Глава 3

Цифровые полупроводниковые индикаторы

И устройства отображения информации на их

ОСНОВЕ

Цифровая информация, вырабатываемая вычислительными устройствами аппаратурных комплексов, может быть отображе­на с помощью индикаторов различных форматов, у которых имеется не только разное количество составляющих знак сег­ментов, но и разная их конфигурация и взаимное расположение. В настоящее время существуют шести-, семи-, восьми-, девяти-и десятиэлементные индикаторы, причем практически каждый тип индикаторов имеет вариантное по конфигурации сегментов исполнение, а цифры — вариантное исполнение по набору приме­няемых элементов.

Выбор формата индикаторов для цифровой индикации прово­дится по трем оценкам: по привычности начертания цифр, по помехоустойчивости и по сложности и объему необходимого для управления ими электронного оборудования.

3.1. Особенности применения цифровых индикаторов

Анализ большого количества форматов шрифтов показал [16], что по привычности начертания цифр, оцениваемой по пятибалльной системе, значительное преимущество имеют инди­каторы девяти- (два типа), восьми- и семисегментные, представ­ленные на рис. 3.1. Количественные оценки приведенных фор­матов шрифтов равны 4,293; 4,134; 4,020 и 3,933 соответствен­но.

Рис. 3.1. Структурные рисунки инди­каторов, наиболее перспективных с точ­ки зрения привычности начертания цифр

Рис. 3.2. Структурные рисунки индикаторов, наибо­лее перспективных с точки зрения помехоустойчи­вости

Наиболее высокие оценки по помехоустойчивости имеют де­сяти- и девятисегментные форматы шрифтов. Количественно помехоустойчивость определялась значениями условных вероят­ностей появления ошибок в случае воздействия помехосбойных (ложных, сходных и несходных искаженных) и правильных изображений. Преимущество имеют десяти-, девятисегментные форматы, приведенные на рис. 3.2.

При использовании индикаторов в системах отображения информации, в которых информация выдается из вычислитель­ной их части в индикаторную в редких циклах обмена, необхо­димо в первую очередь обратить внимание на помехоустойчи­вость формата индикатора.

Основным методом повышения помехоустойчивости индика­торов для снижения влияния этого фактора при выборе форма­та является повышение частоты обновления информации.

По суммарной оценке технологичности производства (а сле­довательно, и стоимости), привычности написания цифр и прос­тоте схемных решений для управления был выбран семисегмент-ный формат цифровых индикаторов. В качестве дополнения к семисегментному формату индикаторов разработан пятисегмент-ный формат, позволяющий индицировать знаки «плюс», «минус» и «1» для индикации символов полярности числовых значений параметров и переполнения в устройствах с неполным числом разрядов.

Рис. 3.3. Структурные рисунки семисегментных (и) и пятисегментных (б) циф­ровых индикаторов и структурные рисунки их знаков

Структурные рисунки индикаторов (т. е. изображения, возни­кающие при включении всех элементов индикатора и показы­вающие число, форму и взаимное расположение элементов) и структурные рисунки знаков (т. е. изображение, возникающее при включении элементов, входящих в отображаемый знак) представлены на рис. 3.3.

Рис. 3.4. Зависимость углового размера знака а от расстояния наблюдения l при заданном размере знака h

Достаточно широкий выбор индикаторов с различными высо­тами знаков позволяет разработчикам устройств отображения информации подобрать ППИ в зависимости от дальности наблю­дения. В частности, для определения максимальной дальности считывания информации с индикаторов (при освещенности 100 — 1000 лк) для операторов с нормальным зрением можно пользоваться нижеприведенными данными.

Зависимость максимальной дальности считывания информации от высоты знака

Высота знака, мм	9	2,5	3	3,5	4	5	7	9	12	18
Максимальная дальность считывания, м	1,1	1,4	1.7	2	2,2	2,8	3,9	5	6,6	10

В зависимости от расстояния наблюдения, обеспечиваемого размерами и светотехническими характеристиками индикатора, различаются индикаторы индивидуального пользования (рас­стояние наблюдения до 1,5 м); группового пользования (до 4 м); коллективного пользования (более 4 м).

