23.4. Мультиплексные индикаторы
Действие многоразрядных индикаторов, работающих по вышеописанному способу, имеет тот недостаток, что для каждой цифры необходимы собственный дешифратор и очень сложные соединения. Поэтому такие индикаторы функционируют, как правило, последовательно, а не параллельно. Используя матричное объединение отдельных сегментов и мультиплексный режим, можно существенно сократить число соединительных проводов.
23.4.1. МНОГОРАЗРЯДНЫЕ 7-СЕГМЕНТНЫЕ ИНДИКАТОРЫ
Чтобы построить параллельный 8-разрядный 7-сегментныЙ индикатор, в каждом разряде которого аноды сегментов включены параллельно, необходима общая анодная шина для подведения напряжения питания и 8 х 7 катодных шин, которые управляются восемью двоично-десятичными 7-сегмеитными дешифраторами. Таким образом, всего требуется 57 соединительных проводов.
Рис. 23.14. Сверху: представление шестнадцатеричных чисел с помощью 7-сегментного индикатора. Внизу: представление шестнадцатеричных чисел с помощью 20-точечного индикатора.
При использовании мультиплексирования, напротив, семь выводов катодов а, b.., g отдельных разрядов соединяются параллельно. Чтобы не все сегменты светились одновременно, при выборе разряда через восемь ключевых элементов в анодных цепях напряжение питания подается только на один из восьми разрядов. Эта матричная организация иллюстрируется рис. 23.15.
Рис. 23.15. Пример мультиплексного управления восемью 7-сегментными индикаторами.
Как видно, при таком способе необходимы лишь 8 + 7 = 15 соединительных проводников и один дешифратор.
Когда переключение между восемью разрядами производится достаточно быстро, у наблюдателя создается впечатление, что все разряды светятся одновременно. При частоте цикла выше 60 Гц индикация не воспринимается глазом человека.
Циклическое переключение производится с помощью двоичных счетчиков и дешифраторов типа «I из 8». Двоичное число с выхода счетчика одновременно через четыре мультиплексора поступает на вход 7-сегментного дешифратора. Таким образом на дешифратор подается та двоично-десятичная комбинация, которая соответствует искомому разряду. Так как каждый разряд включен только в течение одного из восьми периодов тактового сигнала, необходимо так выбрать резистор на выходе дешифратора, чтобы ток сегмента был в восемь раз больше выбранной средней величины.
Устройства, включающие сегментные и разрядные формирователи, выпускаются в виде монолитных интегральных схем на 8 разрядов. Модель ICM 7218C фирмы Intersil вместо мультиплексоров содержит буферную память ввода в виде ОЗУ на восемь слов, для которой допускается одновременная запись и считывание по различным адресам. При помощи встроенного двоичного счетчика содержимое ячеек памяти циклически считывается и передается на 7-сегментный дешифратор. При вводе информации номер разряда в двоичном коде подается на адресные входы. Затем при поступлении импульса записи двоично-десятичный код вводится в соответствующую ячейку памяти. В модель ICM 7216 в качестве источника данных введет 8-разрядный десятичный счетчик.
23.4.2. МАТРИЦА ТОЧЕК
Когда кроме десятичных цифр требуется представлять полный алфавит, разделение на семь сегментов недостаточно. Для такой алфавитно-цифровой индикации используется, как правило, матрица точек 5х7 (рис. 23.16). Управление ею, как и в многоразрядных 7-сегментных индикаторах, производится последовательно, например построчно.
Рис. 23.16. Построение матрицы точек 5 х 7 на светодиодах.
Рис. 23.17- Символическое представление матрицы.
Для этого с помощью счетчика и дешифратора типа «I из 8» анодное напряжение подается последовательно на выводы строк ri; для включения в строке искомого светодиода соответствующий вывод столбца ci через резистор подключается к нулевой точке. Для показанной в качестве примера на рис. 23.17 буквы К в первой строке должны выбираться столбцы c1 и c5, во второй- c1 и c4 и т.д.
Эти коды столбца лучше всего формировать с помощью ПЗУ, которые изготавливаются в качестве знакогенератора и программируются с помощью маски (фотошаблона). ПЗУ ММ 6061 фирмы Monolithic Memory, например, содержит коды для всех 128ASCII символов. Эти символы выбираются в соответствии с ряс. 21.20 при помощи 7 адресных разрядов от a3 до a9. Визуально плохо различимые специальные знаки заменяются другими символами, например отобранными буквами греческого алфавита. Выбираемые номера строк i = 1, ..., 7 кодируются в двоичной системе с помощью адресных разрядов a0, а1, a2. Для примера ниже приведена часть таблицы истинности ПЗУ для символа К в положительной логике. При этом нуль соответствует низкому уровню сигнала и, следовательно, выборке столбца.
Схемотехническая реализация управления описанным знакогенератором представлена на рис. 23.18. Для построения многоразрядных индикаторов можно, например, подключить параллельно соответствующие строки всех разрядов и применить поразрядное управление столбцами отдельных знакогенераторов. Экономичнее, однако, использовать один общий для всех разрядов знакогенератор в мультиплексном режиме и для каждого разряда код столбца записывать в буферную память построчно.
Следует учитывать, что некоторые ИС этого типа например 4-разрядный матричный индикатор HDSP-2000 фирмы Hewlett-Packard, обладают дополнительным преимуществом: они содержат встроенную буферную память в виде регистра сдвига. Передача знаковых кодов при этом осуществляется по одной шине данных. Выпускаются следующие знакогенераторы: МСМ 66700... 66790 (фирма Motorola).
Рис. 23.18. Схема для управления матрицей 5 х 7 точек.