ФОРМИРОВАТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ

А. б — с включением светодиода соответственно от высокого и низкого уроп-ней напряжения с выхода микросхемы К.155ЛА7; в — устройство управления семисегментным индикатором с помощью микросхемы К514-ИД2.

А — с использованием диодного дешифратора; б — с применением микросхе­мы К514ИД2

А — с использованием дешифратора на микросхемах и высоковольтных тран­зисторов; б — с применением микросхемы К155ИД1

А — включение лам­пы накаливания; б — включение одного сегмента индикатора ИВ-9

УЗЛЫ ИНДИКАЦИИ

 

Для визуального определения состояния логических устройств, снятия цифровой информации со счетчиков и многих других це­лей широко используют световую индикацию. Согласование между выходами микроэлектронных устройств и элементами индикации по уровням сигналов и кодам осуществляют с широким исполь­зованием цифровых микросхем. В качестве индикаторов в микро­электронной аппаратуре применяют: миниатюрные лампы накали­вания и накальные знакосинтезирующие индикаторы; газоразряд­ные индикаторные лампы; вакуумные люминесцентные индикаторы; светодиодные индикаторы; жидкокристаллические индикаторы.

Миниатюрные лампы накаливания, например НСМ 6,3 — 20, включаются непосредственно на выходы микросхем. Пример вклю­чения лампы накаливания на выход микросхемы приведен на рис. 7.1,а.

Накальные знакосинтезирующие индикаторы (ИВ-9, 10, 13, 16, 19, 20 и др.) работают при напряжении 3 — 5 В, что обуслов­ливает удобство их согласования с микроэлектронными устрой­ствами. Однако для управления сегментами (нитями накаливания) при синтезе цифр требуется специальная схема управления. При выборе микросхем для этой цели следует учитывать сравнительно большой ток потребления рассматриваемых индикаторов (17 — 22 мА на знак) и то, что нить накала в холодном состоянии имеет со­противление во много раз меньше, чем в рабочем. Поэтому на­кальные индикаторы включают на выход микросхем через ограни­чительные резисторы.

 

Рнс. 7.1. Включе­ние ламп накали­вания и макаль­ных индикаторов на выход микро­схемы К155ЛА7:

 

Схема включения одного сегмента индикатора ИВ-9 приведена на рис. 7.1,6. При управлении семисегментным накалышм индикатером от счетчика необходим преобразователь кодов. Пример подобного преобразователя будет рассмотрен далее.

Газоразрядные индикаторные лампы (ИН-1, 2, 4, 8, 14, 16, 17, 18 и др.) имеют повышенное напряжение питания (до — 220 В), поэтому при работе с микросхемами они требуют специальных со­гласующих устройств уровня сигналов.

Пример счетчика с устройством индикации на двуханодной цифровой индикаторной лампе ИН-4 приведен на рис. 7.2,а. Устройство включает двоично-десятичный счетчик на триггерах 217TKL дешифратор на микросхемах 155ЛА1 и 155ЛАЗ, устрой­ство согласования высоковольтного цифрового индикатора с низ­ковольтными микросхемами, выполненное на транзисторных сбор­ках — микросхемах К166. Цифровой индикатор питается от схемы удвоения напряжения, что исключает превышение предельно до­пустимых напряжений транзисторов (300 В) и в то же время обеспечивает нормальную работу ИН-4.

В исходном состоянии один из транзисторов T1, T2 закрыт, а другой — открыт (в зависимости от состояния триггера Tг1). Че­рез открытый транзистор, резистор R2 и диод заряжается конден­сатор С. В момент поступления на управляющий вход отрицатель­ного импульса открытый транзистор закрывается и к одному из двух анодов индикатора через резистор R1 прикладывается сумма напряжения питания и напряжения, накопленного на конденсато­ре. При любой комбинации состояний триггеров Тг2Tг4 только на одном выходе дешифратора будет потенциал, равный нулю, что обеспечит подачу через один из транзисторов Т3Т7 нулевого потенциала на два катода. Однако светиться будет только тот из них, который связан с анодом, находящимся под напряжением (в зависимости от состояния Тг1). Таким образом, на индикаторе высвечивается цифра, соответствующая числу импульсов, записан­ному в счетчике. Время свечения индикатора определяется емко­стью конденсатора С и при указанных на схеме параметрах эле­ментов составляет 10 мс. Для устранения мелькания цифр часто­ту управляющих импульсов берут равной 50 Гц или выше. Со­противления резисторов Ri и R2 выбирают таким образом, чтобы ток через транзисторы не превышал допустимого. Резисторы R3 устраняют подсветку неработающей группы катодов, обеспечивая совместно с конденсатором неработающего анода снижение потен­циала анода во время поступления высокого напряжения на дру­гой анод.

Счетчик может согласоваться с газоразрядным индикатором с помощью преобразователя двоично-десятичного кода в десятич­ный, выполненного в виде микросхемы К155ИД1. На выходе ми-коосхемы включены транзисторы с открытыми коллекторами, имеющие рабочее напряжение более 60 В. Пример управления газоразрядным индикатором от счетчика с использованием пре­образователя К155ИД1 приведен на рис. 7.2,6. Выходы счетчика подключаются к четырем входам преобразователя, десять его вы­ходов непосредственно подсоединяются к катодам лампы. Анод индикатора через ограничительный резистор 22 — 91 кОм подклю­чается к источнику постоянного или пульсирующего напряжения. Подбором этого резистора устанавливают номинальный анодный ток.

