Author: Яблонский Ф.М.   Троицкий Ю.В.  

Tags: электротехника   кибернетика   микропроцессоры   информационные технологии   обработка информации   цифровые технологии  

Year: 1985

Similar

Практический курс программирования микропроцессорных систем

Микропроцессорные средства и системы №3 за 1989 год

Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем Т.1. Справочник

Журнал "Микропроцессорные средства и системы", 1990 №5-6

Text 
                    Ф.М.ЯБЛОНСКИй
Ю. В. ТРОИЦКИИ
Средства
отображения
информации
Допущено
Министерством высшего и среднего
спецнального образования СССР
в качестве учебника для студентов
вузов, обучающихся п о специальности
«Промышленная электроника»
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1985


ББК 32 .81
Я14
УДК 621 .391
Рецензенты : д-р техн. наук, проф . Б . Я. Советов, Ленин­
градский электротехнический институт им. В. И . Ульянова (Лени­
на); кафедра промышленной электроники Киевского политехниче­
ского института (зав. кафедрой - д-р техн. наук, пр0ф. В. С : Ру­
денко)
Яблонский Ф. М., Троицкий Ю. В.
Я14
Средства отображения информации : Учеб . для ву-
зов . спец. «Промышленная электроника».-М.: Высш.
шк., 1985. -
200 с., ил.
В пер.: 80 к.
В кинге рассматриваются вопросы проектированr:я н разработки совре­
менных средств отображения информации, описываются особенности постро­
ения цифровых узлов аппаратуры , принципы действия и характеристики ин­
дикаторов, построения буквенно-цифровых н графических ди сплеев, мето­
дика расчета узлов средств отображения информации, а также принцип ы
построения микропроцессорных _ систем отображения информ-ации.
Я 2405000000-441
001 (01 )-85
139- 85
ФЕЛИКС МАКСИМОВИЧ ЯБЛОНСКИй
ЮРИй ВАЛЕНТИНОВИЧ ТРОИЦКИЙ
Средства отображения информации
ББК 32.81
6ФО.t
Зав. редакцией Л . А. Романова . Редактор Е. А. Орехова. Младший
редактор И. А. Исаева. Художник А . И. Шавард . Художественный
редактор Т. М. Скворцова. Технический редактор· З'-. В. Нуждина.
Корректор Г. И. Кострикова
ИБ No 4905
Изд. No ЭР-378. Сдано в набор 19.02.85. Подп. в печать 26 .09.85.
Т- 1991 (}
Формат 60Х90 1 / 16• Бум. тип. 2 , Гарнитура литературная . Печать высокая
Объем 12,5 усл. пе·,. л. 12,5
усл. кр.-о'/'т. 14,30
уч. изд. л.
Тираж 22 ООО акз.
Зак. No 314
Цена 80 коп.
Издательство ~высшая школа», 101430, Москва, Ji"CП-4, Неглинная ул., д. 29114.
Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени МПО
«Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова» Союзполиграфпро­
ма при Государственном комитете СССР по делам изда1ельств, полиграфии
и книжной торговли. 113054, Москва, Валовая, 28
© Издательство «Высшая школа», 1985


Предисловие
В Основных направлениях экономического и социального раз­
вития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года постав­
лены зада.щи дальнейшего повышения эффективности производства
путем широкого внедрения автоматизированных систем управления,
систем автоматического проектирования и изготовления, а также
микропроцессорных средств и микро-ЭВМ. В связи с этим возрас­
тает роль средств отображения информации (СОИ) как связую­
щего звена в системе человек-электронная вычислительная ма­
шина.
Средства отображения информации являются одной из наибо­
лее быстро развивающихся отраслей современной электроники,
для которой характерно широкое использование больших инте­
гралъных схем и новых типов электронных индикаторов, основан­
ных на раз.1Jичных физических принципах. В разработках этих
средств используется микропроцессорная техника.
Настоящая книга состоит из, шести глав. Гл . 1 посвящена прин­
ципам формирования и воспроизведения информационных моделей,
структуре и основным параметрам средств отображения информа ­
ции. В гл . 2 кратко рассмотрены основные способы построения
СОИ с электронно-лучевыми индикаторами. В гл. 3 описываются
особен носrги з накогенераторов, буферных запоминающи х устройств,
устройств адресгщии и синхронизации СОИ с ЭЛТ. Гл. 4 посвяще­
на принципам действия и основным характеристикам дискретных
электронных индикаторов и матричных индикаторных панелей.
В гл. 5 рассматриваются системы отображения информации на
основе дискретных индикаторов, используемые как для воспроиз­
ведения буквенно-цифровой информа.щии , так и для отображения
графической информации. Гл. 6 знакомит читателя с построением
микропроцессорных средств отображения информации . Основное
внимание в книге уделяется электронным индикаторам и техниче­
ской реализации средств отображения информации н а их щнове .
Изложение иллюстрируется примерами расчета модулей системы.
Гл.1,2,3и§6.2написаны'Ю.В.Троицким,гл.4и5и§6.1,
6.3 - Ф. М Яблонским .
Авторы выражают признательность рецензентам - д-ру техн .
наук, проф. Б. Я. Советову и коллективу кафедры «Промышлен­
ная электроника» . Киевского политехнического института (зав. ка ­
федрой - д-р техн. наук, проф . В. П. Руденко) , а также канд. те х н.
н аук И . Н. Майделъ-ману и канд. техн . наук Д. И . Вигдорову за
ценные советы и рекомендации.
Пожелания и замечания по книге просим направлять по адресу:
101430, Москва, ГСП-4 , Неглинная ул ., 29/14, издательство «Выс­
шая школа» .
Авторы


Введение
Большую роль в развитии СОИ и создании электронных инди•
катаров сыграли русские и советские ученые. В 1907 г. Б. Розинг
разработал телевизионную систему на базе приемной ЭЛТ. В
1922 г. советский ученый О. В. Лосев создал первые полупроводни­
ковые светоизлучающие приборы. Много сделали в области СОИ
и электронных индикаторов советские ученые Д. И. Агейкин,
Б. И. Горфинкель, В. П. Деркач, И. И. Литвак, И. Я. Лямичев,
А. М. Смоляров, И. Е. Соловейчик, А. Б. Покрывайло и др. Основы
инженерно-психологического проектирования СОИ заложили в
своих работах •советские ученые В. Ф. Венда, В. П. Зинченко,
А. Н. Леонтьев, Б. Ф. Ломов.
Большую часть информации (около 80 % ) человек получает по
зрительному каналу. Если информация создается или передается
электронными средствами, она воспроизводится с помощью средств
отображения информации, которые являются электронным пере­
водчиком, позволяющим воспринять закодированную электричес­
кими сигналами информацию.
К средствам отображения информации относятся устройства
коллективного пользования (стадионные, вокзальные и другие
информационные табло), дисплейные терминалы для связи с ЭВМ,
индикаторы, встроенные в различные измерительные или бытовые
электронные приборы. Соответственно различаются и предъявля­
емые к этим средствам психофизиологические, энергетические,
стоимостные, габаритные и другие требования, которые должен
учитывать разработчик.
Основным узлом СОИ является индикатор, преобразующий
электрические сигналы в видимое изображение. До сих пор
основным типом индикатора, используемым в СОИ, остается элек­
тронно-лучевая трубка- (ЭЛТ), которой присущи все типичные не­
достатки электровакуумных приборов: большое потребление мощ­
ности, высокие питающие напряжения, большие масса и габарит­
ные размеры. На смену ЭЛТ, особенно в применениях, связанных
с ЭВМ, пришли матричные индикаторные панели самых различных
типов - газоразрядные, электролюминесцентные, жидкокристалли­
ческие. В отличие от ЭЛТ управление ими построено на цифровых
принципах, что соответствует современным тенденциям развития
электроники.
Другим важным компонентом СОИ являются интегральные
микросхемы (ИМС). Современные СОИ почти целиком строятся
на базе ИМС со средней и высокой степенью интеграции, все шире
в них используются микропроцессорные средства и микро-ЭВМ.
Развитие ср-едств отображения информации происходит в на­
правлении использования в них как усовершенстJЗованных типов
электронно-лучевых индикаторов, так и плоских матричных инди­
каторов, которые перспективны для высококачественного отобра­
жения информации.
4
--== -= - iвrms -
~


Проектирование средств отображения информации включает в
себя создание информационной модели с учетом представляемой
информации и свойств человека-оператора, выбор типа индикато­
ра, разработку на этой основе структурной схемы СОИ, разработку
модулей системы и т . д.
Для правильного проектирования средств отображения инфор­
мации необходимо учитывать структуру и технические характерис ­
тики индикаторов, особенности построения модулей системы на ос­
нове современных интегральных микросхем, т . е . проектирование
средств отображения информации требует комплексного подхода
со стороны специалистов .
Задачей курса «Средства отображения информации» является
ознакомление студентов с принципами построения аппаратуры ,
физическими особенностями различных типов электронных инди­
каторов и т. д.
Рассмотрение этих вопросов позволит показать взаимодейст­
вие средств промышленной электроники в едином комплексе аппа­
ратных и программных средств . Приобретенные таким образом
навыки могут быть использованы при проектировании электрон ­
ных устройств самого различного назначения с широким приме ­
нением интегральных схем.


ГЛАВА!
Основные принципы формирования
и восприятия информационных моде,11ей
§ 1.1 . Информационная модель и формирование
ее элементов
В любых средствах отображения информация представляется
ин форм а ц ионной моделью (ИМ) - организованным R
соответствии с определенной системой правил отображением со­
стояний объекта управления, внешней среды и способов воздейст­
вия на них. Представление физического состояния одной системы
физическим состоянием другой называется к од и ров ан и ем.
В ИМ в закодированной форме представляется сущность реальных
процессов, явлений, объектов. Так как информационная модель
отражает только наиболее существенные для данной цели управ­
ления параметры объек·та, то один и тот же объект можно пред­
ставить различными моделями: для авиапассажира существенны­
ми являются пункт назначения, номер рейса1, время отправления и
прибытия, тип самолета (все эти параметры могут быть представ­
лены на информационно-справочном табло аэровокзала информа­
ционной моделью в виде буквенно-цифрового текста); для пилотов
сущность полета должна отражаться совокупностью показаний
приборов, характеризующих работу схем систем самолета и его
положение в пространстве (эти показания представляют в форме,
обеспечивающей оптимальное восприятие большого объема инфор­
мации и переработку ее в короткdе время); для диспетчера, управ­
ляющего взлетом и посадкой, существенным является простран­
ственное положение самолета в зоне а~эродрома, его скорость,
высота, направление движения (на ситуационном экране диспет­
черского пункта все самолеты в зоне аэродрома изображаются
движущимися точками или условными знаками, рядом с которыми
в цифровой форме указыва1ются требуемые параметры).
Кодирование информации в ИМ осуществляется с помощью
элементов ин форм а ц ионной модели (ЭИМ), в качестве
которых используются буквы, условные знаки (символы), геомет­
рические фигуры, линии, точки и т. д. Набор используемых элемен­
тов ИМ составляет алфавит информационной модели.
Число элементов, образующих алфавит, называют о снов ан и ем
кода алфавитаNа. Всоставалфавитамогутвключатьсяи
такие признаки ЭИМ, как цвет, градации яркости, размер, ориен­
тация и др.
Часть пространства, в пределах которого происходит формиро­
вание информационной модели, называется ин ф о р м а ц и о н н ы м
полем (ИП).
Отношение ширины информационного поля В к его высоте Н
называется форм атом ин форм а ц ионного пол я kФ:
6


(1.1)
По используемому алфавиту выделяют следующие основные
типы информационных моделей: буквенно-цифровые, графические,
полутоновые, комбинированные.
В буквенно-цифровых моделях в качестве ЭИМ используются
буквы, цифры, условные знаки (символы), а свойства отображае­
мого объекта или процесса представляются в виде буквенного
текста, цифровой комбинации, формул, таблиц. При построении
буквенно-цифровой ИМ все информационное поле разбивается на
отдельные знакоместа.
Час11ь информационного поля, необходимая и достаточная для
изображения одного знака в виде буквы, цифры, символа, называ­
ется знакомест ом. Для отображения буквенно-цифровой ин­
формации рекомендуется выдерживать следующие соотношения
между шириной знакоместа Ьз, его высотой hз, промежутком меж­
ду знаками в строке Ьп и промежутками между текстовыми стро-
. ками
hп (рис. 1.1):
Ьз= (2/З--+-4/5) ,hз; ,Ьп= (О,3-+-0,6),Ьз,
(1.2);
Множество элементов информационной модели образуется из
множества элементов отображения
Простейший элемент информационной модели, который может
быть реализован выбранным типом индикатора, называется эле­
ментом от об раже ни я (ЭО). ЭО характеризуется формой,
геометрическими размерами, яркостью, временем послесвечения,
цветом и т . д . Элементами отображения могут быть: контуры зна­
ков, выполненные конструктивно как простейшие элементы (на­
пример, цифры, нанесенные на поверхность барабана счетчика
электрической энергии, или буквьr газосветной рекламы); сегмен­
ты - протяженные конструкции, площадь которых ограничена пря­
мыми линиями или кривыми второго порядка (например, сегмен­
ты цифр электронных наручных часов); точечные элементы (на­
пример, точечный элемент ин-
формационно-справочных та- NJ
NZ
NJ
бло аэ ровокз ало в) .
r---г--.----,----:;;;;-.с--;---,,.-~-,-.
В соответствии с использу­
емыми элементами отображе­
ния все способы формирования
знаков можно разделить на
две основные группы: 1) з на-
комоде·лирующий спо- 08080
б
еооо•
со
характеризуется цел ост- о о о о •
ооо•о
ным представлением знака, о о 8 о о
:r:
в
· при
этом форма элемента ото­
бражения совпадает с конту­
ром знака, например цифры 2
в знакоместе No 2 (рис. 1.1);
2)знакосинтезирующий
способ характеризуется тем,
Рис. 1.1. Информационное поле со зна­
ками, сформированными из различных
типов элементов отображения
7


что знаки формируются из более простых элементов отобра­
жения. В знакоместе No 3 показан синтез цифры 2 из
сегментов . Набор сегментов в знакоместе составляет некоторую
обобщенную фигуру-полиграмму. Из 7-сегментной полиграммы,
представленной на рис . 1.1, можно синтезировать все а·рабские
цифры и некоторые буквы (Н, Р, Е и др . ). Расширение алфавита
достигается за счет увеличения числа сегментов в полиграмме. В
знакоместе No 5 показана 18-сегментная полиграмма, позволяю­
щая синтезировать буквы русского и латинского алфа~витов.
В знакоместе No 4 показан синтез той же цифры 2 из . точечных
ЭО. К точечным элементам отображения относят такие ЭО, разме­
ры кот0tрых намного меньше размеров синтезируемых знаков
(hэ~hз; Ьэ~Ьз). В пределах знакоместа точечные ЭО образуют
,матрицу знака. Число элементов отображения в матрице знаков
выбирают, исходя из требования безошибочной и быстрой иденти­
фикации (опознавания) всех знаков алфавита. Так, например,
матрица 5Х7 (5 столбцов и 7 строк) в знакоместе No 4 (рис . 1.1)
является практически минимально приемлемой для синтеза букв
русского и латинского алфавитов и цифр. Для синтеза только араб­
ских цифр размерность матрицы можно уменьшить до ЗХ5. Как
показали психофизиологические исследования при опознавании
символов, синтезированных с помощью матрицы 5Х7, возможны
ошибки. Так, например, часто путают В и 8; R и S; Q и О и др.
Это делает целесообразным использование матриц с увеличен ­
ным числом точек, например 7Х9. Дальнейшее увеличение числа
этих точек, например до 9Х 13, к существенному улучшению вос­
приятия не приводит .
В ряде случаев знаки синтезируются из укрупненных элемен­
тов, составленных из более простых элементов отображения. На­
пример, на рис . 1.1 в знакоместе No 6 показана цифра 2, синтези­
рованная из укрупненных элемен,ов (сегментов), составленных
из точечных ЭО.
Элементы отоб1ражения могут выполняться в виде отдельных
конструктивных элементов, например электрической лампы нака­
ливания, светодиода, катода газоразрядной лампы, выполненного
в форме цифры или сегмента . Такие элементы отображения назы­
ваются дискретным и ЭО . В электронно-лучевых приборах
элементы отображения, входящие в знак, генерируются элеrпrрон­
ным лучом в процессе воспроизведения изображения. Синтез зна­
ков из полученных таким образом элементов называют знак о г е­
нерирующим способом формированиязнаков.
Графические ин.формационные .модели (ГИМ) представляют
чертежами, диаграммами, схемами (с-груктурными, функциональ­
ными, монтажными) и т . д. Основными элементами информацион­
ной модели при построении графической ИМ являются линии, точ­
ки, двумерные области. Наиболее универсальными элементами
отображения, из которых формируются элемент!:,! ГИМ, являются
точечные ЭО. Каждый точечный ЭО, входящий в формируемую
модель, должен быть задан координатами Х; ; У;, определяющими
8


его положение на информацион­
ном поле .
)
..,
Ьзг
"'
L..-" '
"'
- <::
'--
.,:
Xi
ь;- Ьп
1
2
78
-►~ -
·
::i::
в
ва)
з4-5
Э10/[[Z
б)
На рис. 1.2,а показана кри­
вая , синтезированная из точеч­
ных элементов отображения .
Синтез из отдельных ЭО приво­
дит· к дискретизации изображе­
ния . Абсолютное значение по­
грешности дискретизации лежит в
пределах ± 1/2 d3
(dэ - шаг
квантования, определяемый как
расстояние между центрами то­
чечного ЭО)'. Следовательно, для
уменьшения погрешности дискре ­
тизации необходимо уменьшить
величину dэ, прежде всего раз­
мер самого ЭО. Глаз не замечает ~
дискретного характера изобра­
жения, если угловой размер ЭО
близок к предельному углу, под
которым человек различает две
раздельные точки. Уменьшение
размеров ЭО Щ.JИ сохранении
ф
Рис . 1.2. Синтез графической ИМ. :
размеров ИН ОрМаЦИОННОГО ПОЛЯ а_ из точечных ЭО; б _ из графем
приводит к увеличению общего
числа ЭО и соответственно к техническому усложнению средств
отображения информации.
Для упрощения графических средств отображения информации
(СОИ) при синтезе ГИМ часто используют укрупненные графиче­
ские элементы (ГЭ) графемы. В зависимости от характера ГИМ
в качестве ГЭ могут быть использованы отрезки прямой, дуги раз ­
личной кривизны, двумерные фигуры . Синтез графической инфор­
мационной модели с помощью графем заключается в разбиении
ГИМ на отдельные фрагменты с последующим подбором ГЭ , наи­
более точно аппроксимирующего выделенный фрагмент . В частном
случае при использовании в качестве графем отрезков прямых по ­
лученная ГИМ П1редставлена кусочно-линейной аппроксимацией .
Выделение фрагментов ГИМ осуществляется путем разбиения ин­
формационного поля на графические знакоместа . Больш~й частью
положение графического знакоместа совмещают с положением
буквенно-цифрового . В этом случае для обеспечения слитности
графического изображения размеры графического знакоместа Ьзг
и hзг увеличивают на величину интервала между знакоместам и
Ьп и между текстовыми строками hн (Ьзг=Ьз+Ьп ; hзг=hз+hп) . Сов ­
мещение графических и буквенно-цифровых знакомест позволяет
сохранить общую СТiруктуру СОИ для формирования двух типов
ИМ. Графема часта является укрупненным элементом отображе ­
ния, формируемым из точечных ЭО. Таким образом, при синтезе
ГИМ с помощью графем возникает погрешность аппроксимации
9


