Основные требования и классификация ОУ.




Основными требованиями к ОУ являются следующие:

· надежность работы,

· однозначность,

· однократность срабатывания,

· ремонтопригодность,

· эргономичность.

Требование однозначности заключается в постоянном повторении сигнала по всем его параметрам при каждом воздействии оператора на ОУ. Особенно это требование актуально при использовании различного типа клавиатур.

Требование однократности заключается в том, что при каждом воздействии оператора на ОУ должен формироваться только один сигнал с заданными параметрами. Исключение составляет случай когда используется специальный режим формирования серии сигналов со строго определенной частотой их следования.

Требование ремонтопригодности обуславливается частым использованием ОУ и следовательно, их износом и заменой.

Требование эргономичности заключается в выборе таких конструкций и типов ОУ, которые соответствуют виду операций, выполняемых под действием этих ОУ, например, не рекомендуется использовать миниатюрное исполнение кнопок для пуска и останова станка, кнопка аварийного останова, как правило, увеличенных размеров. Имеет значение и цветовое оформление - чем ответственнее операция, тем более яркую расцветку имеет ОУ, так кнопка аварийного останова не только увеличенных размеров, но ярко- красного цвета.

По конструктивному исполнению и принципу действия имеется очень большое количество ОУ. На рис.4.1 приведена классификация основных ОУ, используемых в УЧПУ. По способу формирования выходных сигналов ОУ делятся на две группы: одиночные и групповые. К одиночным ОУ относятся такие, у которых число сигнальных линий, соединяющих ОУ с УЧПУ не меньше, чем число самих органов, чаще всего сигнальных линий в два раза больше, хотя их число может быть сокращено за счет объединения, например, цепей питания.

К групповым ОУ относятся элементы, в которых число сигнальных линий значительно меньше, чем число ОУ, а формирование большого числа различных команд производится за счет специального кодирования небольшого числа сигналов от ОУ. Так, например, в клавиатурах современных компьютеров более ста клавиш, в то время как сама клавиатура подключается к компьютеру по четырехпроводному каналу связи. Остальные классификационные особенности рассмотрим в последующих параграфах.


28. Одиночные органы управления.

Одиночные ОУ применяются для получения отдельных, часто мощных сигналов управления. Как видно из рис.4.1. они бывают контактные и бесконтактные. Контактные в свою очередь подразделяются на механические и герметичные (герконы). Механические ОУ имеют наибольшее распространение вследствие своей простоты и широкого диапазона мощностей сигналов управления. В таких ОУ сигнал формируется путем механического замыкания двух проводников, как показано на рис.4.2. Замыкание контактов К1 и К2 осуществляется нажатием оператора на толкатель Т, подпружиненный пружиной П2, возвращающей толкатель в исходное положение после снятия усилия. Иногда требуется удержание толкателя в нажатом состоянии после снятия усилия. Для этого толкатель дополняется специальной защелкой, освобождающей толкатель при повторном нажатии. Важной характеристикой любого ОУ является величина тока сигнала. В механических ОУ величина входного тока всегда равна величине выходного Iвх. = Iвых, а численное значение токов определяется главным образом геометрическими размерами контактируемых площадок.

При очевидной простоте и надежности механических ОУ они имеют два существенных недостатка:

· электрический разряд в воздушном промежутке при замыкании и особенно при размыкании контактов,

· многократное замыкание контактов.

Возникающий электрический разряд вызывает повышенный износ самих контактов, ухудшает форму выходного сигнала, а также создает дополнительные помехи в работе соседних элементов и систем. Для снижения влияния электрического разряда применяется ряд способов:

а. Для уменьшения износа контактов их изготавливают из специальных тугоплавких материалов (на основе вольфрама), иногда для снижения переходного сопротивления между контактами используются накладки из материалов с малым удельным сопротивлением - серебро, золото, платина. Это способствует также стойкости контактов против коррозии, что в свою очередь влияет на величину тока разряда (чем больше разрушена коррозией поверхность контакта, тем медленнее расходятся контактные поверхности и больше микроочагов возникновения разряда.

б. Для ухудшения условий возникновения разряда при размыкании применяют специальные устройства для быстрого разъединения контактов, например, пружина П1 на рис.4.2.

