Классификация цифровых индикаторов

1.

Классификация цифровых индикаторов.
Цифровыми или знакосинтезирующими индикаторами называются приборы, где
информация, предназначенная для зрительного восприятия, отображается с
помощью одного или совокупности дискретных элементов (ГОСТ 25066-81).
Цифровые индикаторы
Физический принцип
работы
Способ формирования знака
Полупроводниковые
Сегментные
Матричные
Жидкокристаллические
Вакуумно-люминесцентные
Газоразрядные
1

2.

1. Физические принципы реализации.
1.1. Полупроводниковый индикатор.
Полупроводниковый индикатор выполняется на основе светоизлучающих диодов.
При протекании тока инжекции возникает явление некогерентного
светоизлучения, которое вызвано самопроизвольной рекомбинацией основных
носителей заряда с избыточными неосновными носителями, инжектируемыми
током через p-n переход светодиода.
Под воздействием внешнего поля
Евнеш равновесие электронноУсловное обозначение
дырочного перехода нарушается,
светодиода.
через переход начинает протекать
ток инжекции: Iп=Iдиф-Iдыр
Дырки переходят в «n» - область,
- +
- + Eсобст
- +
электроны в «p» - область
p
Iп
-
+
+
+
+
n
Eвнеш
+ U -
2

3.

1.2. Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ).
Работа ЖКИ основана на свойстве некоторых веществ, изменять угол поляризации
проходящего через них света под действием приложенного напряжения.
Через поляризационную пленку проходит свет, имеющий только определенную
плоскость поляризации.
Наблюдатель
Поляризованный
свет
Вертикальный
поляризатор
Электроды Общий
сегменты
электрод
Жидкокристаллическое
вещество
ЖК молекулы формируют спираль,
скручивая поляризацию света.
Горизонтальный
поляризатор
Наблюдатель
Общий
Вертикальный Электродысегменты
электрод
поляризатор
Жидкокристаллическое
вещество
Электрическое поле
переориентирует ЖК молекулы
так, что они изменяют
поляризацию света.
Горизонтальный
поляризатор
3

4.

1.2.1 ЖКИ индикатор, на принципе отражения.
Стеклянные пластины с
поляроидной пленкой
Электродысегменты
Общий
электрод
Используются два скрещенных
поляризатора.
При наличии электрического
поля свет через индикатор не
проходит, при этом на сером
фоне видны темные знаки.
1.2.2 ЖКИ индикатор, работающий на просвет.
Стеклянные пластины с
поляроидной пленкой
Электродысегменты
Общий
электрод
Используются два поляризатора с параллельными плоскостями поляризации.
Индикатор не пропускает свет
отсутствие электрического пол
и пропускает при его
появлении.
Источник света
Отражающий
экран
4

5.

1.3. Вакуумно-люминесцентный индикатор.
Принцип действия:
Основан на свечении люминофорного покрытия, нанесенного на аноды-сегменты,
при соударении с электронами.
Анод сегмент +Uа
Uс
E
-Uк
Сетка
Катод
Подогреватель
Uн
В стеклянном баллоне в вакууме находятся: анод под напряжением Uа, с
нанесенным на него люминофорным покрытием, сетка, между анодом, и катодом.
Вокруг нити накала образуется электронное облако. Если на сетку подать
относительно катода положительное напряжение, то электроны начнут двигаться
в сторону анода. Сетка делается с довольно редкими ячейками, поэтому
ускоренные полем Е электроны пролетают через нее и бомбардируют анод. Под
5
действием электронов люминофор на аноде светиться в виде одного из сегментов
цифрового знака.

6.

2. Принципы синтеза цифрового знака.
Условное
графическое
обозначение.
2.1. Синтез знака из отдельных сегментов.
a
a
f
c
d
e
f
h
b
g
e
c
d
1
b
Синтез знака на светодиодах.
Общий анод.
Общий катод.
g
2
a
h
3
4
2
b
c
d
f
g
Синтез знака в ЖКИ.
В жидкокристаллических индикаторах прозрачные
электроды выполнены в виде сегментов.
а
1 – поляризационная пленка;
2 – стеклянная пластинка;
5 3 – прозрачный электрод;
4 – металлический электрод;
5 – жидкокристаллическое
6
вещество;
6 – изолирующие прокладки;
7 – контакты.
7
e
f
b
Условное
графическое
обозначение.
g
c
e
d
6
h

7.

