Разработка устройства динамической индикации

Разработка устройства динамической индикации

• Введение
• Функциональная схема устройства
• Разработка принципиальной схемы
• Заключение
• Список литературы

В данном курсовом проекте будет разработан блок динамической индикации для тринадцатиразрядного светодиодного семисегментного индикатора с общим анодом.

Блок динамической индикации осуществляет последовательный вывод отображаемой информации на светодиодные семисегментные индикаторы — разряды. Благодаря достаточно быстрой частоте обновления глаз человека видит на индикаторе определенное число.

При динамической индикации имеет место общее использование разрядных выводов индикаторов, что существенно сокращает число межсоединений.

Так 13-ти разрядный семисегментный индикатор для динамической индикации имеет 13+7=20 выводов (не считая «точки» и специальных символов), а аналогичный для статической имел бы 92 вывода (91 сигнальных и один общий).

Динамическая индикация по сравнению со статической, потребляет меньше энергии. Также, построение системы динамической индикации как правило оказывается значительно более экономным (в части используемых логических элементов и выводов) чем построение систем статической индикации (когда на каждый индикатор используется индивидуальный канал).

Целью курсового проекта является разработка блока на логических ИМС, реализующего следующие функции:

Параллельный ввод данных

— Хранение отображаемой информации (тринадцать цифр)

— Отображение отображаемой информации в представлении для семисегментых индикаторов в динамическом режиме.

Элементной базой для разработки послужат преимущественно микросхемы ТТЛШ — серии. ТТЛШ микросхемы по существу это ТТЛ-микросхемы, где транзисторы (буква Т в названии типа) заменены на диоды Шоттки.

Такие микросхемы, имея схожие электрические параметры с ИМС ТТЛ, более быстродействующие и ток потребления у них меньше по сравнению с ТТЛ.

индикация динамическая светодиодный индикатор

Функциональная схема устройства

В рамках поставленной задачи необходимо разработать устройство динамической индикации, которое:

1) Будет выполнять отображение на 13 значащих разрядов

2) Данные будет принимать в двоичном коде, в параллельном виде, в формате 4 бита на каждый разряд

3) Общий анод

4) Будет использовать логику ТТЛШ

Проведем словесное описание устройства.

При подаче на вход устройства 13*4 бит данных (13 разрядов по 4 бита на каждый) происходит их запись в параллельные регистры хранения.

Таким образом, на выходе регистров образуется поданный код, независимо от того, что будет подано на вход.

13-ти канальный мультиплексор будет коммутировать тетрады (группы по 4 бита) на вход дешифратора.

Одновременно с этим дешифратор унитарного кода будет подключать один из разрядов.

Управление дешифратором унитарного кода и мультиплексором будет осуществлять счетчик, охваченной ОС (ОС для того, чтобы досчитывать до 12 и возвращаться назад)

Ввод данных осуществляется параллельно, тетрадами по 4 бита.

Рисунок 1. Функциональная схема блока динамической индикации

Перейдем к подробному описанию блока.

Отображение данных обеспечивает 13-разрядный светодиодный 7-ми сегментный индикатор И с общим анодом.

Устройство индикатора с общим анодом (ОА) иллюстрирует рисунок 2.

Рисунок 2 — Разряд индикатора с общим анодом

Все семь светодиодов соединены анодами («минусовыми» выводами) вместе. Для того, чтобы отобразить какой-либо символ, либо цифру, нужно на катоды тех светодиодов, которые необходимо «засветить» подать логическую «1», на остальные логическую 1.

При этом на общем аноде должен быть логический «0». Если будет «1», то ни один из сегментов разряда гореть не будет. Так мы сможем последовательно перебирать все интересующие нас разряды.

Выводы сегмента каждого разряда — общие для всех разрядов, выбор же того какой разряд будет «гореть» обеспечивается подачей логического «0» на один из выводов 1−12 индикатора.

Отображаемый на индикаторе код формирует дешифратор семисегментного кода (дешифратор 1). Входные данные для него — двоичный код — X1-X4.

Выходные — код семисегментного индикатора y1-y7.

Дешифратор выдает 7 битов кода в соответствии с таблицей истинности — таблица 1.