фрагмента информационной модели графическим элементом в
пределах знакоместа , а также погрешность, связанная с искаже­
нием самой графемы из-за дискретного характера ее формирова­
ния . На рис . 1.2,6 показан пример синтеза графика из отрезков
прямых, сформированных из точечных элементов в пределах гра­
фических знакомест . Начало кривой аппроксимировано прямой,
проходящей через диагональ знакоместа No 7. Следующий фраг­
мент кривой, расположенный в знакоместе No 2, аппроксимирован
отрезком прямой, проходящей под углом 45° к сторонам знакомес­
та и т. д. На рисунке . наглядно показан характер искажений гра­
фем, обусловленный принципом_ форми,рования. Для уменьшения
погрешности аппроксимации ГИМ используют принцип перемен­
ного формата графических знакомест и их свободного позициони­
рования , что связано с усложнением аппаратурной реализации
сои.
Полутоновые информационные модели используют широкий
диапазон градаций яркости, что позволяет обеспечить наглядный,
ка1ртинный характер формируемых изображений (фотографии,
диапроекции, кино- и телевизионные изображения).
Комбинированные информационные модели составляют из ком­
понентов моделей разных классов.
•
Принципы формирования цвета в информационной модели.
Введение цвета в качестве одного из признаков элементов отобра­
жения может значительно улучшить восприятие и переработку
оператором получаемой информации. Три цвета-красный (R), зе­
леный ( G) и синий (В) ~ являются основными, так как ни один
из них нельзя получить смешением двух других. Любой другой
цвет может быть получен смешением основных в определенных про­
порциях:
Фv=r'R+g'G+b'B.
( 1.3)
Коэффициенты r', g', Ь', указывающие, в каких количествах
след)·ет смешать излучения трех основных цветов, чтобы получить
нужный цвет, называются к о орд ин ат а м и цвета.
Способ образования цвета путем смешения (суммирования)
трех основных цветов называется аддитивным. Смешение цве­
тов может осуществляться тремя основными методами: простран­
ственным, оптическим параллельным и оптическим последователь­
ным . Наиболее ,распространен пространственный метод (рис. 1.3,а),
основанный на слитном восприятии разноцветных точек, полосок
и других фигур. Такие элементы сгруппированы в триады, из ко­
торых составляется информационное поле. Одновременное- возбуж­
дение элементов триады в соответствии с цветовым кодом обеспе­
чивает формирование точки цветного изображения. Очевидно, что
информационное поле при шространственном смешении цветов
должно иметь в три раза больше элементов, чем соответствующее
информационное поле для монохромного изображения. Этот метод
используется в цветных кинескопах .
.
Оптическое параллельное смешение цветов (рис. 1.3,6) дости-
10


•гается формированием изображе­
ний трех основных цветов ИR;
,UG; ИВ на промежуточных - по­
лях и последующим их совмеще­
нием с помощью оптической си­
стемы (ОС) на одном информа­
ционном поле (ИП).
00
0Tpua8ct
mа)
Оптическое последовательное
смешение цветов (рис. 1.3,в)
осуществляется последовательной
сменой изображений трех основ- "
ных цветов, формируемых на од- J"'~, . _,
ном информационном поле или ,__
~ "',..,
проецируемых на него. Смена "~~R
"',..,
изображений на экр~не должнuа "'~;(l'·c "'~,_,.. _
происходить с такои частотои,
"'~
~"'
чтобы благодаря инерционности
~~~
зрения изображение восприни-
/'"-k "'-
малось как немелькающее.
Б;
§ 1.2 . Основные
фотометрические параметры
Создание средств отображе­
ния информации требует учета
психофизиологических возможно­
стей оператора и прежде всего
возможностей и особенностей
органов зрения человека.
Реакция зрительного анализа­
тора человека зависит от энерге­
тических параметров и спектраль­
ного состава излучения. Световое
излучение характеризуется рядом
фотометрических
параметров.
Основными из них являю1ся све-
Рис . J_3 _ Аддитивные способы смеше-
ния цветов:
а - пространственный; 6 - параллельный ;
в - последовательный
товой поток, сила света, яркость, освещенность, яркостный кон ­
траст.
Мощность, переносимую энергией излучения, называют с вето­
вы м пот о к ом Фv. Выражается он в люменах (лм).
С ил а с в е та lv характеризует пространственную плотность
светового - потока в данном направлении и определяется как отно­
шение светового потока dФv, проходящего вну'Г'ри малого телесно­
го угла d·@ в рассматриваемом направлении, к величине этого угла :
lv=dФv/d@ .
(1.4)
Телесный угол
(1.5)
где dА-шющадь, вырезаемая телесным углом из поверхности сфе­
ры А; .r - радиус этой сферы . Телесный ,угол выражается в стеради-
11


Фv
анах (ер) . Единица силы света-канде­
ла (кд) - принята за основную свето­
техническую единицу. Единица свето­
вого потока - люмен (лм)
-
опреде-
С
ляется как световой поток от точечно-
lv 1к,4 го источника в 1 лм внутри телесного
углав1ер.
.
Рис. 1.4. Взаимосвязь между
световым потоком (Ф v), силой
света (1,,) и освещенностью
На рис. 1.4 показан точечный ис­
точник е, помещенный внутри сферы
радиусом r, создающий равномерный
поток во всех направления~. Поток в
1 лм распространяется внутри телес­
ного угла, вырезающего на поверх­
ности сферы участок ABCD площадью
в1м2.
(Е,,)
В пределе при бесконечном умень-
шении dA телесный угол стремится к прямой, у ;<азывающей
направление силы света, что позволяет рассматривать силу света
как векторное - значение.
Если световой поток от точечного источника равноМерен, то си­
ла света одинакова в любом направлении :
(1.6)
Яр к о ст ь Lv характеризует излучение светящейся поверх-
ности площадью dA в данном направлении. Если понятие силы
света относится только к точечному источнику света, то понятие
яркости применяется к любым источникам, имеющим конечные
размеры. Численно яркость равна отношению светового потока ,
проходящего в рассматриваемом направлении в пределах малого
телесного угла через участок поверхности , к произведению вели­
чины телесного угла, площади участка и косинуса угла а между
расQматриваемым направлением и нормалью к участку:
Lv=dФv/ (dffidA cos а) =1v/ (dA cos а) .
(1.7)
Единицей яркости является кд/м2 - это яркость поверхности,
квадратный метр которой дает в · направлении, перпендикулярном
этой поверхности, силу света в 1 кд.
Далее приведены яркости некоторых источников света, выра-
женные в кд/м 2 :
Экран телевизионной трубки
Светодиоды........
Люминесцентная лампа . . .
Нить вакуумной лампы накаливания . . . .
Нить газонаполненной лампы накаливания .
30-1000
10-400
5000-10000
2 . 106-3, 106
8 - 106-20- 106
Сила света, яркость и световой поток являются характеристи­
ками активных (перв ичных) источников света.
Об:ъекты, которые видны благодаря освещению _светом пер­
вичных источников, называют па с с и в н ы ми (вторичными) ис­
точниками света. Их основной характеристикой является осве-
12


щенность. О с вещен но ст ь Ev характеризуется световым пото­
ком, падающим на единицу освещаемой поверхности :
Ev=dФv/dA.
(1.8)
Световой поток в 1 лм, равномерно освещающий площадь в
1 м 2, создает освещенность в 1 лк (люкс).
Так, например, минимальная освещенность для чтения - 20 лк, в комнате
в ясный летний день - 100 лк, освещенность, создаваемая прямыми солнечны­
ми лучами на открытой местности, - 100 ООО лк.
Отраженная от объекта часть потока характеризуется к о эф·
фициентом отражения
P;v=Фv отр/Фv,
(1.9)
где Фv отр - отраженная часть светового потока Фv.
Поверхность, отражающую свет, можно рассматривать в ка­
честве вторичного источника света со световым потоком Фv отр.
Яркость этого источника
Lv oтp = Lvpv/Л.
(1.1 О)
Приведем значения коэффициентов отражения р; для некоторых поверхно­
стей: снег, мел, гипс - 0,93; белая бумага - 0,6-0,8; песок - 0,25, черное
сукно - 0,01-0,02; черный бархат - 0,004-0,01 .
Яркостный контраст определяет соотношение яркостей
объекта и фона. Различают прямой и обратный контрасты. Для
позитивного изображения (темное изображение на белом фоне)
задается прямой яркостный контраст:
kпp=(Lv ф-L.v о) /Lv Ф,
(1.11)
где Lv Ф и Lv о - яркости фона и объекта. Для негативного (свет­
лого на темном фоне) изображения задается обратный контраст:
koбp=(Lvo-LvФ)/Lvo.
(1.12)
В ряде случаев пользуются понятием контрастности kк, •пред­
ставляющим отношение яркостей объекта (фона) и фона (объ­
екта)_:
kк=Lv o/Lv ф при Lv a>Lv Ф,
kк=Lv Ф/Lv о при Lv a<Lv Ф,
kпр(обр)= 1-1/ kк.
§ 1.3. Психофизиологическ_ие особенности
восприятия зрительной информации оператором
(1.13)
(1.14)
Зрение человека характеризуется следующими основными па­
раметрами: чувствительностью, разрешающей способностью, по­
лем ясного зрения, критической частотой мелькания, временем
адаптации, пропускной способностью оператора .
Минимальная (пороговая) величина яркости светового пятна,
обнаруживаемого глазом на у:ерном фоне, называется нижним
абсолютным порогом чувствительности. Верхний
абсолютный порог чувствительности характеризует-
13


ся болевыми ощущениями. Диапазон яркостей между верхним и
нижним порогами чувствительности находится в пределах от 1u- 6
до 10 6 кд/м 2 . При изменении освещенности сетчатки световая чув­
ствительность не остается постоянной, а адаптируется. Средняя
интегральная яркость информационного поля и других источников
света (первичных и вторичных), находящихся в поле зрения, соз­
дает яркость адаптации Lv а- Лучшими условиями для работы
считаются такие, когда уровень яркости адаптации находится в
пределах от нескольких десятков до тысячи кандел на квадрат­
ный метр.
Минимальное приращение яркости ЛLv min, которое различает
глаз при данной яркости адаптации Lv а, называется д и ф ф ере н­
циальным порогом чувствительности, а относитель­
ное приращение яркости, различимое глазом, - порог о вы м
контрастом:
(1.15)
Значение knop зависит от уровня яркости адаптации. В рабо­
чем диапазоне яркостей от 10 до 1000 кд/м 2 можно приня ть
kпор~ О,02-;-0,05. Для уверенного восприятия изображения на фо­
не необходимо, чтобы контраст изображения в СОИ, рассчитан­
ный по формулам (1.11) или (1.12), не менее чем в 10 раз превы­
шал пороговый контраст. Отсюда диапазон контраста рекоменду­
ется выбирать в пределах 0,60-0,95.
Разрешающая способность, или острота зрения, характеризу­
ется мин;~мальным углом, при котором возможно отдельное раз­
личение двух соседних точек. Этот угол называется порогом
остроты зренияav. Для нормального зрения порог остроты
равен 1 угл. мин. Рекомендуемое значение а" Р в расчетах берут
равным 2-3 угл. мин. Угол зрения (av эм), необходимый для на­
дежной идентификации эл"ментов информационной модели, за­
висит от их сложности, оцениваемой количеством kэ минимально
различимых дискретных элементов, на которые их можно разло­
жить:
(1.16)
Как уже отмечалось ранее, для синтеза букв и цифр требует­
ся 7-9 дискретных элементов по высоте. Следовательно, для них
av эм = l4-;-27 угл. МИН.
Зависимость между угловыми и линейными размерами иллю­
стрируется рис. 1.5, из которого следует
h=2Ltg...':..
2'
(1.17)
или при малых &"ГЛах а
h~La,
( 1.18)
где а - угол зрения, под которым видно изображение высотой h
на расстоянии L до наблюдателя.
14


Разрешающая сп особность падает
п о мере удаления от оси глаз.
Поле ясного зрения человека огра­
ничено угловыми размерами: 16-20°
по горизонтали и 12-15° по вертика­
ли. В соответствии с этим в телевиде­
нии в ыбраны рекомендуемые рассто­
яния до набл юдателя L= (3-+- -6) Н и
формат и н формационных полей kФ=
=4:3.
L
Вос при ятие буквенно-цифровой ин- Рис. 1.5 . В з аимосв яз ь между
угловы м и линей ным размеро м
формаци и при фиксированном поло- .
изображения
жении о пер атор а предусматривает не-
которое движение глаза по строке
текста, что позволяет увеличить угловой размер информационного
поля по горизонтали до 50°. Формат ИП буквенно-цифровых СОИ
часто берут равным 5 : 3.
Угол между перпендикуляром, опущенным из центра глаза на
п оверхность наблюдения , и линией, соединяющей центр глаза с
наблюдаемой точкой, называют углом н а б л ю д е н и я. С его
у вели чением о строта зрения падает также из-за того , что и з лу ­
чение большинства инди к аторов имеет направленный х арактер,
максимум интенсивности которого совпадает с нормалью в плос­
кос1· и излучателя . Максимальное з начение угла н а блюдения, при
котор ом обеспечивается считывание • информации с индикатора,
называютуглом обзора.
К основным в реме нньш характе р и ст ика м зрительного а н ализа ­
тора относят критическую частоту мелькания и время адаптации.
Критическая частота мелькания fкчм - минимальная частота, при
которой глаз пер естает восприним ать м елькание п рерыв исто све­
тящегося изображения . Критичес ка я ч астота м ельканий ·возраста­
ет с увеличением ярко сти и угл ов ы х р а змеров мерцающих эле­
ментов. Для изображений с яркостью до нескольких сотен кан­
дел на квадратны й метр частоту критич еско го мелькания прин и ­
мают р а вной примерно 50 Гц.
Ср едняя ( кажущая с я) я р кость мерцаю щего элемента Lv каж,
восприн имаемая глазом, определ яется законом Тальботта :
t,
Lvкаж =+SL 0 (f)df ,
(1.19)
11
где Lv (t) - з акон изменения яркости в интервале времени свече­
ния элемента (t2 - t1 ); Т - период повторения мерцания эле­
мента.
Время адаптации - это время , необходимое для самонастрой­
ки чу вствительности зрительного анали з атора при изменении яр­
кости объекта наблюдения . Величина времени темновой адапта ­
ци и (пер еход от света к темноте) может составлять десятки, а
световой ( переход от темноты к свету) - единицы минут .
15


Пропускная способность оператора (ПСО) -оценивается коли­
чеством информации, воспринимаемой оператором за единицу
времени. При опознании букв и цифр ПСО 50-55 бит/с, при чте­
нии - 30-40 бит/с, при сложении двух однозначных цифр -
12 бит/с. Следовательно, период обновления информации Тобн
зависит от сложности информационной модели и задач, решаемых
оператором при ее восприятии.
Пример IJ. Определить · основные фотометрические требования, предъявляе­
мые к информационному полю (ИП) СОИ, если информационная модель бук­
венно-цифровая, матрица знака точечная форматом 5Х7, расстояние до наблю­
дателя L=500 мм, освещенность на рабочей поверхности Еvп= 1000 лк, коэффи­
циент отражения от изображения в информационном поле 'Рип=О,2, контраст
прямой.
Определение геометрических размеров ИП и знаков. Угловой размер ИП
по горизонтали 1ar выберем в соответствии с рекомендациями для буквенно­
цифровых СОИ равным 50°. Ширину ИП определим в соответствии с формулой
(1.17): B=2L tg (,ar /2)=2 ·500 tg 25~=466 мм.
Выбираем формат ИП kф=5 : 3. Высоту Н и ИП определяем в соответствии
с (1.1): Н=В/kФ~280 мм. Угловой размер знака по вертикали должен быть
в пределах рекомендуемого значения аvэм в=27'.
По фсрмуле (1.18) получим h.=4 мм. Ширину знака оцределим, исходя из
размерности матрицы Ьз=hз •5/7=2,9 мм. Расстояние между знаками Ьп и
между текстовыми строками hп выберем в соответствии с рекомендациями § 1.2:
Ьп=О,5 Ьз=l,45 мм; hп=hз=4 мм. Максимальное количество знаков в текстовой
строке определим из следующего соотношения: Nз тс=В/(Ьз+Ьп) = 466/4,35=
=107 знаков. Максимальное количество текстовых строк Nтс=Н/(hз+hи)=
=280/8=35 строк.
Определение фотометрических ' параметров ИП. При прямом контрасте (тем­
ное изображение на светлом фоне) яркость объекта Lvo определяется внешней
засветкой,
В соответствии с (1.10) получим Lvo=0,2-1000/:rt = 63 кд/м 2.
В соответствии с рекомендациями § 1.3 задаем значение контраста . kпр=
=0,7. Необходимую яркость фона получим, преобразовав выражение (1.11) :
Lvф=Lvo/(1-kпp)=210 кд/м2 •
,
Снизить влияние внешней освещенности на ИП можно, при­
меняя затеняющие козырьки, уменьшающие световой поток, па­
дающий на ИП, или специальные фильтры, уменьшающие коэф­
фициент отражения Рип- Это уменьшает значение Lv о и Lv Ф, т. е.
выравнивает яркости ИП по отношению к яркости внешних пред­
метов, что улучшает условия адаптации зрения.
§ 1.4 . Структура и основные технические параметры
средств отображения информации
Технические средства, используемые для формирования ин­
формационных моделей, называются средств а ми от о б р а­
жен и я ин форм а ц и и (СОИ). С помощью СОИ полученная
от одного или нескольких источников информация преобразуется
в информационную модель, удобную для восприятия оператором.
Процесс формирования ИМ в СОИ сопровождается преобразова­
нием кодов. Например, для отображения времени в цифровых
часах двоично-десятичный код, занесенный в счетчик времен­
ньrх интервалов, преобразуется в десятичные цифры, указываю-
16


ии
':JC
Рис. 1.6. Обобщенная структурная схема СОИ
щие время на циферблате. В часах средства отображения явля­
ются их составной частью, однако в случае управления объекта ­
ми или при взаимодействии человека с ЭВМ СОИ могут иметь
достаточно сложную структуру.
Обобщенная структурная схема СОИ показана на рис . 1.6 . От
источника (ИИ) информация поступает - в СОИ через устройств о
интерфейса (УИ) по параллельным или последовательным кана­
лам связи . С помощью устройства интерфейса осуществляется
механическое, электрическое и алгоритмическое согласование
между собой выходных цепей ИИ и входных цепей СОИ. В уст­
ройство интерфейса входят совокупность линий связи, устройств а
согласования сигналов по уровню и мощности, а также устройст­
ва формирования управляющих сигналов, обеспечивающих задан­
ный алгоритм обмена информацией . Стандартный интерфейс ,
включающий в себя аппаратную часть и программное обеспе ­
чение, определяющее алгоритм обмена информацией , играет важ­
ную роль в унификации узлов информационных систем, обеспе­
чивающей взаимозаменяемость отдельных устройств и наращивае­
мость системы .
Источником информации могут быть информационно-измери ­
тельные устройства, клавиатура ввода буквенно-цифровой инфор ­
мации , ЭВМ, устройства формирования фото-, кино - и телевизи ­
онных изображений и т . д . Следует отметить, что в систем а х с
ЭВМ возможен двусторонний обмен информацией : как от ЭВМ к
СОИ, так и наоборот, - что позволяет организовать диалоговы й
режим работы. При таком режиме оператор с помощью специ­
альных устройств редактирует информацию, выведенную на С О И
с эвм, а затем вновь вводит ее в эвм . Диалоговый режи м ши ­
роко используется в системах автоматического проектирования и
в система х автоматизации научных исследований .
Буферное запоминающее устройство (БЗУ) слу­
жит для промежуточного хранения информации, получаемо й от
2-314
17


ИИ, что позволяет согласовать работу СОИ и ИИ по скорости,
а также организовать режим регенерации изображения без обра­
щения к источнику информации. Информационная модель в БЗУ
хранится в виде совокупности кодов элементов информационной
модели, расположенных в той последовательности, в которой они
должны располагаться на информационном поле. Так, при фор­
мировании текстовой информационной модели в БЗУ заносятся
стандартные коды знаков в последовательности, определяемой
текстом.
•
Преобразователькодовинформационноймоде­
л и (ПКИМ) осуществляет преобразование кодов элементов ин­
формационной модели, заданных алфавитом источника информа­
ции, в код, определяемый алфавитом индикатора. Для приведен­
ного примера с цифровыми часами при использовании
7-сегментных индикаторов ПКИМ п р еобразует четырехразрядный
двоична-десятичный код в семиразрядный. Пр'и ис п ользовании
газоразрядных индикаторов с профилированными катодами циф ­
ра формируется методом знакомоделирования, в этом случае
ПКИМ выполняет функцию дешифратора 4 на 10 (4 входа, 10 вы ­
ходов). Для формирования тех же цифр на телевизионном эк р ане
ПКИМ должен преобразовать параллельный: код цифр в последо­
вательность сигналов управления интенсивностью электронного
луча ЭЛТ .
Преобразователи кодов информационной модели для синтеза
знаков в СОИ с ЭЛТ называют знак о генератор а ми.
Устройство адресации (УА) задает положение (адрес)
элемента информационной модели на информационном поле.
Индикатор является прибором, осуществляющим непосред­
ственное преобразование электрических сигналов в видимое изо­
бражение.
Устройство,управления (УУ) осуществляет энергети­
ческие и другие преобразования сигналов с выхода ПКИМ, необ­
ходимые для управления работой индикатора. Например, при ис­
пользовании газоразрядных индикаторов в устройство управления
входят ключи, обеспечивающие переключение с уровня возбужде­
ния на уровень гашения газового разряда и наоборот. И ндикатор
вместе с устройством управления образуют блок индикации, на­
зываемый также виде омон и тором .
Устройство синхронизации (УС) обеспечивает син­
хронизацию работы всех узлов СОИ между собой и с источником
информации.
При формировании сложной информационной модели инфор­
мация, получаемая от различных источников, должна пройти
предварительную подготовку и обработку по определенному алго­
ритму. Следовательно, кроме технических средств для отображе­
ния информации необходимо создать соответствующее програм­
мное обеспечение. Комплекс средств отображения информации и
~редств математического обеспечения, включающих в себя алго­
ритмы обработки информации, образует с ист ем у от об раже -
18


ни я ин форм а ц и и. СОИ, обеспечивающие связь человека с
ЭВМ, называют термин аль н ы ми СОИ (или дисплеями).
Параметры средств отображения информации должны опреде­
лить информационно-технические, инженерно-психологические, кон­
структивно-технические и технико-экономические особенности
СОИ. К основным параметрам СОИ следует отнести используе­
мый алфавит, информационную емкость, разрешающую способ ­
ность, быстродействие, точность воспроизведения информации,
фотометрические параметры (яркость, контраст), надежность, сто ­
имость, потребляемую мощность .
Используемый алфавит и основание_ кода алфавита информа­
ционной модели определяются классом решаемых задач и зада­
ются числом и типом знаков (цифр, букв, условных знаков, гра-
• фем и т . д.), количеством градаций размеров, яркости, ориентаций
символов, используемых цветов, частот мерцаний изображений
ит.д.
Основание кода полного алфавита, включающего все кодовые
,1ризнаки, не должно превышать 200-400. Дальнейшее его уве­
личение затрудняет работу оператора . При представлении эле­
ментов алфавита информационной модели двоичным кодом числ о
его разрядов па определяют из условия
na;:;,:[log2Na] ,
(1.20)
где N а - ~снование кода полного алфавита ИМ ; [log2N aJ - дво­
ичный логарифм числа Na, округленный до ближайшего больше­
го целого числа.
В буквенно-цифровых СОИ обычно раздельно кодируют алфа­
виты знаков и признаков . В этом случае число разрядов кода
определяется условием
na=naз+naп= [log2Naз] + [log2N ап] ,
(1 .21)
где N аз и N ап - основания кодов алфавита знаков и признаков ~
паз и пап - разрядности двоичных кодов знаков и признаков;
Na =NaзNan,
(1.22}
Для кодирования элементов буквенно-цифровой ИМ обычн о
используют стандартные коды отображения информации - вось ­
миразрядный код КОИ-8 или семиразрядный КОИ-7 .
Пример 1.2 . Определить минимальное число разрядов, н еобходимое для дво ­
ичного кодирования алфавита элементов ИМ, включающего 32 буквы русского
алфавита и 10 арабских цифр, отображающи х ся в трех цвета х.
В соответстви и с условием имеем Nаз=42 , Nan=3. Использ уя в ыражени е
(1.21) , получаем : na=[iogi42] -fi [log2 3]=[5,4]+[1,58]=6+ 2=8; na n=2; n аз =6 ;
na=8.
Информ ационная емкость определяет количество информации ,
которое может быть единовременно представлено на и нформаци ­
онном поле СОИ . Информационная емкость алфавитно- цифровы х
СОИ задается количеством знаков в текстовой строке Nз те и чис ­
лом текстовых строк Nтс - В современных алфавитно - цифровы х
2•
19


дисплеях объем выводимой информации обычно задается l t:i -
32 строками по 32-80 знаков в каждой.
Информационная емкость может быть выражена в битах:
1и=N зlOg2N а,
(1.23)
где N а - основание кода алфавита; N э - общее число сим волов ,
выводимых на экран:
Nз=Nз тсNтс,
(1.24)
Отметим, что fи характеризует некоторую гипотетическую мо­
дель, в которой равновероятны любые N а значений · символов.
Формула (1.23) задает технические требования к информационной
емкости основных узлов СОИ, например БЗУ. Информационную
емкость графических СОИ часто оценивают суммарной длиной
воспроизводимых линий или количеством воспроизводимых точек.
Разрешающая способность характеризует число отдеJiьных ми­
нимальных деталей изображения, которое СОИ может воспроиз­
вести на информационном поле. В СОИ с точечными дискретными
элементами отображения разрешающую способность количествен­
но оценивают числом этих элементов на экране . В СОИ с элект­
ронно-лучевым индикатором или с проекционными системами в
качестве количеств енной меры разрешаю щей способности исполь ­
зуется число пар оптических линий (линия - промежуток), при­
ходящихся на 1 мм или 1 см, или общее число линий, воспроизво­
димых на экране по вертикали и горизонтали, или минимально
возможная ширина линии на экране.
Быстродействие характеризует скорость вывода информации
на информационное поле СОИ. Одним из параметров количест­
венной оценки быстродействия СОИ является время обновления
данных, под которым понимается время от момента поступления
информации на выход источника информации, сопряженного с
СОИ, до момента формирования изображения. В графических
СОИ для оценки быстродействия используют скорость формирова­
ния линий, заданную в миллиметрах на секунду.
Точность воспроизведения информации характеризует степень
соответствия формируемой в СОИ информационной модели дан ­
ным, полученным от источника информации. Одним из способов
оценки точности является оценка смещения отдельных элементов
отображения от заданных адресных координат, выраженная в аб­
солютных или относительных единицах.
Рассмотренные в § 1.3 фотометрические параметры (яркость,
контраст) характеризуют возможность восприятия информации
оператором в условиях различной внешней освещенности. Важны­
ми для оценки СОИ являются параметры, характеризующие его
надежность , стоимость, а также энергетические параметры, в част­
ности потребляемая мощность.
В отличие от других устройств промышленной электроники при
проектировании средств отображения информации решающее зна­
чение имеет учет психофизиологических характеристик человека-
20


,vператора. Выбор типа информационной модели , алфавита ИМ и
других основных параметров СОИ должен быть прежде всего на­
правлен на обеспечение оптимального взаимодействия человека и
техники. Определенные из этих условий требования к СОИ позво­
ляют выбрать тип индикатора, обладающий возможностями
формировать требуемую ИМ и имеющий необходимые фотометри­
ческие параметры. Затем уточняется способ формирования эле­
ментов ИМ и самой ИМ, учитывающий особенности выбранного
индикатора. Только после этого проводится разработка схемотех­
нических решений и конструктивного оформления.
Конструктивное оформление СОИ должно обеспечивать высо­
,кую работоспособность оператора, для чего необходимо учитывать
ряд эргономических требований: достаточное рабочее пространст­
во, позволяющее осуществлять необходимые движения и переме­
щения при эксплуатации и техническом обслуживании оборудо­
вания; оптимальное размещение оборудования на рабочем месте.
ГЛАВА 2
Средства отображения информации
с электронно-лучевыми индикаторами
§ 2.1. Классификация и основные определения
Форма элемента отображения в СОИ с электронно-лучевыми
индикаторами определяется сечением электронного луча в плос­
кости экрана трубки. Это сечение может иметь конфигурацию вы­
бранного знака (в знакопечатающих ЭЛТ), в большинстве же
случаев оно принимает форму круга маJiого диаметра (точечный
ЭО). Соответственно СОИ на ЭЛТ можно разделить на знакомо­
делирующие и знакогенерирующие . Основные параметры эле­
мента отображения ЭЛТ (геометрические размеры, яркость, цвет)
определяется параметрами электронного луча и свойствами лю­
минофора.
Адресация ЭО, определяющая положение электронного луча в
плоскости экрана ЭЛТ, задается сигналами отклоняющей системы
трубки. В каждый момент времени луч занимает определенное по­
ложение, фиксируя на информационном поле ЭО . Полное изобра­
жение формируется последовательным во времени воспроизведе­
нием всех его элементов. Последовательное поэлементное воспро­
изведение называется р аз верткой изображения. Изображение,
образованное в процессе развертки совокупностью ЭО, называется
кад ром.
По принципу организации развертки изображения методы син­
теза знаков делятся на растровые и функциональные.
При растровых закон развертки, а следовательно, и траекто­
рия перемещения луча по экрану не зависят от формируемой
21


информационной модели . Формирование изображения осуществля­
ется модуляцией яркости луча при его прохождении соответствую­
щих элементов информационной модели.
При функциональных траекториях перемещения луча совпада­
ют с контурами отображаемых элементов информационной мо­
дели ИМ, т. е. закон развертки в этом случае определяется ото­
бражаемой информацией. Принятая развертка определяет струк­
туру кадра, которую называют растром.
В СОИ применяются два основных типа растра: телевизионный
и полиграммный.
Телевизионный представляет собой совокупность прямых ли­
ний, расположенных друг под другом. Средства отображения, ис­
пользующие телевизионный растр, называют СОИ теле виз ион-
ноготипаилителевизионнымиСОИ.
.
Полиграммный представляет совокупность обобщенных фигур­
полиграмм (аналогичных полиграммам на рис. 1.1), расположен­
ных в пределах знакомест информационного поля.
На рис. 2.1,а показан телевизионный растр, образо в анный ли­
нейной прогрессивной разверткой, при которой полный растр обра­
зуется за один период кадровой развертки Тк, Развертка изобра­
жения создается одновременным движением луча по горизонтали
вдоль оси Х и по вертикали вдоль оси У. Движ ение луча по гори­
зонтали называют строчной разверткой, а прочерчиваемые при
этом линии- телевизионными строками. Перемещение
луча по вертикали называют к ад ров ой р аз верткой, в ре­
зультате которой все телевизионные строки располагаются одна
над другой. Строчная и кадровая развертки осуществляются фор­
мированием отклоняющих сигналов, Х, У (рис. 2.1,6) напряжений
для электростатической отклоняющей системы или токов для маг­
нитной. Отклоняющие сигналы формируются генераторами строч­
ной и кадровой разверток.
Частота кадровой развертки fк = 1/Тк для ЭЛТ с малым време­
нем послесвечения должна быть больше критической частоты
мелькания. Обычно частоту fк выбирают равной частоте сети пере­
менного тока, исключая этим эффект перемещения по экрану со-
22
х~/\/\
ivCiЦ
у
Tza
х
"'"
1
-----
7
~-
з
--
4~
_,. _
5::i:::
-
6
'
7
'<
в
-
g
1
·, 10
11
Ткп
у
f
2
а)
Б)
Рис. 2.1. Формирование телевизионного растра при прогрессивной
развертке:
а - растр; б -временнь,е диаграммы сигналов строчной (Х) и кадровой (У ►
разверток; 1, 2 - обратный ход строчной и кадровой разверток


.здаваемой ею помехи. Частота fz и период Т z строчной развертки
(f z= 1/Т z) выбирают из ~условия
fz=Zfк.
(2.1)
~где Z - число телевизионных строк в кадре, определяющее разре­
.шающую способность СОИ по вертикали. В телевидении стандар­
·том принято Z=625. В высококачественных СОИ распространена
так называемая многострочная развертка с Z=l000 и
, более.
Период строчной развертки Т z включает в себя время прямого
хода луча по строке Тzп и время обратного хода Т zo- Изображение
-формируется за время прямого хода. Отношение Т zo/Tz = az на­
.зывается коэффициентом обратного хо·да строчной
;раз вертки . Соответственно при известных значениях Т z и az
,определяется Тzп=Тz ( 1-az). Для стандарта телевидения az=
=0,18.
Период кадровой развертки Тк =Т ко+Т кп, где Ткп и Т ко -вр емя
nрямого и обратного ходов кадровой развертки.
Отношение Тко/Т к=ак называется к о эф ф и ц иен том о б­
р ат ног о ход а к ад ров ой р аз вертки. Число телевизион-
ных строк, формируемых за время прямого хода луча, Zп=
= (1-ак)Z.
•
Для стандарта телевидения ак =О,08 .
На рис. 2.2. показан телевизионный растр, образованный черес­
•Строчной разверткой, которая предусматривает формирование од­
ного кадра изображения из двух полей,. передаваемых последова­
тельно. В первом поле прочерчиваются нечетные, а во втором-чет­
ные строки растра (последние на рисунке показаны штрихпунк­
тирными линиями). Дискретное смещение изображения на одну
строку в каждом поле не фиксируется глазом из-за инерционности
к восприятию перемещения объектов в поле зрения, если частота
"~мены изображений не менее 15-16 Гц. Поэтому при выборе час­
тоты кадров f к=25 Гц обеспечивается слитность восприятия изо­
бражения двух полей. В то же время воспроизведение изображения
в каждом поле с частотой fu=2f.н=
=50 Гц исключает мерцания яркости,
2
так как выполняется условие fп~fнчм•
Уменьшение частоты кадров в два
раза по сравнению с прогрессивной
разверткой при том же числе теле­
визионных строк в кадре приводит к
двукратному уменьшению частоты
строчной развертки и требуемой поло­
сы пропускания видеоусилителя . Для
формирования чересстрочной разверт­
ки необходимо обеспечить следую-
ff
щие условия: число строк в кадре дол- Рис. 2.2 . Телевизионный растр
- :ж:но быть нечетным, т. е. Z=2m+ I, при чересстрочной развертке :
f - четные строки ; 2 - нечетные
строки
где т -- целое число ; частоты строч-
23


ной развертки и полей должны быть жестко связаны между собой
условием 2fz=Z<fп= (2m+l)fп.
В результате выполнения этих условий второе поле начинается
с половины строки и все строки оказываются сдвинутыми по
вертикали относительно строк первого поля.
Черес:строчная развертка используется в телевизионном веща ­
нии и в большинстве промышленных телевизионных установок .
В СОИ рекомендуется применять прогрессивную развертку, при
которой отсутствуют чересстрочные мелькания, приводящие к утом­
л_е нию зрения оператора.
Пример 2.1 . Определить частоту строчной развертки при формировании те­
левизионного растра с числом строк в кадре Z=625 при: а) прогрессивной ,
б) чересстрочной развертке .
В соответствии с (2.1) определяем для прогрессивной развертки (fк=50 Гц)
fz = 625•50= 31 250 Гц; для чересстрочной (fк=25 Гц) fz = 625•25= 15 625 Гц.
К преимуществам СОИ телевизионного тип,:1 относятся :
универсальность, позволяющая отображать все виды ИМ; возмож­
ность совмещения информационных моделей, формируемых мето­
дом электронного синтеза (знакогенерации), с полутоновыми теле­
визионными изображениями, получаемыми с помощью телевизион­
ных камер ; возможность использования стандартных телевизион­
ных приемников и видеоконтрольных устройств промышленных те­
левизионных установок в качестве видеомониторов.
§ 2.2. Принципы формирования знаков
в СО И телевизионного типа
Для формирования знаков растр разбивается (дискретизирует­
ся) на отдельные .участки - знакоместа, в пределах которых услов­
но располагаютоя матрицы знаков (рис . 2 . 3,а). Размер элемента
матрицы по вертикли hэ определяется шириной телевизионной
Ьз
а - ТВ растр с буквенно -цифровой ИМ; б
-
временная диаграмма видеоиrопульсов
24


строки и может изменяться дискретно кратно числу телевизионных
строк l, выделяемых для формирования одного элемента матрицы.
Таким образом, элемент матрицы является укрупненным ЭО, если
считать последним точечный элемент, определяемый сечением элек­
тронного луча.
Особенность синтеза знаковой информационной модели СОИ
с полным телевизионным растром заключается в том, что каждый
символ формируется по частям разрывно во времени. В процессе
формирования одновременно находятся все знаки, составляющие од­
ну текстовую строку. Действительно, двигаясь по телевизионной
строке, электронный луч последовательно обходит все элементы
одного ряда матрицы знакомест, входящих в одну текстовую стро­
ку (рис. 2.3,а). Формирование текстовой строки заканчивается
после того, как луч проходит lh'з телевизионных строк (h'з =
=hз/hэ - относительный размер матрицы по вертикали, выражен­
ный числом ее элементов). Затем через lh'п (h'п=hп/hз) телевизи­
онных строк, образующих интервал между текстовыми строками,
начинается формирование знаков следующей текстовой строки.
Для прогрессивной развертки число l принципиально может
быть любым. Для чересстрочной развертки чаще всего используют
размер элемента матрицы по вертикали, равный двум строкам
(l=2) или кратный двум. Это позволяет дублировать знак в
каждом поле . Обычно на краях телевизионного растра · наблюда­
ются наибольшие нелинейные искажения, а кроме того, нестабиль­
ность амплитуды сигналов развертки может вывести края растра
за пределы экрана. В связи с этим краевые зоны растра не вклю­
чают в информационное поле и размеры информационного поля
определяют как
(2.2)
гдеНр,ВриН,В- высотаиширинарастраиИП; ~виВг-ко­
эффициенты использования телевизионного растра по вертикали и
по горизонтали, имеющие обычно значение 0,9-0,7.
Число элементов матрицы, которое можно расположить по вер­
тикали в ИП, ограничивается условием
Nэв~Z(l-ак)Вв/l.
(2.3)
Число текстовых строк Nтс определяется значением Nэв и относи­
тельными размерами матрицы по вертикали h'з и интервала меж­
ду текстовыми строками h'п:
rNтс=Nэв/(h'з+h'п),
(2.4) .
или с учетом (2.3)
(2 .5)
Элементы, входящие в контур синтезируемого знака , высвечи­
ваются путем модуляции интенсивности электронного луча видео­
импульсами в момент его прохождения через расположение дан­
ного элемента на ИП. На рис. 2.3,6 показан примерный характер
видеоимпульсов при формировании элементов матрицы , располо-
25


женных на 5-й и 16-й телевизионных строках телевизионного,
растра (рис . 2 . 3,а). По горизонтали растр имеет непрерывную,
структуру, а размер элемента матрицы определяется длительностью
видеоимпульса Тз , с помощью которого осуществляется модуляци ff
яркости (рис . 2.3,6) .
Если телевизионная строка условно дискретизирована на Nэс
элементов , то время развертки одного элемента
Тз=Тz ( 1-az) ~г/Л'эс=~г ( 1-az)/ (Nэcfz).
(2.6);
Минимальный размер элемента матрицы по горизонтали огра­
ничивается разрешающей способностью ЭЛТ и граничной ·частотой
тракта видеоусилителя fв• Для определения верхней границы час ­
тотного спектра 1зидеосигнала рассмотрим случай формирования
чередующихся темных и светлых полос шириной Ьэ (рис. 2.4,а).
Как видно из рис. 2.4,6, первая гармоника видеосигнала Иве при
этом имеет период Твс=2Тэ. Следовательно, верхняя граница по­
лосы пропускания видеоусилителя fвс должна отвечать условию
fв~1⁄2Тз.
(2.7),
При заданной полосе пропускания видеоусилителя выражениff
(2.4) и (2.5) позволяют определить возможное число элементов
отображения, формируемых в телевизионной строке:
Nзc~2(1 -az)~гfв/fz.
(2.8):
С учетом, формата телевизионного экрана kФ условие обе·спече ­
ния квадратной формы элемента матрицы может выполняться,
если между числом элементов по вертикали и по горизонтали со­
блюдается соотношение
(2.9 }
Иногда в буквенно~цифровых дисплеях нарушают условие
квадратной формы элемента матрицы (hэ=l=Ьэ), соответственн о,
изменяя относительный формат матрицы знака (Ь'з:h'з).
При выполнении условия (2.9) верхняя граница полосы про -
пускания видеоусилителя в соответствии с выражениями (2.3}-
(2.8) определится так:
у1-;·i ''i
х
а)
--Уgа8ень
,
светлого
Уоо8ень
-
-
-- ч ерного
t
5)
Рис. 2.4. Связь периода видеосигнала с
шириной формируемых элементов ИМ
26
Число знаков в текстовой
строке Nз те определяется чис­
лом элементов в строке Nзс,
относительными
размерами
матрицы по горизонтали Ь'з =
= Ь 3/Ь 3 и межзнакового про­
бела Ь.'п= Ьп/Ьз:
Nз тс=Nэс/ (Ь'з+ьrп) .
(2.11 )


Учитывая (2.8), получим
Nз тс::::;;;2 ( 1-az) ~гfв/ [f z (Ь' з+Ь' п)]. •
Общее Чi'i<:ло знаков, формируемых в кадре,
Nзк=Nз тсNтс::::;;;Z(l-ак) (1-az}~r~в/[/fz(b'з+
+Ь' п) (h' з+h' п)].
(2.12)
(2. 13)
Таким образом, увеличение числа отображаемых знаков в кад­
ре требует увеличения полосы пропускания видеоусилителя и по­
вышения разрешающей способности электронно-лучевой трубки.
Пример 2.2 . Рассчитать верхнюю границу полосы пропускания видеоусили­
теля f в, необходимую для формирования 600 элементов отображения по гори­
зонтали при использовании: а) прогрессивной развертки, б) чересстрочной раз­
вертки, если ак=О,008; ,az=0,18; /3n= 1/3г= 1; Z=625; kф=4: 3.
Частоту 1f в определим, преобразовав выражение (2.8): fв:;;,.
>-fzNэc/[2(1-az)pr]. При Z=625, как показано в примере 2.1, частота fz при
прогрессивной развертке равна 31 250 Гц, при чересстрочной развертке - f z =
= 15 625 Гц. Соответственно получим для прогрессивной развертки fв>
~ 11,4 МГц, а для чересстрочной развертки f в>-5,7 МГц.
Пример 2.3 . Рассчитать число знаков, которое можно сформировать на экра­
не стандартного телевизионного приемника, если используется матрица знака
с размерностью 5Х7; относительное расстояние между знаками Ь'п=2, между
текстовыми строками h'п=3 . К:оэффициенты использования растра по вертикали
и горизонтали /3в==l~г=I, форма элемента матрицы квадратная.
В соответствии с рекомендациями для чересстрочной развертки выберем
числи строк, приходящихся на один элемент, l=2. Тогда число элементов ма­
трицы по вертикали iNэв найдем, использовав выражение (2 .3) . При Z=625;
ак=О , 08 получим Nэв=287. При условии соблюдения квадратной формы эле ­
мента матрицы число элементов по горизонтали определим по формуле (2.9) :
Nзс=383. Число знаков в текстовой строке определим по формуле (2.11): Nз те=
=383/ (5+2) =54. Число текстовых строк определим по формуле (2.4), а число
знаков в кадре - по формуле (2.13): Nтс=287/(7+3)=28, Nзк=54 • 28=15!2 .
Пример 2.4 . Рассчитать верхнюю границу полосы пропускания видеоусили­
теля fв для ТВ СОИ, если в соответствии с требованиями современного стан­
дарта надо сформировать 80 знаков в текстовой строке . Матрица знака 7Х9,
межзнаковое расстояние Ь'п=2, /3в= /3г= 1.
Требуемую полосу пропускания определим, преобразовав выражение (2.10):
fв>-fzNз те (Ь'з+Ь'n) /[2 (1-аг) /3г]= 15 625-80 (7 +2) / (2 ·0,82) =6,86 МГц.
Полученное значение if в превышает верхнюю границу полосы пропускания
видеоусилителей стандартных телевизионных приемников . Следовательно, требу­
ется либо коррекция частотных свойств видеоусилителей, либо снижение требу е­
мой полосы частот за счет изменения размерности матрицы.
§ 2.3 . Функциональная схема буквенно-цифровых
СО И телевизионного типа
Функциональная схема буквенно-цифровых СОИ телевизион­
ного типа дана на рис. 2.5 . Информационный массив в объеме од"
наго или нескольких кадров заносится через устройство интер ­
фейса (УИ) в буферное запоминающее устройство (БЗУ) . Если в
СОИ используется ЭЛТ без запоминания, то для воспрои з ведения
изображения необходим режим регенерации. Наличие БЗ У позво­
ляет организовать его без участия ИИ.
Информационная емкость БЗУ Свзу = Nз/Xn, где Nзу -
количество ячеек памяти ; п - разрядность ячейки памяти .
27


·--·-,
1
Рис. 2.5. Функциональная схема телевизионного буквенно-цифрового СОИ
ДJrя хранения информации объемом в одну страницу (кадр)
NвзУ должно бы,ъ больше или равно Nзк (количество знаков в
кадре), т. е.
Разрядность ячейки памяти п определяется числом разрядов ,
необходимых для кодирования знака и его признаков (цвета, раз­
мера, мерцания, ориентации и т. д.). Следовательно, п~па, где
па-разрядность кода алфавита, определяемая соотношениями
(1 .20) или (1.21).
Минимальное количество адресных разрядов (k), необходимь1х
для выбора Nзк ячеек памяти,
k= [!оg2Nэк] *.
(2.15)
Наиболее просто последовательность выборки кодов знаков
из БЗУ осуществляется при раздельной адресации по номеру зна­
коместа в текстовой строке (r. младших адресных разрядов) и но ­
меру текстовой строки (k-r старших адресных разрядов). В этом
случае
r= [log2Nэ те],
(k-r) = [log2Nтe],
k= [log2N э те] + [log2Nтc] .
При этом требуемое число ячеек памяти БЗУ
лять как
(2.16)
(2.17)
(2.18)
следует опреде-
(2. 19)
* Квадратные скобки здесь и далее - признак того, что результат вычис ­
лений в скобках округляется до ближайшего большего целого числа.
28
,,..


~--.. A.ia.e::r;: L&,a3LLL_
ПреобразователiЬ кодаинформационной моде­
л и ПКИМ (знакогенератор) должен осуществлять преобразование
кода знаков, хранящихся В: БЗУ, в последовательны й код, форми­
рующий в процессе телевизионной развертки последовательность.
видеоимпульсов для подсвета ЭО, входящих в контуры отображае­
мых знаков. Наиболее распространенными являются знакогенера­
торы, выполненные на базе матрицы-накопителя ПЗУ, в которой,
хранится информация о начертании всех знаков алфавита. Раз­
рядность ячейки памяти должна быть не менее размерности ис­
пользуемой матрицы знака по горизонтали Ь' з, Для каждого зна­
ка в ПЗУ выделяется h'з таких ячеек памяти . Следовательно, при­
основании кода алфавита N з требуемое число Ь' з•разрядных ячеек
памяти ПЗУ Nпзуопределяют из условия
Nnзy > Nзhз',
(2.20}'
информационная емкость ПЗУ
Спзу > NпзуЬ3'.
(2.21),
В ПЗУ знакогенератора используется двухкоординатный прин­
цип адресации. В качестве первой координаты используется код
знака. В качестве второй адресной координаты используется код.
номера ряда матрицы, поступающий' на вход дешифратора DCY
с выхода счетчика рядов матрицы СчZ. Выбор требуемого знака
заключается в выборе соответствующей группы ячеек памяти, где
записана информация о его графике . На рис. 2.5 п-разрядный код
знака с БЗУi подается на вход дешифратора DCX, с помощью ко­
торого выбирают группу из Ь' з вертикальных шин ПЗУ.
Таким образом, с выхода ПЗУ в каждый момент времени сни­
,
frr! 1111111 !111111 / 1111 / 11111111
А 1-Ак
1
1
t
мается Ь'з-разрядный код, оп­
ределяющий точки, которые
необходимо высветить в дан­
ном ряду матрицы (так при
выборе буквы А в соответст­
вии с начертанием знака, пока­
занным на рисунке, для перво- Qf-Qnf,--,г--"-~,~""',;,,.,---..
t
го ряда матрицы будет снята
кодовая комбинация ООО 11). Qf-QЬ3 --,,- -t- -\!h-m,:""",,---,, --
t
Полученный Ь'з-разрядный код
преобразуется в последова- п1-пь3
тельность видеоимпульсов, сни-
~,---,r----.1177'..,.,.,.,.,.,
t
маемых с выхода параллель­
но-последовательного регистра
на вход видеоусилителя с ча­
стотой тактового генератора,
которую выбирают из условия
fтг-Nэс,fz/ [ (1-аz) ,~г], (2.22)
Соответственно длитель­
ность видеоимпульса, опреде­
ляющая размер элемента ма-
t
Иьс,I_- - _ _ .. ;~ . L.L-' - -,l-'-1 . . .L.L-'--LL. --'--'---t.
1
1
lfzпc__l--+L-ш------'LLL...;:~LLLLl,__Ц_~_w __~
~~ ~П:э t
Рис. 2.6 . Временнь1е диаграммы преоб­
разования кодов в буквенно-цифровые·
сои


трицы по горизонтали, Тэ=I!fтг- На рис . 2.6 показана последова­
тельность преобразования информации в режиме регенерации изо­
бражения . После установки адреса на входах БЗУ (AJ-Aik) ин­
формация ~QJ-:Qn) на его выходе установится через время вы­
борки БЗУ {tввзу). Код (QJ-Qn) является входным для ПЗУ
знакогенератора, на выходе которого ~установится информация че­
рез время выборки ПЗУ (tв пзу). После установлеuия информации.
на выходе ПЗУ ее можно цереписать параллельно в регистр Р, по
входам (DJ-Dbз) и приступить к адресации следующего знака.
Одновременно производят последовательный вывод информации,
записанной в регистр . На рис. 2.6 сигналы Иве; Иzп показаны для
случая считывания первого ряда матрицы знаков А, Т, N.
За время считывания ряда матрицы одного знака (Ь'з тактов)
и формирования пробела (Ь' п тактов) на выходе ПЗУ должен
установиться код следующего знака. Следовательно, необходимо
обеспечить выполнение условия
(tвБЗУ+fвпзУ)., _;;; (Ьз' + Ьп')ffтг= (l - а2)~г/(N3теf2 )-
(2.2
Адресация номера знакоместа в текстовой строке на рис. 2.5
осуществляется с помощью счетчика знакомест Счзн, содержимое
которого изменяется на единицу после формирования Ь' з элементов
знака и промежутка между знаками Ь' п на одной телевизионной
строке . Счетчик знакомест управляется импульсами с выхода
устройства синхронизации, следующими с частотой
fзн . fтг/(Ь'з+Ь'п).
(2.24)
Емкость счетчика Счзн должна быть равна числу знаков в
текстовой строке N з те-
После формирования всех элементов знаков, расположенных
на одной телевизионной строке, осуществляется формирование
элементов следующей ТВ-строки. _ Номер ряда матрицы задается
счетчиком СчZ, управляемым частотой строчной развертки fz, ко­
торую определяют как
fz=fтr~r ( 1- az) /[ (Ь' з+Ь' п) Nз те],
(2.25)
Емкость счетчика СчZ выбирают равной (h' з+h' п). После опроса
h'з строк формируется полная текстовая строка. Далее в течение
h'п строк устройство сиJiхронизации запрещает съем информации
с ПЗУ. Импульсом переполнения счетчика СчZ изменяется на еди­
ницу содержимое счетчика текстовых строк Счте, который управля­
ет старшими (k-r) разрядами БЗУ. После формирования всех
Nтс т,екстовых строк процесс формирования повторяется с частотой
кадров fк (или полей fп).
Формирование телевизионного растра осуществляется с по­
мощью блока развертки (БР), осуществляющего развертку по
строкам, синхронизируемую частотой fz, и развертку по кадрам
(полям), синхронизируемую частотой fк (fп). Для прогрессивной
развертки частота f к формируется путем деле~ия частоты строч­
ной развертки на Z. Так как при чересстрочнои развертке в каж-
зо


дом поле содержится дробное число Z/2 строк, то для получения
целочисленного значения коэффициента деления делителя частоты
на вход делителя с коэффициентом, равным числу строк в двух
полях, подают удвоенную частоту строк 2fz. В том случае, если
требуется микширование знаковой информации с изображением,
получаемым по телевизионному каналу, в качестве опорных сигна­
лов используются синхроимпульсы строчной и кадровой развер­
ток, а тактовую частоту fтг получают умножением частоты fz на
nlXn2 или принудительной подстройкой частоты fтг в соответствии
с зависимостью (2.25) системой регулирования .
§ 2.4. Графические СО И телевизионного типа
Графические СОИ предназначены для формирования графичес­
кой информационной модели (ГИМ). Они широко применяются
в качестве терминальных устройств ЭВМ для вывода результатов
обработки информации в форме графиков, схем, диаграмм, гисто­
гр<1мм и т. п. в системах автоматизированного проектирования
интегральных схем, радиоэлектронной и другой аппаратуры, в си­
стемах управления космическими полетами, управления производ­
ством и технологическими процессами .
Графические информационные модели могут быть статически­
ми и динамическими. Статическая модель не меняется при воспри­
ятии ее оператором. В динамической модели часть или все изобра­
жение изменяетсяr в процессе восприятия оператором. Формирова­
ние ГИМ заключается в синтезе модели из отдельных элементов
отображения. Используемые ЭО определяют способ аппроксима­
ции ГИМ и соответственно способ кодирования информационной
модели и структуру СОИ. По типу используемых ЭО различают
СОИ с точечными ЭО, называемые часто пол ног р а фи чес к им и
и с укрупненными графическими элементами-графемами, называе­
мые часто СОИ с ограниченной граф и к ой или к ваз и­
гр а ф и чес к им и. Графические СОИ с укрупненными графичес­
кими элементами используют ограниченный набор графем, форми­
руемых в пределах графического знакоместа (см. рис. 1.2). Гра­
фемы кодируются подобно знакам. При этом в информационное
слово вводится дополнительный разряд, позволяющий отличать
код знаков от кода графических элементов. Таким образом, струк­
турная схема квазиграфических СОИ принципиал ьно не отличает­
ся от структурной схемы буквенно-цифровых СОИ, представлен­
ной на рис. 2.5.
Преобразователь кода графической информационной модели
содержит ПЗУ, хранящее информацию о графике всех графем,
входящих в алфавит, который определяется характером отобра­
жаемой информационной модели и требуемой точностью ее ап­
проксимации. Так, для воспроизведения различных графиков в
алфавит могут входить отрезки прямых и кривых второго порядка.
Для отображения диаграмм, географических карт и т. д. алфавит
должен быть дополнен двумерными элементами .
Зt


910111213
11
а)
Qf i---~DI
Qt
:Рг
Qn
Рис. 2.7 . Формирование графических элементов :
а - пр им еры графем ; б - стр уктурная схема графогеиератора
Ем кость ПЗУ преобразователя кода ГИМ определяется услови­
ем
СпзУг:;;,,. Nагэh;э ь;э,
(2.26)
где N а гэ - основание кода алфавита графических элементов;
hгэ' и Ьгэ' - относительные размеры матрицы по вертикали и го­
ризонтали .
Для кусочно -линейной аппроксимации контурных графических
м оделей широко используется набор отрезков прямых , проходящих
через точки, расположенные по периметру знакоместа. Графика
н екоторых таких отрезков показана на рис. 2.7, а аппроксимация
ими кривой - на рис . 1.2 . Для представления ГИМ совокупностью
графем транслирующая программа ЭВМ обеспечивает предвари­
тельную разбивку изображения на отдельные фрагменты, по фор­
мату и положению соответствующие знакоместам. Затем произ­
водится идентификация каждого фрагмента с наиболее подходя­
щей графемой и выдается в СОИ ее код.
Анализ рис. 2.7,а показывает, что одна половина используемых графем
является зеркальным отображением другой. Это позволяет вдвое снизить объем
ПЗ У графогенератора, занося в него информацию только о начертании поло­
вин н ого количества графических элементов. Графемы, соответствующие зеркаль­
н ы м отобра ж ениям, получают при обратном порядке считывания рядов матрицы.
Оди н и з вариантов реализации этого решения показан на рис. 2 .7,6.
Старший разряд кода графических элементов Qп определяет, к какому, пря­
м ому или отраженному, типу относится формируемая графема. Сигнал Qп
32


подается на информационный вход D-триггера, а остальные n-I разрядов - на
адресные входы ПЗУ знакогенератора. Запись Ь'гэ-разрядного кода одной стро­
ки графемы в параллельно-последовательный регистр Рг осуществляется сигна­
лом Зп в начале каждого знакомства. По этому же сигналу заносится значение
Qп в D-триггер. В соответствии с состоянием этого триггера по входам V4- и v _
осуществляется управление направлением последовательной выборки информа­
ции, записанной в регистр Рг (начиная с МJlадшего разряда для прямых и со
старшего - для отраженных графем). Соответственно, мультиплексором М
осуществляется коммутация выходов регистра. При такой структуре предъявля­
ются жесткие требования к быстродействию регистра и мультиплексора:
(2.27)
rде tDРг и t DM - время на задержки включения регистра и мультиплексора М.
Недостатком метода графических элементов является недоста­
точно высокая точность аппроксимации ГИМ, обусловленная огра­
ниченным набором ГЭ и их фиксированным положением на ин­
формационном поле . Этот недостаток частично устраняется путем
организацю~: независимых символьных и графических знакомест.
Следует отметить, что уменьшение размера знакомест связано с
увеличением их количества на информационном поле и, следова­
тельно, с увеличением информационной емкости БЗУ. В то же
время уменьшение размера графического знакоместа приводит к
уменьшению информационной емкости ПЗУ графогенератора.
К: недостатку метода укрупненных графических элементов следует
также отнести необходимость специальных транслирующих про­
грамм при выводе графической информации с ЭВМ.
Принцип формирования цветной графической информационной
модели в квазиграфических и буквенно-цифровых СОИ иллюстри­
руется функциональной схемой рис . 2.8. С буферного запоминаю­
щего устройства па-разрядный код знака или графического эле­
мента поступает на вход знакогенератора. Сигналы , определяю ­
щие контур знака, с его выхода поступают на один из входов трех
видеоусилителей: BYR, BYG, ВУВ. По этим входам видеоусили­
тели либо полностью за пираются, либо отпираются. Амплитуда
напряжения на их выходах определяется аналоговыми сигналами
r'R, g'G, Ь'В, которые фор­
мируются преобразователя­
ми ПК:R, ПК:G, ПК:В путем
преобразования пи-разряд­
ного кода цветности с вы­
хода БЗУ. Уровни сигналов
r'R, g'G, ь,в определяются
в соответствии с уравнением
(1.3). Усиленные видеосиг­
налы поступают на управля­
ющие входы цветных ЭЛТ.
В однопрожекторных цвет­
ных ЭЛТ, управляемых ус­
коряющим
напряжением
З-314
Рис. 2.8 . Функциональная схема формиро­
вания цветной ИМ в телевизионных СОИ
33


или плотностью тока , используется один преобразователь кода цвет­
ности . Во з можна передача к видеомонитору не трех сигналов, а од­
ного полного , закодированного по системе SECAM, использующей­
ся в цветном телевиден и и . Однако невысокая цветовая разрешаю ­
щая способность, проявляющаяся в размытости переходов цветов ,
ограничивает применение в СОИ последнего способа.
СОИ полнографического типа с точечными элементами отобра­
жения являются наиболее перспективными графическими средст­
вами отображения ввиду их универсальности , принципиально до­
пустимой высокой точности аппроксимации отображаемых инфор­
мационных моделей , возможности координатного • задания
элементов отображения. В СОИ этого типа индикатор на ::Э JIТ
дополняется внешней памятью, называемой «памятью образов»,
или вспомогательным буферным запоминающим устройством
ВБЗУ для записи, хранения и вывода информации о состоянии
каждого ЭО информационного поля . Информация в ВБЗУ зано­
сится побитно для каждой точки. Следовательно, при записи орга­
низация памяти ВБЗУ задается условием
(2.28)
где Nэс, Nэв - число ЭО информационного поля по горизонтали
(строке) и вертикали . Если требуется формирование цветного или
полутоново;'О изображения, то для каждого ЭО необходим nп·раз­
рядный код признаков. В этом случае
Сввзу > N0сNэвпвБЗУw ·
(2.29 )
Увеличение числа точечных ЭО приводит, с одной стороны, к
повышению точности аппроксимации ГИМ, с другой - требует
увеличения информационной емкости и быстродействия ВБЗУ и
соответственно усложняет и удорожает СОИ . Число точечных эле­
ментов отображения, формируемых по вертикали, можно опреде­
лить по (2.3), а по горизонтали - по (2.7). Адресация ячеек па­
мяти ВБЗУ организуетс я по двухкоординатному принципу : nлх­
адресных разрядов определяет номер ЭО в строке
(nлх~ [log2Nэc]), пл у-разрядов - номер строки информационного
поля (nлу~ [log2Nэв]). Таким образом, графическая информаци­
онная модель при записи в ВБЗУ задается совокупностью коор­
динат точек, входящих в формируемое изображение. Этот массив
данных может выдаваться непосредственно от ЭВМ . В этом слу­
чае отсутствует необходимость включения в СОИ БЗУ и ПКИМ.
Однако такой способ неэффективен, так как при выводе точек
ЭВМ не может выполнять других действий. Для сокращения
объема информации, получаемой из ЭВМ, выводятся не коорди­
наты всех ЭО ГИМ, а последовательность команд и данных, опре ­
деляющих порядок формирования ГИМ. Этот массив данных, на­
зываемый дисплейным ф а й лом, вводят в БЗУ СОИ. При
формировании контурной ГИМ дисплейный файл формируют как
совокупность начальных и конечных координат отрезков прямых,
аппроксимирующих график. При этом для кодирования каждого
34
...., z:м:-: ~


отрезка требуется информационная емкость не менее 2 (nл х +
+nл у) б11т .
•
Так, при числе ЭО Nэс=Nэв=512 (nлх=nл;-) формат дисплей­
ного файла для кодирования одного вектора может быть следую ­
щим (табл. 2.1) .
номер
о
1-9
10- 18
19- 27
28- 36
Разряды
назначе ние
Z-яркость (включено-выключено)
f: }-координаты начальной точки
f; }-координаты конечной точки
Таблица2.1
Наличие единицы в разряде яркости означает видимую линию.
Таким образом, если разрядность информационного слова ИИ
равна 1 байт, то для задания одного вектора требуется 5 байт.
Если ГИМ представляют не п рерывные кривые, то объем дис­
пле_йного файла можно сократить, задавая координату лишь од­
ной точки, которая является конечной для формируемого отрезка
прямой и начальной для последующего . Сокращение дисплейного
файла достигается также, если задаются координаты начальной
точки ГИМ, а затем приращения координат ЛХ и ЛУ . Координаты
п р омежуточных точек отрезков прямых определяются вводимыми
в СОИ генераторами векторов. Последние совместно с ВБЗУ иг­
рают роль ПКИМ и выполняю тся либо аппаратно с использова­
нием жесткой логики, либо на базе программно-перестраиваемого
вычислительно го устройства - дисплейного процессора .
П р имер 2.5 . О п ределить коэффициенты использования телевизионного рас­
тра ·~,- и ~в и час т оту тактового генератора {тг, если требуется дискретизировать
информационное поле с числом ЭО по строке Nэс=512 и вертикали Nэв=512
при использовании стандартного ТВ - ра~тра, kФ= 4 : 3.
Так как стандартный ТВ - растр имеет число строк Z= 625, то 512 элементов
по вер тикали можно получить только п ри l= l. Преобразовав формулу (2.3),
получим ~. = 5 12/ ( (625 ·0,92) = 0,89 .
Квадратная форма информационного поля обеспечится при ~г= ~в/kф=
= 0,89 ·3/4= 0,67.
Частоту т;)ктового генератора устройства синхронизации определяем в соот­
ветствии с выражением (2.22): fтг= (512 •15 625) / (О,82 ·О,67) = 14,6 МГц.
Использовав формулу (2.6), находим верхнюю граничную частоту видеоуси­
лителя f;~7,3 МГц, что превьщ1ает полосу пропускания стандартного видеоуси­
лителя.
Уменьшить требуемую частоту задающего генератора fтг без уменьшения
числа ЭО в строке можно, увеличивая коэффициенты использования ТВ-растра
по строке с последующей компенсацией возникающего отклонения формы ЭО от
квадратной, т е. регулируя размер ТВ-растра по вертикали и горизонтали .
Для обеспечения значения f.=6,5 МГц fтг должно быть 13 МГц, а из (2.22)
следует выбирать {~г=О,75.
Сформированное в соответствии с расчетом информационное поле показано
на рис. 2.9.
3*
35


(t-p 8 )Hp/2
На рис. 2.10 приведена струк-
за
::r:
::r::
(1-fJr)Bp/2
в
в
турная схема графического СОИ
с генератором векторов (ГВ) .
При записи информации в ВБЗУ
адресация ячеек памяти осуще­
ствляется с помощью адресных
счетчиков записи Сч А WX и Сч
А WY, в которые из БЗУ заносят­
~я код ы начальных координат
(Хн; Ун) отрезка прямой. Кроме
того, в ГВ и БЗУ вместе с (Хн;
Ун) занос я тся коды конечных ко­
орди н ат отрезка (Хк; Ук). Затем
с помощью ГВ формируются ко­
Рис. 2.9. Формирование и нформацн - ординаты промежуточных точек
онного поля сои
и по полученным адресам зано-
сятся в ВБЗУ логические едини­
ц ы. При регенерации изображе-
ния мультиплексорам и Мх и Mv осуществляется переда1ча адреса­
ции ВБЗУ адресным счетчиком регенерации Сч ARX и Сч ARY.
Н а счетный вход счетчика Сч ARX от устройств а синхрон изации
подаются импул ь сы с частотой fтг, что обеспечивает синхрониза­
цию считывания информации ВБЗУ с движением электронно го
луча по телевизионной строке. Содержимое счетчика. Сч ARY уве­
личивается на единицу пр _и прохождении l телевизионных строк,
что обеспечивает синхронизацию считывания информации по вер­
тикали. БЗУ в приведенной схеме осуществляет функции приема
дисплейных файлов от источника информации, их хранения и
передачи в ГВ. В режиме регенерации БЗУ не участвует, что сни­
жает требова1ния к его быстродействию.
36
Генераторы векторов (ГВ) осуществляют интерполяцию про-
Рис. 2.10 . Структурная схема полнографического телевизионна­
го сои


межуточных точек отрезка п рямой, заданной начальными и ко ­
н ечными коо рди н атами. Уравнение отрезка прямой между точка­
ми с координатами (Хн; Ун) и (Хк; Ук) может быть задано как
или
где
У= Ун+ (Х-Хн) [ (Ук- Ун) / (Хк-Хн)] ,
В дискр етной
хк
У = Ун+(' Ук-Ун dX.
.J Хк-Х11
хн
форме это уравнение можно представить так :
1 (2.30)
Приращение адресной координаты берется единичным : ЛХ; = l .
Учитывая целочисленный характер величины У;, дробный харак ­
тер отношения (Ук-Ун) / (Хк-Хн) при (Хк-Хн) > (Ук-Ун) и ра­
венство ЛХ;=l, уравнение (2.30) можно представить в виде
(i
У;= Ун+ /NT \~ (Ук - Ун)/(Хк
-
Хн)), (2.31)
где JNT ( ... ) означает, что берется целая часть результата, по­
лученного в круглых скобках.
Погрешность аппроксимации ЛУ, обусловленная дискретностью
значений У и Х, при использовании (2.31) лежит в пределах U~
~ЛУ~l, т. е. погрешность дискретности может достигать едини­
цы квантования и всегда одного знака (аппроксимирующая линия
полностью .ниже аппроксимируемой). Эту погрешность можно
уменьшить вдвое, сместив на 1⁄4 уровень отсчета. Тогда
i
Y;=Yн+INT(1/2+ ~ ::=::)
(2 .32)
и погрешность дискретности -1/2~ЛУ~ 1/2.
Поскольку реализации операции непосредственного деления
приводит либо к аппаратному усложнению, либо к увеличению
временньrх затрат, при использовании программных средств при­
меняют алгоритм решения уравнения (2.32) с заменой операции
деления другими действиями . Примером является алгоритм циф ­
рового дифференциального анализатора (ЦДА), структурная схе­
ма которого приведена на рис. 2.11. В основе его лежит определе­
ние дискретно,о приращения ЛУ; при единичном дискретном при­
ращении ЛХ;. Анализ выражения (2 .32) показывает, что
ЛY;=Y;-Y;_,=INT( 1J2 + Ук-Ув +r),
(2.33)
Хк-Хп
37


ЦДА'
8808 оi:tнных 8 ВБЗУ
Хк-: Хн
~ -(SMf)
да
Хонец
y:=y+f+(CЧAWY)
8808 811нныхВВБЗ!J
где r - погрешность коордп­
f[аты Ун; (r+ 1/2) определя­
~тся дробной частью резуль­
тата в скобках (2 .32) .
В соответствии с (2.33)
можно сделать вывод, что
ЛУ;= 1 в том случае, если
(Ук-Ун) +R~ (Хк-Хн) , ,(:2.34)
где
Аппаратурно проверка ус ­
ловия (2 .34) может быть вы­
полнена с помощью суммато­
ра SMJ и компаратора кодов.
Интерполяцию координат про­
межуточных точек отрезка
прямой по алгоритму ЦДА
рассмотрим на примере.
Пример 2.6. Произвести интер­
.поляцию промежуточных точек пря­
мой, заданной координатами (Хн=
= 2, Ун=I, (Хк=12, Ук=5).
1. В соответствии с алгоритмом
отмечаем начальную точку с коор­
динатами Хн; Ув (рис . 2. 12).
2. Определяем (Хк-Хв) = 10 и
(Ук-Ув)=4.
3. Даем единичное приращение
по координате Х1=2+ 1=3 и произ­
водим суммирование значения 10 ; 2 +
+ 4=9, сравнивая полученное значе­
ние с (Хк-Хв) = 10. Так как усло­
вие (2.34) не выполняется, то ЛУ1 =
= 0. Отмечаем точку с координата­
ми Х1=3; Y1= I (R=9).
4. Даем приращение п.:> коорди-
нате Х: Х2=3 + 1=4, произво.п.:им
Рис. 2.11. Блок-схема алгоритма работы суммирование предыдущего резуль -
генератора векторов, работающего по тата со значением (Ук - Ув) = 4, по-
принципу цифрового дифференциального лучаем в результате 13, условие
анализатора:
(2.34) выполняется. Следовательно,
SM - сумматор; Сч AWX; А \\7У- счетчи - ЛУ2= 1. Отмечаем точку с координа-
,ш адреса записи
тами Х2= 4; У2 = 2. Вычитаем из по­
лученной суммы 10, получаем оста -
ток R= 3.
.
5. Продолжаем операции в соответствии с алгоритмом до значен ия Х= Хк=
=12. Полученная аппроксимация показана на рис. 2.12, из которого в идно, что
отклонение аппроксимирующих точек от п рямой не превы ш ает п ол о вины единицы
дискретности.
Следует отметить, что формулы (2.30) - (2.34) и блок - схема алгоритма
справедливы только для условия, когда IУн-Ув\<\Хк -Хвl- При нарушении
этого условия выражение (2.32) следует заменить на
38


(2.35)
Следовательно, блок-схему алгоритма
рис. 2.11 надо дополнить операцией проверю•
условия sigп (jУR-Унl-\Хк-Хн\), в зави­
симости от выполнения которого осуществля­
ется выбор ·уравнения (2.32) или , (2.35)
у
6
4
2
24Б~В10f2Х
(sign обозначает знак результата в круглых Рис. 2.12. Аппроксимация от-
скобках). Кроме того, необходимо также
резка прямой точечными ЭО
проверить значения функций sign (Хк -Хн) и
sign (У ,,-Ун), которые определяют н,аправ-
лени5Ь приращения координат Х и У. При положительном значении указанных
функций адресные счетчики работают в режиме суммирования, а при отрица­
тельном знаке - в режиме вычитания .
§ 2.5. СО И полиrраммно-растрового типа
Растр в полиграммно-растровых СОИ представляет совокуп­
ность некоторых обобщенных фигур-полиграмм, расположенных в
пределах знакоместа. Иными словами, независимо от конфигура­
ции конкретного знака электронный луч в пределах знакоместа
описывает одну и ту же фигуру-полиграмму, которую можно рас­
сматривать как совокупность укрупненных элементов отображе­
ния - сегментов полиграммы (СП). Конкретный знак формирует ­
ся путем подсвета тех сегментов, которые входят в контур этого
знака. Следовательно, полиграмма должна включать укрупнен­
ные элементы всех знгжов алфавита. Как отмечалось ранее, для
формирования арабских цифр достаточна 7-сегментная полиграм­
ма рис. 2.13,а. Для формирования букв русского и латинского
алфавитов может быть использована 19-сегментная полиграмма,
изображенная на рис. 2.13,6. Формирование требуемого растра
обеспечивается функциональной зависимостью между сигнала1ми
отклонения Х и У Y=f (Х) или в параметрической форме функ­
циями от безразмерного аргумента k= [t/Тсп] (Тсп - период фор­
мирования сегмента полиграммы) :
(2.36)
"'
.r: :
'
Ь.1
а)
Рис. 2.13 . Принцип формирования знаков в полиграммно-
растровых СОИ:
а - из 7-сегментной; б
-
из 19-сегментной полиграмм
39


xt~
З
1_
~
---
~2
--
'
1
О12J45Б7ВS!О1112/Зllf151617к
Уt.4
а)
1
7В
~
~illl
D12З4-5Б78910111ZIJ14-15IFк
о)
Рис. 2 .14 . Временнь1е диаграммы отк л оняю­
щих сигналов Х, У при формировании 7 - сег­
ментной полиграммы
На рис. 2.14, а, 6
показаны временн~е
диаграммы для откло ­
няющих сигналов, фор­
мирующих 7-сегмент­
ную полиграмму (рис.
2.13,а). На рис. 2.15
приведена структурная
схема СОИ полиграм­
мно-растровог9 типа.
Реализация уравнений
(2 .36) для формирова ­
ния растра осуществ­
ляется преобразовате­
лями кодов ПКХ и ПКУ, преобразующими код номера сегмента
полиграммы от счетчика сегментов Счсп в код уровня отклоняю­
щих сигналов, подаваемый на вход цифроаналоговых преобразо­
вателей ЦАПХ; ЦАПУ.
Таким образом, преобразователи кодов ПКХ и ПКУ преобра­
зуют d-разрядный код с выхода счетчика сегментов Счсп соответ­
ственно в тх- и ту-разрядный код управления цифроаналоговы­
ми преобразователями ЦАП Х и ЦАП У:
d= [log2Ncп]; тх= [log2Nyp х]; тr= [log2Nyp у],
(2.37)
где N сп - число сегментов полиrр аммы; N УР х; N УР у - число уров­
ней сигналов Х и У.
Счетчик Счсп управляется импульсами тактового генератора
ТГ, следующими с частотой fтг=I/Тсп - Сдвиг уровня напряжения
при переходе от одного знакоместа к другому производится
ЦАП Х в соответствии с кодом номера знакоместа с выхода СЧзн­
Сдвиг уровня напряжения при переходе к новой текстовой строке
От Счт.с
Рис. 2.15. Структурная схема СОИ полиграммно-растрового типа:
.
ос х _ отклоняющая система по оси Х; ОС У
-
отклоняющая система по оси 'i
40


производится ЦАП У в соответствии с кодом номера текстовой
строки с выхода СТте•
Информация об отображаемом в данном знакоместе знаке
снимается с выхода буферного запоминающего устройства и по­
дается на входы ПКИМ, информационная емкость которого опре­
деляется условием
СпI<ИМ ;;;а: NазNсп·
(2.38)
Сигнал с выхода ПКИМ поступает на вход дополнительного
преобразователя ПК Z, с помощью которого осуществляется
управление яркостью при движении луча по сегментам полиграм­
мы . Как видно из рис. 2.14, длина сегментов полиграммы неод и ­
накова, а время их формирования одинаково, так как задается
единым тактовым генератором ТГ . Электронный луч, пройдя за
одно и то же время разные расстояния при постоянном уровне
модулирующего сигнала, сформирует сегменты с различной ка­
жущейся яркостью. Для получения постоянной яркости необходи­
мо изменять уровни модулирующего сигнала Иz в зависимости
от длины (номера) сегмента, что и осуществляется преобразова­
телем ПКZ. Преобразователь формирует k комбинаций выходных
кодов, соответствующих k различным уровням сигналов модуля­
ции яркости И z. Для 7-сегментной пол игр аммы таких уровней
должно быть три: 1) соответствующий отсутствию подсветки луча
И,z = О; 2) соответствующий подсветке горизонтальных СП Иzг;
3) соответствующий подсветке вертикальных СП Иzв= Иzгhз' /Ьз' .
Преобразование кодов с выхода ПК Z непосредственно в уров­
ни модулирующих сигналов осуществляется цифроаналоговым -
преобразователем ЦАП Z .
Цифроаналоговые преобразователи ЦАП Х; ЦАП У; ЦАП Z
преобразуют код с выходов соответствующих преобразователей в
напряжение заданных уровней. При формировании сегментов по­
лиграммы в пределах знакоместа переход от уровня к : уровню
должен происходить плавно, как показано на рис. 2.14 . Для этого
ЦАП Х и ЦАП У должны содержать интегрирующие цепи, иначе
переход от уровня к уровню происходит ступенчато и полиграмма
представлена лишь узловыми точками. Построение отдельных уз­
лов структурной схемы рассмотрим на примерах.
Пример 2.7 . Составить с.труктурную схему устройства формирования верти­
кального отклонения для буквенно-цифрового СОИ с : 7-сегментной полиграммой.
Система отклонения электронного луча - электростатическая.
В устройство формирования напряжения входи:~- _преобразователь кодов
ПК У, тщфроаналоговый преобразователь ЦАП У и уси:71итель верти!(ального от­
клонения. В соответствии с выражениями (2.32) определяем разрядность счет­
чика сегмев:тов и входов ПК: Х и ПК У. Число сегментов, включая сегменты,
формируемые при повторном прохождении луча; Nc ,ri = 8. Для указанной поли ­
граммы Nypx =2; NурУ = З . Следовательно , d=3 ; mx=1; my = 2.
В соответствии с диаграммой рис . 2.14 составим таблицу истинности для
преобразователей ПК У.
Низкому уровню сигнала У соответствует QY2, QY1 = 11; ср.еднему- QY2X
XQY1 =10; высокому-QУ2 , ,QY1 =0,1 . Уровни изменяются в начале формирова­
ния очередного СП. Минимизируя логические функции QY1 = {1 (QЗ ; Q2; Ql) и
QY2=f2(Q3 ; Q2; Ql), получаем : QY1 =QЗ · Q1VQЗ · Q2VQ1 ·Q2, QY2 :.. _iJ2 .QIV
41


Таблица 2.2
Номер cer•
Код номера Код уровня
11
Номер сег-
Код номера
Код уровня
мента
сегмента
сигнала У
мента
сегмента
сигнала У
QЗQ2Ql
QY,QY,
QЗQ2Ql
QY,QY,
1
011
10
5
101
10
2
010
10
6
110
10
3
001
01
7
111
11
4
100
01
8
ООО
11
V Q2 • Q 1. Эти выражен111я могут быть реализованы на базе комбинационных ло­
гических схем. Более простую их реализацию можно получить, используя муль­
типлексоры. На адресные входы мультиплексора подается юомбинация сигналов
Q3Q2Ql, а на его информационные входы-логическая единица или ноль в соот­
ветствии с табл. 2.2. Полученная схема преобразователя показана на рис. 2. 16 .
Преобразование кода QY2; 1QY1 в три у,ровня осуществляется простейшим
цифроаналоговым преобразователем I-Da базе резистивного делителя напряжения
и ключей на транзисторах; Т1; Т2. Включение Т, 1 и Та обеспечивает наименьший
коэффициент передачи, включение Т,1 - средний; включение Т2
-
высокий . В ка­
честве интегрирующей цепочки используется простейший ~RС-фильтр, с выхода
которого снимается сигнал У'.
Сдвиг уровня текстовой строки зависит от ее номера. Следовательно, код
с выхода счетчика текстовых строк Счтс , должен подаваться непосредственно
на цифроаналоговый преобразователь ЦАП У. Ступенчато нарастающее напря­
жение У" с выхода этого преобразователя суммируется аналоговым суммато­
ром ~ с напряжением У' и подается на вход усилителя вертикальн ого откло ­
нения.
Пример 2.8. Составить структурную схему п реобразователя кодов информа ­
ционной модели (ПКИМ) СОИ . с ? - сегментной полиграммой (рис. 2.13,а) для
формирования цифровой информации (N аз = 10). Составим таблицу истинности
42
Се
.;:,аз _.__ _ .
:с, аz___......____.
,§ Q/- +--+ -~
~~~~
Рис. 2. 16 . Ст р уктурная
схема устройства форми­
рования сигнала верти-
кального отклонения


