно ровным ярким освещением, не требующим регулирова­ния яркости ППИ до минимума.



Это объясняется тем, что при малых значениях протекаю­щего через светящийся элемент тока Iпр наблюдается значи­тельный разброс яркости их свечения Lv (рис. 3.22). При сниже­нии до определенного минимума протекающего через светодиоды тока разброс яркости свечения ППИ значительно увеличива­ется (ДLv2>ДLv1 при I1<I2).

При невысоких уровнях яркостей, т. е. при работе в ночное время, зрительное восприятие неравномерности свечения будет усугубляться тем, что в этих условиях чувствительность глаза выше, поэтому и различная яркость проявляется сильнее. Следо­вательно, регулирование яркости свечения индикаторов методом изменения напряжения на нижних пределах регулирования соз­даст дискомфорт при считывании информации из-за разноярко-сти свечения светодиодов.

Необходимо учесть, что конструкция ППИ не позволяет их использовать без светофильтров, так как светлая пластмасса рассеивателя светопроводов точек и сегментов ППИ на черном фоне его корпуса даже в выключенном состоянии выделяется достаточно контрастно. Высокий контраст элементов индикатора при определенных условиях освещенности или дефицита времени могут вызвать пропуски и ошибки при считывании информации. Светофильтры же, обеспечивающие цветовой и яркостный конт­расты индицируемой информации, снижают яркость свечения на 15 — 20% и более в зависимости от типа светофильтра. Таким образом, с одной стороны, для обеспечения комфортности счи­тывания информации в затемненном помещении необходимо снижение тока через светодиоды цифрового индикатора до зна­чения, снимающего слепящее действие наиболее ярких элемен­тов, а с другой — явление разброса яркости свечения с одновре­менным использованием светофильтров приводит к полной потере светимости части светодиодов, имеющих более низкие светоизлучающие характеристики.

Рис. 3.22. Зависимость яркости свече­ния светодиодов от прямого тока

Рис. 3.23. Структурная схема ШИМ ре­гулирования яркости свечения цифро­вых индикаторов:



1 - генератор широтно-модулированны.х импульсов, у которого ти =f(Rя): 2 де­шифратор ДДК r семиразрядный пози­ционный код ППИ; 3 информационные входы дешифратора; 4 семисегментный индикатор; R1-R7 токоограничивающие резисторы

Поэтому способ регулирования яркости свечения индикаторов снижением напряжения питания, приемлемый для приборов, размещаемых в помещениях с постоянным средним и ярким уровнем внешней освещенности, неприемлем для устройств отображения информации, размещаемых в помещениях и на объектах с широким диапазоном яркостей внешних освещений.



Рис. 3.24. Принципиальная схема генера­тора ши ротно-модулированных импульсов .чля регулирования яркости свечения ППИ

Другим вариантом регулирования яркости свечения индика­торов, устраняющим указанный недостаток, является широтно-импульсная регулировка.

Широтно-импульсный метод регулирования яркости свечения цифровых ПП индикаторов. Широтно-импульсный метод (ШИМ) основан на сокращении времени протекания тока через светоди­оды индикаторов. При этом снижается значение среднего пря­мого тока через светодиоды и, естественно, снижается яркость их свечения.

Рис. 3.25. Эпюры напряжений и то­ков ШИЛА регулирования яркости свечения ППИ

На рис. 3.23 представлена структурная схема широтно-им-пульсного метода регулирования яркости свечения цифровых индикаторов.

Функционирование элементов 2 и 4 приведенной схемы в за­висимости от состояния информационных входов 3 дешифрато­ра было пояснено выше. Необходимо, однако, отметить, что дешифраторы типа 514ИД1, 514ИД2, 514ПР1 и др. имеют вход гашения (в указанных дешифраторах это вход 4), при подаче сигнала на который на выходах АС дешифраторов появляется логический уровень, обеспечивающий гашение светодиодов.

На рис. 3.24 представлена одна из возможных схем генера­тора широтыо-модулированных импульсов. Регулирующий эле­мент Ra, размещенный обычно на лицевой панели прибора, определяет длительность выходного импульса генератора, ко­торая пропорциональна величине R».



Указанный метод заключается в регулировании светоотдачи полупроводникового материала индикатора изменением сред­него прямого тока через сегмент. Поскольку наиболее распро­страненным формирователем тока бывает Пассивный элемент (резистор), то во избежание значительного изменения яркости необходима высокая степень стабилизации напряжения питания источника тока. Необходимо отметить, что при индикации различных значений цифровых параметров суммарный ток потреб­ления всего индикатора будет изменяться в широких пределах, а поэтому напряжение питания при изменениях тока нагрузки во время работы индикаторов должно быть стабилизировано во всем диапазоне токов потребления от 0 до Iмакс.

На рис. 3.25 представлены поясняющие работу этой цепи эпю­ры напряжений и токов, где UBX — напряжение на выводе 6 де­шифратора (наличие Uвх на выходе 6 обеспечивает свечение всех сегментов ППЦИ); R» — сопротивление регулирующего потенциометра; Iимп — импульсный ток, протекающий через све-тодиоды индикатора; Iср — средний прямой ток через свето-диоды.

Снижение среднего прямого тока через сегменты вызывает снижение светоотдачи полупроводникового материала индика­тора, т. е. регулирование яркости индикатора.

Приведем значения параметров и типы электрорадиоэле­ментов для реализации одного из вариантов генератора широт-но-модулированных импульсов, представленного на рис. 3.24: R, и R5=1,1 кОм; R2 и R4=1,0 кОм; R3 = 91 Ом; R6 = 2,0 кОм; R7=12 кОм; Rя=15 кОм; KD,, VD2 — 2Д104А; VT,, VT2 — 2Т312Б; VT3 — 2Т603Г; С, и С2 = 0,047 мкФ. Эти значения обеспечат в схеме рис. 3.24 регулирование яркости 15 — 20 ин­дикаторов типа АЛС324Б1 (ЗЛС324Б1) от 20 до 100% их ярко­сти. Частота выходного сигнала такого генератора составит 2 кГц.

Рис. 3.26. Принципиальная схема ана­логового регулятора яркости ППИ

Схемы регулирования яркости индикаторов с использова­нием генераторов широтно-модулированных импульсов могут быть различными. Однако любые варианты такой схемы регу­лирования яркости могут использоваться только при ограничен­ном числе индикаторов, так как одновременное включение-вы­ключение большого числа индикаторов вызывает значительные изменения тока источника питания.


Борьба с такими помехами в микросхемной части прибора, в том числе и дешифраторе, часто вызывает значительные трудности. Действительно, наи­больший ток индикатора, например, ЗЛС324Б1 составляет 140 мА и при одновременной регулировке яркости 15 индика­торов изменение тока составит более 2 А. Это необходимо учитывать при проектировании источника питания и разводке про­водного или печатного монтажа.

Для уменьшения влияния помех можно сдвинуть во времени запрещающие сигналы, подаваемые на гасящие входы групп дешифраторов.

Регулировка яркости свечения индикаторов аналоговым мето­дом снимает указанные сложности. Схема аналогового регуля­тора приведена на рис. 3.26. Ее целесообразно применять в устройствах, в которых другие методы борьбы с помехами в ШИМ регулирования по тем или иным причинам не принесли желаемого результата. Следует помнить, что аналоговый метод регулировки яркости менее экономичен, чем ШИМ, так как даже при полностью погашенных индикаторах значительная мощность рассеивается на регулирующем транзисторе стабили­затора и на резистивном делителе напряжения. Ниже приведены значения параметра электрорадиоэлементов для реализации одного из вариантов аналогового регулятора яркости ППИ.

Значения R, =300 Ом; R2 и R3 = 50 Ом; R4 и R5 = 220 Ом; Rя=1,0 кОм; VTlt VT2 — 2T603A; VT3 — 2Т908А обеспечивают в схеме рис. 3.26 Iнагр = 2,8 А, достаточный для регулирования яркости 15 — 20 индикаторов типа ЗЛС324Б1 (прямой ток 20 мА).

3.4. ЗАВИСИМОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЧЕРЕЗ СЕГМЕНТ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

У полупроводниковых индикаторов существует связь между прямым током через светодиод индикатора, температурой р-n перехода, его тепловым сопротивлением и рассеиваемой мощ­ностью. Поэтому одним из необходимых условий работы ППИ является обеспечение тепловых режимов их работы.

Нормальная работа индикатора при высоких температурах окружающей среды может быть нарушена из-за различия температурных коэффициентов расширения материалов корпуса прибора, токопроводящих элементов, компаундов.


Термические напряжения, вызванные недостаточным отводом выделяемых р-n переходом мощностей, могут вызвать выход индикатора из строя. Поэтому ограничения, накладываемые на протекающие через р-n переходы токи, связаны не только с критическими их значениями, при которых деградация светоотдачи не превы­шает допустимую, но и со значениями выделяемых мощностей, при которых не происходит катастрофических отказов приборов из-за перегрева.

Максимально допустимые режимы питания ППИ могут быть определены как теоретически, так и на основе статистических данных по контролю надежности. Для практического исполь­зования имеется ряд правил, определяемых техническими усло­виями на ППИ.

Постоянный прямой ток для ЦИ ЗЛС324Б1 не должен пре­вышать максимально допустимого значения [18]:

IпР.макс = 25 мА при — 60° С< Т<35° С;                                            (3.2а)

Iпр.мак, = [25-0,5(Т-350С)] мА при 35°С<T<70°С,                            (3.2б)

где Т — температура окружающей среды, °С.

При эксплуатации индикаторов в импульсном режиме необ­ходимо, чтобы пиковое значение импульсного тока не превышало максимального значения:

Iпр.имп.макс = 200 мА при -60° С<T<35° С;                                (З.За)

Iпр.имп.макс-= 200 — 4( Т — 35° С)] мА при 35е С <T< 70° С. (3.3б)

При этом среднее значение импульсного тока должно удов­летворять соотношению

Iпр.ср < Iи р. макс — 0,6( Iпр. мимн — Iпр. макс).

Длительность импульса не должна превышать 2,5 мс.

Поэтому, используя ППИ при повышенных температурах окружающей среды, необходимо изменением сопротивлений ре­зисторов формирователей тока (см. рис. 3.8, б) обеспечить сни­жение прямого тока через сегмент до значения, определяемого по формулам (3.2а, 3.26) и (З.За, 3.36).

Например, при эксплуатации ППИ типа ЗЛС324Б1 при тем­пературе Tо = 55°С необходимо снижение прямого тока до Iпр = 25-0,5(55 — 35) = 15 мА.

В этом случае сопротивления R1 — R7 будут в соответствии с (3.1) равны: R= (5 — 2,5 — 0,45)/0,015= 137 Ом; ближайшее по шкале номинальное значение резистора R=140 Ом.



При использовании для управления ППИ дешифратора типа 514ПР1 со стабилизированными потоку выходами (см. рис. 3.15) снижение тока через сегмент может быть обеспечено шунтирую­щими резисторами. Величина R„, определяется:

Rин = Uпр/ДIпр,

где ДIпр — снижение прямого тока через сегмент при использо­вании ППИ в условиях повышенной температуры окружающей среды; Rи = 2,5/0,005 = 500 Ом.

Необходимость снижения прямого тока, протекающего через светящийся элемент, а следовательно, и яркости его свечения при повышенных температурах окружающей среды является одним из существенных недостатков не только семисегментных, но и всех других полупроводниковых индикаторов. Автоматиче­ское регулирование тока в зависимости от температуры, с одной стороны, усложняет схемы управления, с другой - — значительно сокращает возможности использования индикатора. Действи­тельно, при температуре 4-70° С согласно (3.26) прямой ток через сегмент будет равен 7,5 мА, т. е. при высоких уровнях внешней освещенности индикатор типа ЗЛС324Б1 и аналогич­ных ему будет практически не виден.

Существует несколько путей устранения этого недостатка: обдув охлаждающим воздухом индикаторной части при­бора;

использование в условиях работы при повышенных темпера­турах и высоких уровнях внешней освещенности ППИ, разра­ботанных на основе более эффективных материалов; использование ППИ в импульсных режимах работы. Возможность обеспечения обдува регламентируется в каж­дом случае спецификой размещения прибора, наличием или отсутствием подвода воздуха к приборной доске стенда. Не­смотря на перспективность подобного метода, в большом коли­честве случаев обеспечить обдув индикаторов не удается и приходится прибегать к другим приемам. В частности, приме­нять при разработке устройств отображения информации, ра­ботающих при повышенных температурах окружающей среды (35 — 70° С), индикаторы на более эффективных полупровод­никовых материалах.

Для сравнения можно рассмотреть возможности использо­вания двух индикаторов, имеющих одинаковые габаритные раз­меры, размещение светящихся элементов и количества выводов: ЗЛС324Б1 и ИПЦ01Б-1/7К.


Первый индикатор разработан с применением GaAs0,6P0,4, второй — с применением более эффек­тивного материала Gao.esAlo.ssAs. При одинаковом значении постоянного тока через сегмент, равном 20 мА, индикатор ЗЛС324Б1 имеет силу света не менее 0,150 мкд, индикатор ИПЦ01Б-1/7К — не менее 1 мкд. Проведенные замеры пока­зали, что индикаторы ИПЦ01Б-1/7К при прямом токе 5 — 7 мА имеют ту же силу света, что и ЗЛС324Б1 при прямом токе 20 мА. Следовательно, индикаторы ИПЦ01Б-1/7К при токе 7 мА могут быть использованы вместо ЗЛС324Б1 при темпе­ратуре окружающей среды до 60 — 70° С, обеспечивая доста­точную яркость свечения элементов индикации без нарушения теплового режима работы индикатора.

Улучшение теплового режима работы ППЦИ может быть достигнуто также использованием импульсного режима их вклю­чения.

Вопрос использования импульсного режима работы полупро­водниковых индикаторов неоднозначен, так как он применим в основном к индикаторам, разработанным на материалах тина GaAsP, причем с малыми прямыми токами через сегмент. Ис­пользование этих индикаторов в импульсном режиме работы позволяет без значительного ухудшения яркостных характе­ристик снизить средний прямой ток через светящийся эле­мент.

Рис. 3.27. Зависимость относи­тельной эффективности излуче­ния светодиодов индикатора АЛ306А от прямого импульсного тока

Полученная при исследовании разработчиками ППИ зависи­мость относительной эффективности излучения от пикового тока через сегмент индикатора АЛ306А, приведенная на рис. 3.27, свидетельствует об увеличении эффективности излучения с рос­том амплитуды прямого импульсного тока. В частности, для получения яркости свечения, которую имеет индикатор АЛ306А при постоянном токе 10 мА через сегмент, необходимо через его элементы пропускать импульсный ток 40 мА с частотой 30 — 40 Гц при скважности 8, т. е. средний ток через светящий­ся элемент составит 5 мА. Таким образом, импульсный режим питания позволяет посредством снижения среднего прямого тока через светящийся элемент использовать индикаторы на арсенид-фосфиде галлия без значительных потерь силы света при повы­шенных температурах окружающей среды и без нарушения пре­дельно допустимого теплового режима работы индикатора.



Аналогичные данные приводят [19] специалисты фирмы Hewlett Packard, США: квантовый выход монолитных семисег-ментных индикаторов серии HP 5082-7430, разработанных на основе GaAsP, повышается при импульсном режиме питания. На рис. 3.28 приведена зависимость относительной эффектив­ности излучения от пикового тока через сегмент. Для других индикаторов (например, для индикаторов типа 5082-7740) эта зависимость несколько другая, но тенденция к увеличению эф­фективности излучения при увеличении пикового тока сохра­няется.

 

Рис. 3.28. Зависимость относительной эффективности свечения сегментов индикаторов HP 5082-7430 от проте­кающего через них импульсного тока

Рис. 3.29. Зависимость средней яркости свечения индикаторов HP 5082-7430 от среднего тока через сегмент при скваж­ности 20, 10, 5 и при постоянном токе через сегмент (графики 1, 2, 3, 4, соот­ветственно)

На рис. 3.29 приведена зависимость средней яркости индика­тора HP 5082-7430 от среднего тока через сегмент. Например, типовой сегмент, работающий при постоянном токе 1 мА, будет иметь яркость около 40 кд/м2. Тот же сегмент, работающий при пиковом токе 10 мА, будет иметь среднюю яркость 95 кд/м2 при скважности 10 или 100 кд/м2 при скважности 20. Таким образом, при мультиплексировании ППИ на основе GaAsP для . достижения той же самой яркости необходимы меньшие сред­ние.прямые токи через сегмент, а это позволяет использовать их при повышенных температурах без значительных потерь яр­кости за счет снижения среднего тока.

Зависимость излучаемой мощности (7J от температуры окру­жающей среды. Излучаемая мощность светодиода уменьшается при увеличении температуры. Изменения порядка l % на Г С типичны практически для всех полупроводниковых материалов. Поскольку приемником излучения является глаз человека, то к температурным изменениям мощности излучения необходимо прибавлять изменение чувствительности самого глаза. В красной области (650 нм) чувствительность глаза изменяется примерно на 4,3%/нм, в зеленой области (565 нм) — примерно на 0,86%/нм.



Суммарное изменение воспринимаемой силы света в красной области свечения составит 1,86%/°С; в зеленой области умень­шение составит 1,08%/°С.

3.5. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ИНДИКАТОРАМИ В МУЛЬТИПЛЕКСНОМ РЕЖИМЕ

На рис. 3.30 представлена структурная схема [7] управле­ния цифровыми индикаторами в мультиплексном режиме управ­ления.

В предлагаемой схеме выводы одноименных сегментов всех цифр соединены параллельно и подключены к соответствующим выходам формирователей тока 3. Генератор 7 тактирующих импульсов (ГТИ) является синхронизирующим звеном схемы. По его первому тактирующему импульсу срабатывают два уст­ройства — устройство памяти 1, хранящее кодовую информа­цию в виде ДДК для всех шести цифр, и сканирующее устрой­ство выбора цифры 6. Сканирующее устройство подключает через формирователь тока 5 общий вывод первой цифры, под­готавливая ее к возможности возбуждения. По первому же тактирующему импульсу ГТИ устройство памяти ОЗУ 1 выдает на информационные входы дешифратора 2 тетраду ДДК для первой цифры. Преобразованная дешифратором 2 информация в виде позиционного кода через формирователи токов сегмен­тов поступает на соответствующие сегменты всех цифр и инди­каторов 4, замыкая токовую цепь только для первой цифры, светодиоды первой цифры светятся. По второму тактовому им­пульсу ГТИ сканирующее устройство отключает общий вывод первой цифры, подключая общий вывод второй. ОЗУ по второму импульсу ГТИ подключает на информационные входы дешифра­тора 2 тетраду ДДК для второй цифры, отключив код первой. Дешифратор, преобразовывает ДДК второй цифры в позицион­ный код индикаторов. Цепь прохождения тока замыкается только через элементы второй цифры. Цикл последовательного управ­ления цифрами продолжается. Время протекания тока через све­тящийся элемент обратно пропорционально количеству цифр в управляемом наборе. Следовательно, значение среднего пря­мого тока сегментов и яркость их свечения также сокращаются.


Для поддержания яркости свечения на прежнем уровне необ­ходимо сохранять средний прямой ток за счет увеличения им­пульсного тока. Однако применение индикаторов большого размера, работающих при значительных токах через сегмент, влечет за собой необходимость применения мощных ключей Y1 — Y6. Действительно, в момент подключения индикатора к формирователям тока через ключ может течь суммарный ток всех сегментов (при индикации цифры 8). Так, для индикато­ров ЗЛС324Б1 этот импульсный ток достигает 0,02- 7-6жО,84 А (при шести индикаторах, т. е. при скважности 6).



