7.8. Структурные схемы малоразрядных цифровых и буквенно-цифровых средств отображения информации

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

Как уже указывалось, для отображения цифровой информации при трех–четырех разрядах часто используется система однокоординатной адресации. В простейшем случае она содержит счетчик Сч, знакогенератор ЗГ, преобразующий код счетчика в код индикатора, формирователь Ф, превращающий сигналы цифровой логики с выхода дешифратора в сигналы, необходимые для возбуждения ЭО индикатора (рис. 7.37, а). Конкретная реализация блока ЗГ определяется типом использованного счетчика и конфигурацией синтезируемой цифры из ЭО.

В схеме рис. 7.37, а при смене данных в счетчике одновременно и в том же темпе меняются показания индикатора, что ухудшает условия работы оператора. Для устранения этого недостатка систему модифицируют введением регистра–фиксатора Рг между счетчиком и знакогенератором (рис. 7.37, б). По сигналу записи Зп в Рг фиксируются текущие показания счетчика, причем частоту подачи этого сигнала выбирают в соответствии с пропускной способностью оператора или же заданным темпом обновления информации. Модифицированную схему часто выполняют таким образом, чтобы по сигналу запрета ЗАПР, подаваемому на блок формирователя (или знакогенератора), индикатор выключался. Тем самым исключается высвечивание так называемых незначащих нулей, зарегистрированных счетчиком.

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

Как уже отмечалось, основным недостатком однокоординатной адресации является большое число выходов схемы управления и выводов индикатора, а также различных других соединений. Если все блоки выполняются в виде отдельных ИМС, то из рис. 7.37, а легко подсчитать, что для индикации одной 7–сегментной цифры понадобится n1 + n2 + n3 = 4+7+7= 18 соединений.

В то же время рассмотренные структурные схемы обеспечивают статический режим индикации и характеризуются стандартностью и малым числом используемых ИМС. Их преимущества лучше всего проявляются при объединении всех или части блоков Сч, Рг, ЗГ, Ф в одну ИМС, что сразу же снижает число соединений на один цифровой разряд до семи–восьми. Дальнейшая интеграция достигается путем включения в эту ИМС самого индикатора, что и делается в некоторых типах полупроводниковых, жидкокристаллических, электролюминесцентных и других индикаторов.

Схемы, показанные на рис. 7.37, можно использовать и для представления буквенной информации. При этом вместо счетчиков применяются буферные запоминающие устройства. Но так как число ЭО для синтеза буквы значительно больше, чем для синтеза цифры, то значения n2 и n3 чрезмерно возрастают. Из–за этого схемы однокоординатной адресации для отображения знаковой информации применяются редко.

При отображении цифр и двухкоординатной матричной адресации наиболее часто используются две системы – с поразрядной и фазоимпульсной индикациями. Структурная схема цифрового СОИ и диаграммы напряжений на его узловых точках для поразрядно индикации изображены на рис. 7.38. Эта система часто называется мультиплексной, так как в ней передача информации от опрашиваемых счетчиков к воспроизводящим ее индикаторам производится с временным уплотнением, при котором в тече

ние периода кадра ТК для индикации знакоместа предоставляется время ТК/NЗМ.

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

Динамика работы схемы иллюстрируется временными диаграммами на рис. 7.39. Каждый кадр разбивается на столько тактов, сколько знакомест содержит система. Таким образом, тактовая частота

.

В соответствии с двоичными кодами, вырабатываемыми на трех выходах Сч6, блок КР последовательно возбуждает с первого по пятое знакоместа индикатора. Одновременно от Сч6 коммутируется блок мультиплексора М, подключающий выходы Сч1–Сч5 ко входам ЗГ синфазно с выборкой с первого по пятое знакоместа индикатора. Выходные сигналы ЗГ поступают в формирователь Ф, где они превращаются в возбуждающие сигналы сегментов a, b, c, d, e, f, g. По диаграммам рис. 7.39 легко проследить, как в первом такте формируется цифра 5, во втором – 1, в третьем – 7, в четвертом – 3, в пятом – 5. При сохранении информации на счетчиках в следующем кадре все повторяется.

Легко видеть, что рассмотренная схема полностью соответствует системе построчной матричной адресации, описанной в п. 7.7  и

q = NЗМ.

Отметим, что схема на рис. 7.38 имеет те же недостатки, что и схема на рис. 3.37, а, для устранения которых в схему вводят регистры–фиксаторы и средства гашения незначащих разрядов подобно тому, как это сделано в схеме рис.



7.37, б.

Рассмотрим теперь другую часто применяемую для отображения цифровой информации систему – фазоимпульсной индикации. Структурная схема и временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу,  представлены на рис. 7.40. Схема содержит счетчики Сч1, Сч2 – Сч5 фазоимпульсного типа.

Работает схема следующим образом. Индицируемое число от источника информации ИИ при наличии сигнала Зп через схемы & 1 вводится в счетчики Сч1–Сч5. В режиме Чт в результате параллельной подачи на эти счетчики импульсов ТГ через схему & 2 их содержимое дополняется и в момент перехода через нуль на соответствующем формирователе ФЗМ появляется сигнал выборки знакоместа. В эти моменты СчВЫЧ находится в состоянии 10–

Д, где Д – дополнительный код числа, записанного в данный счетчик. В результате на знакоместе, соответствующем счетчику, индицируется записанное в счетчике число Д. За десять тактов выводятся все числа, зарегистрированные счетчиками.

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

q = Nа,

где Nа – длина алфавита символов. На диаграммах рис. 7.41 показана индикация числа 23 775. Выходные сигналы Сч2, Сч3 возникают после третьего, Сч1 – после пятого, Сч4 –– после седьмого и Сч5 – после восьмого импульсов. В эти моменты СчВЫЧ соответственно оказывается в состояниях 7, 5, 3, 2, причем индикация второго и третьего знакомест происходит одновременно. Основным преимуществом схемы рис. 7.40 по сравнению со схемой рис. 7.38 является то, что q=Nа, т. е. не зависит от числа знакомест. Отсюда вытекает предпочтительность этой схемы для отображения цифровой информации при большом NЗМ, когда обеспечиваются меньшие значения q. Отметим также, что структурная схема рис. 7.40 реализуется несколько проще, чем схема рис. 7.38, так как в ней сравнительно сложный блок мультиплексирования заменен вычитающим счетчиком, а блок КР – простыми ключевыми схемами ФЗМ.

Схемы рис. 7.38 и 7.40 можно использовать для воспроизведения буквенной информации с помощью сегментных, например вакуумных люминесцентных, индикаторов. Для этого в схеме рис. 7.38 достаточно вместо счетчиков   Сч1–Сч5 использовать для хранения данных БЗУ.

Для воспроизведения буквенной информации менее целесообразно использовать схему рис. 7.40, так как Na для букв и других символов велико, что влечет за собой увеличение q и чрезвычайное усложнение всех используемых счетчиков. Вместо них целесообразно применять ЗУ с последовательным обращением.

Когда индикатор для отображения буквенно–цифровой информации имеет точечно–матричный формат, то структура схемы в значительной степени определяется необходимостью двухкоординатной матричной адресации индикаторного поля при минимальной скважности. В связи с этим переходят к развертке по строкам, а не столбцам, хотя это и связано с усложнением устройства управления. Структурная схема буквенно–цифрового СОИ такого типа изображена на рис. 7.42, а диаграммы напряжений – на рис. 7.43.

Работает схема следующим образом. Данные о каждом знакоместе занесены и хранятся в БЗУ в виде семи– или восьмиразрядных двоичных слов. В начале цикла записи (Зп) Сч : 3М и Сч : 7 сбрасываются в нулевое положение. При этом Сч : 3М адресует первую ячейку БЗУ, соответствующую старшему разряду индикатора, а Сч : 7

стробирует ЗГ таким образом, что на его выходе появляются данные только верхней строки знака. Одновременно Сч : 3М адресует регистр Рг1, куда и записывается эта информация.

После первого тактового импульса ТИ адресуется вторая ячейка БЗУ и информация о верхней строке второго знака записыва­ется во второй регистр. После седьмого ТИ информация записы­вается в Рг8, и таким образом все устройство БЗУС оказывается заполненным. После этого СОИ переходит в цикл индикации (Инд).         

Здесь по стробирующим входам включаются ключи блока КСБ, соответствующие ячейкам БЗУС, куда была записана информация, а также появляется напряжение на первых выходах DC и Ф (дешифрируется нулевое состояние Сч : 7). После окончания импульса Инд на СОИ поступает восьмой ТИ, возвращающий Сч : 3М в нулевое состояние и переводящий Сч : 7 в первое состояние. Аналогичным образом в БЗУС записываются данные второй строки знаков, которые затем воспроизводятся, и т.д. до седьмой строки, после чего кадр повторяется. Следует заметить, что условие ТЗП << ТИНД обычно достаточно легко обеспечить, так как ТЗП  определяется только быстродействием цифровых ИМС.

Приведем некоторые количественные соотношения, характеризующие работу схемы. Частота тактового генератора определяется соотношением 

,

а скважность – соотношением

.

Основные недостатки схемы рис. 7.42 – множество каналов управления столбцами, выводов индикатора и их межсоединений.

Для усовершенствования схемы рис. 7.42 можно использовать различные средства, описанные в п. 7.7. Индикаторы с внутренней памятью позволяют обойти ограничения, связанные с большой скважностью и перейти к развертке по столбцам. Индикаторы, у которых число входов управления ЭО превышает два, а также индикаторы с самосканированием позволяют уменьшить число каналов блока КСБ и число выводов индикатора.