Та·блица 2.3
Код знака
Q4QЗQ2QI
Код сигнала управления подсветом сегмента поли,· раммы
Знак
QZ, 1Q?, 1QZз IQZ4
1QZ;\QZ,1QZ,1QZ8
о
0000
1
о
1
1
1
о
1
1
1
0001
о
о
1
о
о
о
1
о
2
0010
1
1
1
о
о
о
о
1
')
00 11
о
1
1
1
о
о
1
1
и
4
0100
о
1
1
о
1
о
1
о
,',
0101
()
1
о
1
1
о
1
1
6
0110
1
1
о
1
1
о
1
1
7
0111
о
о
1
1
о
о
1
о
8
1000
1
1
1
1
1
о
1
1
9
1001
о
1
1
1
1
о
1
1
(табл. 2.3) для формирования функций QZ;= F(Q4; Q3; Q2 · Ql), где ,QZ; - код
сигнала управления подсветкой i-го сегмента полиграммы; Q4; Q3; Q2; Ql -
двоично - десятичный код цифр .
Информационная емкость ПКИМ в соответствии с выражением (2.38) рав­
на . Спким=10Х7=70 бит (сегмент No 6, соответствующий повторному прохож ­
дению луча, всегда должен быть погашен). Так же как в телевизионных СОИ,
ПКИМ выполняют обычно с использованием ППЗУ с организацией N азХNсп ,
т . е . с Nсп·разрядным выходом. Параллельный Nсп - разрядный код преобразуется
в последовательный код управле ­
ния подсветкой луча с помощью
параллельно - послед овательного
регистра Рг. Следовательно, для
rюстроения ПКИМ требуется про­
граммируемое постоянное запо­
t,,1инающее устройстно (ПГJ~У) с
организацией Спким=10Х7 бит.
Этому условию могут удовлетво­
рять две схемы БИС ОЗУ нако­
rштелей емкостью 16Х4. Схема
ПК ИМ приведена на рис. 2. 17.
- =Q , , ,t _ _ _гA-1..-П-ЗY-,.-Q-,i, __ Q_Z~1 -----<
~QZ
А2 fбХ Q21------1
t:,
QJ
AJ Xf+ QJl-------1
;; !+
А4 Q4,_ __ __
ПЗУ Qt
tБх Q
xf+ QJ
Q
_г._в_к.___,__.
fзн
В данном случае две БИС
ППЗУ можно заменить на стан ­
цартный преобразователь , двоич ­
но-десятичного кода в семираз­
рядный код управления 7-сег­
ментными знакосинтезирующими
индикаторами .
Рис. 2.17 . Преобразователь кода цифрово й
информационной модели полиграммно-раст­
рового СОИ
§ 2.6 . СО И с функциональным способом
форм и рования знаков
Функциональный способ формирования информационной моде­
ли характеризуется тем, что траектория движения электронного
луча определяется контуром отображаемой модели . Следователь­
но, при формировании знаков траектория перемещения луча для
каждого знака индивидуальна и определяется системой уравнений
х(t)=fi(t),
1
у(t)= 'Pi(t),
(2.39)
Z(t) = Fi(t),
1<, i <, Na,·
43