Рис. 3.30. Структурная схема управления шестью цифровыми индикаторами и му.пл мп.юкспом режиме

Указанным требованиям удовлетворяют дискретные транзисто­ры типа 2Т602А. Таким образом, для шести индикаторов требуется шесть достаточно мощных дискретных транзисторов. С уменьше­нием среднего тока через сегмент (у индикаторов малого размера) появляется возможность уменьшить допустимую мощность рас­сеяния транзистора и соответственно увеличить коэффициент ин­теграции их в корпусе. Поэтому данная схема наиболее эффек­тивна для индикаторов, работающих на малых средних прямых токах через сегмент (1 — -3 мА).

Необходимо отметить, что еще одним преимуществом схемы мультиплексного управления индикаторами является то, что она менее энергоемка по сравнению со схемами управления постоян­ным током. Это объясняется тем, что с возрастанием пикового тока индикаторов Hd GaAsP светоотдача на единицу тока увеличивается. Как будет показано в § 3.3, рациональн использовать импульсное питание индикаторов в р ких циклах возобновле­ния информации при значительных пиковых токах.

Таким образом, для обеспечения одной и той же яркости све­чения индикатора при управлении им в мультиплексном режиме расходуется меньшая мощность, чем при питании постоянным током.

Учитывая инерционность зрения для обеспечения восприятия информации без миганий и «размазывания», необходимо частоту возобновления информации для индикаторов, размещаемых на неподвижных объектах, поддерживать на уровне 100 Гц.


Для при­ боров индикации, размещаемых на подвижных объектах, подвер­женных вибрациям, частота возобновления информации поддер­живается на уровне, в 5 раз превышающем уровень вибрации. Однако с точки зрения рационального соотношения уровня слож­ности схем управления и удобства считывания для объектов, подверженных вибрациям с частотами до 2000 Гц, вполне прием­лема частота обновления информации 350 — 375 Гц.

Необходимо обратить внимание на то, что при использовании для стробирования высоких частот (10 кГц и более) скорость выключения усилительных транзисторов может оказаться недоста­точной для обеспечения мультиплексного управления свето-излучающими диодами, т. е. может из-за затяжки срезов стробирующих импульсов возникнуть так называемый «эффект приведения» — цифры, которые должны быть выключены, остают­ся включенными, появляется паразитная подсветка фона на ра­бочем поле индикатора. В зависимости от условий считывания информации для предотвращения этого эффекта необходимо меж­ду выключением олного знака и включением другого предусматри­вав фиксированный временной интервал, равный 2 — 4% времени включения знака на выходе сканирующего устройства выбора цифр.

Создание фиксированного временного интервала требует определенных аппаратурных затрат, связанных с введением либо делителя частоты с ключами, либо других структурных элемен­тов. Существует другой, более простой с точки зрения аппара­турной реализации вариант, сопряженный с необходимостью несколько большего увеличения импульсного тока через светодиод Учитывая обычно имеющееся регулирование яркости свечения индикаторов в устройстве отображения информации (т. е. наличие устройства регулирования), последовательно с регулировочным сопротивлением Rя генератора широтно-модулированных сиг­налов (см. рис. 3.23) или аналогового регулятора яркости (см. рис. 3.25) включают балластное сопротивление, обеспечивающее гарантированный временной интервал. Необходимо, однако, учи­тывать, ч го балластное сопротивление снизит средний прямой ток через каждый светодиод каждой цифры индикаторного уст­ройства, что повлечет за собой снижение максимального зна­чения яркости свечения.



 

Таблица 3.9. Таблица истинности ИМС 564ИК2 по информационному входу 1 (ДДК для значения цифры)

ОД	X3	X2	X1	X0	А	В	С	D	Е	F	G	Символ
Г	23	22	21	20
Вывод микросхемы
20	19	18	17	16	21	22	23	4	1	3	2
1	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	XX	0
1	0	0	0	1	X X	1	1	X X	XX	XX	XX	1
1	0	0	1	0	1	1	X X	1	1	X X	1	2
1	0	0	1	1	1	1	1	1	X X	XX	1	3
1	0	1	0	0	X X	1	1	XX	X X	1	1	4
1	0	1	0	1	1	XX	1	1	X X	1	1	5
1	0	1	1	0	1	XX	1	1	1	1	1	6
1	0	1	1	1	1	1	1	X X	X X	X X	X X	7
1	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	8
1	1	0	0	1	1	1	1	1	X X	1	1	9
1	1	0	1	0	1	1	1	X X	1	1	1	A
1	1	0	1	1	X X	X X	1	1	1	1	1	b
1	1	1	0	0	1	XX	XX	1	1	1	XX	С
1	1	1	0	1	X X	1	1	1	1	XX	1	Р
1	1	1	1	0	1	XX	X X	1	1	1	1	E
1	1	1	1	1	1	X X	X X	X X	1	1	1	F
0	X	X	X	X	X X	XX	X X	X X	X X	X X	XX	«бланк»

Примечание. 0 — низкий логический уровень; 1 — высокий логический уровень X X — состояние выходного ключа с оборванным эмиттером; X - безразличное со стояние логических уровней на информационных входах ИМС.

Для управления пятиразрядными семисегментными индикато­рами ИПЦ06А-5/40К с общим катодом разработана микросхема 564 ИК2.



Микросхема 564ИК2 содержит дешифратор двоичного кода в семисегментный усилитель для регулировки яркости и блокировки свечения. Микросхема имеет семь выходов для ceгмeнтов и пячь выходов для подключения катодов цифр. Максимальный выходной ток каждого выхода равен 10

Ниже приведены таблицы исшнности для микросхемы 564И' по информационному каналу (табл. 3.9) о дешифрации к омера разряда индикатора (табл. 3.10).

На рис. 3.31 показано возможное подключение ИМС к инди­катору.

Схема работает следующим образом. На вход ИМС посту­пают две группы информации: ДДК для индицируемой цифры ин­дикатора и код номера разряда цифрового индикатора, на кото­ром должна быть воспроизведена полученная информации.

Таблица 3.10. Таблица истинности ИМС при дешифрации кода номера разряда индикатора

№ выбранного разряда	Вход	Выход
Y2	Y1	Y0	HL1	HL2	HL3	HL4	HL5
Выводы микросхемы
9	8	7	10	11	13	14	15
5-й младший разряд	0	0	0	X X	X X	X X	X X	0
4-й разряд	0	0	1	X X	X X	X X	0	X X
3-й разряд	0	1	0	X X	X X	0	X X	X X
2-й разряд	0	1	1	X X	0	X X	X X	X X
1-й старший разряд	1	0	0	0	X X	X X	X X	X X

Примечание. 0 — низкий логический уровень; 1 — выгокий логический уровень; X X — состояние выходного ключа с оборванным коллектором.



Рис. 3.31. Принципиальная схема управления пятиразрядным семисегментным индикатором микросхемой 564ИК2:

D1 - дешифратор ДДК для управления 5-разрядным еемисегменiным индикатором с OK: R1 - R7 — токоограничивающие резисторы; 1 входы ДДК по приему данных на одну цифру; 2 входы D1 по приему информации . номере разряда НИ, на котором должна индицироваться полученная по входу I информация; ППЦИ — 5-разрядпый ПП цифровой индикатор

В соответствии с таблицей истинности для схемы управления разрядами индикатора (см. табл. 3.10) микросхема дешифрует ввод разряда Y0 — Y2 и подключает низкий логический уровень через один из ключей HL1 — HL5 к соответствующему выходу объединенных катодов одного из разрядов индикатора.


Одновре­менно дешифратор в соответствии с таблицей истинности по ин­формационному входу 1 (см. табл. 3.9) дешифрует ДДК и через формирователи токов подключает на входы одноименных сегмен-tor индикатора позиционный код цифры. Засветится только та цифра, объединенные катоды которой подключены к низкому логи­ческому уровню через выходы HL1 — HL5 ИМС. Цикл работы ИМС и ППЦИ повторяется для индикации всех цифр поочередно. При частоте регенерации 100 Гц изображение всех пяти цифр видится наблюдателю одновременным.

Работает микросхема при напряжении источника питания Uнп от 5 до 15 В. Максимальный ток по выходам А, В, С, D, Е, Т7, С составляет 10 мА, по выходам HL1 — HL5 от 48 мА (при темпера­туре — 60° С) до 96 мА (при температуре -f 125° С). Микросхема 564ИК2 может работать от внешней и от внутренней синхро­низации. Импульсы внешней синхронизации подаются на вывод 5 ИМС, при этом их параметры должны соответствовать требова­ниям к входным сигналам микросхемы. Для работы с внутренней синхронизацией к выводам 5 и 6 ИМС подключается резистор сопротивлением не более 1 МОм; при необходимости изменения частоты внутренней синхронизации к выводам 5 и 12 ИМС под­ключается конденсатор емкостью не более 1000 пФ. Частота внут­ренней синхронизации, кГц, определяется ориентировочно: f = 0,4*106/RC, где f измеряется в килогерцах, R — в килоомах, С — в пикофарадах. Микросхема работает при частоте до 1 МГц при Uип = 8-15 В.

 

3.6. УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ И ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРАХ

В аппаратурных комплексах оператору посредством ЦВМ предъявляется некоторый объем информации, необходимый для решения задач управления. Объем и приоритет предъявления информации, определяемые алгоритмом ЦВМ, сохраняются до момента вмешательства оператора в работу комплекса. На оператора возлагается задача контроля за работой автоматизиро­ванного комплекса и принятия решений в сложившейся ситуации.

Получение оператором информации и возможность вмеша­тельства в работу комплекса обеспечивают устройства управле­ния и отображения информации, получившие название пультов управления (ПУ).


Задачами, возложенными на ПУ, таким обра­зом, являются:

прием, обработка и индикация полученной информации;

преобразование воздействия оператора на коммутационные элементы ПУ (кнопки-табло, галетные переключатели, тумблеры) в электрические сигналы;

шифрование и выдача информации из ПУ в ЦВМ комплекса.



Рис. 3.32. Структурная схема ПУ с индикацией информации на полупроводни­ковых индикаторах

В качестве примера устройства отображения цифровой инфор­мации рассмотрим структуру ПУ с индикацией информации на полупроводниковых цифровых индикаторах. Вид обмена информа­цией с ЦВМ — последовательные биполярные коды, например, по ГОСТ 18977-79. Необходимо отметить, что вариантов обмена информацией устройства отображения с источником информации может быть достаточно много, в частности, при обмене информа­цией последовательными кодами посылки информации могут иметь различный вид из-за количества разрядов адресной и информа­ционной частей информационного слова, из-за типа передачи бита информации (униполярной или биполярный код) и цифро­вых значений (двоичный или двоично-десятичный код) и т. д. Поскольку аппаратурные реализации связей устройства с источ­ником информации не являются основополагающими в приве­денных схемах и носят информативный характер для понимания работы устройства, то в дальнейшем при описании работы уст­ройства будет принят обмен последовательными (биполярными) кодами в асинхронном режиме. Передача цифровой информации в ПУ осуществляется в виде двоично-десятичных кодов.

На рис. 3.32 представлена структурная схема такого ПУ. Функционирует ПУ следующим образом. Полученная из ЦВМ информация через коммутатор кодов поступает на приемный преобразователь сигналов. Указанный преобразователь осущест­вляет анализ формы и длительности кода, производит его преоб­разование из биполярного помехоустойчивого кода в униполяр­ный код с электрическими характеристиками и логическими уровнями, соответствующими характеристикам и уровням вы­бранных серий микросхем.


Кроме того, приемный преобразова­ тель формирует синхросигналы для синхронизации работы всех блоков ПУ. Далее обработанная таким образом информация по­ступает на устройство управления, которое из информацион­ных слов униполярного кода выделяет паузу между словами (кодовыми посылками), определяет начало информационного слова и вырабатывает вспомогательные сигналы для управления приемным регистром.

При совпадении принятого адреса с заранее установленным для данного ПУ дешифратор адреса дает разрешающий сигнал на передачу полученной информации из приемного регистра в блок памяти. Далее эта информация, преобразованная дешифра­тором цифр из двоично-десятичного кода в позиционный код, поступает на ППИ. Для индикации всего сообщения требуется обычно принять группу информационных слов, каждому из кото­рых соответствует свой адрес.

Для получения оператором необходимой ему в данный момент информации или оперативной корректировки полученных данных от ЦВМ устройство отображения информации обычно имеет кла­виатуру и канал выдачи данных в ЦВМ.

Вывод информации из ПУ в ЦВМ осуществляется также в виде последовательного кода, непрерывно и асинхронно по отно­шению к приему. Устройство управления вырабатывает сигнал с частотой выдачи информацинного слова и подает его на кла­виатуру и в формирователь адресов. Последний формирует соот­ветствующий параллельный код, записываемый в адресную часть выходного регистра, а также сигнал опроса состояния элементов клавиатуры наборных полей цифр, параметров, режимов. Инфор­мация с клавиатуры в виде логической единицы записывается в информационную часть выходного регистра. Если информацию необходимо передавать в ЦВМ в виде двоично-десятичного или другого кода, то между клавиатурой и выходным регистром уста­навливается шифра гор. В этом случае в соответствующие этому коммутационному элементу разряды выходного регистра инфор­мация заносится в виде параллельного кода, в остальи л с разряды заносятся логические нули.


Таким образом формируется информа­ционное слово, которое преобразуется в последовательный код путем последовательного вывода его при помощи синхросигналов, поступающих из устройства управления. Выходной преобразо­ватель формирует код с заданными электрическими характеристи­ками, который поступает в ЦВМ и на коммутатор кодов.

При проверке качества приема и индикации информации в предлагаемом ПУ предусмотрен режим автономной проверки, в который оператор может неровен и ПУ. Пни этом оператор набирает на клавишах наборной.) поля заранее заданную ком­бинацию. Во избежание случайчого перехода схемы в режим самоконтроля такая кодовая комбинация должна иметь явно не­рабочий характер (например, в случае кнопочного наборного поля, когда оператор при штатной работе последовательно воз­действует на кнопки для перевода ПУ в режим самоконтроля, одновременно нажимаются две или три кнопки). Дешифратор встроенных средств контроля (ВСК) вырабатывает сигнал, по­ступающий на коммутатор кодов, который при этом блокирует связь ПУ с ЦВМ по приему и выдаче информации. Одновременно коммутатор подключает выход выходного преобразователя на вход входного преобразователя сигналов. Дешифратор ВСК также вы­рабатывает сигналы для дешифратора адресов и цифр. Первый сигнал служит командой, имитирующей коды штатных адресов для дешифратора адресов, второй — является разрешающим сигналом для прохождения через схему И частоты из устрой­ства управления на гасящие входы дешифраторов цифр с целью создания проблескового режима работы ПНИ (индикация того, что ПУ работает в режиме самоконтроля). При последующем воз­действии оператора на какой-либо элемент наборного поля (кла­виатуры) происходит формирование выходной информации аналогично рабочему режиму, однако в этом случае она поступает на входной преобразователь сигналов и далее через устройство уп­равления и приемный регистр индицируется на полупроводнико­вых индикаторах. Оператор визуально контролирует правиль­ность прохождения сигнала от клавиатуры до индикатора, при этом проверяется практически полностью все задействованное в рабочем (штатном) режиме оборудование.

Буквенно-цифровые и графические полупроводниковые индикаторы и устройства отображения информации на их основе

Как указывалось выше, семисегментные индикаторы обеспе­чивают воспроизведение ограниченного числа знаков. Теоретиче­ски семисегментный индикатор обеспечивает индикацию 48 инфор­мационных состояний, однако для практической передачи инфор­мации может быть использовано около 30 их значений. Увели­чение числа элементов, составляющих знак, до 10 — 16, с одной стороны, позволяет увеличить число различимо индицируемых знаков и повысить помехоустойчивость и качество их изображе­ния, но с другой — усложняет схемы управления индикаторами. В настоящее время для индикации знаковой информации исполь­зуются два формата индикаторов: девятисегментные и 35-элементные индикаторы.

Девятисегментные индикаторы (АЛС313А-5) разработаны для использования в наручных часах с целью индикации времени и сокращенных наименований дней недели.


Управляются индика­торы специализированной микросхемой и к использованию в ап­паратуре специального применения непригодны.

 

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУКВЕННО-ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРАХ

Эргономические исследования показали, что 35- элементная матрица позволяет обеспечить удовлетворительное восприятие знаковой информации, в частности прописных и заглавных букв русского алфавита, знаков и цифр, букв греческого и латинского алфавитов.

При этом, однако, необходимо отметить, что 35-элементное на­писание знаков не является наилучшим. Ряд исследований, про­веденных в последние годы, показывает, что матричное написа­ние символов вообще и 35-элементное написание в частности вы­зывает повышенную усталость операторов при длительной работе с этим форматом индикаторов.

Специалистами различных стран разрабатывается ряд аль­тернативных вариантов форматов индикаторов, обладающих ря­дом преимуществ перед существующим 35-элементным форма­том, однако технологическая сложность производства большинст­ва из них, а значит, и повышенная относительная стоимость, а также сложность схемного управления ими не позволили таким индикаторам в настоящее время конкурировать с индикаторами 35-элементного формата.

Структура 35-элементного индикатора представлена на рис. 4.1, а. Светящиеся элементы размещены в семь строк по пять элементов в каждой. Рабочее поле индикатора, занятое размещенными на нем светящимися элементами, составляет около половины площади его лицевой панели (структура знака приведена на рис. 4.1,6), что не позволяет использовать эти приборы для индикации графической интерпретации.

Одной из первых фирм, выпустивших 35-элементные полупро­водниковые индикаторы, была Standart Telecommunication Labo­ratories LTD. Матрица 5X7 светящихся диодов имела 36 выводов (35 раздельных выводов для каждого из ЕИ и один общий элект­род). Схема управления для одного индикатора оказалась доста­точно сложной, а схема для многоразрядных индикаторов — чрезвычайно сложной, громоздкой и дорогой.


В начале 70-х го­ дов фирмой Hewlett Packard было найдено более удачное решение для матричных 35-элементных ППИ: одноименные электроды мат­рицы 5X7 были объединены по строкам и по столбцам (в частно­сти, в индикаторах MAN-2).

Выпускаемые отечественной промышленностью 35-элементные БЦИ представлены индикаторами, имеющими высоту знака 9 мм, красного, зеленого и желтого цветов свечения с левой децималь­ной точкой: ЗЛС357А, АЛС357А, ЗЛС358А, АЛС358А, ЗЛС340А, АЛС340А, ЗЛС363А, а также четырехразрядными индикаторами со встроенными схемами управления ИПВ70А-4/5Х7К, ИПВ72А-4/5Х7К (с высотой знака 4,1 мм) и ИПВ71А-4/5Х7К (высота знака 9 мм).

35-элементные индикаторы представляют собой гибридные при­боры в пластмассовых корпусах (за исключением четырехразряд­ных индикаторов со встроенными схемами управления, разрабо­танных в стеклокерамических корпусах). Светоизлучающие диоды (СИД) размещены в колодцах светопроводов в семь строк по пять светоизлучающих диодов в каждой. Одноименные выводы СИД соединены по строкам и столбцам (рис. 4.2).



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 од­ ном 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 fT в течение времени тзап — 7n/fт, 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 тсв- Затем этот процесс повторяет­ся для столбцов со второго по пятый. Скважность, определяю­щая время включения СИД отдельных столбцов, определяется выражением

Q = 5(Тсв + Т3ап)/Тсв.

Период регенерации изображения строки (период кадра Тк)

Tк = 5(тСв +Т3ап)

Частота кадра

fк=1/Tк = 0,2/(7n/fт + Тс.)

определяется требованием отсутствия мелькания изображения и выбирается в зависимости от условий применения устройств отоб­ражения информации. В частности, для стационарных условий частота обновления кадра fK>100 Гц. Следовательно, максимальное время, необходимое для записи и отображения инфор­мации отдельных столбцов, (тсв+тзaп)<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 fк = 400-500 Гц. Таким образом, значения частот fк и fт 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

единицы измерения	Типы приборов
ИПВ70А--4/5Х/К	ИПВ71А- -4/5 Х7К	ИПВ72А- -4/5 Х7К
Цвет свечения	Красный	Красный	Красный
Средняя сила света, мккд,	4,1	9
120	250	120
410	520	200
Максимально допустимая	1,2	1,6	0,6
рассеиваемая мощность, мВт,
при 25е С
Предельно допустимая тактовая частота, МГц Тип корпуса Угол обзора, град	КИ5-7 ±40	КИ5-9 ±45	КИ5-7 ±40

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 Uc1 (низкого логического уровня) на вход первой строки.