в. В местах, близких к контактным площадкам устанавливаются специальные механические искрогасители.

г. Для сокращения площади контактируемых поверхностей их выполняют с минимальной степенью шероховатости.

Вторым существенным недостатком механических ОУ является их многократное срабатывание в момент замыкания контактов («дребезг»). Это является результатом поведения упругой системы: рука человека - толкатель -пружины - контакты. Даже при нажатии слабых по усилию контактов возникает больше десятка сигналов, имеющих хотя и снижающееся значение амплитуды, однако воспринимаемые последующими элементами системы как отдельные сигналы, особенно это заметно при использовании быстродействующих элементов в виде микросхем для последующей обработки принятого сигнала. Для уменьшения влияния «дребезга» можно применить несколько приемов:

n фильтрация сигнала,

n задержка начала обработки принятого сигнала,

n развязка с помощью RS - триггеров.

На рис. 4.3.а.б.в. показано схематичное изображение этих приемов.

Как показывают экспериментальные исследования, время действия «дребезга» составляет около 10 мсек, поэтому первые два приема используют либо принцип интегрирования всех сигналов в течение этого времени (а), либо принцип принудительной задержки основного сигнала на этот период (б). Однако оба эти способа снижают быстродействие ОУ, к тому же имеют слабую защиту от внешних индустриальных помех. Для использования в современных системах управления, обладающих большим быстродействием, более предпочтителен третий способ - развязки через RSКS - триггер. При замыкании кнопки К происходит переброс триггера и формирование выходного сигнала, причем переброс осуществляется любым импульсом «дребезга» и только один раз. Возврат триггера в исходное положение происходит только при возврате кнопки и замыкании другого контакта. Возврат также осуществляется любым импульсом из «дребезга» и тоже только один раз. Резисторы R1,R2 служат для поддержания нужного уровня на входах микросхем. Недостатком такого способа является необходимость применения третьего контакта для одного ОУ.

С целью уменьшения искрения и, следовательно, повышения нагрузочной способности механических контактов их помещают в герметичную оболочку, из которой удален воздух, или заполненную инертным газом. Такие ОУ называют герметичными контактами (герконами), а замыкание их производится внешним магнитным или электромагнитным полем (см. Рис.4.5). Поскольку замыкание и размыкание происходит в вакууме, возможность возникновения разряда сведена к минимуму и, следовательно, резко снижается износ самих контактов. В таких ОУ входной ток и выходной, как правило, не равны - чаще всего входной ток значительно меньше выходного, кроме того исключается непосредственный контакт оператора с мощньными коммутируемыми токами, что повышает безопасность ОУ. Недостатком гермеетичных ОУ является ограничение (до нескольких ампер) величины выходного тока, так как увеличение тока связано с увеличением геометрических размеров самих контактов, а равно и их жесткости, что резко увеличивает потребление входного тока.

Несмотря на все приемы уменьшения искрения полностью его избежать не удается, поэтому механические ОУ быстро изнашиваются и требуют периодической замены. Более долговечными и, следовательно, более надежными являются бесконтактные ОУ. Существует большое число Бесконтактных ОУ, использующих различные электрические явления для формирования сигнала от оператора. На рис. 4.4 Показана принципиальная схема индуктивного ОУ индуктивной кнопки. В основу ОУ составляют три индуктивные катушки L1...L3, две из которых включены в схему импульсного генератора, собранного на транзисторе Т1. Катушки конструктивно расположены таким образом, что индуктивная связь между ними слаба и генератор работает в обычном режиме. При введении между катушками металлической пластины - толкателя, взаимоиндукция катушек резко возрастает, что приводит к срыву колебаний генератора. Этот процесс фиксируется усилительной частью схемы, собранной на транзисторе Т2, таким образом на выходе транзистора Т2 получается перепад напряжений от уровня «0» при выведенном толкателе, уровня «1» при введенном толкателе, что и используется в схемах управления.

В некоторых ОУ вместо LC используется RC - генератор. В таких схемах толкатель является составляющей емкости задающего конденсатора, поэтому при движении толкателя меняется частота генератора, что фиксируется последующей схемой выделения сигнала.