6 7вэto
5
Nзо ОХ3
1+ 111213
1~ 14-
15
о
181716
Dо
1D
2о
:
f1о
12о
а)
18о
!
~L~
,~~
1111.~rr111r111rr
О12J45б7В9101112tJtl.f/5161718 n
D12J45б789101112/Jft+15I61718 n
8)
QX2 QX1 QY3 QYz QY1
ооDDD
DDDD1
ооD1D
:
..
ото11
1оо11,
,'
..
..
о1Dоо·
Б)
?11с. 2.18 . Формирование
шака функциональным
к оординатно-точечным
методом:
а-• аппроксимация буквы Б ;
6-представление буквы Б
;.оордпнатами ЭО; в - вре­
меннЬ1е диаграммы отклоня-
ющи х сигналов
В связи с тем что точная реаJiизация указанных уравнений
для сложных контуров знака невозможна, используют различные
способы аппроксимации знаков, среди которых наиболее распро­
странены координатно -т очечная и кусочно-линейная.
При координатно-точечной аппроксимации используется точеч­
ный элемент отображения, положение которого в пределах знако­
места задается двумя координатами Х, У; третья координата L
оттределяет интенсивность свечения ЭО или его цвет . На рис. 2.18,а
показано построение букв Б и Нс использованием указанно~ ап­
проксимации. Координаты ЭО, входящих в контур Б, показаны
на рис. 2.18,6. Таким образом, при координатно-точечном пред­
ставлении преобразователь кодов информационной модели осуще­
ствляет преобразование кода знака в последовательность коорди­
нат ЭО, определяющих его начертание.
Структурная схема СОИ с функциональным способом форми­
рования буквенно-цифровой ИМ приведена на рис. 2.19. ПК ИМ
на рисунке реализован на основе ПЗУ и двух цифроаналоговых
преобразователей ЦАП Х и ЦАП У . Разрядность кода k коорди­
наты Х определяется условием k> [log2bз'] (Ьз' - размерность
знакоместа по горизонтали), разрядность т координаты У-усло­
вием т> [log2hз'] (hз' - размерность знакоместа по вертикали).
44