При этом высвечи­ ваются все СИД первой строки. По истечении времени экспо­нирования сигналы U1 и Uc1 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) Uc2. 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 Uс1 (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 UC2, 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.

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 подключа­ ются 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 Ur = 0,4 В;

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

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

средней мощности, рассеиваемой включенными элементами и их формирователями тока.

Если обозначить через Iпот (при UГ = 0,4 В) и IП0Т (при Ur = = 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; Uип — напряжение питания; Q — скважность; пк — среднее число включенных СИД; Iстб, Uстб — ток потребления и напряжение питания столбца, то после некоторых несложных преобразований мощность рассеивания ин­дикатора может быть представлена в виде



РD=Iпот(при Uг = 0,4 В) UHn+ [IПот(при Ur = 2A В) — I|10.,

(при Uг = 0,4В)] Uin*5nR/Q.35 + IcT6UcT6*5nR/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 Тк, тепловое сопротивление «корпус индикатора — окружающая среда» Rт, температура среды внутри аппаратуры отображения информации Tа, обусловленная сов­местным воздействием температуры окружающей среды и тепло­выделение элементов индикатора, связаны соотношением

TK = Ta + R,P.

Зависимость максимально допустимого значения теплового сопротивления Rт от Та при Р=1,2 Вт и Tк=100° С приведена на рис. 4.8. Для максимально допустимого значения Тя = 70° С Rт<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.

4.5. УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРОВ, УПРАВЛЯЕМЫХ СТРОБИРОВАНИЕМ ПО СТРОКАМ

Способ управления БЦИ стробированием по строкам обеспе­чивает работу при меньших импульсных токах. Действительно, независимо от количества индицируемых знакомест, ток через возбужденный светоизлучающий элемент практически всегда не больше чем в 7 — 8 раз превышает постоянный прямой макси­мально допустимый ток через элемент матрицы, так как скваж­ность стробирующих импульсов постоянна и равна 7. Это позво­ляет обеспечивать индикацию большего количества знаков при использовании одного дешифратора — генератора символов. На рис. 4.10 представлена структурная схема управления мат­ричных индикаторов способом стробирования по строкам.



Рис. 4.10. Структурная схема управления буквенно-цифровыми индикаторами (способ стробирования по строкам)

Как и в схеме управления БЦИ способом стробирования по столбцам, записанная с клавиатуры информация через шифра­тор по сигналам счетчика выборки индикаторов поочередно по­ступает на входы регистров памяти символов 1, 2, ..., N. После­довательная выборка информации сигналами счетчика управле­ния перезаписи их указанных регистров позволяет выводить из генератора символов информацию о состоянии первой строки первого, затем второго, третьего и т.


д. индикатора в регистры памяти строк соответствующего символа. Формирователи тока строк подготавливают цепь управления светодиодов со стороны генератора символов.

Счетчик стробирования строк, считающий по модулю 7, через формирователи токов строк замыкает контур протекания тока через СИД первых строк всех индикаторов, обеспечивая на них индикацию информации. Затем из генератора символов выби­рается информация о состоянии вторых строк всех индикаторов, она поочередно заносится в соответствующие регистры памяти строк. Счетчик стробирования строк через формирователи токов замыкает контур протекания токов через СИД вторых строк всех индикаторов, высвечивая на них информацию. Таким же обра­зом индицируется информация третьей, четвертой и т. д. строки. При частоте регенерации информации на каждой из строк 100 Гц индикация воспринимается без мельканий.

Однако необходимо учесть, что при создании устройств отоб­ражения информации с большим количеством знакомест (100 и более) приведенная выше схема управления индикаторами ста­новится неприемлема. Так, например, для индикаторов типа ЗЛС340А средний прямой ток через светодиод (Iпр) равен 10 мА, а время экспозиции (tэ,) составляет с учетом записи данных в буферные регистры 1/8 часть от периода кадра (tк). Следова­тельно, импульсный ток СИД (Iимп) должен быть равен 80 мА. Для расчетов импульсных токов в устройстве отображения ин­формации на 100 индикаторов будем считать, что одновременно светится каждый второй СИД, т. е. из 500 СИД в каждой из строк устройства светится 250. Тогда импульсный ток, который должны коммутировать формирователи (усилители) токов строк, будет равен

I =Iимп-250 = 0,08*250=20 А.

К источникам питания при переключении электрических цепей с таким током предъявляются достаточно жесткие требования по обеспечению допусков на выходные напряжения. Кроме того, в схемах возникают нежелательные явления, приводящие к сбоям информации, воспроизводимой на индикаторах. Сбои информа­ции возникают из-за значительных бросков тока в цепи питания индикаторов, которые через емкостные связи и общую шину пи­тания (корпус) передаются на источник питания логических схем, формирующих изображение на индикаторах.


Для исключе­ ния этого явления необходимо разрабатывать специальные схемы управления для устройств отображения информации на боль­шое количество знакомест.

 

4.6. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ С БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ ЗНАКОМЕСТ НА ППИ ТИПА ЗЛС340А

В схеме, изображенной на рис. 4.11, представлен один из возможных вариантов связи индикаторов ЗЛС340А с внешним источником информации и способ подключения индикаторов, обеспечивающий коммутацию усилителя строк небольших токов.

В данном случае предполагается, что входная информация поступает в виде биполярного двоичного 32-разрядного кода. В этом виде передаются данные о воспроизводимых символах в виде семиразрядных кодов и о местоположении символов на поле индикаторов. При этом возможно кодирование двумя спосо­бами. Использование любого из способов определяется конкрет­ными задачами.

В табл. 4.2 и 4.3 представлены эти способы кодирования данных.

 

Таблица 4.2. Первый способ кодирования данных

Код данных	Код адреса
Приз­нак чет­ности	Резерв	Код 3-го символа	Код 2-го символа	Код 1-го символа	Местоположение символов на поле индикатора
32	3130	29282726252423	222120191817	161514131211109	87654321

Таблица 4.3. Второй способ кодирования данных

Код данных	Код адреса
Приз­нак чет­ности	Дополнительные данные	Код 2-го символа	Код 1-го символа	№ линейки	Местополо­жение инди­катора в линейке
32	3130292827	26252423222120	19181716151413	1211109	87654321

Первый способ предпочтительнее в том случае, когда внешний источник данных (ЦВМ) имеет мало внешних потребителей. Ад­ресная часть входной информации содержит 8 разщщов, т. е. 256 комбинаций, для передачи данных. Например, на буквенно-цифровой индикатор, состоящий из 120 знакомест, потребуется 40 адресных комбинаций (в одном 32-разрядном информацион­ном слове передаются данные на 3 знакоместа).


Таким образом, первый способ кодирования подходит, если аналогичных потреби­телей у источника информации не более 8.

Рис. 4.11. Структурная схема устройства управления индикаторами типа ЗЛС340А

При большом числе потребителей предпочтительнее второй способ кодирования.

Обычно индикаторы размещаются в несколько линеек. Так, индикатор, состоящий из 120 знакомест, может быть размещен в 5 линеек по 24 знакоместа в линейке или 6 линеек по 20 знако­мест в линейке. Последнее размещение индикаторов приведено на рис. 4.12. Адресная часть при этом способе кодирования несет информацию только о местоположении двух символов в линейке, а номер линейки передается в коде данных. Следовательно, если в линейке 20 знакомест, то в адресной части будет задействова­но только 10 адресных комбинаций вместо 40 при первом способе кодирования.



Рис. 4.12. Размещение индикаторов на информационном поле в шесть строк по двадцать индикаторов в каждой

Так как схемное построение устройства управления индикато­рами не зависит от способа кодирования данных, то в приведен­ной схеме на рис. 4.11 представлен только второй способ кодиро­вания.

Код информации поступает на преобразователь, выполненный на ИМС 75АП002, которым он из биполярного преобразуется в униполярный последовательный код, сопровождаемый синхроим­пульсами (СИ). По отрицательным фронтам импульсов СИ последовательный код записывается в регистр. В соответствии с ГОСТ 18977-79 между 32-разрядными кодовыми посылками (словами) информации существует пауза, т. е. время, в течение которого информация не передается. Для обработки данных, записанных в регистр, необходимо определить паузу, которая го­ворит о том, что все 32 разряда информации записаны в регистр. По команде со схемы определения паузы дешифратор адреса расшифровывает адресную часть слова и три разряда данных (номер линейки).

При положительном анализе адреса с выхода дешифратора на формирователь сигналов управления подается код адреса ячейки оперативного запоминающего устройства (ОЗУ).


Однов­ ременно по команде со схемы определения паузы формирова­тель сигналов управления выдает на ОЗУ команду «Запись». По команде «Запись» и при наличии адреса код первого символа запишется в соответствующую ячейку ОЗУ. После этого по сигналу из генератора тактовых импульсов коммутатор данных подключит на вход данных ОЗУ код-второго символа, а дешиф­ратор адреса сформирует адрес новой ячейки ОЗУ, куда и запи­шется код второго символа.

Для сокращения объема электронного оборудования и для простоты преобразования произвольной адресной части входной информации в упорядоченную последовательность адресов для записи данных в ОЗУ в качестве дешифратора адреса целесооб­разно использовать программируемые ПЗУ, например 556РТ5 или 556РТ7. После записи поступивших кодов символов в ОЗУ формирователь сигналов управления переводит ОЗУ в режим считывания, а на его адресные входы подключает выход генера­тора тактовых импульсов. На время записи данных в ОЗУ гене­ратор тактовых импульсов блокируется сигналом с дешифратора адреса, поэтому код адреса на выходе генератора тактовых импульсов в это время не изменится.

После записи данных блокирующий сигнал с генератора так­товых импульсов снимается, а на вход ОЗУ поступает следую­щий по порядку адрес на считывание данных. В этом режиме из ОЗУ будут последовательно считываться записанные данные о кодах символов. Пусть поле полупроводниковых индикаторов содержит К линеек и N знакомест в линейке.

Цикл формирования и воспроизведения изображения начина­ется с формирования генератором тактовых импульсов импульса запуска. Одновременно с других выходов генератора тактовых импульсов через формирователь сигналов управления на адрес­ные входы ОЗУ подается код адреса, по которому записан код символа для первого знакоместа первой линейки индикаторов. Код соответствующего символа, считанный из ОЗУ, поступает на генератор символов, который может быть реализован на микро­схемах памяти 505-й серии со стандартными программами или на программируемых потребителем микросхемах.



Единственное требование к генератору символов состоит в том, что выходные данные для каждого символа должны быть собраны в виде семи наборов из пяти разрядов каждый. Генера­тор символов по данным из ОЗУ и коду строки (первой), посту­пившему из генератора тактовых импульсов, выдает в буферные накопители 5-разрядный код первой строки выбранного символа. В это время сдвиговый регистр сигналов записи по импульсу запуска и тактовому импульсу (ТИ) формирует на выходе 1 — 1 импульс записи, в результате 5-разрядный код будет запи­сан в буферный накопитель 1 — 1 (рис. 4.13).

Выходы буферного накопителя 1 — 1 через усилители тока под­ключены к шинам столбцов индикатора 1 — 1. Здесь и далее пер­вая цифра означает номер знакоместа в линейке, вторая цифра означает номер линейки. Одновременно сдвиговый регистр строк (см. рис. 4.11) на выходе 1 — 1 сформирует по сигналу импульса запуска и импульсу записи 1 — 1 импульс первой строки первой линейки, а первый триггер задержки установится в нулевое со­стояние (рис. 4.14). Далее код адреса на входе ОЗУ изменится на 1 и на генератор символов поступит код следующего символа, а код строки останется прежним. Следовательно, на выходе гене­ратора символов появится 5-разрядный код первой строки второ­го символа, который запишется в накопитель 2 — 1 по следующе­му импульсу записи. Импульсы записи формируются на каждую адресную комбинацию, поступающую на ОЗУ с генератора такто­вых импульсов, так как частота смены адреса совпадает с часто­той ТИ.

Коды символов первых строк аналогичным образом будут за­писаны с N буферных накопителей данных, т. е. для всех индика­торов первой линейки. После записи данных в N — 1 буферный накопитель первый триггер задержки установится в состояние 1 и импульс первой строки первой линейки пройдет через схему задержки и подключит через первый ключ шину первых строк первой линейки индикаторов к источнику питания. При этом за­горятся только те светодиоды первой строки, которым соответст­вует нулевое состояние разряда буферных накопителей.


Схема задержки обеспечивает подключение через ключи строк соответ­ствующей шины строк индикаторов к источнику питания только после записи данных во все буферные накопители соответствую­щей линейки.

На рис. 4.15 представлен один из вариантов принципиальной схемы подключения индикаторов типа ЗЛС340А. Предпола­гается, что в местах пересечения шин столбцов и строк установ­лены СИД, причем аноды СИД подключены к шинам столбцов, катоды — к шинам строк.

Работа приведенной схемы поясняется на примере включения только одного СИД в матрице размером 5X7. Код из генератора символов по импульсу записи запишется в регистр D1 (буферный накопитель данных). В данной схеме включенному состоянию СИД соответствует нулевой уровень на выходе регистра D1. При нулевом уровне на выходе D1 транзистор VТ1 (усилитель тока) откроется (R1 задает токовый режим транзистора VT1), напряже­ние источника питания подключится на аноды СИД, объединен­ных в первый столбец матриц. Одновременно на выходе регистра D2 (сдвигового регистра строк) формируется импульс седьмой строки и подается на вход D3 (схемы задержки). На второй вход D3 подается импульс с триггера задержки. При совпадении сигналов с регистра D2 и импульса с триггера задержки на выходе D3 появится нулевой уровень сигнала, которым откры­вается транзистор VТ-2. Резисторы R2 и R3 задают режим работы транзистора VТ2. Открытый транзистор VТ2 подключит напряже­ние источника питания к базе транзистора УТЛ (ключ строк). При открывании транзистора VT3 катоды СИД седьмой строки будут подключены к корпусу источника питания. При этом СИД, подключенный анодом к первому столбцу, а катодом к седьмой строке, загорится.



Рис. 4.13. Схема подключения поля из Л1 X Л полупроводниковых индикаторов типа ЗЛС340А

Рис. 4.14. Временная диаграмма формирования импульсов записи

Рис. 4.15. Схема подключения индикаторов ЗЛС340А

Токовый режим транзистора VT2 в приведенной схеме задан таким, что он обеспечивает одновременное включение до 16 клю­чей строк, т.


е. одновременно могут бы,., подключены к корпусу одноименные шины строк 16 индикаторов типа ЗЛС340А.

Далее из ОЗУ выводятся данные для второй линейки индика­тора, но при этом код строки на входе генератора символов ос­тается без изменения. При записи в буферный накопитель I — 25-разрядного кода символа для первой строки первого знакоместа второй линейки сдвиговый регистр по сигналу им­пульса записи 1 — 2 сформирует на выходе 1 — 2 импульс первой строки второй линейки, а второй триггер задержки установится в нулевое состояние. Когда будут записаны данные для второй линейки во все буферные накопители (с I — 2 по N — 2), схема задержки через ключи строк подключит к источнику питания пер­вую шину строк второй линейки индикаторов. Теперь загорятся СИД, соответствующие нулевым состояниям разрядов буферных накопителей первой строки второй линейки. Так, последовательно будут записаны данные в буферные накопители для первых строк третьей, четвертой, ..., К-й линеек, схема задержки подключит их к источнику питания.

После вывода данных для первых строк всех К линеек инди­каторов код адреса на входе ОЗУ снова будет первоначальный, т. е. вновь будет считан из ОЗУ код символа для первого знако­места первой линейки.



Рис. 4.16. Временная диаграмма формирования импульсов строк для поля инди­каторов из шести линеек

Разница будет лишь в том, что код выбора строки на вхиде генератора символов изменится на единицу (будет выбран;, вто­рая строка), а сдвиговый регистр строк через схему задержки и ключи строк будет поочередно, начиная с первой линейки, отклю­чать шины первых строк от источника питания и поочередно подключать к нему шины вторых строк, начиная с первой ли­нейки. Таким образом, теперь будут светиться СИД вторых строк с первой по K-ю линейку индикаторов. Далее код выбора строк на входе генератора символов последовательно переберет с третьей до седьмой строки, что позволит последовательно выб­рать и воспроизвести на светодиодных индикаторах полностью символы, считанные из ОЗУ.


Затем цикл вывода и воспроизведе­ния данных будет повторяться с частотой кадра, которая должна быть для объектов, подверженных вибрации, не менее 100 Гц.

Как видно, эта схема устройства управления индикаторами типа ЗЛС340А исключает переключение цепей с большими им­пульсными токами. В данном случае отключена всегда одна, например первая, строка четвертой линейки индикаторов, а остальные пять (рис. 4.16) по линии Л — А находятся под током. Это значит, что когда, например, записываются данные в буфер­ные регистры для первой строки четвертой линейки, она отключе­на от источника питания, а первые строки первой — третьей линеек и седьмые строки пятой-шестой линеек в это время под­ключены к источнику питания. Затем, когда будут записаны дан­ные в буферные регистры для N индикаторов первой строки чет­вертой линейки, она подключится к источнику питания и одно­временно отключится от источника питания седьмая строка пятой линейки.

Таким образом, при такой схеме управления источник пита­ния всегда имеет почти постоянную нагрузку. Разброс в нагрузке определяется только различным количеством включенных СИД в той или иной строке.

 

4.7. ПРАКТИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ С БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ ЗНАКОМЕСТ НА ППИ ТИПА ИПВ70А-4/5Х7К

Для практического применения индикатора ИПВ70А-4/5Х7К требуется его взаимодействие с внешним источником данных, с генератором символов и схемами, обеспечивающими регенерацию воспроизводимой информации. Структурная схема такого устрой­ства изображена на рис. 4.17. В данной схеме прием входных данных и преобразование их из биполярного последовательного кода в униполярный последовательный в преобразователе кода, запись и преобразование из последовательного в параллельный в регистре данных, а также определение паузы и дешифрация адреса осуществляются аналогично приведенному выше при опи­сании устройства управления индикаторами ЗЛС340А.

Недостатком предыдущей схемы является то, что при поступ­лении данных с низкой частотой на поле индикаторов становится заметна для глаза смена информации, утомляющая оператора.


Например, при поступлении данных с частотой 12 кГц в соответ­ствии с ГОСТ 18977-79 каждое информационное слово передает­ ся 32 разрядами, между информационными словами пауза не менее 4т, где т — период одного бита информации. При частоте передачи информации 12 кГц т = 80 мкс (для расчета паузу примем равной 8т). Предположим, что поле индикаторов содер­жит т знакомест (примем т = 300).

При кодировании данных вторым способом, приведенным в табл. 4.3, в каждом информационном слове передаются данные на два знакоместа. Следовательно, время ввода данных tв.д на все поле индикаторов составит

tв.д=(32 + 8)т(m/2); tв.д = 40.80(300/2) =0,48 с,

где (32+ 8) т — время передачи одного слова информации; m/2 — необходимое количество слов.

Как видно из расчета, смена информации будет свободно наблюдаться оператором, работающим с таким устройством. Если данные меняются часто, то изображение на поле индика­торов будет «плавающим». Устранение этого явления обеспечи­вается вводом в схему второго оперативно запоминающего уст­ройства, при этом поступающие данные записываются на все поле индикаторов, например в ОЗУ1, а со второго ОЗУ в это время считываются данные на индикаторы. После записи вход­ных данных на все поле индикаторов (на кадр) ОЗУ1 перево­дится в режим считывания, а ОЗУ2 в режим записи, т. е. теперь входные данные будут записываться в ОЗУ2. Для обеспечения поочередной записи данных в ОЗУ1 и ОЗУ2 в последнем инфор­мационном слове должна приходить от источника данных коман­да (признак) «Конец кадра».

В предлагаемой схеме (см. рис. 4.17) триггер конца кадра определяет, в какое из ОЗУ будет записываться поступающая от внешнего источника информация. Исходное состояние этого триггера произвольное, так как управление ОЗУ симметричное, поэтому безразлично, в какое из них будет начинаться запись информации. Предположим, триггер конца кадра находится в ну­левом состоянии, которому соответствует запись данных в ОЗУ!, а считывание — в ОЗУ2. В этом случае по нулевому сигналу триггера конца кадра коммутатор адресов ОЗУ подключит на адресный вход ОЗУ! выход дешифратора адреса, а на адресный вход ОЗУ2 — выход счетчика адресов.


Одновременно формиро­ ватель сигналов управления ОЗУ переведет ОЗУ! в режим запи­си, а ОЗУ2 — в режим считывания. Это состояние будет до тех пор, пока не придет во входных данных команда «Конец кадра» , (например, «1» в 29-м разряде информационного слова с послед­ним словом информации для данного кадра воспроизводимого изображения). По команде «Конец кадра» триггер конца кадра переключается в состояние 1. Коммутатор адресов ОЗУ по сигна­лу 1 с триггера конца кадров подключит на адресные входы ОЗУ! выход счетчиков адресов, а на адресные входы ОЗУ2 вход дешифратора адреса, при этом формирователь сигналов управления ОЗУ переведет ОЗУ! в режим считывания, а ОЗУ2 в режим записи. Таким образом, вновь поступающая от внеш­него датчика информация будет воспроизводиться на поле инди­каторов с задержкой (для примера, расчеты к которому приве­дены выше, на время, равное 0,48 с), но смена информации на индикаторах будет осуществляться с частотой смены кадров и не будет заметна оператору.

Считанная из ОЗУ! или ОЗУ2 информация в виде 7-разряд­ных кодов символов поступает на генератор символов, на кото­рый одновременно поступает код перебора адресов со счетчика делителя на 7. Под действием кода перебора адресов и кода символа генератор символов выдает семь 5-разрядных кодов, соответствующих изображаемому символу, которые поступают на коммутатор кодов символов. На управляющие входы коммута­тора со счетчика-делителя на 5 поступает код выбора столбца. Счетчик-делитель на 5 переключается по сигналу со счетчика адресов, который выдается один раз после перебора всех адре­сов ОЗУ.



Рис. 4.17. Структурная схема устройства отображения информации на пиликаторах типа ИПВ70А-4/5Х 7К

При первой кодовой комбинации на управляющих входах коммутатора кодов символов на вход сдвигового регистра ин­дикатора 1 — 1 ИПВ70А-4/5Х7К подключится первый выход генератора символов.

В данном случае кодировка ПЗУ генератора символов осу­ществляется таким образом, чтобы на первом выходе были зако­дированы первые столбцы всех символов, на втором — вторые и т.


д. до пятого. Такая кодировка генератора символов и использование коммутатора кодов символов вместо традиционно­го сдвигового регистра с параллельным входом и последователь­ным выходом позволяет непрерывно считывать данные из генера­тора символов, так как не требуется потеря одного такта на запись параллельного кода столбца из генератора символов в сдвиговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом. Затем данные выталкиваются в последовательном коде в сдвиговые регистры индикаторов ИПВ70А-4/5Х 7К.

При построении схемы адресации ОЗУ необходимо учесть, что первым выбирается для представления символ, расположен­ный в крайнем правом положении первой линейки индикаторов. Пусть поле индикаторов содержит К линеек индикаторов по N знакомест в каждой линейке. Первая цифра в схеме (см. рис. 4.17) обозначает номер линейки, а вторая — номер знако­места в линейке.

Код первого столбца с выхода коммутатора кодов для N-го знакоместа первой линейки поступает одновременно на входы сдвиговых регистров индикаторов 1 — 1, 1 — 2, ..., 1 — К, однако записывается он только в сдвиговый регистр первого индикатора первой линейки, так как только на индикаторы пер­вой линейки поступают в этот момент тактовые импульсы с формирователя тактовых импульсов. При последовательном пере­боре адресов на адресных входах ОЗУ1 коды первых столбцов с выхода генератора символов через коммутатор последовательно будут проталкиваться в сдвиговые регистры индикаторов 2 — 1 и т. д. до индикатора N — 1.

После этого формирователь тактовых импульсов отключит тактовые импульсы от входов индикаторов первой линейки и подключит их ко входам индикаторов второй линейки. Одновре­менно по сигналам с формирователя импульсов запуска ждущего мультивибратора и тактовым импульсам столбцов со второго инвертора на выходе 1 — 1 (здесь первая цифра означает номер столбца индикаторов, а вторая — номер линейки индикаторов) сдвигового регистра столбцов сформируется единичный сигнал импульса столбца.



Этот сигнал через усилители сигналов столбцов подключит первые столбцы всех индикаторов первой линейки к источнику питания. Теперь информация, присутствующая в сдвиговых ре­гистрах первой линейки, будет отображена на первых столбцах первой линейки индикаторов в течение времени индикации. На рис. 4.18 представлена временная диаграмма формирования импульсов столбцов.

Рис. 4.18. Временная диаграмма формирования импульсов столбцов

В это время будет записываться информация для первых столбцов индикаторов в сдвиговые регистры индикаторов второй линейки.

После записи информации для первых столбцов во все сдви­говые регистры индикаторов второй линейки формирователь тактовых импульсов отключит тактовые импульсы от индикаторов второй линейки и подключит их к индикаторам третьей линейки. В то же время сдвиговый регистр столбцов подключит через усилители сигналов столбцов первые столбцы второй линейки к источнику питания.

Рис. 4.19. Схема ждущего мультивибратора на ИМС 133АГЗ

Аналогично запись информации и подключение первых столб­цов к источнику питания будет проходить по K-ю линейку инди­каторов включительно. Далее сдвиговый регистр столбцов отклю­чит от источника питания первые столбцы индикаторов первой линейки, а формирователь тактовых импульсов подключит такто­вые импульсы на входы индикаторов первой линейки. Одновре­менно счетчик-делитель на 5 изменит свое состояние на 1, а код адресов на входе ОЗУ1 установится в первоначальное состояние.



Рис. 4.20. Временная диаграмма формирования импульсов первых столбцов всех линеек при различных положениях потенциометра «Яркость»:

а максимальная яркость; б промежуточная яркость; в минимапьная яркость

По кодовой комбинации со счетчика-делителя на 5 коммута­тор кодов символов подключит второй выход генератора симво­лов ко входам сдвиговых регистров индикаторов. Теперь, повто­ряя перебор адресов на входе ОЗУ1, с выхода генератора симво­лов будет считываться информация для вторых столбцов индика­торов первой линейки.


После записи информации для вторых столбцов первой линейки сдвиговый регистр подключит вторые столбцы первой линейки индикаторов к источнику питания, а первые столбцы второй линейки индикаторов отключит от источника питания и т. д. Этот процесс записи информации в сдвиговые регистры индикаторов и подключение соответствую­щих столбцов индикаторов к источнику питания аналогично будет осуществляться для вторых столбцов третьей — K-и линеек индикаторов.

Далее весь цикл ввода данных в сдвиговые регистры и их отображение на индикаторах повторяется с частотой кадра.

Для обеспечения работы устройства при различных усло­виях внешней освещенности в схеме предусмотрено регулирова­ние яркости за счет широтно-импульсной модуляции импульсов столбцов. Принцип работы схемы регулирования яркости заклю­чается в следующем. Ждущий мультивибратор (рис. 4.19), со­бранный на ИМС 133АГЗ, по сигналам с формирователя им­пульса запуска формирует импульс определенной длительности. Длительность этого сигнала зависит от емкости конденсаторов и сопротивления потенциометра «Яркость». Приведенная на рис. 4.19 схемная реализация ждущего мультивибратора обес­печивает максимальную длительность выходного импульса до 750 мкс. Максимальная длительность выходного сигнала жду­щего мультивибратора должна быть равной или незначительно превышать максимальную длительность импульса столбца, она определяется емкостью конденсатора С1 и сопротивлениями ре­зисторов R2 и R3. При этом потенциометр К-л устанавливается в положение максимального сопротивления. Здесь резистор R? обеспечивает минимальную заданную яркость свечения инди­каторов при минимальном R3.

Выходной сигнал со ждущего мультивибратора поступает на схему И, на второй вход которой поступает сигнал с форми­рователя импульса запуска. Выходной сигнал схемы И является импульсом запуска сдвигового регистра столбцов. Длительность выходных сигналов сдвигового регистра столбцов зависит от длительности импульса запуска (см.


рис. 4.18), максимальное значение которой определяется сигналом с формирователя им­пульсов запуска, а промежуточные значения зависят от длитель­ности импульсов с выхода ждущего мультивибратора. На рис. 4.20 для простоты пояснения представлена временная диаграмма формирователя только импульсов первых столбцов для поля индикаторов, состоящего из шести линеек, при различных поло­жениях потенциометра «Яркость».

Как видно из временной диаграммы, длительность выходных сигналов сдвигового pегистра столбцов изменяется дискретно с периодом тактовой частоты сдвигового регистра столбцов. Так как в данном примере длительность максимального импульса запуска равна шести периодам тактовой частоты, то число градаций яркости будет равным пяти при условии, что минималь­ной яркости соответствует длительность импульса столбцов, рав­ная одному периоду тактовых импульсов.

В этой схеме управления индикаторами ИПВ70А-4/5Х7К, в отличие от приведенной на рис. 4.17, ввод данных в сдвиговые регистры индикаторов и подключение соответствующих столб­цов индикаторов к источнику питании осуществляются с пере­крытием во времени, т. е. когда вводятся данные, например, для вторых столбцов первой линейки индикаторов светодиоды первых столбцов второй — K-и линеек индикаторов подключены к источнику питания. Следовательно, время включенного состоя­ния светодиодов увеличено за счет уменьшения в К раз времени ввода данных в сдвиговые регистры индикаторов. Можно также, не уменьшая времени ввода данных, в К раз уменьшить такто­вую частоту ввода данных. Такой принцип ввода данных и под­ключение столбцов индикаторов к источнику питания целесо­образно применять когда:

количество знакомест более 100;

используются индикаторы при высокой внешней освещенно­сти, так как увеличено время включенного состояния светодио­дов, а следовательно, больше яркость свечения индикаторов;

ограничена частота записи данных в сдвиговые регистры индикаторов (выполненные на КМОП-структуре).



 

4.8. СХЕМА ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ ИНДИКАТОРОВ ТИПА ИПВ70А-4/5Х7К

Рассмотренная в предыдущей схеме связь индикаторов ИПВ70А-4/5Х7К. с внешним источником информации имеет недостаток, заключающийся в том, что данные от внешнего источника должны поступать для всего поля индикаторов в каж­дой новой посылке, даже если они меняются незначительно. В этом легко убедиться на примере. Допустим, на поле инди­каторов представлена информация, которая записана в ОЗУ1; в следующей посылке необходимо изменить информацию только на первой линейке индикаторов. Эта посылка данных будет за­писана в ОЗУ2. После записи в ОЗУ2 эта информация инди­цируется на поле индикаторов. Далее в последующей посылке изменится информация на третьей линейке индикаторов, а на всех остальных останется неизменной, поэтому не выдается дат­чиком информации. После записи последней посылки в ОЗУ1 она отображается на индикаторах и оказывается, что предыду­щая посылка данных для первой линейки была записана в ОЗУ2 и отсутствует в ОЗУ!, следовательно, она не будет воепроизведена на поле индикаторов, т. е. информация будет по­теряна. Вывод данных на все поле индикаторов в каждой по­сылке необоснованно загружает внешний источник, особенно при передаче больших массивов информации, т. е. при большом количестве знакомест на поле индикаторов.

Рис. 4.21. Структурная схема интерфейса для индикаторов тина ИПВ70Л-4/5Х 7К

Структурная схема интерфейса для индикаторов типа ИПВ70А-4/5Х7К, представленная на рис. 4.21, позволяет иск­лючить потерю информации при поступлении от внешнего ис­точника только меняющихся данных.

Здесь, как и в предыдущей схеме, осуществляется преобра­зование биполярного последовательного кода в униполярный последовательный код в преобразователе кода, затем запись его в регистр данных, дешифрация адреса и переключение триггера конца кадра по команде от внешнего источника, поэтому под­робное описание не приводится. Отличие этой схемы от преды­дущей заключается лишь в схеме подключения ОЗУ.


В обеих схемах два ОЗУ, но запись информации с коммутатора данных в последней схеме производится только в ОЗУ1. В схеме интер­фейса (рис. 4.21) ОЗУ1 почти все время находится в режиме записи, а ОЗУ2 в режиме считывания. По окончании записи посылки данных в ОЗУ1 в последнем слове данных поступает от источника команда «Конец кадра», по которой триггер конца кадра выдает сигнал на коммутатор адресов и формирователь сигналов управления. Коммутатор адресов отключит выход дешифратора адреса от адресных входов ОЗУ1 и подключит на его входы выход счетчика адресов. На адресные входы ОЗУ2 будет по-прежнему поступать код со счетчика адресов, т. е. в данном режиме на ОЗУ] и ОЗУ2 будут поступать одни и те же адреса. Формирователь сигналов управления приведет ОЗУ1 в режим считывания, а ОЗУ2 в режим записи. Далее, считы­ваемая из ОЗУ1 информация в виде 7-разрядных кодов симво­лов поступает на генератор символов и на вход данных ОЗУ2. Так как ОЗУ2 находится в режиме записи, то информация из ОЗУ1 будет полностью переписана в ОЗУ2 по тем же адресам. После считывания всего массива данных из ОЗУ1 счетчик ад­ресов выдает сигнал, по которому триггер конца кадра пере­ключится в исходное состояние, а следовательно, коммутатор адресов вновь подключит выход дешифратора адреса к адресным входам ОЗУ!, отключив их от выходов счетчика адресов. Одно­временно формирователь сигналов управления переведет ОЗУ1 в режим записи, а ОЗУ2 в режим считывания. Такой способ организации записи и считывания данных из ОЗУ позволяет исключить потерю информации. Дальнейшая работа схемы ана­логична описанной в § 4.6, поэтому здесь не приводится.

 

4.9. ПРИМЕНЕНИЕ БУКВЕННО-ЦИФРОВЫХ ИНДИКАТОРОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МНОГОРЕЖИМНЫХ ПУЛЬТОВ УПРАВЛЕНИЯ

В § 3.5 рассмотрены некоторые вопросы проектирования структурных схем пультов управления изолированно от интерье­ра аппаратурного комплекса, в отрыве от всей системы отобра­жения информации.

Весь комплекс пультов управления в системе отображения информации выполняет задачу индикации информации по полу­ченным из вычислительной системы данным и выдачи реакции на них оператора, т.


е. результатов трансформации в электри­ ческие сигналы воздействия оператора на органы управления.

Использование для целей индикации полупроводниковых БЦИ позволило предложить ряд новых нетрадиционных решений для объектов с ограниченными площадями приборных досок и ограниченным временем реагирования на поступившую инфор­мацию.

В сложных аппаратурных комплексах каждый из режимов работы обслуживается своим специализированным пультом управления. Это объясняется тем, что на каждом из коммута­ционных элементов пульта (переключателе, кнопке-табло, тумб­лере) существует надпись (гравировка) с наименованием пара­метра. При воздействии оператора на любой коммутационный элемент наборного поля параметров пульта по надписи опера­тор знает наименование параметра, высвечиваемого на индика­торах, т. е. память на наименование параметра у режимных пультов управления — постоянная.

Количество режимных пультов растет с ростом сложности аппаратурного комплекса, с ростом количества режимов. При этом оператор работает в каждом режиме с одним пультом, обслуживающим именно этот режим, остальные пульты ему не нужны, они загружают его внимание сменой информации на них. Кроме того, большое количество пультов невозможно разместить в зонах удобной работы с ними. Поэтому появление информации на пульте может быть не сразу локализовано, не сразу может последовать реакция оператора.

Рис. 4.22. Внешний вид кнопки-табло с использованием буквенно-цифровых индикаторов для обеспечения опера­тивной памяти на наименование па­раметра. Рядом размещен свето­фильтр, обеспечивающий повышение контрастности

Рис. 4.23. Внешний вид многорежимного пульта управления

Применение БЦИ позволяет разработать кнопки-табло со встроенными в них индикаторами типа ЗЛС340А или ИПВ70А-4/5 Х7К и в зависимости от режима работы изменять наимено­вания на кнопках-табло. На рис. 4.22 представлен вариант такой кнопки-табло. Указанное техническое решение позволяет разра­ботать пульт управления, где на лицевой панели:



информационное поле индикаторов;

наборное поле цифр (для ввода в комплекс цифровых зна­чений параметров);

наборное поле переключателей режимов ( для включения того или иного режима работы комплекса);

наборное поле параметров (кнолок-табло с размещенными в них БЦИ, т. е. кнопок-табло с оперативной памятью на наиме­нование параметра).

На рис. 4.23 представлен внешний вид многорежимного пуль­та управления. Работа такого пульта протекает следующим образом. Оператор переключателем режима включает выбран­ный им режим работы комплекса. При этом на кнопках-табло с размещенными в них БЦИ высветятся наименования (вместо гравировок на обычных кнопках-табло), соответствующие вы­бранному режиму. Воздействуя на эти кнопки-табло оператор вызывает на индикацию значения параметров, присущих наиме­нованиям кнопок-табло. При переходе на другой режим работы, который выбирается оператором нажатием другой режимной кнопки-табло, на кнопках-табло с БЦИ загорятся новые наиме­нования (надписи), соответствующие выбранному параметру.

Применение такого многорежимного пульта управления (МПУ) позволяет обслужить несколько развязанных во времени режимов работы комплекса электронным оборудованием и инди­каторами одного пульта управления. Кроме экономической целе­сообразности использования одного пульта вместо 8 — 10 ре­жимных пультов использование многорежимных пультов позво­ляет резко сократить занимаемую пультами площадь приборной доски, позволяет также разместить один такой пульт в месте удобной работы с ним.

Идея многорежимности может быть реализована по-дру­гому. Информационное поле БЦИ по сторонам обрамляется режимными кнопками-табло. Работа с таким многорежимным пультом протекает следующим образом. На экране информаци­онного поля вблизи его границ на БЦИ высвечиваются наиме­нования режимов или параметров. Воздействием оператора на одну из кнопок-табло, расположенную рядом с нужной надписью на экране, вызывается на информационное поле пульта развер­нутая информация по данному вопросу.


Смена режимов произ­ водится воздействием оператора на другие кнопки-табло выбора режимов.

 

4.10. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ГРАФИЧЕСКИМИ ИНДИКАТОРАМИ

Существующие буквенно-цифровые индикаторы позволяют индицировать большое количество разнообразных символов. Не­достатком этих индикаторов является наличие нерабочего поля на их лицевой панели, обращенной к оператору. У буквенно-цифровых индикаторов типа АЛС340А нерабочее поле состав­ляет 50 — 55%, а у ИПВ70А-4/5Х7К — примерно 80% площади лицевой панели индикаторного прибора. Наличие нерабочего поля не позволяет индицировать графическую информацию, т. е. создавать экранные индикаторы.

Достаточно высокая стоимость полупроводниковых материа­лов в ближайшем будущем, видимо, не позволит создать эк­ранные индикаторы группового и коллективного пользования на их основе.

Для создания экранных индикаторов индивидуального поль­зования и индикаторов типа «бегущей строки» разработаны графические индикаторы, состоящие из 64 (8X8) светящихся элементов. Светодиоды в индикаторе соединены по вертикали и по горизонтали в столбцы и строки одноименными вывода­ми. Такие индикаторы позволяют создавать экранные дисплеи без потери шага размещения светящихся элементов. Выпуска­ются индикаторы ЗЛС347А, ИПГ02А-8Х8Л, ИПГОЗА-8Х8К, ИПГ05А-8Х8Л, .ИПГ06А-8Х8К, а также АЛС347А КИПГ02А-8Х8Л, КИПГОЗА-8Х8К, КИПГ05А-8Х8Л, КИПГ06А-8Х8К. Для управления ими могут быть использованы микросхемы 514ИР2А, 514ИР2Б и К514ЙР2А, К514ИР2Б.

Таблица 4.4. Таблица истинности ИМС 514ИР2А, 514ИР2Б, К514ИР2А, К514ИР2Б

Входы	Выходы
X2	X1	X3	Y,	Y2	Y3	Y4	Y5	Х6	Y7	Y8	Y9

Выводы микросхемы

15	16	3	13	12	1 1	10	7	6	5	4	2
!	1	1	X	X	X	X	X	X	X	X	X
0	X	1	0	X	X	X	X	X	X	X	X
1	0	1	0	X	X	X	X	X	X	X	X
0	X	1	1	0	X	X	X	X	X	X	X
1	0	1	1	0	X	X	X	X	X	X	X
0	X	1	1	1	0	X	X	X	X	X	X
1	0	1	1	1	0	X	X	X	X	X	X
0	X	1	1	1	1	0	X	X	X	X	X
1	0	1	1	1	1	0	X	X	X	X	X
0	X	1	1	1	1	1	0	X	X	X	X
1	0	1	1	1	1	1	0	X	X	X	X
0	X	1	1	1	1	1	1	0	X	X	X
1	0	1	1	1	1	1	1	0	X	X	X
0	X	1	1	1	1	1	1	1	0	X	X
1	0	1	1	1	1	1	1	1	0	X	X
0	X	1	1	1	1	1	1	1	1	0	X
1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	X
0	X	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0
0	X	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1
X	X	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1
1	1	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1
0	X	1	0	0	1	1	1	1	1	1	1
1	1	1	0	0	1	1	1	1	1	1	1
0	X	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1
1	1	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1
0	X	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1
I	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1	1
0	X	1	0	0	0	0	0	1	1	1	1
1	1	1	0	0	0	0	0	1	1	1	1
0	X	1	0	0	0	0	0	0	1	1	1
1	1	1	0	0	0	0	0	0	1	1	1
0	X	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1
0	X	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1
0	X	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
X	X	0	1	1	1	1	1		1	1	0

Примечания: 1. Свечению индикатора соответствует состояние логического пуля на выходе.

2. Знаку X соответствует безразличное логическое состояние.

3. Х1 — информационный вход по последовательному коду, Х2 — вход тактирова­ния, Х3 — вход гашения.

4. Выходы Y1 — Y8 — параллельные выводы разрядов регистра, выход Y9 — выход последовательного кода.

Выше приведена таблица истинности микросхем 514ИР2А 514ИР2Б, К514ИР2А, К514ИР2Б (табл. 4.4).



Рис. 4.24. Структурная схема подключения ИМС 514ИР2А, К514ИР2Л к полупро­водниковым индикаторам типа ЗЛС347А, АЛС347А (n — число полупроводни­ковых матриц 8X8 элементов в группе)

Варианты исполнения по индексу 2А и 2Б отличаются зна­чениями граничной частоты следования импульсов записи инфор­мации в сдвиговый регистр и тактирования: для варианта испол­нения 2А — 2 МГц, для варианта исполнения 2Б — 4 МГц.

Указанные микросхемы могут быть использованы и для управления буквенно-цифровыми индикаторами ЗЛС340А и АЛС340А.



Рис. 4.25. Принципиальная схема подключения ИМС типа 514ИР2А к полупроводниковым индикаторам типа ЗЛС347А ((Уинд — напряжение питания индикаторов, равное 4 — 5 В)

Структурная схема подключения ИМС типа 514ИР2А и К514ИР2А к графическим полупроводниковым индикаторам типа ЗЛС347А и АЛС347А приведена на рис. 4.24.

Как видно из представленной схемы, для управления группой из n индикаторов необходимы: n+1 микросхема 514ИР2А или К514ИР2А и ключи для подключения соответствующих строк индикаторов к источнику питания. Количество ключей опреде­ляется количеством строк в индикаторе, в данном случае их восемь. При этом количество индикаторов, подключенных к одному ключу, определяется нагрузочной способностью ключа. При выборе транзистора для ключа необходимо учитывать, что максимальный импульсный ток в строке одного индикатора мо­жет быть 704 мА, так как выходной формирователь тока ИМС 514ИР2А и К514ИР2А пропускает максимальный импульсный ток 88 мА, а в каждой строке индикаторов ЗЛС347А и АЛС347А может быть включено восемь светодиодов.



На рис. 4.25 представлена принципиальная схема подклю­чения ИМС 514ИР2А к индикаторам ЗЛС347А.

Работа схемы заключается в следующем. На информацион­ный вход di подается 8-разрядный последовательный код пер­ вой строки воспроизводимого символа для Н'п-го (последнего) индикатора. Этот код по тактовым сигналам ТИ1 запишется в ИМС di. Затем на информационный вход D1 поступает код строки для Nn-1-гo индикатора и по тактовым импульсам этот код запишется в ИМС D1, а код строки для Hn-го индикатора перепишется в D2, так как выход D1 соединен со входом D2 и т. д. Процесс записи кодов строк должен продолжаться до записи кодов для первой строки всех n индикаторов. После этого на информационный вход Dn+1 поступает импульс запуска длительностью не более одного периода тактовой частоты ТИ2. По импульсу тактовой частоты ТИ2 первый разряд Dn+1 устано­вится в нулевое состояние и транзистор V1 откроется, под­ключив к источнику питания первые строки всех n индикаторов. При этом загорятся те светодиоды, которым соответствуют нуле­вые состояния на выходах D1 — Dn. Далее после экспозиции в ИМС D1 — Dn аналогично записывается код данных для второй строки всех индикаторов. После этого по тактовому импульсу ТИ2 записанный в первый разряд Dn+1 ноль перепишется во второй разряд, а так как на входе импульса запуска нет, то пер­вый разряд установится в единичное состояние. Таким образом, первая строка светодиодов будет отключена от источника пи­тания, а светодиоды второй строки подключаются к источнику питания. В результате светодиоды второй строки будут находить­ся во включенном состоянии.

Далее процесс записи данных в D1 — Dn и подключение по­следующих строк светодиодов в индикаторах Н1 — Нп к источ­нику питания будет повторяться. После воспроизведения данных

на последней восьмой строке индикаторов и записи в D1 — Dn данных для первой строки на информационный вход Dn+1 посту­пит опять импульс запуска, который запишется в первый разряд Dn+1 по тактовому импульсу ТИ2.

Повышение надежности считывания информации с ППИ

Одной из наиболее важных характеристик устройств отобра­жения информации является надежность считывания информа­ции, т. е. обеспечение возможности быстрого и безошибочного считывания оператором предъявленной информации.

Индикаторы, используемые в настоящее время для отображе­ния информации в различных по назначению информационных комплексах, могут быть по принципу действия разделены на два класса: пассивные и активные индикаторы. Пассивные индика­торы для индикации используют модулирование падающей на них световой энергии от внешнего источника света. Активные инди­каторы излучают световую энергию в пространство.

Излучение, которое может непосредственно восприниматься визуально, находится в диапазоне частот 380 — 780 нм. Прием­ники энергии излучения, в том числе и человеческий глаз, по-разному реагируют на излучение с различными длинами волн. Совместное воздействие излучений видимого спектра восприни­мается глазом как белый свет, воздействие на сетчатку глаза излучения какой-нибудь одной частоты — как цветное.



Надежность считывания информации с активных и пассив­ных индикаторов при одних и тех же условиях различна.

Пассивные индикаторы (жидкокристаллические, электро-хромные и др.) при высоких уровнях внешней освещенности имеют максимальный контраст, при снижении уровня освещен­ности контраст падает. При низких уровнях внешней освещенно­сти для считывания информации необходимо обеспечивать внеш­ний заливающий или встроенный подсвет.

Активные индикаторы при низких и умеренных уровнях Biit-;u ней освещенности имеют максимальный контраст, при повыше­нии уровня освещенности контраст падает. При этом падает и надежность считывания информации.

Основными внешними воздействующими факторами, влияю­щими на надежность считывания информации с активных инди­каторов, является вид, уровень и цветность внешней освещен­ности.

Виды внешней освещенности. В зависимости от физического принципа, на котором основано излучение световой энергии, т. е. от типа источника излучения, внешняя освещенность может быть подразделена на три вида: искусственная, комбинированная и естественная. Вид освещения так или иначе сказывается на его интенсивности, частотной характеристике, а следовательно, и на способах и приемах повышения надежности считывания информации с индикаторов устройства отображения инфор­мации.

Уровни освещенности. В той или иной мере освещенность каждого вида может быть обеспечена в широком диапазоне уровней — от 10 до 100000 — 150000 лк. Ниже представлена классификация по уровням освещенности для устройств отобра­жения информации (лк):

Отсутствие внешней освещенности ....................................... 0—5

Незначительный уровень освещенности............................... 5 — 50

Низкий уровень освещенности ............................................... 51 — 500

Средний уровень освещенности............................................. -501 — 1000

Естественный уровень освещенности ................................... 1001 — Ш 000

Повышенный уровень освещенности.................................... 10001 — 30000



Высокий уровень освещенности ........................................... 30001 — 80000

Сверхвысокий уровень освещенности .................................. 80001 — 150000

Из этого разнообразия можно выделить диапазон освещенно­сти. В частности, если индикаторный блок находится в коридоре или в складском помещении, необходимо проектировать устрой­ство индикации из расчета освещенности 250 — 800 лк, при этом такая освещенность классифицируется как средняя. Для работы за пультами управления и приборами в помещениях лабораторий и машинных залах необходимо проектировать устройства из расчета, что освещенность в помещениях будет равна 800 — 2000 лк, такая освещенность будет классифицироваться как естественная. Для обеспечения точной машинной или ручной обработки материалов в помещениях обеспечивается внешняя освещенность свыше 10000 лк, с учетом таком освещенности не­обходимо проектировать индикаторные приборы. Такая освещен­ность классифицируется как повышенная.

 

Рис. 5.1. Характеристическая кривая чувствительности глаза стандартного фотометрического наблюдателя МКО, где:

1 — фиолетовый цвет; 2 — синий; 3 — зеленовато-синий; 4 — зеленый; 5 — желтовато-зеленый; 6 — желто-зеленый; 7 — зеленовато-желтый; 8 — желтый; .9 — желтовато-оранжевый; 10 — оранжевый; 11 -- красновато-оранжевый; 12 — красный

 

Рис. 5.2. Определение доминирующей длины волны и чистоты цвета по цвето­вому графику МКО

Существует еще одна специфическая область применения по­лупроводниковой индикаторной техники — индикация парамет­ров в кабинах самолетов и вертолетов, где максимальная освещенность достигает 30 000 — 50 000 лк и такой уровень клас­сифицируется как сверхвысокий уровень внешней освещенности.

Международной комиссией по освещению (МКО) в 1931 г. был утвержден ряд определений и понятий, в том числе понятия длина волны в максимуме спектра излучения, доминирующей длины волны, чистоты (насыщенности) цвета, характеристики кривой цветовой чувствительности человеческого глаза.





Рис. 5.3. Характеристики спектров излучения стандартных цветов све-тоизлучающих диодов: 1 — кривая зависимости от зеленого (Хр = 565 нм); 2 — для желтого (А.р = = 583 нм); 3 — для высокоэффектив­ного красного (лp = 635 нм); 4 - для красного (лр=655 нм)

Диаграмма, представленная на рис. 5.1, показывает диапа­зоны чистых цветов и их «видности», т. е. чувствительность глаза к свету с различной длиной волны. Диаграмма чувствительно­сти, или, как ее еще называют, кривая чувствительности стан­дартного наблюдателя, установлена МКО в качестве промышленного стандарта для нахождения соотношения между полной энергией излучения и частью этой энергии, способной производить световое ощущение. Кривая построена на логарифмической шкала. Максимум кривой видимости приходится на 555 нм, что соответствует по принятой терминологии желто-зеленому участку спектра. При максимальной длине волны, т. е. в точке макси­мальной чувствительности глаза, световой выход составляет 680 лм/Вт.

Длина волны в максимуме спектра излучения — длина волны А,р, соответствующая максимуму энергетической интенсивности излучаемого света. Как будет показано ниже, Кр необходима для выбора светофильтров при повышении цветового и яркост-ного контрастов индицированной информации.

Доминирующая длина волны Яд характеризует цвет излучения светодиодного индикатора. Длина волны света цветового спектра при аддитивном смешивании с источником света «осветитель С» воспринимается как цвет свечения индикатора (осветитель С по терминологии МКО — источник света с температурой 6500 К, излучение которого соответствует дневному свету облачного неба).

Графическое определение Хд может быть выполнено следую­щим образом. На диаграмме цветности МКО (рис. 5.2) нано­сятся координаты цветности (X, Y), проводится прямая от точки «Осветитель С» через точку координаты цветности до пересече­ния с контуром диаграммы цветового графика МКО. Эта точка пересечения и будет соответствовать доминирующей длине вол­ны А,д.


Отношение расстояния от точки « Осветитель С» до точки координат цветности к расстоянию от точки «Осветитель С» до контура диаграммы цветового графика МКО будет соответ­ствовать чистоте (насыщенности) цвета. Координаты цветности (X, Y) для светоизлучающих диодов располагаются близко к контуру диаграммы цветности, поэтому отношения величин, определяющих насыщенность цвета, близки к единице, т. е. чи­стота цвета светоизлучающих диодов близка к насыщенности монохроматического источника света.

В соответствии с диаграммой цветности МКО красный цвет индикаторов типа ЗЛС324 на арсенид-фосфиде галия (Хр = = 655 нм) является красным, индикаторов ИПЦ01А на арсенид-алюминии мышьяка (лр = 635 нм) — красновато-оранжевым, зе­леных индикаторов типа ЗЛС388 (лр = 565 нм) — желто-зеленым, желтых индикаторов типа ЗЛС342 (лр = 583 нм) — желтовато-оранжевым (рис. 5.3).

На практике чистота цвета нарушается за счет отражения индикатором падающего внешнего света.

Эти данные чрезвычайно важны при определении и при вы­боре оптимальных контрастных светофильтров.

Одной из основных характеристик цифровых индикаторов является цвет свечения, определяемый спектром излучения кри­сталлов. Соотношение интенсивности красной и зеленой со­ставляющих зависит от уровня инжекции, поэтому при увеличе­нии прямого тока данные индикаторы в определенных пределах могут изменять цвет свечения. Кроме того, положение макси­мума излучения зависит также от температуры окружающей среды и электрических режимов эксплуатации, что связано с разогревом р-n перехода. Температурный коэффициент поло­жения максимума излучения dK-MaKC/dT=0,3 нм/град для крас­ного цвета. Длина волны излучателей желтого цвета зависит от температуры значительно слабее — типичные положительные отклонения близки к 0,1 нм/град.

 

5.1. КОНТРАСТ ВОСПРОИЗВОДИМОЙ ИНФОРМАЦИИ

В условиях внешней освещенности одним из основных факто­ров надежности считывания (удобочитаемости) информации с активных индикаторов является контраст светящихся элементов относительно фона индикатора.


Слагаемыми, оказывающими влияние на изменение показателя удобочитаемости, являются: яркостный и цветовой контрасты индицируемой информации от­носительно фона индикатора и отражение света внешнего источ­ника поверхностью индикатора.

До недавнего времени при проектировании устройств ото­бражения информации разработчиками учитывалось воздействие на удобочитаемость только яркостного контраста и отражения света внешней поверхности индикатора.

Однако, изучение вопроса повышения контраста на сверх­высоких уровнях внешней освещенности показал, что повыше­нием только яркостного контраста без учета контраста цветово­го обеспечить использование полупроводниковых индикаторов затруднительно.

В частности, при наличии в помещениях источников тусклого или умеренного яркого освещения удобочитаемость информации может быть достигнута путем оптимизации только яркостного контраста и снижения количества отраженного от внешней по­верхности индикатора света.

Для обеспечения удобочитаемости информации при наличии высокого уровня внешней освещенности необходимо учитывать не только яркостный, но и цветовой контраст символов (различие цветов светящих­ся элементов и фона), по­скольку чувствительность глаза к источнику излуче­ния, а также к внешней засветке и фону индикатора сильно зависит от длин золь излученного или отраженно­го света.

Понимание важности совместного учета цветового и яркостного контраста было зафиксировано понятием «показатели различимости» в 1975 г. С 1977 г. это понятие встречается в работах по опто-электронной технике, в том числе в работах по ППИ. Результаты исследований вопросов, связанных с показателем различимости, в приложении к полупроводниковым индикаторам изложены в [22].

Рис. 5.4. Спектральное распределение источников света

1 — люминесцентной лампы, 2 — солнечного света, 3 — лампы накаливания

Одним из наиболее доступных способов улучшения показа­теля различимости служит использование оптимальных свето­фильтров.



Качество внешней освещенности (ее спектр) оказывает замет­ ное влияние на удобочитаемость информации, а следовательно, и на выбор способов и средств ее обеспечения. Это подтвер­ждается приведенным на рис. 5.4 спектральным распределением для солнечного света, люминесцентных ламп и ламп накали­вания. Поскольку спектр люминесцентных ламп почти не содер­жит красного цвета (относительный выход равен примерно 0,25), а спектры ламп накаливания и солнечного света содержат боль­шую их часть (примерно 0,97 и 0,85 соответственно), то фильтр для индикаторов красного цвета свечения, подобранный для условий засветки от люминесцентных ламп внутри помещения (например, фильтр КС11), может не обеспечить удобочитаемость при ярком солнечном свете.

5.1.1. Яркостный контраст

Существует много различных взаимозаменяемых и часто не­точных для данных условий определений, используемых для выражения этого понятия. Отправной точкой для определения контраста при использовании полупроводниковых индикаторов можно принять определение яркостного контраста Яркостный контраст К индикатора определяется выражением [16] K = KcKa, где Kc — собственный контраст индикатора; Ка — коэффициент адаптации, зависящий от адаптации человека-оператора. Величина Kс определяется как отношение разности яркостей эле­мента индикатора и собственного фона индикатора, измеренных при отсутствии внешней освещенности, к яркости собственного фона индикатора. В этом варианте собственный яркостный кон­траст определяется выражением

Kс=(LH — LФ и)/Lфи,

где LH — яркость индикатора, кд/м2; Lф и — яркость собствен­ного фона индикатора, кд/м2. При этом собственный яркостный контраст может быть представлен в виде Kc = K1K2, где K1= = (LH — Lфи)/Lи — коэффициент яркосшого контраста; K2 = = Lи/Lфи — контрастность

Это определение удобно при расчете контраста индикаторов, фон которых является излучающей поверхностью, как, например, на ЭЛТ У полупроводниковых индикаторов фоном является его корпус, т.


е. фон при отсутствии внешней освещенности не является светящейся поверхностью.

Учитывая изложенное, при использовании полупроводниковых индикаторов, когда информационная яркость индикатора выше, чем яркость фона, или когда необходимо сделать ее выше, коэф­фициент контрастности или яркостный контраст может быть ква­лифицирован как наблюдаемая яркость свечения светящегося элемента относительно яркости фона. Яркость светящегося эле­мента является в варианте использования ППИ комбинацией све­тового потока, излучаемого ППИ, и света, отраженного поверх­ностью индикатора от внешнего источника освещения. Яркость фона определяется только световым потоком отраженного корпу­сом ППИ света внешнего источника заливающего освещения.

В соответствии с изложенным коэффициент контраста может быть определен выражением

K = (LH + Lоэ)/L0ф,                                                                                 (5.1)

где LH — яркость светящегося элемента; L0 э — яркость света, от­раженного от элемента; Ln ф — яркость света внешнего источни­ка, отраженного от фона (корпуса индикатора).