Уровень комфортного считывания может быть определен по номограммам [16] зависимостей углового размера знака от рас­стояния наблюдения при заданном размере знака. Учитывая, что острота зрения человека примерно равна одной угловой минуте, при умеренном уровне внешней освещенности для уве­ренного, комфортного считывания информации угол зрения дол­жен для семисегментных индикаторов составлять примерно шесть-семь угловых минут.

Рис. 3.5. Обозначение светящихся эле­ментов семисегментного полупроводни­кового индикатора

На рис. 3.4 представлена часть такой номограммы для инди­каторов с высотой знака h, равной 2 — 12 мм, наиболее часто встречающейся среди выпускаемых ППИ. Однако в условиях повышенных уровней внешних освещений этими данными пользо­ваться не рекомендуется. Угловой размер знака должен быть примерно 20'; кроме того, для обеспечения надежного считыва­ния информации с индикаторов в этих условиях необходимо применять специальные меры по повышению контраста, о чем будет подробно рассказано в гл. 5.

С точки зрения схемных решений по управлению индика­торами все ППИ могут быть представлены двумя группами.

К первой группе относятся полупроводниковые индикаторы в основном гибридной конструкции, нашедшие применение в про­мышленных приборах. Такие индикаторы, как правило, имеют большие габаритные размеры. Каждый из сегментов этого типа индикаторов имеет отдельный светодиод, а каждый из светодио-дов — свой управляющий вход. К этой же группе ППИ относятся семисегментные индикаторы со встроенными схемами управления (К490ИП1, 490ИП1 и К490ИП2, 490ИП2).

Ко второй группе цифровых индикаторов относятся индика­торы монолитной конструкции. Они изготавливаются методом диффузии полупроводниковых переходов для нескольких инди­каторов на одну подложку, т. е. в одном корпусе такого прибо­ра размещено несколько индикаторов (четыре — шесть и более). Как правило, такие индикаторы имеют общие управляющие входы для одноименных сегментов нескольких цифр. Монолитные индикаторы применяются в основном в индикаторах приборов индивидуального пользования, в частности в наручных часах, калькуляторах, переносных приборах.

Различие в конструктивном исполнении индикаторов и в организации их выводов потребовало, естественно, различ­ного управления ими. Существует два метода управления цифровыми индикаторами: управление в статическом режиме (или в режиме постоянного тока) и в мультиплексном режиме (или режиме последовательного стробирования цифр).

Статический режим рекомендуется использовать для управле­ния полупроводниковыми цифровыми индикаторами (ППЦИ) в устройствах отображения информации с малой информатив­ной емкостью. Для этого используются индикаторы первой груп­пы, имеющие отдельный управляющий вывод для каждого элемента индикации (сегмента).

Мультиплексный режим рекомендуется применять для управ­ления ППЦИ в устройствах отображения информации повышен­ной и большой информативности. В таких устройствах исполь­зуются в основном индикаторы второй группы — индикаторы монолитной конструкции, имеющие управляющие выводы для одноименных сегментов нескольких цифр, размещенных в одном корпусе.

Выбор режима управления ППЦИ основан также на опреде­лении объема и стоимости оборудования управления необходимым количеством цифр. При этом необходимо учитывать не только стоимость покупных электрорадиоэлементов, но и объем и стои­мость работ по изготовлению плат печатного монтажа, монтажа электрических соединений, относительную стоимость занимаемых объемов и масс. Кроме того, при выборе режима управления следует помнить, что, как будет показано в § 3.4, мультиплексный режим управления ППЦИ позволяет снизить энергопотребление индикаторов при сохранении их яркостных характеристик. Сни­жение масс, габаритных размеров и стоимости источников питания индикаторов также необходимо принимать во внимание при вы­боре режима управления ППЦИ.

Независимо от методов управления индикаторами наиболее логичной и простой формой передачи цифровой информации является передача ее в виде двоично-десятичного кода. Эта информация по ее получении должна быть преобразована в семисегментный позиционный код, воспринимаемый индикато­рами. Для всех семисегментных индикаторов обозначение сег­ментов унифицировано (рис. 3.5).