Разрядность r кода коорди­
наты Z определяется коли­
чеством градаций яркости
н цвета. Так как количест,
во ЭО в знакоместе зави•
сит от контура отображае­
мого знака, то вводится
дополнительный разряд OR,
определяющий момент окон­
чания формирования знака.
Таким образом, разрядность
ячейки памяти ПЗУ п ПЗУФ;;;::.
~ m+ k+r+ 1. Количество
- - ·----- ·пкимl
-
х1
у1
z1
Рис. 2.19. Структурная •схема СОИ с фун­
кциональным методом формирования знаков
ячеек памяти определяется длиной алфавита и максимальным
числом ЭО (Nэо з), приходящимся на один знак:
Nпзу Ф;;;::,, Nаз Х N30 з·
(2.40)
Информационная емкость ПЗУ ПКИМ СОИ функционального
типа с координатно-точечным представлением знаков
Спзу Ф.= Nпзу Ф Х nпзу Ф·
(2.41)
При матрице знака 5Х7 максимальное число ЭО, входящих в
KOHTfl), Nэо з=ЗО; k=m = 3; r=1; Спзуф=NазХЗОХ8 бит т. е. на
каждый знак требуется около 240 бит информации .
Некоторое уменьшение объема информации, необходимого для
формирования знаков, обеспечивается суммированием прираще­
ний координат Х и У. При этом для перехода от одного ЭО к дру­
гому следует задавать информацию о знаке приращения и его
величине. Дальнейшее сокращение информационной емкости ПЗУ
ПКИМ достигается при использовании укрупненных элементов,
в частности отрезков прямых.
ГЛАВА 3
Особенности построения цифровых узлов
средств отображения информации
§ 3.1 . Буферные запоминающие устройства
буквенно-цифровых СО И
Буферные запоминающие устройства выполняются ка-к моду.!!и
ОЗУ с произвольной выборкой на основе полупроводниковых на­
копителей - БИС ОЗУ Нк, объединяемых в прямоугольную мат­
рицу из те рядов по mp БИС в каждом ряду. Такая организация
должна обеспечить требуемое число ячеек памяти ЗУ Nзу и тре­
буемую их разрядность п. В модуль ЗУ входят также схемы со­
гласования выходных и входных информационных и адресных
45


сигналов и схема де ш ифратора адреса. Расчет модуля БЗУ про­
изводят в такой последовательности.
1. Находят требуемую разрядность п БЗУ в соответствии с
выражением (1 .29) и требуемое число ячеек памяти Nзу в соот­
ветствии с выражением (2.19) .
2. Определяют требуемое быстродействие в соответствии с
(2.23) при учете времени задержки счетчика адресации tD сч а и
схем согласования по адресным входам и информационным выхо­
дам tn согл. Таким образом, время выборки БИС ОЗУ Нк относи­
тельно адреса должно быть
tА<~г(l -а. 2)/Nзтсf2 -tвПЗУ -iпс,,А -fпсо rл•
(3.1)
3. Выбирают тип БИС ОЗУ Нк, обеспечивающий требуемое
быстродействие, с информа ционно й емкостью Сн к = NнкХnнк ,
наиболее удовлетворяющей требованиям по емкости и организа­
ции памяти БЗУ, при заданн ых ограничениях по стоимости, по­
требляе мой мо щно сти и критерию доступности.
4. Определяют число ОЗУ Нк в ряду матрицы накопителей
mp, необходимое для получения требуемой разрядности ЗУ:
тР = [nзу /nнк1 •
(3.2)
5. Определяют число рядов матрицы накопителей т е, необхо­
димое для наращивания объема ЗУ с целью по луче ния требуе­
мого количества N3 y я чеек памяти :
46
те= [Nзу /Nнк1•
(3.3)
i{
1
1
1
1
gj'
о)
8)
Рис. 3.1. Сх емы объединения выхо­
дов БИС ОЗУ:
а - с ТТЛ-выходом ; б- с открытым кол ­
лектором; в - с тремя устойчивыми со­
стояниями
6. Находя т общее количе­
ство БИС ОЗУ Нк, входящих
в модуль ЗУ:
(J.4 )
7. · Организуют формирова­
ние информационных входных
и выходных цепей модуля, для
чего объединяются все одно­
именные информационные вхо ­
ды D; и ВЫХОДЫ Qj те-БИС,
входящих в один столбец мат ­
рицы накопителей . Объедине­
ние информационных входов
производится непосредствен ­
но, объединение же информа ­
ционных выходов зависит от
типа выходных цепей БИС
ОЗУ Нк: БИС с ТТЛ-выхода­
ми, аналогичными выходами
логических элементов ТТЛ ,
объединяются с помощью ло ­
гической
схемы
ИЛИ


(рис. 3.1,а), выходы БИС с открытым коллектором объединяются
по схеме монтажного ИЛИ (рис. 3.1,6), выходы БИС с тремя
устойчивыми состояниями объединяются непосредственно (рис.
3.1,в).
Для схем, имеющих выходы с открытым коллектором, значе­
ние сопротивление нагрузки должно находиться в пределах
Rн min~Rн~Rн max,
(3.5)
Максимальное значение Rн max выбирается из условия, чтобы
при формировании сигнала логической единицы падение напря­
жения (Ион) на резисторе, определяемое протекающими по нему
токами, не приводило к недопустимому уменьшению уровня на­
пряжения логической единицы:
Rнmax= ( Иss.min-Иoн mtn) / (/он+Рl 1нн+ (тс-1) / о ут), (3 ,6)
где Ион min - минимально допустимый уровень напряжения логи­
ческой единицы; Иss min - минимальное значение напряжения пи­
тания; / он - выходные токи логической единицы БИС ОЗУ Нк;
I 1нн - входные токи логической единицы микросхем нагрузки;
I о ут - выходные токи утечки БИС ОЗУ Нк; р
-
число входов
микросхем нагрузки, подключенных к одному информационному
входу . Минимальное значение Rн min выбирают из условия, чтобы
при формировании сигнала логического нуля падение напряжения
на резисторе, определяемое протекающим по нему токами, обес­
печило допустимый уровень логического нуля:
Rн min= ( · Иssmax-·ИoL m;x) / (/oL-Pf1нL+ (tnc-1) fo ут), (3.7)
где ИоL max - максимально допустимый уровень напряжения ло­
гического нуля; Иss max - максимальное значение напряжения пи­
тания; / oL - выходные токи логического нуля БИС ОЗУ Нк;
f1нн - входные токи логического нуля микросхем нагрузки;
8. Организуют адресацию ячеек памяти по двухкоординатному
принципу - выбор ряда матрицы накопителей осуществляе1ся по
входам выбора микросхем ВК, выбор же ячейки памяти_ в ряду­
по а_цресным входам БИС. Для этого одноименные адресные вхо­
ды Ai всех БИС ОЗУ Нк объединяют. Из k= [log2NзYl адресных
разрядов модуля ЗУ kl=log2Nнк разряд выделяют для адресации
ячеек памяти в пределах одного ряда матрицы накопителей, а
k2= (k-kl) старших разрядов - для адресации рядов матрицы.
Для реализации последней выбирают дешифратор k2-разрядного
входного кода. Каждый выход дешифратора подключаются к объ­
единенным входам выбора микросхем ВК одного ряда матрицы
накопителей .
9. Определяют токовую I nL; I пн и емкостную Сп нагрузки для
схем ввода информации в ЗУ с учетом того, что коэффициент раз­
ветвления для них определяется числом объединенных информа­
ционных входов БИС ОЗУ Нк те:
(3.8)
47


где lшL, lшн, Ст - входные токи логического нуля и логической
единицы и входная емкость по одному информационному входу
БИС; Смп - монтажная емкость цепи информационного входа.
Для БИС ОЗУ с двунаправленными информационными выводами следует
учитывать также входные токи микросхем нагрузки. В этом случае
IDL=mc!1DL+PIIL; IDн=mcl1Dн+PI1н; CD=mcC1D+cмD+CмQ+PC1,
(3 .9}
где 11 L, 11 н, С1 - входные токи логического нуля и логической единицы и
входная емкость микросхем нагрузки БЗУ; р - число входов микросхем на ­
грузки, подключенных к одному выходу БЗУ; СмQ - монтажная емкость цепи
информ_ационного выхода.
10 . Определяют токовые I QL; I Qм и емкостную CQ нагрузки по
информационным выходам БИС Нк. Для схем, имеющих выход­
ные цепи с тремя устойчивыми состояниями,
IQL=plIL+ (тс-1)/Qут; !Qн=рlш+
+(тс-1)/Qут; CQ=mгCQo+pC1+CмQ,
(3.10)
где CQo - выходная емкость одного информационного выхода ;
СмQ - монтажная емкость цепи информационного выхода; 1Q ут -
ток утечки невыбранного выхода.
Для микросхем с двунаправленными информационными выводами в каче­
стве нагрузки следует учитывать также токи утечки /оут схем ввода информа­
ции в БЗУ и их выходную емкость CoQ, так как они при вьiводе информации
остаются подключенньiми к информационным выводам, но переводятся в высо­
коимпедансное состояние. В этом случае
IQL=Pln+(inc-1)/Qyт+Ioyт;
}
(3.11)
1QH= р!!Н+(те- 1)!Qут+1Оут; Cq= mcCQO+рС1+СмQ•
11. Определяют токовые IлL; !Ан . и емкостную СА нагрузки по
выходам схем адресации с учетом того, что коэффициент развет­
вления для них определяют числом БИС ОЗУ Нк в модуле т :
IлL=ml1лL; li1н =m l1Aн; Сл =С1А+Смл,
(3.12)
где I1лL, I1АН, С1А - входные токи логического нуля и логической
единицы и входная емкость одного адресного входа БИС ОЗУ;
Смл - монтажная емкость адресной цепи.
12. Находят токовые I DCL; I Dсн и емкостную СDc нагрузки на
выходы дешифратора, учитывая, что коэффициент разветвления
для них определяется числом БИС ОЗУ Нк в ряду матрицы на­
копителей:
(3.13)
где I1вк; I1вк; С1вк- входные токи логического нуля и логической
единицы и входная емкость входа выбора микросхемы ВК; Смвк -
•
монтажная емкость цепи выбора !\IИКросхем . .
Полученные в п . 9-12 нагрузки и емкости должны удовлет­
ворять требованиям техни_ческих условий по нагрузке соответст­
вующих микросхем. При несоблюдении этих условий необходим:о
включать схемы согласования.
13. Рассчитывают потребляемую мощность ЗУ:
Pssзy=Pssнк+Pssпc+Psscorл,
(3.14)
48