Довольно широкое распространение в настоящее время получили ОУ на основе датчиков Холла, представляющих собой элемент, параметры которого изменяются под действием магнитного поля. На рис.4.6 Показана принципиальная схема кнопки на базе элемента МН1551, представляющего собой датчик Холла со встроенным усилителем сигнала, что позволяет включать такие кнопки непосредственно в исполнительные схемы УЧПУ.

В тех случаях, когда в целях безопасности обслуживающего персонала требуется отделить цепи управления от исполнительных цепей используют ОУ с гальванической трансформаторной или оптронной развязкой. Трансформаторная развязка может применяться только в цепях управления с переменным током, поэтому более распространены развязки оптронного типа. На рис. 4.7 показаны несколько примеров реализации ОУ с оптронными развязками диодного, транзисторного и тиристорного типа. В качестве управления может использоваться маломощный ОУ любого типа, обеспечивающий требуемый ток для срабатывания входного светодиода, который обычно составляет 10...30 ма.

Сенсорные ОУ являются разновидностью ОУ конденсаторного типа, в которых для изменения параметров генерации используется дополнительная вносимая емкость при прикосновении оператора к контактным площадкам поля ОУ.


29. Групповые органы управления

Конструктивно групповые ОУ представляют собой совокупность одиночных ОУ, выходные сигналы которых определенным образом кодируются и передаются в исполнительное устройство по каналам связи с ограниченным числом линий связи. Число этих линий зависит с одной стороны от числа таких одиночных ОУ, с другой от способа шифрации и передачи информации. Существует два способа шифрации сигналов в клавиатурах: линейный и матричный. Рассмотрим их подробнее.

4.1.3.1. Клавиатуры с линейными шифраторами.

Функциональная схема такой клавиатуры представлена на рис. 4.8. Шифратор включает в себя:

n набор буквенно-цифровых клавиш - одиночных ОУ контактного или иного типа «А»... «Я», «0»... «9»,

n блок коммутаторов - мультиплексоров КП1... КП4

n генератор тактовых импульсов ГТИ,

n управляемый вентиль УВ,

n двоичный счетчик СТ,

n дешифратор старших разрядов счетчика ДШ,

n пусковой триггер ТТ.

Работает шифратор следующим образом. Все одиночные ОУ, например, клавиши контактного типа подключены индивидуально к своему информационному входу мультиплексоров, следовательно, число клавиш не должно превышать числа информационных входов. В нашем случае может быть подключено не более 64 клавиш, поскольку установлено четыре 16-входовых мультиплексоров типа К155КП1. При приходе от управляющего устройства пускового импульса взводится RS-триггер ТТ, который своим прямым выходом открывает управляемый вентиль УВ и импульсы с тактового генератора ГТИ поступают на счетный вход двоичного счетчика СТ. Младшие разряды входа счетчика управляют непосредственно адресными входами мультиплексоров, последовательно подключая к выходам последних сигналы с клавиш. Старшие разряды счетчика через дешифратор ДШ последовательно инициируют мультиплексоры по стробирующим С - входам. Таким образом к суммирующей сборке СБ последовательно подключаются сигналы со всех клавиш. Если не нажата ни одна клавиша с суммирующей сборки снимается сигнал нулевого уровня, который не влияет на работу управляемого вентиля. Если же будет нажата хотя бы одна клавиша, то в тот момент, когда от нее сигнал попадет на суммирующую сборку с последней снимется сигнал единичного уровня, который сбросит триггер ТТ, а тот в свою очередь закроет управляемый вентиль. Счетчик остановится и его состояние даст промежуточный код нажатой клавиши. Одновременно со сборки в управляющее устройство поступит сигнал «Гот.», говорящий о том, что нажата какая-то клавиша. Промежуточный код также поступает в управляющее устройство. Для приведенной на рис. 4.8. схемы при нажатии, например, клавиши «А» с входов счетчика будет снят шестиразрядный двоичный код 000000, потому что клавиша «А» подключена к первому входу мультиплексора КП1 и сигнал с клавиши пройдет на выход мультиплексора при состоянии адресных входов 0000. Сам же мультиплексор КП1 будет инициирован при состоянии старших разрядов счетчика, равным 00 (через первый выход дешифратора). Рассуждая аналогично для клавиши «К» получим промежуточный код 001111. Предлагается читателю самостоятельно определить промежуточные коды других клавиш.

