Устройство динамической цифровой индикации

 
 

       3.4 Выбор преобразователя  кода 

       Для подключения цифровых семисегментных индикаторов, служащих для преобразования информации в форму свечения соответствующих диодов, формирующих все цифры десятичной системы счисления, существуют преобразователи кода, которые преобразуют код 8421 в семипозиционный.

       Тип выходов преобразователя кода зависит  от схемы включения индикаторов, и для заданной схемы включения – с общими катодами – целесообразно применить преобразователь кода К514ИД1. Основные электрические параметры микросхемы приведены в таблице 5 на странице 23.

       Рассмотрим  УГО и таблицу истинности микросхемы К514ИД1: 

       

       Рисунок 19 – УГО и цоколевка преобразователя кода К514ИД1 

Таблиц 9 – Таблица истинности 514 ИД1

 
 

       3.5 Выбор индикаторов 

       Для непосредственного отображения  информации в устройствах динамической цифровой индикации используются семисегментные индикаторы, ЖК-матрицы и др. Заданное устройство требует использования семисегментных индикаторов с общими катодами, выбор которых целесообразно осуществить из диапазона индикаторов с малым прямым током (5 – 10 мА). Всего потребуется n=5 индикаторов, подключенных анодами к преобразователю кода и катодами к дешифратору.

       Для построения устройства динамической цифровой индикации выберем ССИ АЛ304А, который отличается низким рабочим напряжением и током.

       Рассмотрим  принципиальную схему и основные параметры данного индикатора: 

       Таблица 10 – Основные параметры светоиндикатора  АЛ304А 

 

       

 

       Рисунок 20 – Принципиальная схема АЛ304А 
 

       3.5 Выбор буферных  элементов 

       Из  таблицы 5 на странице 23 и таблицы 10 на странице 31 видно, что выходной ток высокого уровня преобразователя кода К514ИД1 =4.6 мА меньше номинального рабочего тока ССИ АЛ304А Iпр.=5 мА, однако допустимый рабочий ток МС К514ИД1 составляет 7.5 мА [5], что обеспечивает безопасную работу преобразователя кода [7].

       Выходной ток низкого уровня дешифратора К555ИД7 =3.8 мА меньше требуемого значения тока протекающего через индикатор АЛ304 Iпр. = 5 мА (что неизбежно повредит дешифратор). Это обуславливает необходимость применения буферных элементов в выходных цепях микросхемы. При этом выходное напряжение высокого уровня К514ИД1 =2.5В и выходное напряжение низкого уровня шинного формирователя КР1533АП6 (который целесообразно применить в качестве буферного элемента) =0.5В обуславливают падение напряжения на светодиодах Uпр.=2В [7], а выходные токи низкого уровня шинного формирователя КР1533АП6 могут достигать значений = 12мА.

       При высоком уровне напряжения на входе T сторона A является входом, а сторона B – выходом. При высоком уровне напряжения на входе выходы микросхемы переходят в Z-состояние. Основные электрические параметры микросхемы приведены в таблице 5 на странице 23.

       Рассмотри УГО данного буферного элемента:

       

       Рисунок 21 – УГО и цоколевка КР1533АП6 

       Для подачи на входы микросхем постоянного  высокого уровня сигнала подключим соответствующие входы к источнику питания (U_ип=5В) и между входом и источником питания применим резисторы, минимально допустимое сопротивление которых определим из соотношения: 

        =250КОм, 

       где - наименьшее из допустимых значений входного тока высокого уровня используемых микросхем.

       С учетом допуска в 10% целесообразно  выбрать маломощные резисторы с номинальным сопротивление 300КОм МЛТ-0,5ВТ-300 КОМ 10%.

 

4 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА 

       Произведем соединение выбранных в 3 элементов согласно функциональной схеме, разобранной в 1.

       Для получения мультиплексора на четыре выхода соединим мультиплексоры параллельно, соответствующие выходы подключим к входам преобразователя кода, а адресные входы всех мультиплексоров – к выходам счетчика. Таким образом будет осуществляться последовательная передача данных от пяти четырехразрядных источников данных на преобразователь кода.