Таблица 1 — таблица истинности дешифратора семисегментного кода

Отметим, что для индикатора с общим катодом таблица истинности будет выглядеть по-другому. Вместо нулей на выходе будут «1», а вместо «1» — нули. Последовательный перебор всех разрядов осуществляет счетчик. Счетчик включен таким образом, что досчитывает от 0 до 12, далее сбрасывается и начинает счет опять (это обеспечивает обратная связь). Счетчик показан на рисунке 3.

Рисунок 3 — двоичный счетчик от 0−12.

Счетчик считает вперед при приходе тактового импульса на С1.

Выходной код — выводы Q1-Q4

Логика обратной связи вырабатывает «1» при ситуации, когда на счетчике 12 (1100), в результате чего по следующему такту счетчик сбрасывается.

Подключение одной из линий 1−12 обеспечивает дешифратор унитарного кода (дешифратор 2).

На входе — двоичный код, на выходе 0 — положение которого однозначно определяется кодом на входе.

Таблица 2 — таблица истинности дешифратора унитарного кода со значащим нулем

Данные записываются в регистры параллельного типа.

Обозначение такого регистра приведено на рисунке.

Регистр (КР1533ИР15)

Рисунок 4. Четырехразрядный параллельный К1533ИР15 регистр с возможностью отключения активного состояния Согласно техническому заданию на курсовой проект, данные должны вводиться последовательно, тетрадами.

Также отметим, что считывание данных также будет происходить тетрадами.

В этом случае считаем разумным поступить следующим образом.

Все входы регистров в блоке, а также выходы соединим параллельно.

Выбор «активного» регистра будем осуществлять «единицей» с дешифратора.

Дешифратор используем такой же, как и для коммутации разрядов, но для получения «единицы» на каждый его вход придется подключить инвертор.

Тактовые импульсы на вход счетчика подаются от генератора Частота работы генератора выбрана из следующих соображений. Каждый импульс генератора определяет подключение и свечение определенного разряда. Для комфортной работы необходимо, чтобы разряды мерцали с частотой не менее 40 Гц. У нас 13 разрядов, значит частота генератора должна быть не менее 13*40=520 Гц.

Схема генератора приведена на рисунке.

Рисунок 5. Генератор импульсов.

Генератор выполнен по классической схеме — логические элементы. Охваченные обратной связью из времязадающей RC-цепочки, т. н. «кольцевой генератор» .

Для выбора активных состояний регистров применим дешифратор К155ИД3.

Он представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 — Дешифратор

Разработка принципиальной схемы

Принципиальную схему блока представим на рисунке 8.

Рисунок 7 — Блок индикации на 13 разрядов, схема электрическая принципиальная.

Отметим, что для фильтрации по питанию применены конденсаторы (электролитический для низкочастотных помех и керамический — для высокочастотных), а «лишние» выводы микросхем подсоединили к «минусу» источника питания (земле) через резисторы.

Регистры, соединенные в блок — микросхемы D12-D24. Это микросхемы К1533ИР15.

Выбор активного состояния микросхемы осуществляет дешифратор — ИМС D10 (К1533ИД3).

Логические элементы — микросхемы D4-D9 (К1533ЛА3)

Счетчик — микросхема D3 (К1533ИЕ5).

Генератор выполнен на микросхеме D2 (К1533ЛА3)

Резисторы токоограничения выберем с использованием расчетной схемы на рисунке 8.

Рассчитаем сопротивление токоограничивающих резисторов R по расчетной схеме на рисунке 4.

Рисунок 8 — расчетная схема для расчета сопротивления токоограничивающего резистора R.

При номинальном токе Ic=50−18*2=14мА и напряжении логической 1 2,5 В (берем с запасом) сопротивление резистора R должно быть не менее

R=2,5/14мА=178 Ом.

Принимаем 210 Ом — стандартное сопротивление.

Заключение

В проекте согласно заданию мы разработали блок динамической индикации. Данный блок может быть использован в измерительных приборах, либо в информационных табло.

Достоинство блока — цифры будут видны даже в темноте и на достаточно прилимчнои расстоянии, а применение динамической индикации снижает к минимуму энергопотребление блока, что дает возможность при необходимости применить батарейное питание.

1. Колобеков Б. А., Мамзелев И. А. Цифровые устройства и микропроцессорные устройства. — М: Радио и связь, 1978

2. Ерёмина О. М. Основы дискретной автоматики. — М: Радио и связь, 1981

3. Мальцева Л. А. и др. Основы цифровой техники. — М: Радио и связь, 1986 (массовая радио библиотека)