где Рssнк.; PssDc; Рssса гл-мощности, потребляемые всеми J:SИC
ОЗУ Нк, дешифратором и схемами согласования. Потре бляемая
мощность в режиме ЗАПИСИ/СЧИТЫВАНИЯ и в режиме хра­
нения для многих микросхем ЗУ различна. Одновременно в режи ­
ме обращения к ЗУ могут находиться mp БИС ОЗУ Нк, опреде­
ляющие одну ячейку памяти БЗУ ; следовательно,
Рssнк = mpPssw1R+ (т - тр) Pssм,
(3. 15)
где Pssw ;н , Pss м- мощности, потребляемые БИС ОЗУ в режи­
мах выборки и хранения.
14. Определяют временнь1е параметры модуля БЗУ . Для пра ­
вильного выполнения функций БИС ОЗУ необходима подача сиг ­
налов по различным входам с определенными сдвигами по вре­
мени, длительностям и периодам повторения.
Пример 3.1 . Произвести расчет м од уля БЗУ для буквенно -ц ифрового теле ­
визионного СОИ со стандартной чересстрочной разверткой, если число текстовых
строк Nтс=19, число знако·в в текстовой строке Nз тс = 80, алфавит кодируется
стандартным кодом КОИ-8 (n = 8), время выборки относительно адреса ПЗУ
tв пзу< 60 нс, время задержки Сч А •fпсч л<30 н,с; монтажные емкости всех цепей
См,;;;;20 п Ф, число микросхем нагрузки БЗУ р= 3, в х одные токи логических схем
серии К!55 : /IL,;;;;1,6 мА; /rн:,;;О , 04 мА; Cr,;;;;10 пФ.
В соответствии с (2.16)-(2.18) выбираем требуемое чи сло адресных раз­
рядов: r= [Iog280] =7; (k-r ) = ,[Iog219] =5; k = 12.
2. В соответствии с (2.19) определяем требуемое число ячеек памяти : Nзу~
~27 Х19=2432. Соответственно С53 у;;;,,2432Х8 бит.
3. О пр еделяем требуемое быстродействие БИС ОЗУ Нк в соответствии с
(3.1) · (принимая fпсоrл = О): tA,;;;;(1-0,18) ·10 9/l5 625•80 - 30 - 60=566 нс .
4. Выбираем БИС ОЗУ Нк. По быстродействию, информационной емкости
и организации наиболее подходит микросхема ОЗУ КР541РУ2А, имеющая ин­
формационную емкость Снн= 1 КХ 4 (N нн = l К, nнн= 4). Такая организация
обеспечивает минимальное число интегральны х ·схем в модуле при минимальной
избыточности. Особенностью микросхемы является двунаправленный вход - вы­
ход с тре мя устойчивыми состояниями .
5. Рассч итываем число БИС ОЗУ в ряду матрицы нако п ителей, необходи­
мое для получения восьмиразрядного информационного слова по формуле (3.2):
ffip= [8/4] = 2.
•
6. Находим число рядов матрицы накопителей те по формуле (3.3) те =
= [2432/1024]=3. Общее число БИС ОЗУ m= ЗХ2= 6. Такое количество нако­
пителей ОЗУ обеспечивает объем па мяти С53у=3 КХ8. Полученн ая избыточ-
ность определяется т ем, что N3 y в данном случае не кратно :Nнн.
7. Составляем матрицу накопителей, состоящую и з трех рядов по две БИС
ОЗУ Нк в каждом ряду (рис. 3.2). Объединяем информационные входы
-
вы­
ходы БИС разных групп , но формирующих одни и те же информационные раз­
ряды. Учитывая двунаправленность указанных выводов, необходимо, чтобы
устройство ввода информации имело выход с тремя устойчивыми состояниями.
8. Обыщиняем адресные входы всех БИС и пода ем на них 10 младших
(AJO - Al) разрядов кодовой комбинации от устройства адресации. Оставшиеся
два разряда (А12, AJJ) по даем на вход дешифратора DC (2 на 4), из четы­
рех выходов которого используются лишь три .
9. Объединяем все входы Зп/Чт и подключаем их к - выходу схемы управ­
ления режи мом ЗАПИСЬ/ЧТЕНИЕ.
10. Определяем токи нагрузки и величину емкостной нагрузки для устрой­
ства ввода информации по формулам (3.9):
/nL=3·0,45+3·1,6=5,15 мА;
/пн=3 · 2О+З • 40=180 мкА;
4-314
49


Выхо!J БЗ!J
А
/
QI ... Q4
Q5'"qв
'!О ЗУн~ 'llqt .....
А/О З!iнк VQI ---<1
-
А/
-
А1
-Зп/.Чт
-
_Зп/,1/т
гвкl {Щ•--··
гвкl V{}~
-
AIC IЗУнк [D(}/ .....
/С З!J DQI ...._ __
.
нк
".
:
... ...,._
Af
.~
-
AI
:
-
,-...
~пс-
• 1-- Зп/.Чr
-зп/,1/т
гвкl. Vf}4 ,___
гвиl DQч. --
A!I
-
-
/О З!:J. D{)/ ......
''10 Dfll
-
'
нк
3!:!нк -
.,___
AI
,...
-дl
'
-
;
,.,__ Зп/,'lт
>-- Зп;;Чт
-
гвкl 'llllч >--
-
Г вкl 'lJQч,___ •
AIO
-
'
"А/
J/пра8ление режимом
...
DI .., Dч-
D5 DB
запись/ чтение
'
Bxol 53!!
Рис . 3.2. Функциональная схема модуля БЗУ емкостью ЗКХ8
Сп=3·4+3-10+40=82 пФ.
11. Определяем токи нагрузки и величину емкостной нагрузки на информа­
ционные выходы БИС ОЗУ Нк по формулам (3 .10): ток утечки foyт=lQyт=
~20 мкА; /QL=3·1,6+2·0,02=4,84 мА; 1Qн=3·40+2·20+20=180 мкА; CQ=
=3 .10+3 •10+20+20+10=110 пФ .
Полученные значения токов и емкостей нагрузки удовлетворяют соответст­
вующим требованиям для ИС серии 155 .
12. Определяем токи нагрузки и емкостную нагрузку по адрес ным цепям
по формулам (3.8): lлL=б·О,45 мА=2,7 мА; 1 лн =6·20 мкА=120 мкА; Сл=
=6 ·4 пФ+20 пФ=44 пФ.
Для схем серии К:155 указанная нагрузка допустима.
13. Определяем токи нагрузки и величину емкостной нагрузки для дешиф­
ратора по формуле (3.9): In cL =2·0,45=0,9 мА; 1псн=2·20=40 мкА; Спс=
=2 •4+20=28 пФ.
Для дешифратора серии К:155 такая нагрузка допустима.
1.4. Рассчитываем потребляемую мощность БЗУ. Потреб ляемая мощность
БИС КР541РУ2 500 мВт. Pss нк=6·0,5=3 Вт.
Потребляемая мощность дешифратора (например, К155ИД4) Pssnc=
=0,2 Вт. Обшая потребляемая мощность БЗУ Pss ЗУ = 3,2 Вт.
50


§ 3.2 . Вспомогательное буферное запоминающее
устройство телевизионных графических СО И
В § 2.5 было показано, что ВБЗУ должно иметь большую ин­
формационную емкость, определяемую числом точек дискретиза­
ции r1нформационного поля, и высокое быстродействие . В связи
с этим для построения модуля ВБЗУ широко используют ЬИС
ОЗУ Нк динамического типа, обладающие максимальной инфор­
мационной ' плотностью на кристалл при низкой удельной стоимо ­
сти на бит информации. Выпускаемые БИС ОЗУ динамического
типа имеют информационную емкость до 256 К бит (в перспекти ­
ве эту емкость увеличат до 1 Мбит). Время выборки tA запоми­
нающих БИС МДП-технологии лежит в пределах 200-100 нс .
Недостатком динамических БИС является необходимость органи­
зации процесса регенерации содержимого памяти в связи с огра­
ниченным сроком хранения информации в этих микросхемах . llе­
риод регенерации для большинства динамических БИС ЗУ :,;;;;2 мс
Время выборки ВБЗУ при непосредственном съеме информации,
с выходов БИС в канал формирования видеосигналов должно
быть tл::;;;;Тэ. Последнее условие выполняется при относительно.
небольшом числе ЭО в строке. Обеспечение требуемого быстро­
действия при большом числе точек осуществляется за - счет орга­
низации параллельного вывода информации . Число разрядов
ячейки памяти ВБЗУ в режиме чтения пВБЗУ R определяется из
условия
пВБЗУR;,,, пВБЗУW Х mR,
(3.16)
где пвБзУw разрядность ВБЗУ при записи; mR - коэффициент
увеличения разрядности ВБЗУ при чтении :
mR>[tABБЗY /(Tэ-tDRG)],
(3.17}
где t лв 53у- время выборки относительно адреса БИС ЗУ, вхо­
дящих в ВБЗУ; tDPг - время задержки включения выходного ре­
гистра ВБЗУ .
В то же время запись информации в ВБЗУ производится по­
битно для черно-белого изображения или с разрядностью пвБзУw
при кодировании признаков цветности или градации яркости. <...:ле ­
довательно, ВБЗУ строится по принципу памяти с переменно й
организацией. При записи .
СвБзУw = NВБЗУ1v Х nвБЗУ1v;
при чтении
СвБЗУR = NвБзУRХпВБЗУ R·
(3.18 )
При сохранении постоянной информационной емкости ВБЗУ в
обоих режимах изменение разрядности ячеек памяти приводит к
изменению их числа:
NвБзРR = NвБзУ /тR.
4*
(3.19)
51


2
тх
t------r----1-:п:-~п1
яп
яп2
'-+--_..___....
1
1
.
яп~.п•
'
ту
L--~--t--+-
·•·.
При синтезе модуля ВБЗУ из
БИС ОЗУ Нк емкостью Снк=
=Nнкnнк число интегральных
схем, требуемых для наращива ­
f:!ЩI необходимой разрядности,
тР = [пввзУ R /пнк],
(3.20)
а число рядов, дополняющих
дуль до требуемого объема
числу ячеек памяти,
мо­
по
те= [NввзУ R/Nнк]-
(3 .21)
С многоразрядного выхода
БИС ОЗУ информация nввз;; R-
разрядным кодом переписывает­
ся параллельно в дополнитель­
Рис. 3.3. Упрощенная схема матрицы ный регистр, с которого он по-
БИС ЗУ
.следовательно с частотой такто-
вого генератора fтr развертыва­
ется по ТВ-строке аналогично тому, как это делалось при форми­
ровании знаков.
В большинстве динамических ЗУ регенера ция осуществляется
при обращении (записи или считывании) по строке (столбцу).
Это значит, что регенерируется содержимое всех ячеек памяти,
находящихся в одной строке (столбце) с адресуемой. Упрощенная
структура матрицы накопителя БИС ЗУ с двухкоординатной ад­
ресацией показана на рис. 3.3. При общем числе ячеек памяти
Nнк число столбцов тх и число рядов ту при квадратной матрице
равно V Nнl(- Адрес ячейки памяти в строке, а следовательно, и
номер столбца матрицы задаются младшими разрядами Al-Ak.
При организации регенерации памяти по столбцам восстановле­
ние содержимого всех ячеек памяти осуществится в том случае,
если за период регенерации произойдет обращение ко всем
- VNнк адресам, задаваемым младшими адресными разрядами
БИС ЗУ. При этом старшие разряды могут оставаться неизмен ­
ными. При регенерации телевизионного изображения осуществля ­
ется последовательное считывание содержимого ВБЗУ по строкам.
Обращение ко всем Nec элементам одной строки ВБЗУ происхо­
дит за период регенерации памяти
TREF = Т zlnR l!Nнк/Nэс·
(3.22)
Проиллюстрируем построение модуля ВБЗУ п римером.
Пример 3.2. Составить структурную схему модуля ВБЗУ для по лно г рафи­
ческого СОИ телевизионного типа с Nзс= Nэв =512 при заданном коэффициенте
использования растра по горизонтали и по вертикали ·~г =0;75, ~. = 0,9; изобра­
жение строится без полутонов (Nпр = 2) .
1. Определяем разрядность модуля ВБЗУ при записи: nввзУ,,, = [log2 2] = 1
и информационную емкость ВБЗУ по формуле (2.29): С363 у,,, = 512 ·512· 1 бит =
=2'8 Х 1 бит=28 КХ1 =256 KXI.
:S2


2. Выбираем в качестве ОЗУ Нк БИС, имеющую информационную е мкость
64 КХ 1 и максимальное время выборки относительно адреса t А~ 120 нс.
3. По формуле (2.4) находим длительность импульса, формирующего ЭО:
Тз=О,82 · 0,75/(512 ·15 625)=77 нс.
4. Рассчитываем коэффициент ув елич ения разрядности ВБЗУ при чтении
по формуле (3.17) (зададимся значением tn Р,<30 нс): mн:> [120/ (77-30)] =3 .
Выбираем mн =4 .
5. Определяем разрядность ВБЗУ при чтении пБВЗУ R=4X1 = 4.
6. На ходим значение mp по формуле (3.20): mp=4/ 1 =4, число рядов те -
по формуле (3 .21), найдя предварительно по формуле (3 .19) число ячеек памяти
ВБЗУ: NБВЗУ R=256 К/4=64 К; me= 64 К/64 K=l .
7. Определяем период регенерации памяти по формуле (3.22) ТнвF=64-4Х
Х256/512 =12 8 мкс, что полностью удовлетворяет требованиям технических ус­
ловий.
8. На основе полученных результатов по строим структурную схему модуля
ВБЗУ (рис . 3.4) и рассмотрим ее работ у.
В режиме записи модуль ВБЗУ следует рассматрива ть как модуль ЗУ с
организацией 256 К Х !, четыре БИС которого наращивают требуемый объем ЗУ
(m=4) . Запись инфор мации происходит поочере дно в одноименные ячейки па­
мяти (имеющие одинаковый адрес) каждой микросхемы. Для этого млад ш ие
разряды А!; А2 адресного счетчика записи п одаются на вход дешифратора, с
помощью которого через мульти плексор М осуществляется выбор одной из
БИС по входам ВК. Остальные адресные разряды счетчика записи подаются
на объединенные адресные входы БИС. Информационные входы БИС объеди ­
НЕ;НЫ и подключены к информационному выходу генератора векторов (ГВ).
В режиме чтения организация ВБЗУ 64 КХ 4, что обеспечивается перестро й­
кой организации матрицы накопителей, которая в этом случае состоит из одной
строки (те= 1) с четырьмя микросхемами в строке (mp = 4).
Изменение · организации матрицы накопителей осуществляется с помощью
мультиплексора М. В режиме записи М обеспе чивает подключение ко входам
ВК выходов дешифратора номера ряда матрицы накопителей. На вход дешиф ­
ратора заведено два младших адресных ра зряда, что обеспечивает последов а ­
тельное распределение ячеек памяти по разным БИС ОЗУ Нк. В режиме чтения
на входы ВК всех микросхем подается логическая единица, что приводит к уве­
личению разрядности информационных слов (llвБЗУ R) =4}. На объединенные
"лаг 1_"
ВЫХ QГВ
Зп/ Чт-+---~
Рис . 3.4 . Структурная схема ВЕЗУ информационной емкости 218 бит
53


адресные входы всех БИС подается сигнал от адресных счетчиков чтения. На
каждый четвертый тактовый импульс происходит перезапись содержимого ячеек
памяти в параллельно-последовательный регистр Р,, с которого инфсрмация
последовательно выводится в канал видеоусилителя (ВУ) с частотой f тг/4.
§ 3.3. l(одирование информации о графике знаков
в постоянных запоминающих устройствах
знакогенераторов телевизионных СОИ
Основой знакогенераторов телевизионных СОИ в большинстве
случаев служат постоянные · запоминающие устройства, в которых
хранится информация о графике всех знаков используемого ал­
фавита. При использовании стандартного алфавита целесообраз­
но применять масочные ПЗУ (МПЗУ). Запись информации в них
производится с помощью фотошаблона на заводе-изготовителе.
Достоинством знакогенераторов на МПЗУ является высокая на­
дежность хранения информации и низкая стоимость при массовом
выпуске этих схем. В настоящее время выпускают для знакоге­
нераторов МПЗУ различной технологии. Примером их могут быть
ИС К155 РЕ21-РЕ24 (биполярная технология), К505 РЕЗ
(р-МОП-технология), КР555 РЕ4 (биполярная технология).
Их основные параметры приведены в табл. 3.1.
Для хране ния информации о графике каждого знака требует­
ся hз' ячеек памяти с разрядностью Ьз' Требования к информаци­
онной емкости ПЗУ знакогенератора определяются условиями
(2.20) и (2.21). В связи с тем что число адресуемых ячеек памя­
ти должно быть кратно степени 2, на каждый знак при ходится
выделять 2пу ячеек памяти. Таким образом,
NпзУ ~ N23 2пУ,
(3.23)
где N аз - основание кода алфавита знаков; nv - разрядность ад•
ресных входов ПЗУ, •необходимая для адресации ряда матрицы
знака:
nv= [log2hз'],
Спзу= NпзУ Х Ьз'.
(::3.:г4)
(3.25)
Количество БИС ПЗУ накопителей, входящих в знакогенератор,
определяется условием
(3.26)
или с учетом (3.23)
(3.27)
На основании выражения (3.27) структура БИС ПЗУ Нк пред ­
ставляется состоящей из d групп nнк·разрядных ячеек памяти .
Количество групп d определяется условием
d = Nнк/2пУ.
(3.28)
Следовательно, информационная емкость БИС ПЗУ Нк
54


Параметры
знач:ение
наименование
К505· РЕЗ 002
1
К155 РЕ21 РЕ24
К505 РЕЗ 003
Технология
моп
ттл
Информашюнная
512Х8
256Х4
-емкость БИС, бит
Количество БИС,
2
4
входящих в комплек т
знакогенератора
Размерность матри -
7Х9
5Х7
:цы знака
Код о'бмена инфор-
КОИ-8
К:ОИ-7
маuией
Время выборки от-
15)0
6::J
носительно адреса, нс
Время выборки от-
-
3J
лосител ьно сигнала
выбора микросхемы
Напряжение пита-
+5;-12
+5
ния, В
Входной ток логи -
-
-1
ческоrо нуля, мА
Входной ток логи-
-
0;04
ческой единицы, мА
Выходной ток JIO -
1,6
-
гического нуля, мА
ВЫХО;.( НОЙ ТОК ЛОГИ-
0,04
О,1
ческой единицы, мА
Выхо;: ной ТО< не-
6
-
выбранной БИС (утеч-
ки}, мкА
Емкость по входам
10
10
и выходам, пФ
Емкость нагрузки,
100
100
пФ
Потребляемая мощ-
800
65:)
ность, мВт
Снк=dХ2"УХnнк­
Преобразуем (3.27):
m= [Naз/d] [Ьз/ nнк].
Таблица 3.1
1
К555 РЕ4
ттлш
2КХ8
1
7Х9
КОИ-8
110
40
+5
-0,25
0,025
о,1
-
-
.
10
30
850
(3 .29)
(3.30)
Рассмотрим подробнее принцип построения и структуру П3У
знакогенератора на примере БИС ПЗУ К505 РЕЗ, предназначен­
ных для хранения информации о графике 96 знаков с матрицей
знака 7Х9. Информационная емкость БИС ПЗУ Нк 505 РЕЗ
Снк=Б12Х8. В соответствии с (3.24), (3 .28) и (3 .29) исходная
организация БИС Нк Снк = 32Х 16Х8 (ny=4; d=32; nнк=~),
т. е. в одну БИС можно поместить информацию о графике 32 зна ­
ков, а для 96 знаков требуется три БИС Нк (т=З).
55