       Преобразователь кода передает семисегментный код на все ССИ одновременно. С другой стороны дешифратор обеспечивает последовательное свечение каждого индикатора – входы дешифратора подключим к счетчику, а выходы – к катодам соответствующих элементов через шинный формирователь. Методика получения изображения, воспринимаемого человеческим глазом, как статического, рассмотрена в 1.

       Счетчик имеет цепь обратной связи, построение которой выполним с помощью конъюнктора  и дизъюнктора. Подключение элементов  цепи обратной связи рассмотрено  в 3.1.

       Стоит отметить, что микросхемы мультиплексоров, дешифратора, преобразователя кода и шинного формирователя имеют входы, на которые постоянно подаётся высокий или низкий уровень напряжения. Для того, чтобы организовать подачу низкого уровня напряжения замкнем соответствующие входы на корпус, а для обеспечения высокого уровня на соответствующих входах подключим их к источнику питания через резистор сопротивлением 300КОм.

       Создание  принципиальной электрической схемы  устройства динамической цифровой индикации  и перечня элементов осуществим согласно  стандартам [8,9,10]. 

5 РАСЧЕТ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ И ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ  

       Для расчёта быстродействия необходимо определить минимальный период и максимальную частоту тактовых импульсов. Для определения минимального периода необходимо просуммировать среднее время задержки распространения сигнала во всех узлах устройства, которые работают последовательно. Необходимые для этого данные возьмём из таблицы 5 на странице 23. Конечный результат расчёта следует умножить на коэффициент равный 1,2 для учёта скважности тактовых импульсов (скважность равна пяти).

       Последовательно работают цепи «счетчик – мультиплексор  – преобразователь кода» и  «счетчик – дешифратор – шинный формирователь». Так как время  задержки распространения сигнала  при параллельном соединении зависит  от самого «медленного» узла, для расчета минимального периода тактовых импульсов сложим все средние значения времени задержки распространения сигнала элементов первой цепи и умножим на коэффициент 1,2: 

        =70+19+100=189нс

         

       Максимальную частоту тактовых импульсов определим из соотношения : 

         

       Таким образом минимальный период тактовых импульсов составляет 227 наносекунд, а максимальная частота – 4,4 мегагерц.

       Для расчёта средней потребляемой мощности необходимо просуммировать среднюю потребляемую мощность для всех микросхем, входящих в устройство. Необходимые данные возьмём из таблицы 5 на странице 23. Таким образом получим: 

       

 

       ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

       Полученная  схема устройства динамической цифровой индикации на ТТЛШ-микросхемах работает от источника питания с напряжением 5В, максимальной частотой тактовых импульсов 4,4МГц (минимальный период равен 227нс). Средняя потребляемая мощность схемы составляет 0,865Вт.

       При построении устройства использованы микросхемы серий К514, К555, 1533 и КР1533 (4 мультиплексора, 1 счетчик, дешифратор, конъюнктор, дизъюнктор и шинный формирователь), а также 3 резистора номинальным сопротивлением 300КОм и 5 светоиндикаторных панелей АЛ304А.

       Рекомендуемой частотой тактовых импульсов является частота от 500Гц, рассчитанная в 1, чтобы изображение воспринималось глазом без мельканий. 
 

       ЛИТЕРАТУРА 

Книги 

1 Мальцева Л.А. и др. Основы цифровой техники. – М.: Радио и связь, 1987.

2 Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение: Справ. пособие. – М.: Радио и связь, 1989.

3 ИМС стандартной логики: Информационно-справочный материал / БЕЛМИКРОСИСТЕМЫ. – Мн.: Полифакт, 2004.

4 М.И. Богданович и др. Цифровые интегральные микросхемы. Мн. 1991

5 Б.В. Тарабрин и др. Интегральные микросхемы. М.: Радио и связь 1983 

Сайты 

6 В.Р. Козак. Электронный справочник по микросхемам ТТЛ-серий. http://www.inp.nsk.su/~kozak/ttl/ttlh00.htm . – 2000.

7 Сайт радиолюбителей, статья по материалам журнала «Электроника» 1977 (т.50) №5 http://radiokot.ru/articles/15/ . - 2005-2007 

Стандарты 

8. СТП ВГКС 1.01-2005. Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование.
9. ГОСТ 2.702-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.
10. ГОСТ 2.743-82. Элементы цифровой техники.