В исполнительном устройстве по получении сигнала «Гот.» Промежуточный код нажатой клавиши преобразуется в окончательный символьный код ISO. Если клавиши не снабжены «антидребезговыми» устройствами, то исполнительное устройство также возлагается задача устранения «дребезга». Преобразование промежуточного кода в окончательный может производиться двумя способами: аппаратным или программным в зависимости от возможностей и загруженности исполнительного устройства.

При аппаратном способе преобразование кодов производится с помощью специальных дешифраторов на основе постоянных ПЗУ. При программировании этих ПЗУ на его адресные входы подаются все возможные для данной клавиатуры промежуточные коды, а на входы данных соответствующие нажатой клавише коды ISO. Поэтому при чтении информации из ПЗУ по принятому устройством промежуточному коду - адресу из памяти извлекается полный код нажатой клавиши. Фрагмент таблицы программирования ПЗУ для двух клавиш приведен в табл.1.

Таблица 1.

 

Символ Разряды адреса ПЗУ 7 6 5 4 3 2 1 0 Разряды данных ПЗУ 7 6 5 4 3 2 1 0
А 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1
К 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1

 

Такой способ преобразования не требует ресурсов вычислительного устройства и позволяет использовать большое число клавиш (256 и более), что не всегда необходимо для УЧПУ.

Программный способ преобразования вообще не требует аппаратных средств, так как перекодировочные таблицы типа приведенной выше находятся в памяти вычислительного устройства, откуда по пходному промежуточному коду сразу извлекается окончательный код нажатой клавиши.

Для любой клавиатуры важной характеристикой является разрядность канала связи клавиатуры с основным исполнительным устройством. Этот параметр зависит как от числа клавиш в клавиатуре, так и от способа организации передачи информации от клавиатуры. В частности, для приведенной на рис.4. 8 схемы клавиатуры достаточно использовать быстродействующий параллельный канал связи с восемью сигнальными линиями: 6 линий для промежуточного кода, 1 линия для сигнала «Гот.» И 1 линия для сигнала «Пуск». При увеличении числа клавиш до 128 или даже 256 число сигнальных линий увеличится незначительно (10), однако число элементов шифратора резко возрастает за счет увеличения числа мультиплексоров, потому что каждая новая клавиша требует отдельного информационного входа мультиплексора. Этого недостатка лишены матричные шифраторы.


 

30. Матри4ные клавиатуры

 

В основе матричного шифратора лежит матрица из проводников, в узлах которой находятся одиночные ОУ контактного или бесконтактного типа. Функциональная схема матричного шифратора показана на рис. 4.9. Принцип работы шифратора заключается в следующем. В исходном положении, когда не нажата ни одна клавиша, с горизонтальных выходов матрицы снимаются сигналы «единичного» уровня, формируемые с помощью резисторов R1...R8. Эти сигналы собираются сборкой СБ, на выходе которой получается сигнал «нулевого» уровня. Нажатие любой клавиши в таком состоянии не меняет уровней выходного сигнала. Для работы шифратора необходимо организовать последовательное сканирование вертикальных столбцов матрицы с помощью сигнала «нулевого уровня. Эта операция выполняется активным устройством путем последовательной подачи сигналов D1...D8. В этом случае при нажатии любой клавиши на входах матрицы получим код, в котором один из разрядов имеет «нулевое» значение, со сборки СБ снимется «единичный» сигнал «Гот.», который воспринимается исполнительным устройством как сигнал нажатия какой то клавиши. Исполнительное устройство считывает код с выходов матрицы, дополняет его входным кодом матрицы, получая таким образом промежуточный код нажатой клавиши. Например, при нажатии клавиши «Р» с выходов матрицы снимется код 11110111, но только в том случае если на входе матрицы будет установлен код 11011111. Соединяя эти два кода получим код: 1101111111110111, который и может служить адресом шифратора на ПЗУ или входом перекодировочной таблицы при программном преобразовании промежуточного кода. Как следует из принципа работы число клавиш в таких клавиатурах равно числу узлов матрицы, следовательно, при разрядности входов и выходов матрицы, равной 8 можно включить до 256 клавиш, что значительно превышает потребности УЧПУ. Однако число линия связи матричных клавиатур с исполнительными устройствами больше чем в линейных шифраторах. В приведенной на рис.4.10 схеме необходимое число линий связи составляет 17. Это число можно существенно сократить, если, например, для сканирования столбцов матрицы установить дешифратор 3х8 как показано на рис. 4.10. Число линий связи в этом случае сократится до 12. Существенным недостатком таких шифраторов является тот факт, что для его работы необходимо постоянно сканировать столбцы каким либо активным устройством: счетчиком с генератором тактовых импульсов, микропроцессором или основным вычислителем УЧПУ при наличии достаточных у него ресурсов.

Современные клавиатуры УЧПУ и компьютеров представляют собой автономные, функционально законченные блоки, соединяемые с УЧПУ с помощью каналов связи с минимальным числом сигнальных линий. На рис.4.11. показана функциональная схема клавиатуры КТ-2, основой которой является однокристалльная микроЭВМ тип К1816ВЕ51. Схема включает также матричное поле ОУ с размерами 8х8, элемент ПЗУ ROM для хранения программного обеспечения ЭВМ, дешифратор столбцов ДШ и мультиплексор МХ для обнаружения момента нажатия клавиши. Работает схема следующим образом. МикроЭВМ имеет в своем составе три 8-разрядных порта Р1...Р3, из которых Р1 и Р2 полностью используются для связи с ПЗУ, а Р3 разделен на три части: разряды D1...D3 используются для сканирования адресных входов мультиплексоров, разряды D5...D7 через дешифратор сканируют столбцы матрицы, а через разряд D4 организован последовательный канал связи с основным вычислителем УЧПУ. Работает схема следующим образом. Факт нажатия какой либо клавиши фиксируется двумя кодами: кодом на входе дешифратора, с которого в данный момент снимается сигнал низкого уровня и подается на соответствующий столбец матрицы и кодом адреса мультиплексора на информационном входе которого обнаружен сигнал низкого уровня с соответствующей строки матрицы. Таким образом момент нажатия фиксируется появлением сигнала на выходе мультиплексора, подаваемым на вход ТО запроса на прерывание в ЭВМ. Совокупность кодов на входе дешифратора и на адресных входах мультиплексора составляет промежуточный код нажатой клавиши, которых программным способом преобразуется в соответствующий код ISO и по последовательному каналу ИРПС передается в исполнительное устройство. Поскольку имея в своем составе микроЭВМ клавиатура становится активным интеллектуальным устройством, она может выполнять и другие функции, например функции индикатора, для чего канал связи дополняется и входной линией ПрД, через которую информация от исполнительного устройства поступает в микроЭВМ клавиатуры и далее на индикацию. Как видно из функциональной схемы число линий связи канала даже с учетом линий питания не превышает 4. Снижение же скорости передачи за счет использования последовательного канала не играет роли, так как реакция оператора значительно медленнее чем работа любого канала связи со стандартными скоростями работы.

По такому же принципу работают и клавиатуры современных компьютеров, в которых однако для повышения надежности все показанные на рис. 4.11. функциональные блоки реализованы в одной БИС.


31. Устройства индикации

Устройства индикации предназначены для отображения визуальной информации о состоянии управляемого оборудования и используемой оператором или наладчиком. Основными требованиями к УИ являются:

· надежность работы,

· эффективность индикации (размеры знаков, угол обзора, мощность излучения, цвет, КПД и т.д.),

· объем одновременно индицируемой информации,

· безопасность,

· ремонтопригодность.

В настоящее время существует большое число индикаторов [1], различающихся по принципу работы, конструктивному исполнению и другим параметрам. На рис. 4.17. приведена краткая классификация УИ, используемых в устройствах ЧПУ. УИ делятся на две группы: одиночные и групповые. Как и в случае с органами управления, к одиночным индикаторам относятся такие, в которых каждый светящийся элемент управляется с использованием отдельной сигнальной линии в канале связи индикатора с УЧПУ. К групповым индикаторам (дисплеям) относятся такие, в которых управление идет по ограниченному числу сигнальных линий, а увеличение объема индицируемой информации производится за счет соответствующей шифрации информации с последующим декодированием. Рассмотрим подробнее устройство и принцип работы некоторых УИ.


