Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Существуют готовые микросхемы для управления шкальными индикаторами. Они представляют собой специализированные дешифраторы. Например, К155ИД11 [18] Я ранее (см. главу 8 ) обещал префикс «К» в наименовании микросхем опускать, но в данном случае серия 155, в отличие от 561, встречается и в «военной» модификации (без буквы «К»), а конкретно эта микросхема имеется только в «бытовом» варианте, потому я ее обозначаю полностью. Не существует, кстати, и ее прямого зарубежного аналога. при подключении 8 светодиодов, расположенных в ряд, формирует светящийся столбик, высота которого соответствует трехразрядному входному двоичному коду. Для каскадного включения таких микросхем предусмотрены дополнительные входы и выходы (разрешения и переноса), потому с их помощью можно создавать и более длинные шкалы. На практике для большинства применений достаточно 16 градаций.

Более современный аналог К1003ПП1 (UAA180) менее удобен, т. к. управляет 12 светодиодами — ни то ни се (24 при каскадном включении двух микросхем — много, 12 при одной микросхеме— мало). Впрочем, никто не мешает вам задействовать только часть разрядов, да и индикация с 24 разрядами, а то и более, тоже иногда требуется. Отметим, что К1003ПП2, которая вроде бы управляет 16 светодиодами, для практических целей не годится, т. к. высвечивает не столбик, а только один из светодиодов в линейке, что и некрасиво, и малоинформативно. Разумеется, есть и другие подобные микросхемы, но мы не будем на этом задерживаться.

Заметки на полях

Учтите, что приобрести готовую прилично выглядящую шкалу, представляющую собой линейку LED, крайне непросто. Основная проблема состоит в том, что близкорасположенные светодиоды засвечивают друг друга, и в стандартном технологическом процессе их приходится разделять промежутком, чтобы компаунд затекал в зазоры достаточно надежно. Выглядит такая шкала безобразно: лучше уж взять матричный индикатор и сформировать шкалу на его основе, хотя это усложняет управление и тоже не совсем то, что требуется. Наилучший способ — сформировать линейку из плоских светодиодов, вручную окрасить их боковые грани и затем установить на плату. Светодиоды обязательно должны быть с диффузным (матовым) рассеивателем, иначе равномерной засветки вы не добьетесь. В идеале их следует также отбирать по яркости свечения, в противном случае шкала будет неравномерной, хотя на практике это довольно сложно осуществить. Для окраски граней обойтись краской из баллончика не удастся, т. к. она будет просвечивать, особенно на ребрах, даже при покрытии в несколько слоев. Потому необходимо взять обычную темную и достаточно густую нитрокраску (можно даже дать постоять ей на воздухе, чтобы дополнительно загустела) и окрасить весь светодиод методом окунания. Когда краска полностью засохнет (высохнув, она значительно уменьшится в объеме), аккуратно сошлифуйте мелкой шкуркой ее с торца светодиода.

Большинство проблем, связанных со шкальной индикацией, с помощью К155ИД11 или ее многочисленных аналогов решить можно. Причем следует учесть, что на самом деле 8-разрядная линейка индикаторов имеет не 8, а 9 состояний (восемь зажженных LED плюс состояние, когда все погашены). На выходе К155ИД11, в частности, число зажженных LED на единицу больше входного кода: когда на входе 000, горит один, самый первый светодиод шкалы. Чтобы его тоже погасить, надо подать отдельно сигнал логического нуля на вход переноса (тогда микросхема перестает реагировать на входной код вообще). Поэтому иногда проще уменьшить число ступенек шкалы до 7 (а для 16-разрядного индикатора — до 15). Аналогичная проблема с числом состояний касается всех дешифраторов подобного рода.

При этом придется заняться компрессией, т. к. обычные АЦП все же имеют разрядность много большую, чем требуется в этом случае. Компрессию совершить элементарно просто: достаточно сдвинуть исходное число на столько разрядов вправо, сколько нужно, чтобы результат содержал четыре (для шкалы с 16 состояниями) или три (для 8 состояний) разряда. Предварительно надо позаботиться, чтобы исходное число занимало всю нужную шкалу, т. с. подогнать масштаб.

Приведем пример того, как можно подключить шкальный индикатор к нашему измерителю с помощью микросхемы К155ИД11. Нашей целью будет индикация атмосферного давления в расчете на шкалу с 15 градациями (16 состояниями) в диапазоне от 710 до 785 мм рт. ст. (т. е. по 5 мм рт. ст. на одну градацию шкалы). При этом состоянию 710 и менее должны соответствовать все погашенные LED, от 711 до 715 — один горящий, от 716 до 720 — два горящих и т. д.

Схема на рис. 19.4 составлена в предположении, что от цифровой индикации мы отказались, и порт С, занятый ранее сегментами, у нас освободился. Младшие разряды этого порта мы и задействуем для управления линейкой светодиодов. Остальные соединения на схеме не показаны (см. рис. 15.2). Ради простоты индикацию температуры опустим. Вывод Е (разрешения) микросхем управляется старшим разрядом четырехбитового числа с вывода РСЗ. Логика К155ИД11 такова, что если на Е уровень логического нуля, то работа микросхемы DD2 запрещена, если «1»— запрещается работа микросхемы DD3. Так как во втором случае на выходе Р верхней микросхемы уровень логического нуля, то нижняя микросхема зажжет все светодиоды. Ограничительных резисторов для светодиодов не требуется, они встроены в микросхему, хотя яркость в этом случае может быть непредсказуемой (а вот К1003ПП1 «умеет», в том числе, управлять яркостью).

Рис. 19.4. Схема шкальной индикации для измерителя давления и температуры

Программу придется переделать таким образом. Расчеты физических величин нам уже не требуются, но вот преобразование масштабов провести придется. Потому на подготовительном этапе нужно выяснить значение коэффициентов К и Z таких, чтобы по уравнению зависимости выходного кода от значений, прочитанных из АЦП, приведенному в главе 15 , у нас значение выходного кода, равного нулю, соответствовало 710 мм рт. ст. Таким образом, коэффициент Z, который нужно вычесть из кода АЦП, будет равен значению кода при 710 мм рт. ст., или, как несложно рассчитать, примерно 840 (с учетом того, что датчик работает не с нуля давления, см. главу 15 ).

Значение же, соответствующее 785 мм рт. ст., должно соответствовать какому-нибудь «круглому» двоичному числу (не очень важно, какому, т. к. мы потом его все равно урежем до 4 бит). Из характеристик датчика мы знаем, что максимальная шкала АЦП в 10 бит соответствует давлению около 850 мм рт. ст. Нас же интересует шкала всего в 75 мм (от 710 до 785), что составит около 90 единиц кода. Потому мы смело можем выбрать, например, 128 для верхнего предела шкалы (что соответствует 7 битам). Тогда коэффициент К (который ранее составлял 0,895 мм рт. ст. на единицу кода), теперь будет примерно 128/90 = 1,422. Оба коэффициента, естественно, должны уточняться при калибровке.