Все вышеназванные составляющие коэффициента контраста зависят от коэффициента адаптации человека-оператора, а кроме того, LH — от спектра излучения светящегося элемента; L0 э — от спектра излучения источника засветки и относительного от­ражения светоизлучающего элемента; L0 ф — от спектра излуче­ния источника засветки и относительного отражения фона.

Из (5.1) следует, что повышение контраста, а следовательно, и надежности считывания информации может быть достигнуто при проектировании индикатора двумя путями: во-первых, обес­печением максимального контраста между светящимся элемен­том индикатора LK и фоном L0 ф, т. е. обеспечением условия LH/L0 ф>1. Это может быть достигнуто либо повышением яркости свечения светящегося элемента, либо выбором мате­риала корпуса индикатора с низким коэффициентом отражения. Второй путь — снижение до минимума контраста между несве­тящимися элементом (Lo.э) и фоном (L0.


ф), т. е. снижением раз-нояркости отраженного от элемента и фона (корпуса индикато­ра) света внешнего источника (L(). -JLn. ф= Г). Последнее может быть достигнуто выбором окраски корпуса прибора, совпадаю­щей с цветом несветящегося элемента, при этом коэффициенты отражения корпуса и несветящегося элемента должны быть по возможности одинаковыми. Несветящиеся элементы будут сли­ваться с корпусом, светящиеся — контрастно выделяться на его фоне.

Выпускаемые промышленностью индикаторы гибридной конструкции (как цифровые, так и буквенно-цифровые) разрабо­таны без учета этого правила, поэтому их применение без ис­пользования специальных средств и способов повышения удобо­читаемости даже при низких и умеренных уровнях внешней осве­щенности затруднительно.

5.1.2. Усиление яркостного контраста

Из приведенной выше формулы (5.1) следует, что увеличе­ние яркостного контраста может быть достигнуто путем сниже­ния яркости фона индикатора. Решение этой задачи обеспечива­ется применением широкополосных (нейтральных, нейтрально-серых) и узкополосных светофильтров. Нейтральные светофильт­ры усиливают контраст за счет двойного ослабления излучения внешнего источника света (в момент прохождения света через светофильтр к индикатору и в момент прохождения отраженного от передней панели индикатора света через светофильтр в сторо­ну наблюдателя). При этом ослабление излучения индикатора происходит один раз.

Узкополосные фильтры усиливают контраст, пропуская энер­гию излучения светодиода с определенной длиной волны и в зна­чительной степени поглощая излучение источника засветки с другой длиной волны.

При использовании светофильтров (5.1) принимает вид

К= (Lэ.с + Lо.э.с+Lо.с)/(Lф.с+Lо.с),                                                                    (5.2)

где L-t. с — яркость излучения светящегося элемента через свето­фильтр; L0. ч. с — яркость излучения, отраженного от светящегося элемента через светофильтр; L$.c — яркость излучения, отражен­ного от фона через светофильтр; L0 c — яркость излучения, от­раженного от светофильтра.



Все указанные составляющие формулы (5.2) зависят от ко­эффициента адаптации, а кроме того, L3. c зависит от спектра излучения светящегося элемента и относительного пропускания светофильтра на его длине волны, L0 э с — от спектра излучения источника внешней засветки, относительного пропускания свето­фильтра и относительного отражения светоизлучающего элемен­та, Lф.с — от спектра излучения источника засветки, относитель­ного пропускания светофильтра и относительного фона, L0. с — от спектра излучения источника засветки, относительного отраже­ния передней поверхности светофильтра.

Из (5.2) следует, что надежность считывания индицирован­ной информации в значительной степени зависит от яркости от­раженного поверхностью светофильтра света внешнего источ­ника. Действительно, при больших значениях L0. c коэффициент яркостного контраста будет стремиться к 1 и светящиеся элемен­ты станут малоразличимы.

В зависимости от типа и условий освещения отражение света от поверхности светофильтра может быть рассеянным или зер­кальным.

Рассеянное отражение, при котором распространение света подчиняется закону Ламберта, дает для наблюдателя диффузно-светящуюся поверхность. Зеркальное отражение, при котором глаз наблюдателя расположен на линии отраженных от поверх­ности типа зеркала лучей, дает для наблюдателя яркое отраже­ние источника света.

Поэтому количество отраженного света зависит, в первую очередь, от относительного положения внешнего источника света, светофильтра и глаз наблюдателя. Необходимо по возможности располагать устройство отображения информации так, чтобы блики зеркального отражения источника засветки не попадали в глаза наблюдателя. Возможен вариант использования качаю­щейся рамки, в которой закреплен светофильтр, для обеспечения возможности отклонения бликов отраженного света от наблюда­теля (например, вниз).

Потери света в системе излучатель — светофильтр + индика­тор. Прохождение излучения сквозь светофильтр (от индикатора в пространство и от источника внешнего излучения к индикатору и обратно в пространство после отражения) связано со свето­выми потерями.


Падающий [23] на преломляющую поверхность световой поток Ф0 в общем случае можно представить как сумму потоков: отраженного Фр, поглощенного Фа и пропускаемого Фт, т. е.

Ф0==ф(1 + Фа +Фт.                                                                                 (5.3)

Количественная оценка указанных составляющих опреде­ляется их отношением к значению падающего потока Ф0:

р = Фр/Ф0; а = Фа/Ф0; т = Фт/Ф0,                                                       (5.4)

где р, а и т — коэффициенты отражения, поглощения и про­пускания.

Сумма указанных коэффициентов равна единице.

При наличии зеркального и диффузного отражения соответст-

вующие коэффициенты равны:

р = рr + рd и т = тr+тd,

где рr и pd — коэффициенты зеркального и диффузного отраже­ния соответственно; тr и тd — коэффициенты направленного и диффузного пропускания соответственно.

Потери на отражение могут быть определены по известной формуле Френеля:

                                        (5.5)

где е и е' — углы падения и преломления.

Для малых углов падения (до 30°) с достаточной точностью коэффициент отражения может быть вычислен по упрощенной формуле

р = (n2 — n1 )2/(n2 + n1 )2,                                                                    (5.6)

где п2 и п1 — показатели преломления до и после преломления, в частности, при прохождении света из пространства в свето­фильтр п1 и n2 будут показателями преломления воздуха (n1 =1) и материала светофильтра.

Поскольку находящаяся в числителе разность коэффициентов преломления сред (п1 — п2) входит в формулу квадратично, то френелевские потери не зависят от направления перехода луча из среды с меньшим показателем преломления в среду с боль­шим показателем или, наоборот, из среды с большим показате­лем в среду с меньшим показателем преломления. Из этого сле­дует, что относительные потери на обеих границах раздела сред будут одинаковы.

В соответствии с (5.6) светофильтр, имеющий однородный показатель преломления, равный, например, 1,5 в диапазоне волн излучения светодиодов, отражает от каждой поверхности 4% падающего светового потока.


Коэффициент пропускания через границу раздела сред будет равен 7=1 — р. С учетом потери на отражение на обеих сторонах светофильтра и коэф­фициента внутреннего пропускания формула светового потока, потерянного в результате отражения, примет вид

дI0 = p+[1-р]Tлр,                                                                                   (5.7)

где ДIо — световой поток, характеризующий потери на отраже­ние; рI0 — коэффициент отражения от первой поверхности раздела сред; Tл — коэффициент пропускания светофильтра.

Потери светового потока на отражение [1 — р]Tлр определяют потери светового потока у второй поверхности раздела. Если принять коэффициент пропускания Tл =0,875 на частоте свечения светодиода, то общие потери на отражение на двух границах раздела составят в соответствии с (5.7) примерно 7%.

Необходимо отметить, что коэффициент отражения для мате­риала светофильтров принимают для каждой марки стекла за постоянную величину, зависящую только от показателя прелом­ления этого стекла в видимой области спектра. Фактически по­казатель преломления зависит от длины волны проходящего све­та (наиболее значительные отклонения в ИК и УФ-областях спектра [23]). Поэтому при применении светофильтров в гранич­ных областях спектра при высоких уровнях внешней освещен­ности необходимо учитывать отклонение этого параметра.

Значительное снижение величины Фр [23], т. е. потерь на отражение, а следовательно, и увеличение доли потока пропуска­ния Фт достигается просветлением поверхностей светофильтров. Просветление поверхностей заключается в нанесении на них тон­ких прозрачных пленок, позволяющих в результате интерферен­ции волн света значительно снизить величину Ф,,. Для этого при нормальном падении луча необходимо, чтобы разность хода лу­чей Д была равна половине длины волны, т. е.

Д = л/2 = 2hn2,

где h — толщина одинарного слоя пленки, а п2 — ее показатель преломления.

Для различных условий и материалов разработаны одно-, двух-, трех- и многослойные просветляющие покрытия, позво­ляющие снизить потери на отражении с 4 до 0,5%.


В общем слу­чае толщина многослойного покрытия d = (2k+ l)л/4 (k = =0, 1, 2, ...).

Изменяя оптическую толщину пленок, можно смещать в раз­личные участки спектра минимум отражения, при этом поверх­ность с просветляющим (антибликовым) покрытием приобретает различную окраску (голубую, пурпурно-фиолетовую, красно-ко­ричневую). При выборе покрытий необходимо помнить о соот­ветствии прочности (устойчивости) антибликовых покрытий тре­бованиям, предъявленным к устройствам отображения информа­ции, в частности, требованию необходимости обеспечения устой­чивости к воздействию пыли и песка.

Другим способом снижения яркости отраженного от свето­фильтра света является текстурирование поверхности свето­фильтра. Наибольший эффект текстурирование поверхности свето­фильтра дает при слабых и умеренных засветках индикаторов близко расположенными источниками света. Однако текстуриро-ванная поверхность светофильтра рассеивает не только падаю­щий извне свет, но и свет, излучаемый индикатором, поэтому необходимо осторожно относиться к применению текстурирован-ных светофильтров.

Потери света на поглощение. Часть светового потока (как внешнего источника света, так и светодиода), попавшая в толщу материала светопровода, частично поглощается им и умень­шается на величину Фа-

В соответствии с (5.3) количество прошедшего через свето­фильтр света, излученного ППИ, равно ФТ = Ф0 — фа — фр. Ха­рактеристики поглощения света определяются цветом и плот­ностью окраски материала светофильтра. Изменяя эти величины, можно получить светофильтр с различным пропусканием для данной длины волны. Если окраска светофильтра имеет постоян­ную плотность, то коэффициент внутреннего пропускания свето­фильтра на данной длине волны является показательной функ­цией от толщины материала:

тa= eal где та — коэффициент внутреннего пропускания; l — толщина светофильтра; а — коэффициент поглощения, равный In тл; тл. — внутреннее пропускание для единичной толщины материала светофильтра.



При коэффициенте внутреннего пропускания тя, равном 0,875 на длине волны 655 нм, значение пропускания [22] светофильтра толщиной 2,5 мм будет равно

тa =е (-In 0,875)2,5 =е-(0,1335) 2,5 =0,716.

На рис. 5.5 показаны кривые пропускания светофильтров раз­личной толщины.

Значение коэффициента поглощения для различных катего­рий оптических стекол регламентируется ГОСТ 3514-76, в частно­сти, для стекол 000 — 4 категорий оно равно 0,2 — 3%.

Коэффициент пропускания среды толщиной 1 см [23] при учете только потерь на поглощение определяется по формуле

та = (1-а)l.

Рис. 5.5. Кривые пропускания светофильтров:

1 — для толщины 1 мм; 2 — для толщины 2,5 мм

При приближенных расчетах можно принять а за 0,01, т. е. 1% на 1 мм пути осевого пучка в ма­териале светофильтра. В этом-случае коэффициент пропускания можно рассчитывать по выраже­нию

та = 0,99l.

Для повышения контраста изоб­ражения светофильтры подбира­ются по полосе пропускания час­тоты излучения и по коэфициенту пропусканчя.

 

5.1.3. Цветовой контраст

Как было указано выше, чистота цвета излучения полупро­водниковых индикаторов близка к монохроматическому излуче­нию. Однако наличие внешней освещенности снижает показа­тель чистоты цвета за счет смещения координат цветности к центру цветового треугольника, при котором увеличивается доля серого. Согласно теории различимости цветовое расстояние меж­ду красным излучением и серым фоном при высоких уровнях внешней освещенности в три раза больше цветового расстояния между желтым излучением светодиода и серым фоном. Разница цветовых расстояний между зеленым и серым и красным и серым еще больше, т. е. при равной яркости красный цвет свечения светодиодов в смысле цветовой контрастности предпочтительней светодиодов с желтым и зеленым цветами свечения. Исследо­вания [21] надежности считывания информации с индикато­ров различных цветов свечения подтверждают этот вывод.

Повышение цветового контраста достигается использованием светофильтров, задачей которых является обеспечение различия видимого цвета корпуса и цвета свечения индикатора.


Например, пурпурный светофильтр обеспечивает синий цвет отраженного от корпуса излучения внешнего источника света; красный цвет индикатора контрастно выделяется на этом фоне. Нейтральные фильтры также повышают контраст индицируемой информации за счет обеспечения черного видимого цвета корпуса индикатора; на этом фоне контрастно выделяется излучение светодиодов.

 

5.2. МАТЕРИАЛЫ СВЕТОФИЛЬТРОВ

Для повышения надежности считывания информации с ППИ в настоящее время применяются светофильтры из оптического стекла и из пластмасс.

 

5.2.1. Светофильтры из оптического стекла

Каждому из стекол, из которых производят светофильтры, присвоена марка, состоящая из одной-двух букв и цифр. Одна или две первые буквы обозначают цвет стекла: 3 — зеленый, К — красный, Ж — желтый, ЖЗ — желто-зеленый и т. д. По­следняя буква С — стекло. Цифра (или две цифры) — обозна­чение порядкового номера стекла в данном по цветности виде стекла. Под этими марками стекла приведены в каталогах цветных стекол.

Одним из отличий светофильтров из оптических стекол от светофильтров из пластмасс является их постоянная оптическая плотность. Полная оптическая плотность стеклянных свето­фильтров определяется их толщиной.

Основным преимуществом стеклянных светофильтров являет­ся их высокое качество, в частности, относительное пропускание у них обычно выше, чем у пластмассовых, форма кривой пропу­скания — круче, лучше соответствует форме кривой спектра из­лучения светодиодов. Это позволяет обеспечивать лучшие по­казатели надежности считывания информации в условиях высо­ких уровней внешней освещенности.

 

5.2.2. Светофильтры из пластмасс

В качестве светофильтров для применения со светодиодами используются светофильтры из пластмасс, например 5 — 1,5 ПД по ТУ 16-01-1132-77, 2ПЗ-4 (зеленого цвета), 2ПК-4 (красного цвета) по ТУ6-01-2-46-72 или ТОСС по ГОСТ 17622-72.

Способствует применению их доступность, легкость обработ­ки, сравнительно небольшие массы, разнообразие цветов.


Основ­ ными недостатками пластмассовых светофильтров является их недостаточная стойкость к внешним воздействующим факторам, в частности к световому излучению солнца. В технических усло­виях в качестве квалификационного параметра отсутствует до­минирующая длина волны, со временем происходит изменение химического состава органического стекла, «выцветание», что влечет за собой изменение коэффициента пропускания для определенной длины волны, снижение эффективности свето­фильтра. Светофильтры из органических стекол рекомендуется применять в устройствах отображения информации, предназна­ченных для помещений вычислительных центров с ровным искус­ственным освещением, при стабильных температурах окружаю­щей среды.

 

5.2.3. Светофильтры-жалюзи

Снижение влияния высоких уровней внешней освещенности на надежность считывания информации позволяют получить све­тофильтры-жалюзи. В своем принципе они выполняют роль бленд, используемых при фотографировании в яркую солнечную погоду для затенения объектива. Конструктивно фильтры-жалю­зи размещаются в объеме прозрачной пластмассы тонких не­прозрачных параллельных жалюзи, перпендикулярно ориенти­рованных к поверхности светофильтра.

На рис. 5.6 показан принцип работы фильтра-жалюзи. Излу­чение а от светодиодного индикатора проникает через прозрач­ное заполнение фильтра-жалюзи к оператору. Излучение б внеш­него источника заливающего освещения С, если источник не раз­мещен сзади на одной линии с оператором, попадая на непро­зрачные жалюзи, поглощается, не достигая поверхности инди­катора.

В результате применения фильтров-жалюзи значительно по­вышается яркостный контраст индицируемой информации. Для повышения цветового контраста прозрачную пластмассу-заполнитель фильтра заменяют материалом пластмассового нейт­рального светофильтра.

Конструктивное исполнение фильтра-жалюзи обеспечивает угол обзора в горизонтальной плоскости до 180°. Недостатком фильтров-жалюзи является сокращение угла обзора в верти­кальной плоскости.


В зависимости от соотношения толщин про­зрачного заполнителя-светопровода и жалюзи, а также от шири­ны жалюзи угол обзора может меняться в широких пределах (от 40 до 90°).

Рис. 5.6. Принцип действия све­тофильтра-жалюзи: 1 — цифровой ППИ; 2 — непро­зрачные пластины-жалюзи; 3 — светопропускающий наполнитель; С — источник заливающего света

При наклонном положении индикаторной панели на прибор­ной доске стенда или объекта рационально использовать фильт­ры с жалюзи, ориентированными под углом к плоскости све­тофильтра, отличным от 90° на величину наклона приборной панели.

При высоких уровнях внешней освещенности для обеспече­ния надежности считывания информации применяются решетча­тые светофильтры, представляющие собой два фильтра-жалюзи, ориентированные относительно друг друга на 90°. Резкое повы­шение контраста изображения достигается сокращением угла обзора не только в вертикальной, но и в горизонтальной пло­скостях.

 

5.2.4. Круговые поляризационные светофильтры

Круговые поляризационные светофильтры представляют со­бой двухслойные фильтры. Верхний слой — фильтр линейной поляризации, второй слой — четвертьволновая по толщине пла­стина. Ее оптическая ось располагается параллельно плоской поверхности поляризатора и ориентируется под углом 45° к направлению линейной поляризации.

Свет внешнего источника излучения линейно поляризуется, его компоненты получают ориентацию вдоль осей X и Y по от­ношению к четвертьволновому слою. При прохождении через четвертьволновый слой фильтра компоненты выходят с разностью фаз 90° (п/2) по отношению друг к другу циркулярно поляризо­ванными (т. е. свет является светом с круговой поляризацией). При отражении от зеркальной поверхности индикатора направление поляризации меняется на противоположное. Когда по­ляризованный таким образом свет проходит обратно через чет­вертьволновую пластину, фазовый сдвиг между компонентами X и Y устанавливается, но так как они становятся линейно-по­ляризованными под углом 90° по отношению к линейному поля­ризатору, этот отраженный свет поглощается светофильтром.


Круговой поляризатор снижает яркость отраженного света на 95%. Несмотря на то что свет, излучаемый светодиодным инди­катором, также ослабляется (на 0,6 — 0,65) на максимальной волне, круговые поляризационные фильтры обеспечивают зна­чительное повышение контраста изображения.

 

5.3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СВЕТОФИЛЬТРОВ

На рис. 5.3 приведены характеристики спектра для свето-излучающих диодов различных цветов свечения. Волновые све­тофильтры для них подбираются с учетом чистоты излучения светодиодов и с учетом яркости внешней освещенности. Для использования индикаторов в условиях низких уровней освещен­ности предпочтительней использовать светофильтры с высоким коэффициентом пропускания. Для индикаторов, использование которых предполагается в условиях умеренных и сильных засве­ток от внешних источников освещения, предпочтительнее ис­пользование светофильтров с низкими коэффициентами про­пускания.

Применение светофильтров с индикаторами красного цвета свечения (Яр = 655 нм). При использовании индикаторов в усло­виях низких и умеренных уровней освещенности фильтрация мо­жет осуществляться при помощи длинноволновых светофильтров. Такие светофильтры должны иметь достаточно крутую границу пропускания в диапазоне длин волн от 600 — 610 до 630 — 640 нм с высоким коэффициентом поглощения для коротковолновых излучений синего, зеленого и желтого цветов свечения. К длинно­волновым излучениям, большим длины волны красного цвета, глаз невосприимчив.

На рис. 5.7 представлены типичные кривые пропускания для длинноволновых светофильтров, которые рекомендуются к приме­нению с красными индикаторами при низком уровне внешней освещенности [кривая 1 с высоким (0,6 — 0,75) коэффициентом пропускания] и при умеренном уровне освещенности [кривая 2 с низким (0,3 — 0,5) коэффициентом пропускания].



Рис. 5.7. Рекомендуемые кривые пропускания длинноволновых светофильтров для применения с индикаторами красного цвета свечения в условиях низкого (кривая 1) и умеренного (кривая 2) уровней внешней освещенности



При использовании индикаторов красного цвета свечения в условиях слабого, умеренного и яркого уровней освещенности могут быть использованы также нейтральные светофильтры с вы­сокими (0,23 — 0,3) коэффициентами пропускания для слабого и умеренного освещения и низкими (0,15 — 0,23) коэффициентами для высокого уровня освещенности. При использовании светофильтров повышение надежности считывания информации про­исходит за счет повышения цветового контраста между, светя­щимся элементом и фоном.



Рис. 5.8. Рекомендуемые кривые про­пускания нейтральных светофильтров при использовании с индикаторами различного цвета свечения в условиях низкого и умеренного (кривая 1) и высокого уровней (кривая 2) внешней освещенности

На рис. 5.8 приведены кривые пропускания нейтральных светофильтров для использования с индикаторами красного цвета свечения в условиях низкого и умеренного (кривая 1) и высокого (кривая 2) уровней освещённости.

С целью повышения надежности считывания специалисты фирмы Hewlett Packard рекомендуют [22] использовать темно-пурпурные светофильтры.

При использовании темно-пурпурных светофильтров повы­шение надежности считывания достигается также за счет повы­шения цветового контраста между цветом излучения светодиода и фоном.

Пурпурные светофильтры имеют полосу пропускания в обла­сти частот синего и красного цветов излучений при нулевом про­пускании в области зеленого, желтого и оранжевого излучений. Уровень цветового контраста между синим цветом фона и крас­ным цветом излучения светодиода очень высок, что обеспечивает высокую надежность считывания информации при высоких уров­нях внешней освещенности.

Существенное повышение надежности считывания дает при­менение комбинированных светофильтров. Для использования красных индикаторов рационально при высоких уровнях внешних освещенностей использовать красный светофильтр (например, типа КСИ) за нейтральным (например, НС7, НС8) или пурпур­ный за нейтральным фильтром.


Недостатком использования комбинированных светофильтров является снижение яркости све­чения индикаторов, большие потери на отражениях от четырех поверхностей раздела сред (по две на каждый светофильтр). Избежать этого позволяет склеивание пластин светофильтров эпоксидными смолами, оптическими клеями с показателями пре­ломления, близкими к показателям преломления материала светофильтров. Повышение яркостного контраста наряду с уве­личением яркости при склеивании светофильтров позволяет обе­спечить высокую надежность считывания информации при вы­соких уровнях внешних освещенностей.



Рис. 5.9. Рекомендуемые кривые пропускания длинноволновых светофильтров для примене­ния с индикаторами красного цвета свечения с повышенной светоотдачей полупроводнико­вого материала для низких (1) и умеренных (2) уровней внешней освещенности

 

Применение светофильтров с индикаторами красного цвета с повышенной светоотдачей (оранжевато-красного цвета свечения по шкале цветности МКО) с А,р = 635 нм. При использовании указанных индикаторов в условиях низкого и умеренного уров­ней освещенности повышения яркостного контраста можно до­биться применением длинноволновых светофильтров. Граница пропускания должна быть смещена к частотам 580 — 600 нм с вы­соким коэффициентом поглощения в диапазоне волн синего, жел­того и зеленого цветов свечения. При выборе светофильтра необходимо обратить внимание на полосу пропускания красного светофильтра, так как при использовании светофильтра с боль-шим градиентом полосы пропускания в области лр = 635 нм из-за разброса характеристик светодиодов может проявиться различие в яркости свечения расположенных рядом индикаторов (на инди­каторы с разбросом по длине волны излучения коэффициент пропускания будет действовать по-разному). При использовании индикаторов красного цвета свечения с А,р = 635 нм в условиях высоких уровней внешних освещенностей рационально исполь­зовать нейтральные светофильтры с низкими коэффициентами пропускания.


Повышение надежности считывания достигается при применении нейтральных фильтров за счет повышения цве­тового контраста.

На рис. 5.9 представлены типичные кривые пропускания для светофильтров, рекомендуемых к применению с индикаторами красного цвета свечения с повышенной светоотдачей, при низком (кривая 1) и умеренном (кривая 2) уровнях внешних освещен­ностей, при этом коэффициенты пропускания для умеренных уровней внешней освещенности будут 0,35 — 0,5, для низких уров­ней — 0,6 — 0,7.

В условиях высоких уровней внешней освещенности рекомен­дуется применение нейтральных светофильтров с коэффициен­тами пропускания 0,18 — 0,25. Нейтральные светофильтры по­вышают надежность считывания информации за счет повыше­ния цветового контраста.

Применение светофильтров с индикаторами желтого цвета (Хр = 583 нм). При использовании указанных индикаторов в условиях низких уровней внешней освещенности повышение контраста отображаемой информации рекомендуется проводить с применением узкополосных светофильтров. Поскольку в соот­ветствии с данными характеристической кривой чувствительно­сти глаза стандартного наблюдателя желтый цвет свечения находится на участке наивысшей чувствительности глаза, то по­высить контраст светофильтрами затруднительно. Чтобы полу­чить высокий контраст между светом, излученным светодиодом и отраженным от передней панели индикатора, рекомендуется применять темно-желтые или оранжевые либо желтый поло­стной светофильтры с низкими коэффициентами пропускания (примерно 0,25 — 0,30).

При использовании индикаторов желтого цвета свечения при умеренных уровнях внешних освещенностей рекомендуется при­менять нейтральные (с коэффициентом пропускания 0,2 0,25) либо оранжевые светофильтры. При высоких уровнях освещен­ностей коэффициент пропускания применяемых светофильтров должен быть ниже и составлять 0,15 — 0,25.

Применение светофильтров с индикаторами зеленого цвета (Аф = 565 нм). Поскольку длина волны светодиодов зеленого цвета свечения в соответствии с кривой чувствительности глаза отстоит от области максимальной чувствительности глаза на 10 — 15 нм, то повысить контраст с помощью светофильтров также затруднительно.

Рекомендации по конструктивному оформлению устройств отображения информации

В общем виде понятие проектирования устройств отображе­ния информации включает в себя разработку принципа управ­ления и индикации информации, разработку и расчет принци­пиальных схем, тепловые и другие расчеты и конструирование устройств. Использование в качестве элементов индикации полу­проводниковых индикаторов позволяет создавать малогабарит­ные, надежные и эргономичные устройства отображения инфор­мации, которые по своим тактическим и конструктивным реше­ниям конкурируют практически со всеми известными устройства­ми, разработанными на других физических принципах элементов индикации. Устройства отображения информации в более широ­ком смысле могут быть представлены двумя более или менее самостоятельными видами. Первый из них — устройства, на которые возлагается только одна задача — информирование че­ловека-оператора о состоянии (о наличии или его размере) того или иного предмета. Такие устройства являются устройствами отображения информации (УОИ).

Второй вид — это устройства, обеспечивающие кроме зада­чи индикации возможность вмешательства человека-оператора в работу технологического комплекса по результатам анализа полученной от него посредством индикаторов информации. Они получили наименование пультов управления и индикации (ПУИ).

Эти устройства имеют различные задачи и, следовательно, различный набор элементной базы, функциональных звеньев (в частности, наличие или отсутствие коммутационных элемен­тов, выходных устройств и т.


д.), различный объем электронного обеспечения. Общей частью, объединяющей оба вида, является индикаторная часть устройства с элементами, обеспечивающими повышение надежности считывания информации. При рассмот­рении некоторых вопросов проектирования ПУИ на эти части устройств будет обращено особое внимание.

Независимо от смысловой нагрузки, которую несут ПУИ в аппаратурных комплексах, каждый из них выполняет следующие операции:

прием и обработку информации (ее дешифрацию, классифи­кацию в соответствии с адресной системой, рассылку по потре­бителям внутри пульта);

хранение полученной информации в течение цикла обнов­ления;

дешифрацию (приведение к виду, воспринимаемому прием­никами информации в ПУИ);

индикацию информации;

шифрацию воздействия оператора на органы коммутации ПУ в электрические сигналы, кодирование информации;

выдачу информации в сеть (в ЦВМ или другому потреби­телю).

Аппаратурная реализация каждого из этих звеньев на от­дельных платах или в едином конструктивном узле позволяет получить законченные в функциональном отношении узлы.

Использование конструктивно-функциональных модулей (КФМ) позволяет сократить время, затрачиваемое на разработ­ку схем, аналогичных по задачам ПУИ, так как определяет лишь количество тех или иных КФМ в зависимости от информативно­сти пульта, и разработать на их основе общую принципиальную схему устройства. Использование КФМ позволяет также унифи­цировать ряд конструкторских решений, сократить объем трудо­затрат на проектирование, снизить общую стоимость разработки.

Как правило, размеры лицевых панелей пультов и зани­маемые пультами объемы за приборной доской бывают огра­ничены. Рациональное использование площадей приборных до­сок и объемов за ними является иногда основной задачей кон­структора. Использование при конструировании конструктивно-функциональных модулей позволяет в ряде случаев получить высокие коэффициенты использования объемов УОИ и ПУИ.

 

6.1.


КОНСТРУКТИВНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ

Основными конструктивно- функциональными модулями устройств отображения информации и пультов управления являются модули индикации и модули, обеспечивающие прием и обработку информации.

Наиболее сложными с точки зрения подсоединения в схему и одновременно более часто встречающимися ППИ являются цифровые и буквенно-цифровые (матричные) индикаторы, разра­ботанные в держателях керамических индикаторов (ДКИ). Индикаторы могут впаиваться в гнезда держателей, закреплен­ных на корпусе пультов управления и устройств отображения информации или в печатные платы. Однако с целью снижения трудозатрат при заменах вышедших из строя индикаторов, облегчения проведения регламентных работ, а также при изоли­рованной установке индикаторов рационально использовать разъемы. Разъемы, конструктивно объединенные со схемами управления индикаторами, получили наименование ячеек индика­ции. Существует несколько вариантов конструктивного оформ­ления ячеек индикации для использования совместно с раз­личного типа индикаторами и схемами управления ими.

На рис. 6.1 представлен внешний вид разъема для подклю­чения индикаторов, являющегося обязательной составляющей частью ячеек индикации.

Рис. 6.1. Внешний вид разъема для подключения индикатора

При эксплуатации индикаторов в ус­ловиях повышенных температур окру­жающей среды для обеспечения темпера­турного режима их работы необходимо осуществлять отвод выделяемых индика­торами мощностей.

С целью повышения теплоотдачи от индикаторов в конструкции разъема предусмотрен паз для крепления к тепло-отводящей металлической шине. Механи­ческое крепление разъема на корпусе (лицевой панели) пульта управления и индикации помогает обеспечивать тепло­вые режимы работы индикаторов. Для снижения теплового сопротивления «кор­пус индикатора — теплоотводящая шина» необходимо установку индикаторов производить с применением теплопроводящих паст типа КПТ-8.

Конструкция гнезд разъема предусматривает защиту от воз­действия вибраций (изъятие индикатора сопровождается при­ложением повышенных усилий 2,00 — 2,50 Н).



 

6.1.1. Конструктивно-функциональные модули индикации (ячейки индикации)

На рис. 6. 2 представлен внешний вид ячейки индикации для использования совместно с индикаторами типа АЛС324 (Б, Б1) и ЗЛС324 (Б, Б1). Ячейка индикации включает в свой состав разъем, дешифратор (514ИД2 или К514ИД2) двоично-десятичного кода в позиционный семисегментный код, воспри­нимаемый указанными индикаторами, восемь (с учетом деци­мальной точки) токоограничивающих резисторов и выходной разъем ячейки для связи с электронным оборудованием, раз­мещаемым на соответствующих КФМ по обработке информации. Принципиальная схема ячейки индикации представлена на рис. 6.3. Функционирование схемы пояснено в § 3.2.

Конструктивно ячейка индикации представляет собой разъем для индикатора с установленными по бокам двумя платами пе­чатного монтажа. На платах размещены резисторы и ИМС. Крепятся платы и разъем смолой ВК-9.

Ячейка индикации крепится в пульт со стороны лицевой па­нели двумя винтами, конструкция разъема индикатора позво­ляет крепить ячейку к теплоотводящей шине. Индикатор уста­навливается в ячейку индикации на пасту типа КПТ-8 после установки ячейки в пульт.

Для индикации цифровых значений параметров, имеющих градусную сетку измерений, может быть предложен вариант ячейки с установкой индикатора в перевернутом положении  (вверх децимальной точкой) с соответствующей корректировкой схемы соединения индикатора и ИМС.



Рис. 6.2. Внешний вид ячейки индикации для использования с индикаторами тина ЗЛС324Б(Б1) и АЛС324Б|Б1) и микросхемой 514ИД2 (К514ИД2)



Рис. 6.3. Принципиальная схема ячейки индикации для индикаторов ЗЛС324Б(Б1) и АЛС324Б(Б1):

D, — микросхема 51411Д2; Н - индикатор ЗЛС324Б; R, R  — резисторы 0,25 Вт, 62 Ом



Рис. 6.4. Принципиальная схема ячейки индикации для индикаторов типа ЗЛС324Б(Б1) и АЛС324Б(Б1) с микросхемой 514ПР1: D, -- микросхема 514IIP1; Я, - индикатор ЗЛС324Б1

Рис. 6.5. Внешний вид ячейки индикации для использования с индикатором ЗЛС340А

Для индикации цифровой информации может быть использо­ван также вариант ячейки индикации (рис. 6.4), в состав которой входят: разъем, дешифратор (ИМС 514ПР1) двоично-десятич­ного кода в семисегментный код индикаторов со встроенным устройством памяти на тетраду ДДК. В этом случае токоогра-ничивающие резисторы отсутствуют, так как формирователи тока входят в состав микросхемы. Применение ячейки индикации с ИМС 514ПР1 позволяет сократить общее количество электронно­го оборудования, размещаемого в объеме пульта управления.

Рис. 6.6. Схема ячейки индикации с индикатором типа ЗЛС340А

Для обеспечения индикации текстовой информации на БЦИ типа ЗЛС340А может быть использован КФМ — ячейка инди­кации (рис. 6.5). в состав которой входят: разъем, аналогич­ный примененному в цифровых ячейках индикации, две микро­схемы типа 1НТ251 и выходной разъем ячейки для связи с элект­ронным оборудованием в пульте управления. Принципиальная схема ячейки индикации для матричного индикатора типа ЗЛС340А представлена на рис. 6.6. Функционирование индика­тора и ИМС 1НТ251 в качестве усилителя-переключателя тока изложено в гл. 4.

Конструкция приведенных выше ячеек индикации основана на преемственности конструкторских и технологических решений; оснастка, необходимая для их изготовления, унифицирована.

Использование КФМ-ячеек индикации позволяет снизить общую трудоемкость производства устройства отображения ин­формации и пультов управления в малознаковых (на 20 — 25 ин­дикаторов) устройствах при ограниченных объемах их выпуска.

Рис. 6.7. Внешний вид индикаторного модуля на 10 индикаторов ЗЛС340А

Это объясняется тем, что, с одной стороны, не удалось обеспе­чить механизацию совместного монтажа разъема индикатора и боковых плат печатного монтажа ячейки, а с другой — в этом конструктивном исполнении выводы ячейки индикации (от пе­чатных плат ячейки индикации к схемам управления в пульте) также не позволяют осуществить автоматизацию монтажа ячеек в корпусе устройства на печатную плату.


Поэтому установка на лицевой панели пульта управления или устройства отображе­ния информации большого количества ячеек индикации (80 — 100 ячеек и более) требует выполнения значительного объема монтажа, механизировать который затруднительно. Принци­пиально снизить объем трудозатрат на изготовление аппаратуры позволяет проведение дальнейшей интеграции оборудования управления матричными индикаторами не только с точки зрения их совместного размещения, но и выбора элементной базы управления с большей степенью интеграции. В частности, для управления матричными индикаторами могут быть использова­ны ИМС 514ИР2 (А, Б).

На рис. 6.7 приведен внешний вид индикаторного модуля, позволяющего обеспечить управление и индикацию на десяти индикаторах типа ЗЛС340А. Модуль управления включает в себя десять разъемов для индикаторов, электрорадиоэлементы в со­ответствии со схемой, приведенной на рис. 6.8, и разъем для внешних соединений. Две такие ячейки, собранные в один мо­дуль, создают КФМ для индикации информации на десяти инди­каторах типа ЗЛС340А. (На схеме показана половина индика­торного модуля — на пять индикаторов, размещенных на плате печатного монтажа, две таких платы составляют модуль на десять индикаторов.)

Рис. 6.8. Схема ячейки индикации на пять индикаторов типа ЗЛС340А

Функционирование схемы изложено в гл. 4.

Конструктивно модуль представляет собой две зеркального отражения многослойные платы печатного монтажа, установлен­ные в рамку. На передней стороне модуля размещено пять пар разъемов для индикаторов. На платах печатного монтажа раз­мещено электронное оборудование, в том числе микросхемы 514ИР2А. Для обеспечения теплоотвода от них предусмотрены широкая (15 мм) шина металлизации и массивная теплоотводя-щая шина, размещенная между платами и касающаяся корпусов микросхем сквозь отверстия в платах печатного монтажа. Мик­росхемы устанавливаются на теплопроводящую пасту.

Данная ячейка индикации — КФМ позволяет производить на­бор в пакет без зазора между знаками индицируемого текста с обеспечением возможности создания индикаторной части устрой­ства в пять строк по 2N индикаторов в каждой, где N — коли­чество модулей, набранных в пакет.



Со стороны разъема и индикаторов модуля установлены на­ правляющие штыри для обеспечения надежного сочленения разъема модуля и его ответной части в пульте. Лицевая панель модуля после ее установки в прибор центрируется штырями, расположенными на лицевой панели пульта, и крепится винтами.

На рис. 6.9 представлен внешний вид устройства отображе­ния информации на 80 знакомест. Рядом размещена ячейка инди­кации, изъятая из устройства. С лицевой панели для наглядности снят светофильтр (пять строк по 16 знакомест в каждой).



Рис. 6.9. Внешний вид устройства отображения информации на 80 знакомест без светофильтра со снятым модулем

Приведенные выше конструктивные решения показывают ва­рианты исполнения конструктивно-функциональных модулей, но не являются обязательными, поскольку требования техниче­ских заданий на разработку не всегда отвечают ранее заготов­ленным решениям.

 

6.1.2. Рамки крепления светофильтров

Как уже указывалось, блики внешнего источника света, от­ражающиеся от поверхности светофильтра (4 — 5% яркости источника), при наблюдении под углом зеркального отражения могут полностью засветить индицируемую информацию. Исполь­зование рамок, позволяющих направлять блики зеркального отражения лучей внешнего источника освещения в сторону от глаз наблюдателя, позволяет снять этот вопрос. Однако такие рамки могут использоваться в основном на стендовом оборудо­вании, на подвижных объектах их использование отвлекает опе­ратора от процесса управления.

В этом случае предпочтительнее использование рамок со светофильтрами с просветляющими покрытиями.