Вакуумные люминесцентные знакосинтезирующие индикаторы (ИВ-3 6, 12, 17, 22 и др.) работают при напряжениях 10 — 30 В, что также требует специальных мер согласования с микроэлек­тронными устройствами.

Пример управления семисегментным люминесцентным индика­тором показан на рис. 7.3,а. В этой схеме диоды Д1Д12 пред­ставляют собой преобразователь десятичного кода в код, необхо­димый для формирования цифр. Другой вариант схемы управления вакуумным люминесцентным индикатором с помощью низковольт­ного преобразователя кодов К514ИД2 приведен на рис. 7.3,6. Уровни 0 на выходе микросхемы закрывают транзисторы, что вызывает свечение соответствующих сегментов индикатора.

Рис 7.2. Устройства управления цифровыми индикаторными лам­пами:

Рис. 7.3. Устройства управления семисегментными вакуумными лю­минесцентными индикаторами:

 

Светодиодные индикаторы применяют в виде отдельных дио­дов (АЛ 101, 102, 301, 306 и др.) и семисегментных индикаторов (АЛ 104А, 105, 113, 305 и др.). Эти индикаторы имеют низкие напряжения питания 1,5 — 3 В. Устройства их управления подобны соответствующим устройствам для накальных индикаторов. Схемы включения отдельных диодов на выходы микросхем показаны на рис. 7.4,а, б.

Для управления светодиодными индикаторами может быть использована микросхема К514ИД2 (для индикаторов с общим анодом) и К514ИД1 (для индикаторов с общим катодом). Эти же микросхемы могут применяться как преобразователи кодов для вакуумных накальных индикаторов. Схема управления светодиод­ным индикатором приведена на рис. 7.4,в. Подбором резисторов R1 — R7 можно добиться необходимой яркости свечения индика­тора.

Жидкокристаллические индикаторы (1.5ЖКИЦ18; 5.5ЖКИЛ12; 5,5ЖКИУ18 и т. п.) также имеют низковольтное питание (3 В и более). Они характеризуются очень низким потреблением энергии и используются обычно с автономными источниками питания. По­этому для управления этими индикаторами обычно используют микросхемы на КМДП-структурах.

Более подробно сведения об устройствах индикации можно получить в [28, 31, 32].

 

Рис. 7.4. Устройства управления светоизлучающими диодами:

 

 

Формирователи предназначены для получения импульсов опре­деленной формы и длительности.

Формирователи типа триггера Шмитта, с помощью которых получают прямоугольные импульсы, могут выполняться как на го­товых микросхемах, содержащихся в некоторых сериях (см. § 4.3), так и на базе элементов И — НЕ и ИЛИ — НЕ с использованием навесных элементов. На рис. 7.5,а приведен пример подобного устройства, преобразующего синусоидальный сигнал в прямо­угольные импульсы. Положительная обратная связь, создающая крутые фронт и срез выходных импульсов, вводится включением резистора между выходом второго и входом первого инвертора. Входное напряжение в этом формирователе подается через допол­нительный резистор сопротивлением 470 Ом. Диоды, подключен­ные ко входу первого инвертора, ограничивают значение входного напряжения.

Вариант построения триггера Шмитта без дополнительных ре­зисторов показан на рис. 7.5,6. Устройство содержит предвари­тельный усилитель (левые инверторы) и RS-триггер (правые ин­верторы). Предварительный усилитель улучшает фронт и срез формируемого напряжения и управляет триггером, с выхода ко­торого снимают прямоугольные импульсы.

Формирователь коротких импульсов на элементах И — НЕ приведен на рис. 7.5,0. На входы элемента 4 поданы взаимно-ин­версные сигналы со входа и выхода цепи инверторов. Сигнал 0 на выходе элемента 4 появляется только в том случае, когда сигнал на входе элемента 1 переходит из 0 в 1. При этом, пока пеое-ключаются элементы 1 — 3, на оба входа элемента 4 будут поданы единичные сигналы. Длительность выходного импульса формиро­вателя можно изменять числом последовательно включенных ин­верторов (их число обязательно должно быть нечетным).

Формирователь длинных импульсов на элементах ИЛИ — НЕ показан на рис. 7.5,г. В исходном положении сигнал на выходе элемента 2 равен 0, так как на его вход через открытый транзи­стор эмиттерного повторителя подается положительный потенциал. При подаче на вход элемента 1 кратковременного положительного импульса отрицательный скачок напряжения передается через кон­денсатор на эмиттерный повторитель и далее на вход элемента 2. На его выходе установится сигнал 1, который по цепи обратной связи будет удерживать элемент 1 в состоянии 0, даже если входной импульс закончится. Формирователь будет в таком со­стоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достиг­нет порога срабатывания транзистора. После этого выходной сиг­нал элемента 1 станет равным 1, а сигнал элемента 2 — 0. Рас­смотренная схема позволяет получить длительность выходного импульса более 10 с.

Рис 7.5. Формирователи импульсов на микросхемах: