Sekwencyjny układ sterowania wyświetlaczami LED

Przykład ten ilustruje technikę sekwencyjnego (multipleksowanego) sterowania cyfrowymi wyświetlaczami półprzewodnikowymi: wyświetlanie cyfrowej liczby na zasadzie odpowiednio częstego wyświetlania kolejnych cyfr na kolejnych wyświetlaczach 7-segmentowych (oczywiście znaki nie muszą być cyframi, a wyświetlacze mogą mieć inną organizację niż popularna 7-segmentowa). Wyświetlanie multipleksowane stosuje się ze względów ekonomicznych i z powodu jego prostoty; ciągłe (statyczne) wyświetlanie każdej cyfry wymaga użycia osobnych transkoderów, wzmacniaczy i rezystorów ograniczających prąd dla każdej cyfry, jak również osobnych połączeń między odpowiednimi rejestrami i trans koderami (po 4 linie) oraz między trans koderami i wzmacniaczami (po 7 linii) - co za bałagan!
      W układzie sekwencyjnym mamy tylko jeden transkoder/wzmacniacz i jeden zestaw rezystorów ograniczających prąd. Co więcej, ponieważ wyświetlacze LED są zazwyczaj dostarczane w postaci n-znakowych zespołów, w których takie same segmenty każdego znaku są zwarte razem, liczba zewnętrznych połączeń ulega znacznemu zmniejszeniu. Wyświetlacz 8-cyfrowy w układzie sekwencyjnym wymaga 15 połączeń (7 wejść na segmenty i po jednym wejściu na anodę lub katodę dla każdej cyfry), podczas gdy w układzie statycznym potrzeba by było ich aż 57. Co ciekawe, subiektywne wrażenie jasności cyfr przy sekwencyjnym przemiataniu znaków jest większe, niż wtedy, gdy cyfry są wyświetlane statycznie z tą samą średnią jasnością. Na rysunku 8.90 przedstawiono schemat ideowy takiego układu.

Rys. 8.90.
Czterocyfrowy wyświetlacz multipleksowany.
Liczby umieszczone obok wyprowadzeń elementów są ich numerami w obudowach układów scalonych

Cyfry przeznaczone do wyświetlania są zapisane w rejestrach US₁ - US₄. Mogą to być liczniki, jeżeli urządzenie jest częstościomierzem, albo zespół wyjściowych rejestrów komputera, albo wyjście przetwornika analogowo-cyfrowego itd. Niezależnie od źródła danych, metoda pozostaje ta sama: kolejne cyfry są umieszczane na wewnętrznej 4-bitowej "szynie" (w tym przypadku za pomocą buforów CMOS 4503 o wyjściach trójstanowych), skąd jest pobierana informacja do wyświetlania (przez układ 4511 - transkoder/wzmacniacz z kodu BCD na 7-segmentowy).
      W tym układzie para inwerterów realizuje klasyczny generator CMOS, wytwarzający sygnał o częstotliwości około 1 kHz, taktujący 8-wyjściowym rozdzielaczem (licznik z dekoderem) 4022. W miarę jak kolejne wyjścia rozdzielacza są ustawiane w stan wysoki, kolejne cyfry pojawiają się na szynie, a na katodzie odpowiedniej cyfry wyświetlacza jest wymuszany stan niski przez wzmacniacz z otwartym kolektorem o podwyższonej obciążalności (40107). Układ 4022 generuje sekwencję 0,1,2,3, ponieważ jest zerowany w momencie doliczenia do 4. Taki sekwencyjny układ wyświetlania może obsługiwać większą liczbę wskaźników i jest powszechnie stosowany w urządzeniach zawierających wielocyfrowe wskaźniki LED. Spróbuj zataczać przed swoimi oczami koła kalkulatorem-zobaczysz piękny rzucik złożony z cyfr.
      Wiele układów LSI wymagających wyświetlania wyników, takich jak liczniki, układy czasowe, zegarki, jest wyposażonych w wewnętrzne układy sekwencyjnej obsługi wyświetlaczy (niekiedy nawet ze wzmacniaczami). Co więcej, istnieją sekwencyjne układy sterowania wyświetlaczami LSI (np. 74C911 i 74C912), które mogą zastąpić wcześniej opracowane układy średniej skali scalenia.

---