Управління семисегментним індикатором

                       ИА93.210300.003

 

 

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

ЗМІСТ

ВСТУП 1

1 ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОБЛАСТЬ ВИКОРИСТАННЯ 2

2 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ І ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ СТРУКТУРИ ПРОЕКТОВУВАНОГО ПРИСТРОЮ 5

2 ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ 5

4 РОЗРОБКА І ОПИС СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Комп'ютерна схемотехніка - це технічний напрямок, зв'язаний із розробкою, відлагоджуванням, обслуговуванням  цифрових комп'ютерних, комп'ютеризованих та інтегрованих систем.

Ці знання необхідні  фахівцям, зв'язаним з інтенсивним  використанням комп'ютерної техніки, автоматизованих систем обробки  даних і керування, спеціалістам з електроніки та радіотехніки, цифрових автоматів і робототехніки.

Знання комп'ютерної  схемотехніки потрібно також всім тим, хто зв'язаний із створенням програмного  забезпечення автоматизованих систем і комп'ютерів, що визначається тісною взаємодією апаратних й програмних засобів. Програміст, що добре знає апаратну частину завжди має перевагу перед іншими, його програми будуть більш ефективнішими та досконалішими.

Метою курсового  проекту є здобуття навиків проектування цифрових пристроїв, тобто, за вхідними та розрахунковими даними, які необхідні  для побудови пристрою, розробити  принципову схему даного цифрового  пристою і створити на її основі відповідну друковану плату. При  розробці друкованої плати необхідно  враховувати не тільки електричні але  механічні, фізичні і інші фактори, що залежать від умов роботи цифрового  пристрою, надійності, яку має забезпечити  дана схема, довговічності та інше.

Швидке розширення областей застосування електронних  пристроїв - одна з особливостей сучасного  науково- технічного прогресу. Цей процес в певній мірі пов'язаний з впровадженням  інтегральних мікросхем в універсальні обчислювальні комплекси; периферійні  пристрої; пристрої реєстрації і передачі інформації; автоматизовані системи  управління; пристрої для наукових дослідів; механізації і інженерної праці; побутові пристрої. Застосування інтегральних мікросхем дозволило  удосконалити і створити нові методи проектування, конструювання і виробництва радіоелектронної апаратури різноманітного призначення, підвищити їх технічні і експлуатаційні характеристики, традиційно виконаних на механічних принципах дії.

Спроектований пристрій для організації динамічної індикації  цифрової інформації можна використовувати  в системах, де потрібно перетворювати  сигнал, представлений двійковими кодами, у інформацію, більш зручну для  сприйняття людиною, тобто, візуальну. Переваги схеми динамічної індикації  над звичайною у пристроях  з малою розрядністю індикатора немає, але проте коли потрібна індикація  великої розрядності, тоді за допомогою  динамічної індикації можна значно зменшити кількість елементів схеми. Адже в той час, як при звичайній  індикації кількість індикаторів  обов'язково має співпадати з кількістю  дешифраторів, при динамічній - один дешифратор може забезпечити нормальну  роботу будь-якій кількості індикаторів.

З цим пристроєм  ми не розлучаємось, кожного дня, а  то й цілодобово, навіть не здогадуючись про це, адже він входить у склад  кожного електронного годинника.

1 ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОБЛАСТЬ ВИКОРИСТАННЯ

 

Семисегментний індикатор – пристрій відображення цифрової інформації . Це – найбільш проста реалізація індикатора, який може відображати арабські цифри. Для відображення букв використовуються більш складні багато сегментні і матричні індикатори.

Семи сегментний світлодіодний індикатор з десятковою комою складається з семи елементів  індикації(сегментів), які вмикаються і вимикаються по черзі. Вмикаючи їх в різних комбінаціях, можна скласти спрощені зображення арабських цифр. Часто семисегментні індикатори роблять в курсиві, що підвищує читаність.

    Сегменти позначаються буквами від A до G; восьмий сегмент – десяткова кома, призначена для відображення дробових чисел.

Світлодіодні  індикатори мають просту форму, оскільки в них застосовуються світлодіоди, відлиті у формі сегментів, і чим менше різних типів світлодіодів, тим дешевше пристрій. У звичайному світлодіодному індикаторі дев'ять виводів: один йде до катодів всіх сегментів, і останні вісім – до анода кожного з сегментів. Ця схема називається «Схема із загальним катодом» . При включенні 4-х індикаторів в мультиплексорному режимі, аноди A, B, C, D, E, F, G і DP всіх індикаторів об'єднуються в групи (по імені виводу) і підключаються до МК. Катоди комутуються сигналами, що управляють, через транзисторні ключі на «землю». При роботі в даному режимі індикатори включаються послідовно (по колу). Але за рахунок того, що їх перемикання відбувається порівняно швидко, створюється враження, що вони працюють одночасно.

       Такий метод відображення цілісної картини через швидке послідовне відображення окремих частин називається динамічна індикація. При чому, «цілісність» сприйняття виходить внаслідок інерціонності  людського зору. На цьому принципі також побудовано кіно і телебачення.  

Окрім десяти цифр, семисегментні індикатори здатні відображувати  букви. Але лише небагато з букв мають  інтуїтивно зрозумілий семисегментний вигляд. У латиниці: заголовні A, B, C, E, F, G, H, I, J, L, N, O, P, S, U, Y, Z, рядкові а, b, з, d, e, g, h, i, n , q, r, t, u. У кирилиці: А, Б, В, Г, г, Е, і, Н, П, п, Р, З, з, В, Ч, Ь, Е/З.    Тому семисегментні індикатори використовують для відображення простих повідомлень, які можуть бути використані в конструкціях, що потребують цифрової індикації.

 

 

 

2 ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Пристрій управління семи сегментним індикатором:

• Напруга живлення – 5В;
• Діапазон робочих температур -15..+80С;
• Струм живлення схеми 225мА;
• Габаритні розміри, ДхШхВ, мм: 140x90x10

3 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ І ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ СТРУКТУРИ ПРОЕКТОВУВАНОГО ПРИСТРОЮ

При виборі пристрою індикації ми маємо 2 варіанти мікросхем – так, як в залежності від схеми підключення та моделі індикатори поділяються на 2 групи: зі спільним анодом(СА) та спільним катодом(СК).

Серед західних аналогів семи сегментних індикаторів поширені мікросхеми зі СА, але зустрічаються також із СК.   
           Для більшості випадків одного розряду для індикатору явно не вистачає. Підключати ж декілька розрядів, кожен до своїх виводів явно не вийде. Навіть найбільший мікроконтроллер AVR має всього чотири повні порти вводу-виводу. Тому єдиним способом підключення багаторозрядних семисегментних індикаторів до мікроконтроллера є матричний спосіб. Цей спосіб дуже схожий на матричне підключення кнопок клавіатури. На рисунку показаний один із варіантів підключення дисплею з двох семисегментных індикаторів.   

Приведена схема розрахована  на сегментні індикатори невеликої  потужності із струмом живлення не більше 40 мА. Для потужніших індикаторів потрібно застосовувати транзисторні ключі. Потрібно звернути увагу, що кожен з виходів порту PB мікроконтроллера підключений до однойменних сегментів обох індикаторів. Так, порт виведення PB0 через резистор R1 підключений до порту сегменту A індикатора Hl1 та індикатора Hl2. Вихід PB1 через резистор R2 підключений до сегментів B обох індикаторів і так далі.

Вибір одного з індикаторів здійснюється за допомогою двох старших розрядів порту PD. Загальний анод індикатора Hl1 підключений до виводу PD6, а загальний анод індикатора Hl2 до виводу PD5. Така схема включення називається матрицею. Виводи порту PB можна розглядати, як вісім горизонтальних ліній, а два виводи порту PD, як вертикальні лінії матриці. В точках пересічення кожної лінії включений один світлодіодний сегмент.

Подібна схема включення індикатора завжди працює в режимі динамічної індикації. Динамічна індикація  полягає в тому, що мікропроцесор  постійно з досить високою частотою висвічує символ спочатку в першому, а потім в другому розряді індикатора. При частоті перемикання вище 24 герц очі людини не помічають мерехтіння і сприймють зображення на обох індикаторах як одне статичне зображення. За таким принципом давно вже працюють більшість семи сегментні дисплеї в різних електронних пристроях.

Для реалізації режиму динамічної індикації  процесор повинен організувати постійний  цикл. Зазвичай для цього використовують вбудований таймер. Таймер налаштовується таким чином, що б видавати переривання  з певною частотою, вибраною для  динамічної індикації. Кожного разу, при викликанні переривання контролер  видає зображення символу в новий  розряд індикатора. Для цього в  порт PB контролер виставляє код, відповідний потрібному символу, а  у відповідний розряд порту PD (PD5 або PD6) виставляє логічну одиницю. У той розряд, який має бути погашений подається логічний нуль. На цьому обробка переривання закінчується, контролер переходить до виконання основної програми, а виставлені на виводи порту сигнали так і залишаються до наступного переривання. І весь цей час у відповідному розряді відображається потрібний символ. Коли виникає наступне переривання, в порти виводяться сигнали, які виводять на індикацію зображення іншого розряду індикатора.

На малюнку  приведена схема, що містить всього два розряди  індикації. Так само можна підключити три, чотири і більш за розряди. В  разі вживання мікроконтролера Attiny2313 максимальна кількість розрядів - 7. Оскільки порт PD цього контроллера  має всього сім виводів. В цьому  випадку в процесі індикації  лише на один з розрядів порту PD подається  логічна одиниця, а на всіх інших  логічний нуль.

   Потрібно відмітити, що в даній схемі виводи PD5 і PD6, до яких підключені загальні аноди індикаторів знаходиться під найбільшим навантаженням. Струм, який протікає через кожен з них залежить від символу, що відображається, і у тому випадку, коли запалюються відразу всі сегменти, то значення струму у вісім разів більше, ніж одного сегменту. Такий струм легко може перевищити максимально допустимий  струм для одного виходу. Проте, по-перше, цей струм носить імпульсний характер і середнє значення струму значно менше. А по-друге, практика показує, що мікроконтролери AVR мають значний запас по потужності і вільно витримують такі навантаження.

Все вищесказане відноситься до індикаторів із загальним анодом. Що б запалити такі індикатори на загальний дріт слід подавати плюс джерела живлення а на виводи сегментів мінус (сполучати із загальним дротом).

Так як на індикаторі ми повинні отримати тільки одну цифру, ми будемо підключати кожну ніжку індикатора через  резистор до порту PB.

 

4 РОЗРОБКА І ОПИС СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ

 

На рисунку зображена структурна схема приладу.

 

 

Кварцовий резонатор задає  частоту роботи мікроконтролера. У пам’яті мікроконтролера знаходиться програма, яка циклічно опитує клавіатуру. Після натиснення клавіші, значення з клавіатури потрапляє на індикатор та інтерфейс USART. Значення буде лишатись на індикаторі, доки не буде натиснута інша кнопка або кнопка скидання в нуль «RESET».