7.7. Системы адресации

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

Дискетные индикаторы могут работать в двух режимах:

1) статической индикации, когда состояние ЭО меняется только при обновлении воспроизводимой информации, т.е. с частотой , причем все выбранные ЭО работают одновременно; статическая индикация может быть непрерывной q = 1 (рис. 7.29, а) или импульсной q > 1 (рис. 7.29, б);

2) динамической индикации (рис. 7.29, в), характеризуемой тем, что разные элементы или группы ЭО, образующие индикаторное поле, включаются в разные части периода кадра ТК. При этом пока воспроизводимая информация остается неизменной, фаза и длительность включенного со­стояния ЭО внутри периода кадра сохраняются, т.е. Т0БН ≥ ТК. Для получения не мелькающего изображения должно выполняться условие Т0БН ≥ ТКЧМ, а за период кадра ТК необходимо адресовать все элементы, составляющие изображение, поэтому скважность оказывается обратной числу групп элементов отображения.

Такой режим с регенерацией изображения характеризуется следующими соотношениями для яркости:

,

где qυ – скважность импульсов излучения; LKAЖ – кажущаяся (усредненная во времени) яркость; LИ – мгновенная яркость;

для времени выборки:

.

Из–за инерционности индикатора обычно q qυ.

Те же соотношения можно использовать для режима статической индикации, если вместо fК подставить TОБН, причем либо qυ = 1 (рис. 7.29, а), либо qυ > 1 (рис. 7.29, б).

Прежде чем перейти к конкретным схемам управления индикаторов, рассмотрим основные системы адресации, выделив из них наиболее важные: однокоординатной адресации; двухкоординатной матричной адресации.

Система однокоординатной адресации отличается тем, что каждый ЭО имеет два независимых от других ЭО входа, к которым и прикладываются сигналы со схемы возбуждения. Очевидно, независимость ЭО друг от друга по управлению сохраняется и тогда, когда для уменьшения числа соединений их вторые управляющие входы объединяются (рис. 7.30).

Так как входы независимы, то при однокоординатной адресации ЭО могут включаться одновременно и на любой промежуток времени, что позволяет организовать статическую индикацию, т.е. использовать умеренные значения импульсных яркостей LИ и большие времена выборки tB .

Преимуществом однокоординатной адресации является также отсутствие жестких требований к параметрам индикатора. Например, если взять вольт–контрастную характеристику жидкокристаллического твист–индикатора  (см. рис. 7.28), то легко видеть, что для нормальной работы достаточно обеспечить выполнение условий  включения  U50 < U0H и выключения U10>U0L, где UOL, UOH – выходные напряжения логического 0 и 1 схемы управления. В общем случае для любой электрооптической характеристики индикатора удается подобрать схему управления с достаточно малым UOL и большим для того, чтобы условия включения и выключения выполнялись даже при большом разбросе параметров ЭО.

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

и выводов индикатора

.

Например, для 7–сегментного цифрового индикатора с десятичной точкой число выводов на один разряд равно 8+1=9, а на три разряда уже 27. Если взять буквенный индикатор, у которого знакоместо образовано матрицей точек 5×7, то на три знакоместа уже понадобится 35×3 + 1 = 106 выводов. Из–за трудности создания индикаторов и схем управления с большим числом выводов и в особенности их соединения между собой применение методов с однокоординатной адресацией ограничивается цифровыми СОИ на три – четыре знакоместа или буквенными СОИ на одно знакоместо.

Воспользоваться преимуществами схемы однокоординатной адресации можно, выполнив ее интегрально.

Для адресации ЭО в дискретных индикаторах наиболее широко применяется метод двухкоординатной матричной адресации (рис. 7.31). Здесь в отличие от однокоординатной адресации каждый выход схемы управления присоединяется к множеству ЭО, причем схема управления разбита на две части, соединенные по строкам и столбцам с управляющими входами ЭО. Включение ЭО происходит только тогда, когда сумма сигналов на его входах превысит напряжение включения.

Система с матричной адресацией обеспечивает значительное уменьшение числа каналов управления и выводов индикатора (при условии его выполнения с общими электродными шинами).

Здесь

,

где [ ] обозначает округленное до большего целого число в скобках. Для матричного индикатора с NЭО = 35х3 получим NУ = NВ = 2[] = 23 вместо 105 каналов управления и свыше 106 выводов индикатора для однокоординатной адресации.

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

Для анализа возбужденных и частично возбужденных состояний ЭО рассмотрим схему, показанную на рис. 7.32, где ЭО в строке Х2 и столбце Y2 возбуждается (состояние, обозначаемое 1) приложением напряжений UlX и U1Y. Все остальные ЭО не возбуждены, для чего на них подаются напряжения U0X и U0Y.

Для малоинерционных индикаторов, у которых время включения и выключения много меньше длительности управляющего воздействия (т.е. практически для всех активных типов индикаторов), оптимальные условия соответствуют максимальному отношению Ul/U0 для возбужденной и невозбужденной ячеек. Здесь можно выделить два случая:      1) ЭО обладает выпрямляющими свойствами; 2) ЭО не обладает таковыми свойствами.

В первом случае  (например, светодиоды или любые ЭО с последовательно включенными диодами) адресация осуществляется подачей напряжения U на выбранный столбец и заземлением выбранной строки (рис. 7.33, а). Все невозбуждаемые столбцы заземляются, а на все невозбуждаемые строки подается напряжение U. Отношение напряжений Ul/U0 в этом случае выражается через сопротивления ЭО RЭО и обратное сопротивление диода RД  как

и при RД >>RЭО выражение стремится к бесконечности.

В случае невыпрямляющего индикатора наиболее целесообразно брать напряжения U0У и U0X равными соответственно 1/3 и 2/3 от полного напряжения питания (рис. 7.33, б).

В этом случае напряжение, приложенное к возбужденному ЭО, находящемуся между точками Х2 –Y2, равномерно делится между любыми тремя последовательно включенными невозбужденными ЭО.

Такая схема адресации называется схемой 3:1 (Ul/U0 = 3). Недостатками ее являются необходимость использования трех уровней питания 1/3U, 2/3U и U, а также то, что к ЭО могут прикладываться напряжения разных полярностей и большие действующие значения напряжений. Более простая схема адресации 2:1 изображена на рис. 7.33, в. В ней использованы только два уровня питающих напряжений, но отношение Ul/U0 составляет всего 2:1.

Из рис.



7.33 видно, что во всех трех рассмотренных случаях количество одновременно выбираемых ЭО ограничено необходимостью возбуждения одних и невозбуждения других. В статическом режиме можно независимо возбудить любое число ЭО, но только расположенных вдоль одной строки или одного столбца, что позволяет создавать шкалы, но не двумерные изображения.

В последнем случае приходится применять динамический режим двухкоординатной матричной адресации.

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

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

q = NC NCБ.

Для больших NЭО поэлементный способ связан с необходимостью использования больших LИ и малых tВ, т. е. мощных импульсных ключей и быстродействующих индикаторов и схем управления ими.

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

q = NC.

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

q = NФ ,

где NФ  – число возбуждаемых функциональных ЭО.

Откуда следует, что наименьшее значение LИ и наибольшее tВ  при плотном заполнении экрана информацией обеспечивает способ построчной адресации.

Если задаться допустимым для буквенно–цифровой индикации значением контраста, равным 0,6, то максимально допустимое число  строк для матричной адресации

NC MAX = 0,4/ (1– К ОБР С) ,

где К ОБР С – обратный контраст, получаемый при статической адресации.

Выражение  можно также использовать для определения обратного контраста, получаемого при динамической матричной адресации (КОБР ДМ).

Обратные контрасты связаны соотношением:

.

Иначе обстоит дело с инерционными индикаторами, подобными жидкокристаллическим или накаливаемым вакуумным. Электрооптическая характеристика ЖК–индикатора зависит не от амплитудного, а от действующего значения приложенного напряжения. Для построчного способа адресации при fK = 50 Гц и NC = 5, получим tB = 4 мс. Так как τРК и τРЛ превышают 100 мс, то они практически всегда оказываются больше длительности возбуждающего сигнала tB. Те же результаты получаются для накаливаемых вакуумных индикаторов.

Так как реакция индикатора зависит не от мгновенного, а от действующего значения приложенного напряжения, выбор оптимального режима адресации ячеек отличается от рассмотренного случая малоинерционных индикаторов.

При построчной адресации на строки индикатора последовательно во времени подаются импульсы положительной полярности UC, a на столбцы, совпадающие по фазе с импульсом строки, информационные импульсы –UИНФ, если ячейка на их пересечении должна быть возбуждена (1), и импульсы +UИНФ, если ячейка на их пересечении не должна быть возбуждена (0) (рис. 7.34). Соответствующие диаграммы напряжений показаны на рис. 7.34. Ячейки, к которым приложена в такте развертки по строке сумма UC + UИНФ, должны быть во включенном состоянии, а ячейки, к которым приложена разность UCUИНФ – в выключенном состоянии.                              

Для нормальной работы индикатора должны выполняться условия (см. п. 7.6, рис. 7.28):

,

.

Таким образом, для выполнения условия требуется более крутая характеристика ЖК–индикатора.

Из изложенного следует, что хотя двухкоординатная матричная адресация и позволяет значительно уменьшить число выводов индикатора и выходов схем управления по сравнению с однокоординатной адресацией, ее существенные недостатки – это уменьшение tВ, LКАЖ и KОБР ДМ при увеличении NC. Кроме того, увеличение скважности q возбуждающих сигналов, происходящее при увеличении NC, приводит к необходимости использования более мощных формирователей.

Для уменьшения влияния этих недостатков обычной двухкоординатной матричной адресации можно разделить индикаторное поле на части и адресовать каждую из них независимо. Например, разделение на две части позволяет одновременно адресовать две строки. Для таких матричных систем подставляется NCМ, где КМ  – число частей матрицы.

На практике в виде монолитных приборов реализуются системы с КМ = 2, для чего в прямоугольном индикаторе достаточно посередине разрезать столбцы и обеспечить подвод к ним напряжений и токов с разных

сторон индикаторного поля (рис. 7.35). Большие значения КМ легко получить, создавая экран из субблоков, например, на основе ГИП постоянного тока ИГПП–32х32.

При использовании ЭО с внутренней памятью, примерами которых являются индикаторные тиратроны или ячейки ГИП переменного тока, обеспечивается значительное уменьшение скважности в двухкоординатной матричной системе адресации. Поэтому благодаря «памяти» после возбуждения ЭО остается включенным в течение всего интервала времени ТОБН до записи новой информации.

Для этого случая скважность определяется как

.

Ранее рассматривались ЭО, состояние которых полностью определяется одним сигналом – напряжением, приложенным между входами. Напомним, что при однокоординатной адресации потенциал изменяется только на одном входе, а другой, как правило, присоединен к общей шине схемы (см. рис. 7.30). При двухкоординатной матричной адресации для изменения напряжения используется изменение потенциалов обоих входов (см. рис. 7.31). Если возбуждение ЭО определяется только одним параметром – напряжением на электродах, такие системы адресации назовем одноуровневыми. Практически во всех типах индикаторов, у которых ЭО содержат два электрода (полупроводниковых, электролюминесцентных, вакуумных накаливаемых, газоразрядных цифровых, жидкокристаллических), использована одноуровневая адресация.

В более сложных приборах, подобных индикаторным тиратронам и вакуумным люминесцентным индикаторам, содержащим больше двух электродов на ЭО, использована многоуровневая система управления, при которой состояние ЭО определяется сигналами, подаваемыми на несколько независимых управляющих входов.

При рассмотрении систем матричной адресации считалось, что включение ЭО происходит на максимальное время выборки, что позволяет получить только черно–белые изображения без градаций яркости полутонов.

Очевидно, что для создания полутонов требуется не просто включение ЭО, а регулировка его кажущейся яркости. При ЭО без внутренней памяти для получения полутоновых изображений применяют амплитудно–импульсную, широтно–импульсную и амплитудно–широтно–импульсную модуляции. На рис. 7.36 показано получение с помощью этих видов модуляции в трех последовательных кадрах ТК1, ТК2 и ТК3 различных кажущихся яркостей с отношениями 0,5:0,7:1,0. При широтно–импульсной модуляции меняется только длительность импульса tИ при неизменной его амплитуде (рис. 7.36, а). При этом необходимо, чтобы длительность tИ, соответствующая минимальной яркости, была значительно больше времен τРК, τРЛК индикатора, а также их разбросов, что ограничивает диапазон модуляций.

При амплитудно–импульсной модуляции меняется только амплитуда, а длительность светового импульса остается постоянной (рис. 7.36, б). Диапазон регулирования здесь ограничивается насыщением электрооптической характеристики. Наиболее широкий диапазон изменения яркости получают с помощью комбинированной амплитудно–широтно–импульсной модуляции (рис. 7.36, в).