Рис. 6.10. Внешний вид индикатора с применением буквенно-цифрового ППИ типа ЗЛС340А

Варианты конструктивного оформления рамок крепления светофильтров различны, поскольку устройства отображения ин­формации имеют, как правило, различное качество индикато­ров, не все предприятия-изготовители аппаратуры обладают технологией изготовления и шлифования светофильтров зна­чительных размеров.



Конструктивно рамка может быть выполнена с построчным креплением светофильтров (каждая строка УОИ имеет свой светофильтр, закрепленный в общей рамке). Недостаток такого контруктивного оформления в появлении «колодезного эффекта», т. е. в уменьшении угла обзора индицируемой информации. Уменьшение угла обзора создает определенные трудности для размещения устройства в интерьере аппаратурного комплекса.

Более сложна при изготовлении рамка для светофильтра, целиком закрывающего информативное поле индикаторов устрой­ства.

На рис. 6.10 представлено конструктивное оформление бук­венно-цифрового индикатора с установленной на лицевой панели рамкой со светофильтром. На индикаторах высвечен набор символов, внесенный в микросхему постоянной памяти типа 505РЕЗ (прошивки 0059, 0060).

Светофильтры необходимы, как это показано выше, для по­вышения контраста отображаемой информации. Однако при этом светофильтры являются тепловыми экранами, ухудшаю­щими тепловой режим работы индикаторов: сокращается теп­лоотдача излучением, конвекцией. Поэтому независимо от фраг­ментарности конструкции рамки необходимо предусматривать возможность прохождения охлаждающего индикаторы воздуха.

Рис. 6.11. Внешний вид конструктивно-функционального модуля обработки информации

Рис. 6.12. Шлейфовое соединение конструктивно-функционального модуля

Отверстия в верхней и нижней частях рамки или пазы на лице­вой поверхности прибора, к которой крепится рамка, должны обеспечить прохождение конвекционных потоков воздуха либо (при повышенных температурах окружающей среды) прохож­дение потока принудительно нагнетаемого (отсасываемого) охлаждающего воздуха.

 

6.1.3. Конструктивно-функциональные модули обработки информации

В конце разделов, посвященных ППИ и схемам управления ими приведены структурные схемы устройств отображения ин­формации и пультов управления. Разбиение предложенных структурных схем на КФМ диктуется большим количеством различных условий работы (малознаковые индикаторные устрой­ства информационные буквенно-цифровые табло, индикаторы сигналов и команд и т.


д.). Основной задачей разработчика яв- пяется создание модулей, имеющих законченный цикл решения задачи Применение таких КФМ позволяет сократить межмо­дульный монтаж, устранить дублирование ряда узлов, унифицировать КФМ для дальнейших работ при проектировании анало­гичных по задачам устройств.

На рис. 6.11 представлен такой КФМ, решающий целый комплекс задач: прием последовательного кода информации о воспроизводимом символе, преобразование его в параллельный вид, хранение на время отображения и усиление по току до уровней, необходимых для задания токовых режимов индикато­ров типа ЗЛС340А. При меньших габаритах устройства ото­бражения информации количество задач, возлагаемых на КФМ, может быть существенно снижено. При этом уменьшатся и габариты плат печатного монтажа, на которых размещается электронное оборудование.

Монтаж КФМ в устройство может осуществляться с помощью разъема (рис. 6.11), проводного монтажа, гибких шлейфных соединителей (рис. 6.12). При этом установка КФМ в устрой­ства, эксплуатация которых планируется на стендах, в лабора­ториях и на объектах, не подвергающихся воздействию вибра­ций, не требует применения специальных методов крепления. При использовании приборов отображения информации на объектах, подвергающихся воздействию вибраций, КФМ необхо­димо крепить дополнительными узлами крепления, например, как это показано на рис. 6.13 (по углам и в центре КФМ).



Рис. 6.13. Конструктивное оформление конструктивно-функционального модуля с дополнительными точками крепления

Таким образом, конструктивное оформление КФМ обработки информации может быть различным в зависимости от требований технического задания по габаритам, по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям. Однако обяза­тельным всегда остается требование законченности КФМ по функциональному назначению.

 

6.2. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ КОМПОНОВКИ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ПУЛЬТОВ УПРАВЛЕНИЯ И ИНДИКАЦИИ

В дальнейшем устройства отображения информации и пульты управления и индикации для простоты изложения будут называться пультами управления (ПУ), поскольку достаточно редко используются в чистом виде устройства отображения информации, т.


е. приборы, которые не позволяют оператору каким бы то ни было образом воздействовать на процесс работы аппаратурного комплекса.

На выбор конструкторских решений в определяющей степени влияют предъявляемые к пультам управления требования по устойчивости к влиянию внешних факторов (климатических и механических воздействий). От этих требований зависит выбор элементной базы, способы крепления элементов, плат печатного монтажа, функциональных модулей. При этом бывает практи­чески невозможным отделить и изолированно рассматривать конструирование элементов, связанных с индикацией, от других, например коммутационных, элементов. Конструктивные размеры переключателей в большей мере зависят от их характеристик устойчивости к вибрационным и температурным нагрузкам. На рис. 6.14, а, б представлены два различных варианта кон­структорской компоновки пульта управления (в том числе его индикаторной части в зависимости от выбора элементов ком­мутации). На рис. 6.14, а представлен вариант размещения элементов при использовании переключателей типа ПКБ, на рис. 6.14, б — типа ПКН-19.

Переключатели типа ПКБ высотой 28 мм разработаны для установки на печатную плату. Использование указанных пере­ключателей для установки в ПУ, как это показано на рис. 6.14, а, позволяет с учетом толщины лицевой панели минимально исполь­зовать внутренний объем пульта. Установка в разъем индикато­ров типа ЗЛС324А или любых других ППИ из-за незначительной глубины (13 мм) также позволяет минимально использовать объемы пульта. Индикаторно-коммутационные элементы, уста­новленные на печатных платах с выводом информации гибкими шлейфными соединениями на общую коммутационную плату пульта, позволяют получить высокие коэффициенты механизации изготовления, монтажа и настройки приборов.



Рис. 6.14. Варианты конструктивного оформления пульта управления с исполь­зованием переключателей типа ПКБ (а) и ПКН-19 (б):

1 — корпус ПУИ; 2 — лицевая панель; 3 — индикаторы (например, типа ЗЛС324Б1 или ЗЛС340А); 4 — разъемы полупроводниковых индикаторов; 5 — печатная плата для уста­новки разъемов ППИ; 6 — светофильтр; 7 — коммутационные элементы ПУИ; 8 — разъемы внешних соединений; 9 — конструктивно-функциональные модули; 10 — ком­мутационная плата межмодульных соединений; 11 — разъемы КФМ и ответные части разъемов коммутационной платы; 12 — гибкие кабели (шлейфовые соединения) от коммутационной платы и коммутационных элементов; 13 — печатная плата, на кото­рую установлены коммутационные элементы; 14 — ячейки индикации

Методы крепления и монтажа полупроводниковых индикаторов

Создание устройств индикации с применением ППИ можно условно разделить на три этапа:

первый этап — выбор конкретного типа индикатора, который наилучшим образом будет решать поставленную задачу;

второй этап — определение электрического режима и проек­тирование схемы;

третий этап — монтаж ППИ на лицевой панели устройства индикации.

Первый и второй этапы описаны в разделах 1.2.1, 1.2.2 и введении к гл. 3. Настоящая глава посвящена третьему этапу, играющему существенную роль в деле обеспечения надежной работы как ППИ, так и индикаторного устройства на их основе.



 

6.3.1. Способы крепления и монтажа ППИ

Выпуск большинства ППИ в стандартных корпусах в значи­ тельной степени облегчает проблему выбора приемлемых спосо­бов монтажа индикаторов в аппаратуре.

Существуют три способа крепления индикаторов к схеме:

приклейка корпуса индикатора к плате или лицевой панели устройства с последующей пайкой выводов;

пайка выводов индикатора к элементам схемы;

соединение индикаторов со схемой с помощью разъемов.

Достоинством первых двух способов является высокая надеж­ность соединения, а недостатком — сложность замены при от­казе индикаторов. При применении разъема замена индикатора осуществляется легко, однако имеется определенная вероятность нарушения электрического контакта, что может привести к ис­кажению или пропаданию информации.

Перед приклейкой индикаторов, а также перед пайкой вы­водов производится подготовка ППИ к дальнейшей работе с ними. В частности, в связи с тем что необходимо обеспечить установку индикаторов в предназначенные им контактные гнез­да, производится формовка (изгиб) выводов.

Перед пайкой выводов и приклейкой ППИ производится очи­стка выводов и поверхностей индикаторов.

Формовка выводов. Выводы индикаторов в процессе произ­водства ППИ обычно запрессовываются в пластмассу, керамику или стекло. Указанные материалы имеют определенные запасы прочности. Однако при формовке выводов, создавая определен­ные нагрузки на элементы индикаторов, необходимо соразмерять их с возможностями ППИ выдержать эти нагрузки. Исходя из этого при формовке выводов необходимо соблюдать некоторые необременительные правила, выполнение которых поможет обес­печить безотказную работу ППИ в течение продолжительного времени.

Все операции по формовке, выполняемые вручную, должны производиться с помощью пинцета и монтажных плоскогубцев. При гибке выводов не должны прикладываться механические напряжения на места их соединения с корпусом. Производить формовку выводов так, как это показано на рис. 6.15, а, запре­щается, так как это может привести к разрушению крепления выводов или нарушить герметизацию корпуса и выходу ППИ из строя сразу или по прошествии некоторого времени.


Формов­ ку выводов необходимо производить так, как это показано на рис. 6.15, б.



Рис. 6.15. Способы формовки и установки ППИ: а неправильный; б правильный

Изгиб выводов осуществляется на расстоянии 3 — 5 мм от корпуса ППИ; радиус изгиба выводов оговаривается в техни­ческих условиях на приборы и, как правило, равен 1,5 мм. Коли­чество изгибов выводов также ограничено и не превышает 2 — 3.



Рис. 6.16. Варианты крепления выводов ППИ в отверстиях печатных плат:

а, б  — соединение «змг-замок»; в — соеди­нении с подгибкой; г — соединение простое

Конфигурация формовки может быть различной, для ее вы­полнения часто применяют специальные формовочные устрой­ства и приспособления. При изготовлении таких устройств не­обходимо предусмотреть предварительный зажим выводов со стороны корпуса ППИ перед началом процесса формовки.

Указанные правила формовки выводов распространяются на все типы ППИ.

Очистка поверхностей и выводов ППИ. С целью обеспечения качественной пайки ППИ к элементам схемы и приклейки их к корпусу или лицевой панели индикаторного прибора произво­дится очистка элементов ППИ от жира, грязи и других посто­ронних веществ. Лучше это сделать с помощью этилового спирта. Необходимо, однако, помнить, что при отсутствии этилового спирта выбранные химические вещества для очистки поверхно­стей и выводов ППИ не должны растворять пластмассовую по­верхность ППИ или нарушать герметизацию корпуса. Очистка может быть осуществлена путем окунания ППИ в спирт или заменяющую жидкость либо протирания тампоном, не остав­ляющим на очищаемых поверхностях своих фрагментов. Окуна­ние должно производиться при помощи пинцета. Время окуна­ния не должно превышать 3 — 5 мин.

Рис. 6.17. Соединение выводов ППИ с печатной платой

 

Приклейка индикаторов. Приклейка ППИ применяется, как правило, для имеющих планарные выводы индикаторов типа ЗЛС314А, ЗЛС320А-К, ЗЛС317А-Г с полимерной герметизацией. Приклейка осуществляется специальным теплопроводящим клеем типа ОК72Ф.


При использовании других типов клеев необходимо обращать внимание на его агрессивность по отношению к мате­риалам ППИ и температурные режимы, необходимые для его полимеризации. Эти температуры не должны превышать макси­мально допустимые значения для ППИ.

Пайка выводов. Пайка выводов может быть осуществлена паяльником вручную или волной припоя. При производстве пайки категорически запрещается подавать на индикатор электри­ческий режим.

Независимо от способа пайки в качестве флюса рекоменду­ется флюс ФКСп, содержащий 30 — 35% канифоли, 65 — 70% спирта этилового, или флюс ФМП, содержащий 30 — 33% кани­фоли, 0,3 — 3% кислоты малеиновой, 0,1 — 1% вещества АНП-2 поверхностно активного, 63 — 69,6% спирта этилового. В каче­стве припоя рекомендуется использовать ПОС-61, ПОС-40. Тем­пература пайки (235, 260, 270° С) должна строго выдерживать­ся. Особо жесткие требования предъявляются к времени пайки, которое не должно превышать 2 — 3 с; превышение времени пайки может привести к отказу ППИ.

Пайка волной применяется при монтаже индикаторов нг. печатные платы. Индикаторы устанавливаются с одной сто­роны печатной платы для обеспечения одновременной пайки всех видов. Формовка выводов и установка их на печатную плату осуществляются способами, приведенными на рис. 6.16. После установки на печатную плату ППИ должны быть хорошо закреплены. ППИ, выводы которых установлены в отверстия печатных плат без подгиба и без «зиг-замка», должны иметь технологическое крепление на плате с помощью прокладок и тех­нологических прижимов. Пайка ППИ волной припоя произво­дится при следующих параметрах режима:

Температура припоя, °С ........................................................................ 265

Время выдержки при пайке, с, не более .............................................. 3

Расстояние по длине вывода от корпуса до границы подъема

рас­плавленного припоя, мм, не менее ............................................................. 1,0



Интервал времени между повторными пайками, мин, не менее ......... 5,0

Примечание. Температура раепллвленноги припоя ПОС-61 задается в зависимости от толщины печатных плат: для плат толщиной 1.0 — 1,5 мм темпе­ратура выбирается 945 — 255° С: для плат толщиной 2,0 мм и более 255 — 265° С.

Глубину погружения плат в волну припоя рекомендуется ус­танавливать в пределах 0,3---0,6 толщины печатной платы. Ме­таллизированные сквозные отверстия создают достаточную пло­щадь смачивания припоем, что обеспечивается перемещением припоя по выводам вверх через отверстие к поверхности печат­ной платы благодаря силам капиллярного натяжения. При этом создается наилучшее соединение печатной платы и выводов инди­катора. На рис. 6.17, а — е показаны идеально припаянные вы­воды, а на рис. 6.17, г — е — плохо припаянные выводы.

Пайка паяльником (ручная). При ручной пайке труднее контролировать время и температуру пайки. Поэтому при ручной пайке необходимо соблюдать следующие условия:

применять маломощные паяльники 15 Вт (максимум 25 Вт);

применять теплоотвод в виде пинцета с медными плоскими губками шириной не менее 3 мм;

держать жало паяльника чистым и хорошо облуженным.



Рис. 6.18. Способы монтажа единичных индикаторов на плату:

1— ПНИ; 2 — монтажная плата; 3 — лицевая панель прибора; 4 — эпоксидная смола

Обрезку проводов индикатора следует проводить, как пра­вило, после пайки.

После проведения пайки следует очистить плату, причем в качестве растворителя следует применять вещества, которые не оказывают влияния на излучающую поверхность индикатора, маркировку и покрытия корпуса. После очистки следует высу­шить платы. Рекомендуется температура сушки не выше 65° С.

Монтаж индикаторов. Монтаж индикаторов может произво­диться в плату (на корпус индикаторного прибора) или в разъем.

Монтаж ППИ в плату. Как и в другие полупроводни­ковые приборы, ППИ могут монтироваться в плату. Монтаж ППИ без крепежного оборудования заключается в приклейке ППИ эпоксидными смолами или клеями (рис. 6.18, а) или в под­пайке на монтажную раму (рис. 6.18, б — д). Вариант крепления на рис. 6.18, а допускает использование ППИ в приборах, под­вергающихся значительным вибрациям; вариант монтажа на рис. 6.18, б требует при использовании его в тех же условиях обеспечения взаимного жесткого крепления лицевой панели при­бора и печатной платы, на которую устанавливается ППИ.


Остальные способы монтажа допускают использование ППИ на ограниченных вибрациях.

 

Рис. 6.19. Внешний вид разъема

Рис. 6.20. Контакты разъема

Монтаж ППИ в разъемы. Разъемные соединения обычно применяются в тех случаях, когда ППИ используются на лицевой панели устройства индикации. Такое соединение обе­спечивает возможность оперативной замены отказавших инди­каторов. При этом к разъемным соединениям применяется ряд требований, а именно: соединение должно быть прочным, мало­габаритным, должно обеспечивать надежное соединение выводов ППИ с контактами разъема при механических ударах и вибра­циях.

На рис. 6.19 приведен внешний вид разъема, который при­меняется для установки индикаторов типов ЗЛС324А, ЗЛС338А, ЗЛС340А и аналогичных. Такой разъем можно устанавливать на печатную плату или на лицевую панель индикаторного устрой­ства. В разъеме предусмотрен паз для теплоотводящей шины. Контакты, обеспечивающие связь индикатора типа ЗЛС324А с внешней электрической схемой, могут быть выполнены в виде, представленном на рис. 6.20. В тех случаях, когда необходимо обеспечить надежное соединение индикатора типа ЗЛС324А при сильной вибрации и ударах, целесообразнее применять контакты с «закусыванием» выводов (рис. 6.20, а). Контакт, представлен­ный на рис. 6.20, б, рекомендуется применять на неподвижных объектах, не подвергающихся воздействию вибраций. Разъем такого типа соединения должен обеспечивать достаточную пло­щадь прилегания контактирующих поверхностей без доступа воздуха. Это должно воспрепятствовать окислению поверхностей (образованию сульфида серебра) и сохранению тем самым по­стоянного переходного сопротивления.

Эти контакты, хотя и обеспечивают надежное соединение при вибрации и ударах, не допускают многократной установки одних и тех же индикаторов, так как острые кромки, обеспечивающие закусывание выводов, при расчленении снимают покрытие с вы­водов индикатора.

6.3.2. Способы улучшения тепловых режимов работы индикаторов в аппаратуре





Рис. 6.21. Монтаж индикаторов на печатную плату с использованием теплоотвода:

а майка индикатора; о - монтаж в разъеме; в - многострочное табло: 1 печатная плата; 2 — индикатор; 3 — теплоотводящий стержень; 4 разъем; 5 теплоотнодящая плата

Практические приемы улучшения условий теплоотвода при монтаже индикаторов в аппаратуре связаны с максимальным увеличением отвода тепла от выводов корпуса. При монтаже индикаторов на печатную плату следует максимально увеличи­вать площадь металлизированных токоведущих дорожек печат­ной платы, связанных с выводами индикатора. При монтаже индикаторов в разъемы необходимо увеличивать сечения контак­тирующих гнезд разъема и сечения монтажных проводов. При эксплуатации индикаторов в условиях, близких к предельно до­пустимым по значениям температуры окружающей среды, тем­пературы корпуса индикаторов и мощности рассеивания, необ­ходимо применять дополнительные меры по улучшению условий теплоотвода. В этих случаях можно использовать металлические теплоотводы (рис. 6.21) с теплоотводящими компаундами для улучшения теплового контакта, теплоотводящие трубки, а в ряде случаев — принудительное воздушное охлаждение.

Нужно помнить, что при разработке индикаторных устройств под индикаторами никогда не следует располагать элементы, выделяющие много тепла (ИМС, транзисторы, диоды и т. п.).

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Авторы книги постарались довести до читателя основные сведения о современных полупроводниковых индикаторах и об­ластях их применения. Несмотря на конкуренцию со стороны других видов знакосинтезирующих индикаторов (жидкокристал­лических, газоразрядных, электролюминесцентных, вакуумно-люминесцентных), полупроводниковые индикаторы сохраняют свое преимущество в областях индивидуального и коллективного применения систем и устройств отображения информации, к ко­торым предъявляются жесткие требования по устойчивости к внешним эксплуатационным факторам.

В заключение авторы считают необходимым дать краткую характеристику перспектив развития полупроводниковых инди­каторов и новых областей их применения.

---

---