Многоразрядные семисегментные индикаторы на микроконтроллере

April 17, 2014 by admin Комментировать »

Если механически объединить несколько одноразрядных семисегментных индикаторов в одном корпусе, то получится многоразрядный семисегментный индикатор. С его помощью можно отображать не только целые числа, но и числа с десятичной дробью, а также простые надписи, сообщения, стилизованные рисунки. Число индикаторов в одной сборке, как правило, составляет 2…9.

В промышленных многоразрядных семисегментных индикаторах электрические соединения между отдельными модулями выполняются внутри корпуса, а наружу выводятся 7 линий для сегментов «А»…«Н», линия для точки «DP» (опционно, может отсутствовать) и 2…9 линий для выбора знакоместа. Различают многоразрядные индикаторы с активным НИЗКИМ (общий катод) и с ВЫСОКИМ (общий анод) уровнем.

Самодельную многоразрядную сборку легко изготовить в домашних условиях физической компоновкой «друг к другу», «бок в бок» нескольких одноразрядных семисегментных индикаторов. Электрические связи между ними выполняют жгутом параллельных проводов, исключение составляют отводы от общего катода или анода, которые выводятся отдельно из каждой индикаторной «восьмёрки».

Сборные и монолитные многоразрядные семисегментные индикаторы имеют идентичную схемотехнику подключения к MK. Отличаться лишь будет условное графическое обозначение сигналов выбора знакоместа «1»…«п» (Рис. 2.21).

Рис. 2.21. Условное обозначение многоразрядного семисегментного индикатора.

В многоразрядных индикаторах широко применяется технология мультиплексирования. Это означает, что в каждый момент времени светится только один индикатор, остальные погашены. Если зажигать индикаторы по кругу с частотой обновления 16…25 Гц (рекомендуется 50….150 Гц), то за счёт инерционности зрения будет казаться, что изображение на табло неподвижное.

Мультиплексирование предполагает генерацию «бегущей единицы» или «бегущего нуля» на тех выходах MK, которые связаны с выбором знакоместа индикатора. Соответственно на линиях управления сегментами должны в таком же темпе синхронно выставляться НИЗКИЕ/ВЫСОКИЕ уровни образов цифр или букв. Чтобы не было «паразитных» засветок при переходных процессах, рекомендуется в момент смены знакоместа на короткое время формировать пустой символ (пробел), т.е. программно на несколько микросекунд полностью гасить индикатор.

Мультиплексирование требует повышенного импульсного тока через единичные излучатели, иначе будет снижаться общая яркость изображения. Теоретически импульсный ток должен увеличиваться прямо пропорционально числу знакомест 2…9. На практике ограничиваются током в импульсе 40…120 мА при среднем токе за один период не более 20…25 мА. Если многоразрядный семисегментный индикатор подключается к MK напрямую, то в статическом режиме ток не должен превышать 20…25мАна одну линию порта (Рис. 2.22, а, б), а импульсный ток при динамической индикации не должен превышать 40 мА (Рис. 2.23, а…в). Чтобы снять ограничения по току, ставят буферные ключи на транзисторах (Рис. 2.24, a…e) или на микросхемах с повышенной нагрузочной способностью (Рис. 2.25, а, б).

Рис. 2.22. Схемы прямого подключения многоразрядных семисегментных индикаторов к MK в статическом режиме:

а) используется статическая (а не динамическая) индикация, которая предполагает подключение индикаторов HG1..HGn к 16…32 линиям MK без мультиплексирования. Преимущество — высокое быстродействие, отсутствие мерцания светодиодов. Яркость определяется резисторами R1…R32. Для снижения токовой нагрузки на вывод питания +5 В MK и на «земляной» вывод GND половину индикаторов HG1..HGn ставят с общим анодом и половину с общим катодом;

б) на транзисторах VT1, VT2, образующих УПТ, собран общий для всех индикаторов регулятор яркости, управляемый переменным резистором R1. Резисторы R …R n пропускают через себя весь ток сегментов, из-за чего некоторые цифры могут иметь разную яркость, например, «1» (более ярко) и «8» (более тускло). Альтернативный вариант — не экономить на резисторах.

Рис. 2.23. Схемы прямого подключения многоразрядных семисегментных индикаторов к MK в динамическом режиме:

а) резисторы R1…R8 определяют токовую нагрузку на выходные линии MK, которая в среднем за один период мультиплексирования не должна превышать 20…25 мА. На нижних выходах MK необходимо сформировать «бегущий нуль»;

б) аналогично Рис.2.23, а, но с формированием «бегущей единицы» на выходах МК  и с индикаторами HG1…HG5, имеющими общий анод и повышенную яркость при низком токе;

в) типовое использование линий MK для одновременной индикации сегментов HG1 и для управления внешними узлами. Режимы переключаются по сигналу «Запрет/Разрешение». Его ВЫСОКИЙ уровень запрещает работу внешнего узла, при этом можно индицировать цифры на трёхразрядном табло HG1. При НИЗКОМ уровне разрешается обращение к внешнему узлу, восемь верхних линий MK обнуляются (индикатор HG1 гаснет), а три линии выбора знакоместа используются как обычные информационные входы/выходы «Данные». Такой алгоритм работы напоминает ситуацию, когда во время обратного хода луча монитора или телевизора выполняются какие-либо вспомогательные действия, например, опрос клавиатуры или датчиков.

Рис. 2.24. Схемы подключения многоразрядных семисегментных индикаторов к МК  через ключи на транзисторах {начало):

а) транзисторные ключи VT1…VTn пропускают большой ток и увеличивают яркость свечения индикатора HG1 за счёт снижения сопротивлений резисторов R1…R8. Резисторы  определяют степень насыщения транзисторов VT1…VTn, которые должны гарантированно открываться при индикации цифры «8» (максимальный ток нагрузки);

б) аналогично Рис.2.24, а, но с индикаторами HG1…HG4, которые имеют внутри по два последовательных светодиода на каждый сегмент. Исключение — сегмент «децимальной точки», где находится один светодиод, поэтому резистор R8 имеет на порядок больше сопротивление, чем резисторы R1…R7\

в) аналогично Рис. 2.24, а, но с транзисторами VT1… VTn другой структуры и с индикаторами HG1…HGn, имеющими общий анод; О

О Рис. 2.24. Схемы подключения многоразрядных семисегментных индикаторов к MK через ключи на транзисторах (окончание):

г) симбиоз схем, изображённых на Рис. 2.24, в и Рис. 2.20, ж, но для трёхразрядного табло на индикторах HG1…HG3\

д) индикаторы HG1..HGn управляются эмиттерными повторителями VT1… VTn;

е)транзисторные ключи VT …VT n, VT1…VT8 полностью развязывают MK от индикатора HG1, что позволяет увеличить яркость за счёт низких сопротивлений резисторов R9…R16. Сопротивления резисторов  должны быть меньше, чем у резисторов R1…R8, поскольку коллекторный токтранзисторов VT … VT n больше, чему транзисторов VT1… VT8. Индикатор HG1 изображён нестандартно (выводы знакомест находятся слева, а не справа), что не принципиально.

Рис. 2.25. Схемы подключения многоразрядных семисегментных индикаторов к MK через ключи на микросхемах:

а) замена дискретных транзисторов и резисторов мощными интегральными ключами, находящимися в микросхеме DA1. Свободный транзисторный ключ микросхемы DA1 (выводы 7, 10) можно использовать для своих целей, поскольку все каналы независимы друг от друга;

б) подключение двухцветных многоразрядных индикаторов HG1…HG4 (красный-зелёный) через интегральные ключи микросхемы DA1 и транзисторы VT1…VT8. Дополнительные резисторы Я77…Я20уравнивают яркость свечения индикаторов зелёного и красного цвета, поскольку первые из них имеют большее прямое напряжение, чем вторые.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты