Лабораторна робота №4
Тема: Керування напівпровідниковими індикаторами
Мета роботи: Ознайомитися з принципами роботи індикаторів, способами відображення інформації (статичне, динамічне). Закріплення знань щодо використання таймерів та переривань для отримання динамічної індикації та відліку заданого періоду часу.
1 Короткі теоретичні відомості
Одиничний напівпровідниковий знакосинтезуючий індикатор – напівпровідниковий діод, в переході якого внаслідок рекомбінації електронів та дірок при їх інжекції в прямому напрямку генерується світлове випромінювання. Це пристрій, який складається з напівпровідникових випромінювальних елементів і призначений для представлення інформації у вигляді знаків та організований в один або декілька розрядів. Розрахунки основних характеристик напівпровідникових індикаторів відбувається так само, як і для світлодіодів.
Напівпровідникові знакосинтезуючі індикатори (НПЗСІ) – низьковольтні пристрої, які зручно сполучаються з джерелами живлення і рівнями струмів мікросхем. Вони мініатюрні і дозволяють створювати пристрої, призначені для відображення інформації різної складності – від точки до текстів та графіків. НПЗСІ мають малий час перемикання – менше за 50 нс. Промисловістю випускається декілька сотень типів багатоелементних напівпровідникових індикаторів. Вони відрізняються числом, розмірами і конфігурацією світло випромінюючих елементів, кольором, конструктивними рішеннями.
Знакові індикатори в основному призначені для відображення інформації у вигляді цифр та букв. На робочому полі може одночасно відображатися одне або декілька знакомісць. По кількості елементів та їх взаємному розташуванню у межах одного поля розрізняють семисегментні, дев’ятисегментні, п’ятисегментні, 35-сегментні матричні НПЗСІ та ін. На рис.1 представлено умовне розміщення світлодіодів матриці семисегментного індикатора.
Рис.1. – Семисегментний індикатор
Для відображення цифр десяткової системи числення на індикаторі необхідно виконати перетворення двійкового коду в прямий код семисегментних індикаторів. Відповідно розташування сегментів, створюємо таблицю істинності перетворювача (табл.1), приписуючи значення логічної “1” тому світлодіодові, що засвічується при відображенні цифри, та логічного “0” – у протилежному випадку.
Таблиця 1. – Таблиця істинності перетворювача
-
N
a
b
c
d
e
f
g
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
2
1
1
0
1
1
0
1
3
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
1
0
0
1
1
5
1
0
1
1
0
1
1
6
1
0
1
1
1
1
1
-
N
a
b
c
d
e
f
g
7
1
1
1
0
0
0
0
8
1
1
1
1
1
1
1
9
1
1
1
1
0
1
1
10 (A)
1
1
1
0
1
1
1
11 (B)
0
0
1
1
1
1
1
12 (C)
1
0
0
1
1
1
0
13 (D)
0
1
1
1
1
0
1
14 (E)
1
0
0
1
1
1
1
15 (F)
1
0
0
0
1
1
1
Використовуючи табл.1, можемо записати логічні функції роботи кожного світлодіода:
0: (a+b+c+d+e+f)
1: (b+c)
2: (a+b+g+e+d)
3: (a+b+c+d+g)
4: (b+c+g+f)
5: (a+f+g+c+d)
6: (a+f+e+d+c+g)
7: (a+b+c)
8: (a+b+c+d+e+f+g)
9: (a+b+c+d+f+g)
10: (a+b+c+e+f+g)
11: (f+g+e+d+c)
12: (a+f+e+d)
13: (b+c+d+e+g)
14: (a+f+e+d+g)
15: (a+f+e+g)
Загальне число провідників, що зв'язують між собою мікросхеми індикатора, різко зростає із збільшенням числа індикаторів, використовуваних в приладах цифрової техніки. Тому цифрові індикатори частіше почали виготовляти багаторозрядними блоками, у яких в єдиному корпусі може бути від чотирьох до 16 цифрових знаків (рис. 2). З метою скорочення числа виводів в багаторозрядному індикаторі всі однойменні аноди-елементи сполучені разом і мають один загальний вивід. Щоб управляти свіченням якої-небудь цифри, в люмінесцентних індикаторах є сітка, що управляє, а у світлодіодних індикаторів кожне знакомісце (цифра) має загальний вивід, який може бути загальним анодом або загальним катодом світлодіодів-елементів.
Рис. 2. – Чотирьохрозрядний 7-сегментний індикатор
Для забезпечення роботи багаторозрядних індикаторів або декількох однорозрядних індикаторів використовують так звану динамічну, тобто безперервну індикацію. Суть динамічної індикації полягає в почерговому включенні індикаторів через загальний ланцюг перетворення коду. Підключення індикаторів необхідно проводити з частотою f = 120...140 Гц, такої частоти досить, щоб не помічати мерехтіння індикаторів.
Перевагою динамічної індикації є економія перетворювачів кодів і сполучних проводів, що є істотним, якщо схема динамічної цифрової індикації віддалена від джерела інформації. Перевага даного способу відчутна при числі розрядів більше 4...6. Схема з динамічною індикацією споживає менший струм, має менші габарити і меншу вартість.