32. Одино4ные индикаторы

Среди одиночных индикаторов довольно широкое распространение получили накальные индикаторы. Они применяются в основном для индикации медленно меняющихся процессов, обладают большой светоотдачей, поэтому используются в цепях с большими токами и напряжениями, а также при значительном удалении индикатора от места нахождения оператора или наладчика. Цвет свечения индикаторов обычно белый, а нужный цвет достигается использованием соответствующих светофильтров. Крупным недостатком накальных индикаторов является их низкая живучесть, что требует их частой замены, критичны они также и к вибрациям. Схема включения накальных индикаторов зависит главным образом от мощности используемого индикатора. На рис.4.18. показаны некоторые схемы включения накальных индикаторов. В УЧПУ накальные индикаторы применяются для сигнализации наличия сетевого питания, подсветки табло и в других случаях требующих большой мощности излучения. Накальные индикаторы всегда являются одноэлектродными, т.е. имеющими в одном конструктивном корпусе один светящийся элемент.

Более разнообразными свойствами обладают газоразрядные индикаторы, принцип действия которых основан на возникновении электрического разряда в газовом промежутке под действием приложенного напряжения. Данные индикаторы бывают как одноэлектродные, так и многоэлектродные. В последнем случае световой вид отображаемой информации соответствует конструктивному виду электрода или составляется из отдельных геометрических фигур, например, отрезков прямых линий. На рис. 4.19 показана схема включения точечного газоразрядного индикатора.

Газоразрядные индикаторы по сравнению с накальными имеют малый ток потребления, имеют большой ресурс работы, но имеют один существенный недостаток - требуют приложения большого (не менее 180 вольт) напряжения для возникновения разряда и несколько меньшее, но достаточно высокое (до 150 вольт) поддерживающее напряжение, поэтому чаще всего такие индикаторы применяются в цепях с высокими напряжениями, например, для индикации наличия сетевого питания УЧПУ. Газоразрядные индикаторы имеют очень малые токи потребления до 10...15 ма, поэтому в цепи индикатора обязательно устанавливается балластный резистор, величина сопротивления которого рассчитывается по формуле:

R = Uвх / Iмах (ом)

где: Uвх - величина входного напряжения на индикаторе, вольт, Iмах - предельно допустимое значение тока через данный индикатор по паспорту, ампер. Для управления газоразрядными УИ из-за высокого напряжения применяют либо реле, либо специальные авысоковольные транзисторы.

Для индикации в цепях с низкими уровнями сигналов более эффективными являются полупроводниковые УИ, в частности, светодиодные. На рис. 4.20. показан способ включения светодиодного индикатора. Напряжение питания таких индикаторов лежит в пределах 2,5... 10 вольт, и также как и в газоразрядных требуется малый ток (10...20 ма), поэтому в цепи индикатора обязательно наличие балластного резистора, рассчитываемого по той же формуле.

Для увеличения объема индицируемой информации в одиночных индикаторах широко применяются многоэлектродные УИ, из которых наибольшее распространение получили газоразрядные и светодиодные индикаторы.

Из газоразрядных УИ чаще всего применяются символьные газоразрядные индикаторы типа ИН4, ИН14 и аналогичные им. Для их включения разработаны специальные дешифраторы с высоковольтными усилителями в интегральном исполнении, например, микросхемы К155ИД1, К511ИД1 и др. На рис.4.21 показана схема включения индикатора типа ИН14. Этот индикатор представляет собой многокатодный газоразрядный прибор с одним анодом. Все катоды по форме соответствуют очертаниям индицируемых символов - цифр, включая и десятичную точку. Существуют также индикаторы с очертаниями букв и специальных знаков. Поскольку включен всегда может быть только один катод, то достаточно установить один ограничивающий резистор в цепи анода. Управление катодами (подача на них напряжения низкого уровня) осуществляется с помощью микросхемы К155ИД1, на вход которой подается четырехразрядный двоичный код ТТЛ-уровня. Подобная индикация может применяться в устройствах ЧПУ для индикации любой буквенно-цифровой информации, например, величины координаты, значения подачи, номера инструмента и т.п. Данные индикаторы обладают достаточно большой светоотдачей и высокой надежностью работы, однако как все газоразрядные приборы требуют высокого напряжения для своей работы.