Синтез знака в вакуумно-люминесцентном индикаторе.
a
а b
с
d
e
f
g
b
f
g
Uс
c
e
Uн
d
Uc
Управляются по анодам и сетке. Управление по сетке используется при создании
многоразрядного индикатора. При подаче на электроды-сегменты a, b, … f, g
положительного напряжения Uа они начинают светится, формируя тот или иной
знак цифрового индикатора.
7

8.

2.2. Матричное (мозаичное) представление знака.
Столбцы.
Строки.
4
Рассмотрим синтез цифры ПЯТЬ.
3
2
1
В первый такт:
на 1-ый столбец подается +5 В, на
1
остальные столбцы подается 0 В;
На каждую строку поступает
управляющее напряжение:
2
на 1-ую строку 0 В,
на 2-ую строку 0 В,
3
на 3-ию строку 0 В,
на 4-ую строку +5 В,
на 5-ую строку +5 В,
4
на 6-ую строку 0 В.
Во второй такт:
5
на 2-ой столбец подается +5 В, на
остальные столбцы подается 0 В;
Управление строками выглядит
6
следующим образом:
на 1-ую строку 0 В,
Напряжение +5 В импульсно поочередно подается на столбцы
на 2-ую строку +5 В,
индикатора, а на строки – управляющее напряжение
на 3-ию строку 0 В,
соответствующее выбранному знаку. Смена напряжений на
на 4-ую строку +5 В,
управление столбцами и строками происходит настолько быстро,
8
на 5-ую строку +5 В,
что мерцание сегментов индикатора незаметно для глаза.
на 6-ую строку 0 В. И т.д.

9.

Пример: Светодиодный индикатор.
Условное графическое обозначение.
АЛС324А
14
13
а
b
8
7
АЛС324Б
1
13
а
b
c
10
c
d
d
8
6
e
7
e
1
f
2
f
3
2
g
11
g
9
h
6
h
Uп 9
14
G 4
N 12
D
Электрические и световые параметры.
Сила света при прямом токе 20мА через сегмент не менее:
для сегмента
0,15мкд
для точки
0,05мкд
Прямое постоянное напряжение на каждом элементе или децимальной точке
при токе 20мА, не более
Отношение силы света любых двух элементов индикатора, не более
Длина волны в максимуме спектральной характеристики излучения
Цвет свечения
Обратное напряжение любой формы и периодичности при температуре
окружающей среды от 213 до 343 К
2,5В
3
От 650 до 670 нм
Красный
5В
9

10.

Пример: Вакуумно-люминесцентных индикаторов.
Одноразрядный
индикатор ИВ6.
Многоразрядный индикатор.
В ИВЛ1-7/5 одноименные сегменты 1-го, 2-го, 4-го и 5-го разрядов индикатора
соединены между собой в группы, и каждая группа имеет отдельный вывод.
Сетки всех разрядов и разделительные точки К и Л 3-го разряда
10
индикатора также имеют отдельные выводы.

11.

Пример: ЖКИ индикатора МТ-12232А.
Общий вид.
Электрические параметры.
Обозначени
е
min
типично
е
max
Напряжение питания, В
VCC
4
5
6
Ток потребления, мкА
ICC
Входное напряжение высокого уровня, В
UIH
2,4
VCC
+0,6
Входное напряжение низкого уровня, В
UIL
-0,6
0,8
200
Напряжение питания подсветки при токе
70мА, В
4,1
4,5
Время цикла, нс
TCYC
100
0
-
Время установки адреса,нс
TAW
20
-
Время удержания адреса, нс
TAH
10
-
11

12.

3. Принципы управления индикацией.
3.1. Структурная схема управления одним разрядом
сегментного индикатора.
DC2 2/10
n
Xn
2i
1
2
20
X/Y а
b
а
b
23
23
c
c
22
22
d
d
21
21
e
e
20
20
f
f
g
g
h
h
Uп
Для управления одним разрядом сегментного индикатора необходимы:
- дешифратор двоичного кода в двоично-десятичный DC-2/10;
-дешифратор двоично-десятичного кода в код управления семисегментным
индикатором X/Y.
При управлении многоразрядным индикатором возрастает число используемых
12
дешифраторов, что приводит к удорожанию устройства.

