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.

3-J

<8>

(- a pi

1)

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

а - включение лампы накаливания; б - включение одного сегмента индикатора ИВ-9

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 Tj, T2 закрыт, а другой - открыт (в зависимости от состояния триггера Тг1). 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 Rj прикладывается сумма напряжения питания и напряжения, накопленного на конденсаторе. При любой комбинации состояний триггеров Тг2 - Тг4 только на одном выходе дешифратора будет потенциал, равный нулю, что обеспечит подачу через один из транзисторов Т3 - Т7 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 Д1 - Д12 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. +130 в Нг56к

Д2235 с

Рис 7.2. Устройства управления цифровыми индикаторными лампами: а - с использованием дешифратора на микросхемах и высоковольтных транзисторов; б с применением микросхемы К155ИД1

Рис. 7.3. Устройства управления семисегментными вакуумными люминесцентными индикаторами:

а - с использованием диодного дешифратора; б - с применением микросхемы К514ИД2

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, е. 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].

АЛ385А

Рис. 7.4. Устройства управления светоизлучающими диодами:

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.

7.3. ФОРМИРОВАТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ

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