В цепях с низким уровнем напряжений применяются полупроводниковые, в основном, светодиодные индикаторы двух типов: линейчатые и матричные. На рис. 4.22 Приведена схема индикации на основе семисегментного светодиодного индикатора типа АЛ305Г. Данный индикатор выполнен по схеме с общим анодом, поэтому в цепях катодов установлены ограничительные резисторы. Резисторы установлены в каждом катоде, так как одновременно могут быть включены два и более катодов. Сегменты представляют собой световые отрезки линий, расположенных определенным образом, из которых можно составить очертания цифр и некоторых букв. В составе индикатора есть также сегмент, отображающий десятичную точку, что позволяет строить индикаторы для отображения информации в привычной десятичной форме. Для управления сегментами также разработаны специальные дешифраторы: на приведенной на рис. 4.22 схеме показан дешифратор типа К514ИД2, предназначенный для работы с семисегментными индикаторами с общим анодом. Дешифратор типа К514ИД1 применяется для работы с индикаторами с общим катодом и раздельными анодами. На вход таких дешифраторов подается четырехразрядный двоичный код.

Существуют индикаторы со встроенными дешифраторами, например, индикатор типа 490ИП2 представляет собой семисегментный линейчатый индикатор со встроенным дешифратором, поэтому на входы индикатора подается только питающее напряжение и входной четырехразрядный двоичный код.

Линейчатые индикаторы просты и удобны в управлении, однако качество отображаемых символов, особенно букв, оставляет желать лучшего. Поэтому для более качественного отображения в современных устройствах ЧПУ применяются матричные индикаторы с различным числом строк и столбцов.

На рис.4.23 показан пример матричного светодиодного индикатора с размерами матрицы 7х5, т.е. знакообразующее поле состоит из семи строк и пяти столбцов, составленных из светодиодных точек. Для уменьшения числа линий управления таким индикатором, формирование изображения в нем производится построчно с большой скоростью переключения строк, что создает у оператора впечатление непрерывного свечения индикатора. На изображенной на рис.4.23 схеме изображение формируется следующим образом. На аноды составляющих строку светодиодов последовательно подается высокий (единичный) потенциал, а на катоды светодиодов, составляющих данную строку подается код, разряды которого имеют нулевые значения для светящихся точек и единичные - для несветящихся (темных) точек. Часто строки таких индикаторов называют строками разложения, поскольку они являются составляющими строками изображения индицируемого символа. Таким образом для индикации нужных символов на входы столбцов и строк необходимо подавать сигналы в соответствии с таблицей кодирования каждого символа. Фрагмент таблицы кодирования символа «7» приведен в таблице 4.2.

Таблица 4.2.

 

Код столбца Код строки разложения
   

Как видно из рис.4.23 схема управления такими индикаторами сложнее, чем линейчатыми, поэтому матричные индикаторы применяются обычно в составе различного типа дисплеев, устройство которых рассмотрено ниже.

В тех случаях когда требуется индикация сигнала не имеющего цифрового значения применяются простые индикаторы уровня сигнала. На рис. 4.24. показан пример такого индикатора на основе светодиодной сборки АЛС317В. Для управления каждым светодиодом применяются ряд компараторов, настраиваемых с помощью резисторов на различные уровни срабатывания. По мере увеличения уровня сигнала срабатывают соответствующие компараторы, зажигая требуемые светодиоды. Такие индикаторы применяются в тех случаях, когда не требуется высокая точность и дискретность отобрения уровня сигнала. Если же требуется отображать сигнал с высокой точностью и малой дискретностью целесообразно сигнал преобразовать в цифровой вид с помощью устройств АЦП, а в дальнейшем применять рассмотренные выше индикаторы.


33. Одностро4ные дисплеи

Групповые индикаторы подразделяются на два типа: однострочные дисплеи и многострочные дисплеи. Деление это несколько условное, поскольку к однострочным мы отнесем и 2 -х, 3 -х строчные дисплеи. Многострочные дисплеи обычно индицируют более 10 строк информации. Рассмотрим некоторые конструктивные особенности дисплеев.

Однострочные дисплеи.

Однострочные дисплеи как правило составляются из одиночный индикаторов с соответствующей коммутацией входных и выходных сигналов. На рис. 4.25 Показан пример построения однострочного 16 - ти разрядного дисплея, собранного на семисегментных индикаторах типа АЛ305Г. Работа самих индикаторов рассмотрена выше. Работает дисплей следующим образом. Информация, подлежащая выводу на дисплей, предварительно внешним активным устройством записывается в ОЗУ. Емкость ОЗУ (количество ячеек памяти) равно числу одновременно присутствующих на дисплее символов, в нашем случае достаточно 16 ячеек. Разрядность ячеек равна числу активных входов дешифраторов, управляющих индикаторами - 4. Действительно, как следует из таблицы 4.3. Для полной идентификации кодов цифр достаточно использовать четыре младших разряда двоичного кода символов.

Таблица 4.3.

 

Цифра Двоичный код символов цифр.
   

Информация в ОЗУ записывается в той последовательности, в которой она должна отображаться на дисплее, т.е. в ячейке с адресом 0000 находится код первого (слева) символа дисплея, в ячейке с адресом 0001 - второго и т.д. То есть адрес ячейки должен соответствовать адресу знакоместа на дисплее. Во время работы дисплея импульсы тактового генератора поступают на двоичный счетчик СТ, выходы которого поступают на адресные входы ОЗУ и на дешифратор знакоместа ДШ. Выбранный из ОЗУ код символа подается на информационные входы всех дешифраторов ДШ1...ДШ16, управляющих индикаторами. Одновременно состояние счетчика СТ дешифрируется на ДШ, с выхода которого снимается разрешающий сигнал на один из дешифраторов ДШ1..ДШ16, а именно на тот, который управляет активным индикатором. Например, при состоянии счетчика 0000 считывается код из ячейки 0000, а с дешифратора ДШ с выхода «0» снимается сигнал управления дешифратором ДШ1, т.е. активизируется первый индикатор. При состоянии счетчика 0001 - второй и т.д. После полного цикла счетчика (последнее состояние 1111), снова активизируется первый индикатор. Для лучшего изображения частота тактового генератора должна быть как можно выше. Минимальная частота определяется из условия:

F min = 24 N,

где: N - число разрядов дисплея (число знакомест).

Максимальная частота ограничивается частотными характеристиками используемых индикаторов.

Линейчатые индикаторы, как указывалось выше, не позволяют получить качественное изображение индицируемых символов, поэтому более приемлемыми для дисплеев являются матричные индикаторы. На рис.4.26 приведена схема также шестнадцатиразрядного дисплея на основе матричных индикаторов типа АЛ306В. В структурной схеме данного индикатора по сравнению с рассмотренной выше добавлены два функциональных элемента: счетчик - делитель на 7, играющий роль счетчика строк разложения индицируемых символов и знакогенератор ЗНГ для преобразования двоичного кода символа в коды строк разложения также каждого символа. Обычно знакогенератор представляет собой ПЗУ, запрограммированное в соответствии с таблицей кодировки строк разложения символов. В таблице 4.4. приведен фрагмент таблицы кодирования ПЗУ для символа «3».

Таблица 4.4.

 

№ строки Разряды адреса ПЗУ 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Разряды данных ПЗУ 5 4 3 2 1
  1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0

 

Предлагается читателю продолжить таблицу для других символов.

Работает дисплей следующим образом. Информация, подлежащая выводу на дисплей, как и в предыдущем случае, внешним активным устройством записывается в ОЗУ. Импульсы тактового генератора поступают на вход счетчика делителя на 7, который через дешифратор К155ИД7 начинает сканировать строки разложения символов, при этом код символа из ОЗУ выбирается по адресу, задаваемому выходами счетчика - делителя на 16 как и в предыдущем случае, аналогично активизируется и соответствующий индикатор выходом дешифратора К155ИД3. Выбранный из ОЗУ код символа подается на старшие (4...9) разряды адреса знакогенератора. На младшие же разряды адреса знакогенератора подаются выходы счетчика делителя на 7. Таким образом совокупность состояний двух счетчиков задают адрес строки разложения индицируемого символа. Код строки разложения, снимаемый с выходов знакогенератора подается на столбцы всех матричных индикаторов, но поскольку активен всегда только один индикатор, управляемый соответствующим выходом деш



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-02-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: