Устройство динамической цифровой индикации

       Все ЖКИ работают на переменном токе, их рабочее напряжение управления составляет 4...15 В. Ток индикатора, как правило, не превышает сотен микроампер, что позволяет использовать их в малогабаритных экономичных устройствах.

       Если  достоинством семисегментного индикатора можно считать его относительную  простоту управления, то существенным недостатком его является риск, что  единственная ошибка в управляющем  коде или неисправность одного сегмента приводит практически к полной невозможности чтения данного символа. Более надёжными в этом смысле являются матричные индикаторы.

       На  основе светодиодов или жидкокристаллических индикаторов получаются как семисегментные изображения символов, так и более  сложные, отображаемые возбуждением определённых сегментов из поля матрицы. Число строк и столбцов матрицы может быть различным. Для примера на рисунке 6 показано поле размерностью 7 × 5 и изображения символов. Принципы формирования изображения при управлении сегментами матрицы те же, что и при управлении ССИ, а именно: входные коды специальным дешифратором преобразуются в сигналы возбуждения отдельных сегментов. 

 

Рисунок 6 – Матричный индикатор 7 × 5 и отображаемые им символы

 

       2.2 Разработка схемы суммирующего недвоичного счетчика 

       Для создания блока управления, состоящего из счетчика и дешифратора, применим синхронный суммирующий счетчик с параллельным сквозным переносом на базе JK-триггеров.

       Коэффициент переcчета счетчика определяется числом цифровых индикаторов n=5, таким образом К_пер=5, что означает наличие пяти состояний счетчика.  Из условия 2^m К_пер найдем разрядность счетчика m=3, т.е. необходимо 3 JK-триггера. Для определения условий состояний на выходах JK-триггеров рассмотрим таблицу переходов JK-триггера. 

Таблица 1 – Таблица переходов JK-триггера 

 

       Исходя  из данных, представленных в таблице 1 можно составить таблицу переходов счетчика с необходимым коэффициентом пересчета (К_пер=5).

       Количество состояний счетчика пять, т.е. каждый пятый входной импульс производит сброс счетчика в исходное нулевое состояние. В таблице 2 показаны все возможные переходы состояний счетчика в  зависимости от количества поступивших ранее входных импульсов и требуемые для этих переходов уровни сигналов на входах J и K триггеров соответствующих разрядов. 

Таблица 2 – Таблица   переходов  счётчика  с коэффициентом   пересчёта

K_пер=5 

 

      По данным таблицы 3 можно составить карты  Карно, выражающие зависимость вида J_n=f(Q₁,Q₂,Q₃) и K_n=f(Q₁,Q₂,Q₃). Минимизацию функций с помощью карт Карно проведём в МДНФ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 7 – Карты Карно для счетчика с коэффициентом пересчета К=5

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Окончание рисунка 7 
 

     Таким образом по картам Карно получим следующие выражения для функций возбуждения входов J и K всех триггеров счётчика в МДНФ: 

       (1) 

       Построим  логическую схему  по полученным функциям (1):

 

       Рисунок 8 - Логическая схема счётчика на JK-триггерах с коэффициентом пересчёта K_пер=5

 

        Для пояснения принципа работы недвоичного счетчика приведем его временную диаграмму (рисунок 9): 

       

       Рисунок 9 – Временная диаграмма работы счетчика с коэффициентом пересчета  K_пер=5 

       2.3 Разработка логической  схемы дешифратора 

       Для преобразования двоичных чисел в  небольшие по значению десятичные числа используются дешифраторы. Входы дешифратора предназначаются для подачи двоичных чисел, выходы последовательно нумеруются десятичными числами. При подаче на входы двоичного числа появляется сигнал на определенном выходе, номер которого соответствует входному числу. Другими словами, дешифратор преобразует двоичный код в позиционный.

       Разработаем дешифратор на требуемое количество выходов выбрав базис исходя из типа индикаторов в устройстве динамической цифровой индикации (ОК).

       Согласно  варианту требуется пять выходов, причём выходы должны быть прямые, что определяется типом заданных индикаторов. Для семисегментных светодиодных индикаторов с общим катодами n=5 дешифратор должен иметь три прямых входа (исходя из соотношения ) и пять инверсных выходов. Рассмотрим таблицу истинности такого дешифратора: 

 

        Таблица 3 – Таблица   истинности дешифратора, преобразующего трехраз-

      рядный  двоичный код в пятиразрядный позиционный. 

 

       Запишем логические функции выходов дешифратора в СКНФ. Для построения схемы, реализующей сигнал Y₀, достаточно рассмотреть строки, в которых Y₀=0. В таблице истинности одна строка, содержащая нуль в выходном сигнале Y₀, поэтому в формуле СКНФ будет содержаться одна дизъюнкция входных сигналов: 

         

       Аналогично  будут выглядеть и функции  остальных выходов: 

         

       Данные  функции не подлежат упрощению, так как не имеют соседних конституент. В то же время они являются тупиковыми формами, так как не имеют лишних аргументов. Данные тупиковые формы упростить нельзя, так как они имеют минимальный для функции трёх аргументов ранг, равный 3. Таким образом функции в МКНФ. Применим правило Де Моргана и преобразуем функции в базис И-НЕ: 

        

 

        По полученным функциям можно построить  логическую схему дешифратора в базисе И-НЕ:

       

 

       Рисунок 10 – Логическая схема дешифратора для преобразования трёхразрядного двоичного кода в пятиразрядный позиционный 

 

       2.4 Разработка логической схемы блока управления 

       Блок  управления, состоящий  из счётчика Y2 и дешифратора Y4, обеспечивает подготовку одного из пяти индикаторов к высвечиванию информации от соответствующего источника. Коэффициент пересчёта счётчика K_пер=5 и определяется числом индицируемых знаков. Код с выходов счётчика Y2 одновременно подаётся на адресные входы мультиплексора Y1 и дешифратора Y4. Тем самым обеспечивается поочерёдное подключение каждого индикатора к соответствующему источнику информации через мультиплексор Y1 и преобразователь кода Y3. Разрядность выходного кода m счётчика Y2 определяется из соотношения: и равна 3.

       Усилители Y5 необходимы в тех случаях, когда дешифратор Y4 не обладает достаточной нагрузочной способностью, поскольку через его выходы протекают токи от всех семи элементов (сегментов) подключённого индикатора. Тип выходов дешифратора Y4 зависит от типа используемых индикаторов, и для индикаторов с общими катодами используются инверсные выходы дешифратора.

 

       3 АНАЛИЗ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 

       Выбор схемотехники и серий микросхем для синтеза устройства динамической цифровой индикации произведем в соответствии в заданным вариантом, при этом не забывая о том, что актуальность любого цифрового устройства в первую очередь определена использованной при его создании элементной базой. Из серии ТТЛШ-микросхем наибольшую актуальность имеют серии 1533 (КР1533), также можно применить некоторые элементы серий КР1531, К555 и К514.