13.

Преобразователь двоично-десятичного кода в код управления
семисегментным индикатором (К555ИД18).
Электрические параметры.
Условное обозначение.
1
Номинальное напряжение питания
5В ±5 %
5 E0 X/Y
а
3 K
b
6 23
c
13
2
Выходное напряжение низкого уровня
12
3
Выходное напряжение высокого уровня
11
4
Помехоустойчивость
2 22
1 21
d
10
5
2...4 В
e
9
Выходное напряжение низкого уровня,
стыкующееся с одним светодиодом
7 20
f
15
6
не более 2,3 В
g
14
Выходное напряжение низкого уровня,
стыкующееся с двумя последовательно
соединенными светодиодами
7
Напряжение на антизвонном диоде
не более -1,5 В
8
Входной ток низкого уровня
не более -1,6 мА
9
Входной ток высокого уровня
не более 0,04 мА
10
Входной пробивной ток
не более 1 мА
11
Выходной ток
не более 10 мА
4
E
12 Ток утечки на выходе
13 Потребляемая статическая мощность
не более 0,8 В
не менее 2 В
не более 0,4 В
не более 0,2 нА
не более 34113
мВт

14.

Условное обозначение.
5 E0 X/Y
а
3 K
b
6 23
c
13
2 22
1 21
d
10
e
9
7 20
f
15
g
14
4
12
11
Функциональное назначение выводов.
Обозначение
вывода
Е0
К
Назначение
«гашение нуля»
гашение
индикатора при
Е0= «0»
контроль
включение всех
сегментов при
Е= «1» и К= «0»
E
Е
двунаправленный вывод
20….23
входы двоичнодесятичного кода
a,b,c,d,e,f,g
выходы управления
сегментами индикатора
гашение всех
сегментов при
Е= «0»
14

15.

Соединение микросхем К555ИД18 для управления многоразрядным
светодиодным индикатором.
DD1
старшие разряды
лог."1"
5 E0 X/Y
а
3 K
b
6 23
c
13
2 22
1 21
7 20
4
R1-R14
240
HG1
а
12
b
11
c
d
10
d
e
9
e
f
15
g
14
f
g
h
E
HG2
младшие разряды
DD2
лог."1"
5 E0 X/Y а
3 K
b
6 23
c
13
а
12
b
11
c
2 2
1 21
d
10
d
e
9
e
7 20
f
15
g
14
f
g
2
4
E
Uп
h
15
Uп

16.

Преобразователь двоичного кода в двоично-десятичный К155ПР7.
Условное обозначение.
10 2
11 4
12 8
13 16
14 32
15
E
Электрические параметры
1
Номинальное напряжение питания
+5 В ±5 %
X/Y 2
1
2
Выходное напряжение низкого уровня
0,4 В
4
2
3
Напряжение на антизвонном диоде
-1,5 В
4
Входной ток низкого уровня
-1 мА
8
3
5
Входной ток высокого уровня
0,04 мА
6
Выходной ток высокого уровня
0,1 мА
10
4
7
Входной пробивной ток
1 мА
20
5
8
Ток потребления
104 мА
40
6
9
Потребляемая статическая мощность
546 мВт
10
Время задержки распространения при включении по входу
"выборка адреса"
40 нс
11
Время задержки распространения при выключении по входу
"выборка адреса"
40 нс
12
Время задержки распространения при включении по входу
"разрешение выборки"
35 нс
13
Время задержки распространения при выключении по входу
"разрешение выборки"
35 нс
16

17.

Условное обозначение.
10 2
11 4
12 8
13 16
14 32
15
Функциональное назначение выводов.
Обозначение
вывода
Назначение
3
Vcc
напряжение питания +5В
(номер 16)
10
4
GND
общий (земля)
(номер 8)
20
5
Е
вход разрешения
40
6
2,4,8,16,32
входы двоичного кода
2,4,8,10,20,40
выходы двоичнодесятичного кода
X/Y 2
1
4
2
8
E
17

18.

Преобразователь двоичного кода чисел до 511 в двоично-десятичный на
микросхемах К155ПР7.
20
1
21
2
2
23
24 10 2
25 11 4
26 12 8
27 13 16
28 14 32
15
E
X/Y 2
1
4
2
8
3
X/Y 2
1
10 2
11 4
12 8
4
2
8
3
13 16
14 32
10
4
20
5
10 2
11 4
12 8
13 16
14 32
X/Y 2 1
4 2
4
8 3
8
2
10 4 10
20 5
40 6
15
E
40 6
10
4
20
5
40
6
15
E
10 2
11 4
12 8
13 16
14 32
15
E
X/Y 2 1
4 2
20
8 3
80
10 4
20 5
100
200
40 6
400
40
18

19.

Управление вакуумно-люминесцентным индикатором.
Uа=30В
R1
Uуa
R7
а
b
VT1
с
d
e
f
g
Uуg
VT7
Uс=20В
VT8
Uн=1,5В
Uуc
19

20.

3.2. Структурная схема управления матричным индикатором.
Принцип работы матрицы таков: к
столбцам подключаются мощные
транзисторные ключи, а к строкам –
подается управление. Когда открыт
первый транзистор, на строки
выводится картинка для первого
столбца, затем первый транзистор
закрывается, открывается второй,
выводится картинка для второго
столбца. И так до последнего
столбца, по кругу. Это происходит
настолько быстро, что мерцание
незаметно для глаза.
1,2 — информационный входы
дешифраторов номера столбца и
строки соответственно;
3,4 — дешифраторы ДДК в
десятичный (позиционный) код
20
столбцов и строк;
5 — блок усилителей тока

21.

Микросхемы К155РЕ21, К155РЕ22, К155РЕ23, К155РЕ24.
Условное обозначение.
5
6
ROM
B1
B2
1 12
7 B4
4 A1
3
A2
2 A4
2 11
Функциональное назначение выводов.
Обозначение вывода
Назначение
Vcc
напряжение питания +5В (номер
16)
GND
общий (земля)
(номер 8)
3 10
1 A8
15 A16
РЕ21 – воспроизведение русских букв, без Ъ;
РЕ22 – латинского алфавита, Ъ и некоторых знаков;
РЕ23 – цифр и различных знаков;
РЕ24 – недостающая часть.
4
9
13
&
Е
вход разрешения
14
E
1-7,15
адресные входы
9-12
выходы
&, Е
входы разрешения выборки
21

22.

Электрические параметры микросхем К155РЕ21, К155РЕ22, К155РЕ23, К155РЕ2
1
Номинальное напряжение питания
5В±5 %
2
Выходное напряжение низкого уровня
не более 0,4 В
3
Напряжение на антизвонном диоде
не менее -1,5 В
4
Входной ток низкого уровня
не более 1 мА
5
Входной ток высокого уровня
не более 0,04 мА
6
Входной пробивной ток
не более 1 мА
7
Выходной ток высокого уровня
не более 0,1 мА
8
Ток потребления
не более 130 мА
9
Потребляемая статическая мощность
не более 682,5 мВт
10
Время выборки разрешения при включении
не более 30 нс
11
Время выборки разрешения при выключении
не более 30 нс
12
Время выборки адреса при включении
не более 60 нс
13
Время выборки адреса при выключении
не более 60 нс
22

23.

3.3. Структурная схема управления многоразрядным индикатором Uп
(мультиплексное управление).
C
a
b
c
d
e
f
g
h
СT1-2/10
3
2
2
2
1
2
0
2
&1
1
R
C
X/Y
СT2-2/10
3
2
2
2
1
2
0
2
3
&2
2
2
2
1
2
0
2
R
C
2
2
2
1
2
0
2
a
b
c
d
e
f
g
h
a
b
c
d
e
f
g
h
СTm-2/10
3
a
b
c
d
e
f
g
h
&m
R
m
2
1
К1
Uп
К2
Uп
Кm
Uп
m
K.P.
2 1
fт – тактовая частота
23
Мультиплексное управление позволяет уменьшить число используемых микросхем
дешифраторов и снизить потребление энергии.