Объем памяти БИС при этом был бы использован нерацио­
нально, так как из каждых 16 ячеек памяти для записи ·графики
используется лишь 9. Для уменьшения избыточности информаци­
онной емкости ПЗУ знакогенераторов используют различные спо­
собы уплотнения размещения информации. Так, в рассматривае­
мых схемах ПЗУ с этими целями одну из БИС применяют для
хранения графики не всего знака, а лишь восьми первых рядов ,
а графику последнего девятого ряда помещают в другую ЬИС.
При этом можно считать h'з 1 = 8; ny = 3; d'y = 64. Таким образом ,
исходная организация БИС Нк 512Х8 ' представляе т ся как о4Х
Х8Х8, что позволяет записать графику первых во с ьми рядов
матрицы 64 знаков (про п исные буквы латинского алфави т а, циф­
ры, математические и спе ц иальные знаки). Соответстве н но на
адресные входы первой БИС Нк подаются шесть разрядов кода:
знака (необходимые для выбора одн ого из 64 знаков) и три
младших разряда кода ряда ма т рицы. Орга н иза ция в торой БИС
проведена в соответствии с усл овием (3.29), т. е. ис п ользована
организация 32Х 16Х8 и записана информа ция о графике всех
девяти рядов 32 знаков русско го алфавита. Пять разрядов в ыде­
ляется на выбор знака и четыре разряда - на выбор рядов мат­
рицы. Из неиспользованных 224 ячеек п амя ти эт ой БИС 64 я ч ей ­
ки применяются для хранения графики девятых рядов матрицы
64 знаков первой Б ИС. Выбор т ой или иной БИС до л жен осуще ­
ствляться в соответствии с . кодом знака и кодом н о ме р а ряда
матрицы, для чего н а адресные входы и вход выбора микросхемы
ВК обеих БИС подается логическая комбинация сигналов, сфор­
мированная в соответствии с табл. 3.2 .
Таб.пиuа3.Z
Информация на входах
Вход БИС 505 РtЗ
БИС 002
БИС 003
Прим ечание
Al
Yl
YJQ8Q7
А2
У2
У2
АЗ
УЗ
УЗQ8
QJ - Q8- восьми-
А4
Q7
У4
разрядный код
А5
QJ
Ql
КОИ-8
А6
Q2
Q2
УJ-У4-код но-
А7
QЗ
QЗ
мера ряда мат рицы
АВ
Q4
Q4
знака
А9
Q5
Q5
вк
QB У2У4
QB У2У4
Т ех нол о ги я производства БИС ПЗУ серии 50 5 предусматри в а ­
ет формирование транзистор а элемента па мят и, в . который з ано ­
сит с я л о гический но л ь , и соответственно отсутствие .транзи стор а
в элем енте памяти с логической единицей . В зада в аемой инфор м а­
ци и о гр аф ике знаков отношение пробелов к количеству точек ,
входящих в контур знаков, примерно равно 5: 1. Закодировав ин­
формацию о знаке в инверсном коде . (пробел - логическая еди-
56
.,..,,...-.=sгsmr:::
r,;
J


""
ница, точка контура - логический ноль) , можно значительно
у меньшить количество транзи сторов , к оторые я в л яются о с но вн ым
источником отказов для МОП-схем . Такой подход к программиро ­
ванию ПЗУ повышает надежность, увеличивает процент выхода
годных схем и уменьшает их стоимость.
Недостатком БИС К505 РЕЗ является их низкое быстродейст­
вие (время выборки fA~ 1,5 мкс), что позволяет применять их
.rшшь для СОИ с ограниченны м числом знаков в строке (tз те~
~32) . Увеличить Nз те вдвое можно, использовав в знакогенера-·
торе два идентичных ПЗУ, работающих в схеме поочередно.
ЗначитеJ1ьно большим быстродействием обладают ПЗУ, вы­
полненные по биполярной технологии, например БИС Kl55
РЕ21 - РЕ24. Время выборки указанной :микросхемы не превы­
шает 60 нс. Каждая БИС имеет организацию 256Х4. ПЗУ хранит
информацию о графике 96 знаков с матрицей 5Х7. Код знака
задается сем ир аз рядным кодом КО И - 7. Для более рационального
размещения информации три БИС Нк используют для записи
графики первых четырех столбцов знакомест: Ь 31 ' = 4; hз' = 7; nr =
= 3; d '=32. И с ходную организацию БИС представим как о~Х
Х8Х4, что позволяет в каждой БИС разместить графику 32 зна ­
ков без одног о столбца матрицы. Графика пятого столбца матри­
цы занесена в четвертую БИС Нк К155 РЕ24. Выбор одной из
трех БИС ОЗУ К155 РЕ21 - РЕ23 по входам ВК и соответствен­
но одного из трех используемых разрядов БИС К155 РЕ24 опре­
деляется двумя старшими разрядами кода знака в зависимости
от группы символов латинского, русского алфавитов и знаков.
Пять младших разрядов кода знака испоJiьзуют.:я для выбора
знака, хранимого в каждой БИС. Остальные три адресных входа
микросхемы испоJiьзуются для развер т ки по вертикали, т. е. для
адреса ц ии рядов матрицы знака .
Развитие интегральной тех н оло г ии позволило увеличить ин­
формационную п Jiотность БИС при сохранении высокого быстро­
действия. Изготовленная по пJiанарно-эпитаксиаJiьной технологии
быстродействующих ТТЛ схем с диодами Шатки БИС К555 РЕ4
имеет емкость 16К при организации 2048Х8 и время выборки tA~
~ 110 нс. Указанная схема реализует функцию ПЗУ знакогенера­
тора 160 сим в оJiов с матрицей 7Х9 с восьмиразрядным кодом
обмена информацией КОИ - 8 . Рациональное размещение инфор­
мации позволило снизить информационную избыточность накопи­
теля. Однако при этом 11 адресных входов БИС не позволяют
организовать выбор знака, используя в качестве адресных сигна­
лов восемь разрядов кода знака и четыре разряда кода номера
ряда матрицы . Это •обусловило необходимость дополнительного
преобразователя кодов на входе.
При необходимости формирования нестандартной конфигура­
ции знаков в качестве знакогенераторов используют БИС ПЗУ,
программируемые изготовителем СОИ.
Пример 3.3. Выбрать БИС ПЗУ и составить структурную схему знакогене­
ратора ТВ буквенно -цифрового СОИ для отображения букв русского и латин -
57


ского алфавитов и цифр. Число знаков в строке Nз тс=80, время выборки БЗУ
тто адресному входу t8 БЗУ ,;;;200 нс. Так как нет особых требований по графике
знаков, целесообразно использовать масочные ПЗУ знакогенераторов. Требуемый
алфавит могут· обеспечить все три рассмотренных БИС ПЗУ .
Как было показано в примере 2 .4, использование матрицы знака размерно­
стью 7Х9 для формирования 80 знаков требует применения ЭЛТ с повышенной
разрешающей способностью и расширения полосы пропускания видеоусилителя _
Матрицу знаков 5Х7 имеет БИС К155 РЕ21-РЕ24. Проверим соответствие этой
схемы требуемому быстродействию, которое определяем из условия (2.23):
1-08
tввзУ + fв ПЗУ,;;;: 15625"80 = 0,65 мкс;
t 8 ПЗУ,;;;; 450 нс.
Время выборки ПЗУ серии 155 (tA:;;;;60 нс) полностью удовлетворяет полу­
ченному условию. В модуль ПЗУ знакогенератора должны входить БИС Нк,
дешифратор на четыре выхода и схема объединешия информационных выходов.
Структурная схема модуля ПЗУ знакогенератора показана на рис. 3.5 . Пять
адресных входов всех четырех БИС объединяются и на них подается пять раз­
рядов кода знака, снимаемые с БЗУ (.QJ-Q5). Остальные два разряда (Qб;
Q7) (используется семиразрядный код) подаются на вход дешифрат-ора DC,
с помощью которого выбирается одна из трех БИС (rDS1 -DSз), пятые недо­
стающие столбцы матриц знаков всех трех БИС снимаются с выходов QJQ2,Q3
БИС DS4 . Эти выходы переключаются с помощью мультиплексора М, в качf!­
стве которого может быть использован, например, мультиплексор К155 КП2.
Коммутация выходов DS4 осуществляется в соответствии с кодом на адресных
входах мультиплексора, на которые подаются старшие разряды кода зна1<а
Qб1Q7.
Токовая и емкостная нагрузки на информационные выходы БЗУ определя­
ются входными токами и емкостью адресных входов ПЗУ (1 r л L; 1r Ан и С r л) .
Для БИС К!55 РЕ21-РЕ24 l1лL<l мА; l1лн<40 мкА; С1л:;;;;IО пФ. Под ­
ставляя указ:,нные значения в формулу (3.10) и учитывая, что к выходам БЗУ
подключается <1араллельно четыре БИС ПЗУ Нк (р=4), получим, что допусти­
мые значения выходных токов и емкостей нагрузки БЗУ должны отвечать усло­
вию JQБЗУL~4мА; /QБЗУн~16~мкА; CQБЗУ~65пФ.
БИС К155 РЕ21-РЕ24 имеют выходы с открытым коллектором, что опре-
деляет их объединение по способу монтажного ИЛИ.
L
Рис 3.5 . Структурная схема знакогенератора на БИС ПЗУ 1 55РЕ2 1 -РЕ:24
58
11


Произведем расчет диапазо ­
на допустимого значения Rн по
формулам (3 .5), (3.6), (3.7), учи-
тывая, что напряжение питания
Ивs =5 В±10%, т. е. Ивв min =
=4,5 В; Иsв max =5,5 В; нагруз­
кой модуля ППЗУ являются
входные цепи параллельно-посл е ­
довательного регистра (р= 1) с
выходными токами 11L .,;;_ 1,6 мА;
1, н,,;;О,04 мА; выходной ток БИС
ПЗУ foL,,;;10 мА; fон,,;;О ,1 мА;
1о ут,,;;О,03 мА; коэффициент
mс=З (объединяются выходы
тр ех БИС):
Rн max=(4,5-2,4)/(0,l +
+0,04+2·0 ,03) = 9,1 кОм;
Rн min = (5,5-0,5)/(10-
-1,6+2•0,03)=0,58 кОм .
AJA2AI ~
ООО
001
D!O
аt1 00
100
101
ffо
111
ООО
001
010
UII
100 Of
101
11D
11/
ооо
D01
010
оu
100
101
110
111
YJY2YI Q'!.!!3⁄4га1
00
01
10
11
ООО
о
ООО
ООО
о
ооо
о
оо
о
о
о
о
о
о с:;
о
о
о
о
()
"'
о
о
о
о
о'С
о
о
о
о
о
о
ООО
о
00000 ООО
о
О 00000
о 00000
о
оо
о
о
о
о 0000
о
о
°"'
00 000
О 0000
о
с.,
""
о
оо
оо
'С
оо
оо
оо
о ООО
ООО о
ООО
ООО -
о
оо
о
о
оо
о
,.,,
ООО
ООО
с.,
-
-
""
о
о
о
ч:,
о
о
о
ООО 00
0D
01
10
ft
Выбираем Rн=б ,8 кОм. Величи ­
на Rн1 определяется по тем же
формулам при р = 1 и учете
входных токов мультиплексора .
Расчет показывает возможность Рис. 3.6. Р.азмещение информаuии о графи-
выбора Rн1 =Rн .
ке цифр в ППЗУ
Пример 3.4 . Используя БИС
ППЗУ Нк Ю55 РЕЗ с информа-
ционной емкостью Сни =32Х8 закодировать графику десяти цифр 0-9. Код
обмена , информацией - двоично-десятичный с весами 8 -4 -2-1. Матрица зна­
ка 5Х7.
В соответствии с (3.24) и (3.28) определим величину d=32/2 3= 4.
Исходную организацию ППЗУ Нк представляем в соответствии с · (3 .29) как
4Х8Х8 , т. е . с помощью одной микросхемы можно закодировать четыре цифры.
Общее количество БИС Нк определим в соответствии с _ (3 ,30) : m= [ 10/4] -[5/8] =
=3.
•
Для выбора информации о графике одной из четырех цифр, закодированной
в одной ИМС, используем два младших разряда двоично-десятичного кода циф ­
ры, подавая их на два старших адресных разряда ПЗУ Нк А5; А4 .
Три остальных адресных разряда АЗ; А2; Al используются для вертикаль ­
ной развертки знака, для чего на них подается код номера ряда матрицы УЗ;
У2; Yl. Выбор одной из трех БИС по входам ВК через дешифратор осуществ­
ляется двумя старшими разрядами кода знака Q4,Q5. В соответствии со ск а ­
занным на рис. 3.6 показано размещение информации о графике цифр в ПЗУ .
Внесение поправок в содержимое ПЗУ. В ряде случаев может
встать задача изменения содержимого какого-то числа ячеек ПЗУ .
Такая задача в знакогенераторах возникает при необходимости
заменить часть знаков, закодированны х в стандартных масочных
ПЗУ, на набор специализированных знаков при сохранении раз­
мерности матрицы знака либо при исправлени и оши б ок, допущен·
ных при программировании ППЗУ . Для это го выбирают с я два
дополнительных ППЗУ меньшей информационной емко сти. В пер­
вую микросхему заносится код графики допол нительны х знаков
либо исправленных данных. Информационная емкость этой микро­
сх емы должна отвечать условию
59


СпзУ доп D<NдопDnпзУ,
(3.31 )
где Nдоп D -количество исправляемых ячеек памяти.
Во вторую дополнительную БИС ППЗУ вносятся адреса ячеек
памяти основного ЗУ , подлежащие изменению. Число ячеек памя­
ти (Nдоп А) этой микросхемы зависит как от количества заменяе ­
мых ячеек памяти, так и от их адресов, т. е. от количества kvar
адресных разрядов, имеющих переменное значение:
N
2kvar
доп А>
•
Разрядность второй микросхемы определяется из условия
(3.32)
ппзу доп А;;;,, [log2 Nдоп D] +1.
(3.33 )
Поясним сказанное на примере .
Пример 3.5. Исправить содержимое ячеек памяти с адресами 128-136 ППЗУ
с информационной емкостью Спзу =256Х4. БИС ППЗУ имеют выходы с тремя
устййчивыми состояниями. В соответствии с заданием число ячеек памяти, под­
лежащих исправлению, равно 9, разрядность nпзУ =4. Следовательно, согласно
формуле (3.31), Сп3 удоп п:;;,.9Х4. Выбираем БИС ПЗУ Нк с организацией 16Х4 .
Рассматриваем коды адресов (128-136) ячеек памяти, подлежащих исправ­
лению, которые сведем в табл 3.3 .
Таблиuа 3.3
Номера ячей- 1------ ,--- -..,- --- --,- -- --,- --- ,-- --- -,-- -
--
--
1
Код адреса ячейки памяти
ки памяти
А8
А7
Аб
А5
А4
АЗ IА2
Al
128
l
о
о
о
о
о
о
о
129
1
о
о
о
о
о
о
1
130
1
о
о
о
о
о
1
о
131
1
о
о
о
о
о
1
1
132
1
о
о
о
о
1
о
о
133
1
о
о
о
о
1
о
1
134
1
о
о
о
о
1
1
о
135
·[
о
о
о
о
1
1
1
136
1
о
о
о
1
о
о
о
Из таблицы видим, что переменное значение имеют четыре младших разря­
да A4-Al; следовательно, kvar=4, а вся область, где находятся ячейки памяти,
содержимое которых подлежит исправлению, определяется старшими разрядами
A8-Al, =1000. В соответствии с формулами (3.32) и (3.33) NцопА =2•=16.
Схема ПЗУ с внесенными исправлениями содержимого основной БИС ППЗУ
представлена на рис. 3.7. С помощью микросхемы DDJ по входу выбора ми­
кросхемы ВК выбирается ПЗУ адресов исправляемых ячеек памяти D82. При
адресации к исправляемой ячейке памяти сигналом с выхода Q5 ,JJS2 осуще­
ствляется запрет работы основной схемы ПЗУ DSJ и разрешается работа схемы
DSЗ, где хранится исправленное значение кода.
-
Применение двухуровневых схем ПЗУ в знакогенераторах.
Рассмотренные примеры реализации знакогенераторов показы­
вают, что выбранные ПЗУ в значительной степени обладают ин­
формационной избыточностью, которая объясняется: некратностью
разрядности БИС ПЗУ и разрядности, определяемой размерностью
матрицы знакоместа по горизонтали; некратностью числа ячеек
БИС ПЗУ и размерностью матрицы знакоместа по вертикали, по-
60
= mагг...:!➔


•1
\
АВ
АВ
А?
А7 .;:t Q4
Аб
АБх
А:
А5 ""
Ае
(r,
А4~QЗ
А.1
АЗ
А2
А2
AI
41 Q2
-
-в-- вR QI
DS2
DSз
Af<r, Q
В!( ;:j- Q4-
~
А2х
--
х
'--
AJ ':: QЦ.
А4 ~ QJ,..;......
~
А4 QЗ
DD1
АЗ Q2~
д
02
А2 Q1-
~()-вк QI
А1
'----< j
-
~
Рис. 3.7 . Внесение изменений в содержимое ПЗУ
вторяемостью ряда общих элементов в разных знаках. В пр им е ­
ре 3.4 при требуемой разрядности ПЗУ nзу=5 использован а
БИС ПЗУ с nнк=8. Меньшую разрядность обеспечить практ:ич е­
ки не удается, так как минимальная разрядность вып у скаемых
микросхем программируемых ЗУ равна четырем . Т аким обр аз ом ,
вместо минимально необходимой информационной е м к о сти
70Х5=350 бит используется ПЗУ информационной емк о сть ю
Спзу=96Х8=768 бит, т . е. более половины объема ПЗУ (418 б и т)
не использовано .
К:ак было показано, избыточность, вызванную некратностью
размерности матрицы знака по горизонтали и вертикали степени
2, можно уменьшить расчленением матрицы знака на две части ,
как было сделано в знакогенераторах на БИС ПЗУ 505 РЕЗ 002
(003) и К:155 РЕ21-РЕ24. Избыточность, вызванную повторение м
общих элементов в разных знаках, можно уменьшить при исполь ­
зовании многоуровневой организации ПЗУ, при которой ПЗУ о д ­
ного уровня хранят информацию о графике укр у пненных эл ем ен ­
тов , а другого - информацию о комбинации эти х элементов , вх о­
дящих в знак .
Один из возможных способов предусматривает выделение о б ­
щих укрупненных элементов в каждом ряду матрицы знакоме с т .
Каждый такой укрупненный элемент может быть з а кодирован пk­
разрядным кодом
(3 .34)
где nk.....: .... число разрядов кода укрупненных элементов; Nk-числ о·
укрупненных элементов , необходимых для синтеза требуемого а л ­
фавита .
Двухуровневая организация ПЗУ знакогенератора предусмат -
61:


ривает размещение в первом уровне ПЗУ вместо набора однобито­
вы х кодов для каждого знака набор п k -разрядных позиционных
кодов укрупненного элемента, принадлежащего данной строке
матрицы формируемого знака . Информационная емкость ПЗУ пер ­
в ого уровня
СпзУ1 > N33h3
1 flk-
(3.35)
Полученная кодовая комбинация с ПЗУ первого уровня пода­
ется на вход ПЗУ второго, которая преобразует ее в Ь' а-разрядный
код графики строки. При пk<Ь'з такая организация позволяет со­
I<ратить информационную избыточность ПЗУ знакогенераторов.
Информационный объем ПЗУ второго уровня
(3.36)
Пример 3.6. Синтезировать двухуровневое ПЗУ для знакогенератора цифр
•С матрицей знака 5Х7 (Na 3 = 10).
Анализ графики десяти цифр (рис . 3.6) позволяет выделить 10 типов ком­
бинаций элементов отображения ряда знакомест (рис . 3 . 8,а) (N,, = 10). Инфор­
мационную емкость ПЗУ первого уровня определим в соответствии с выраже­
ниями (3.34) и (3.35): Спзу = 10Х7Х4= 70Х4 бит . Выберем тип БИС ПЗУ Нк,
соответствующий этой разрядности Снк = 16Х4 Число БИС Нк для ПЗУ пер­
вого уровня определим в соответствии с выражением (3 .26), заменив Ь'з на nн :
m,=[70/16] [4/4] = 5. Информационную емкость ПЗУ второго уровня определим
в соответствии с (3.36) : Спзу 2 ;;;:,,,1ОХ5 бит. Число БИС ПЗУ Нк для ПЗУ вто-
рого уровня: m 2 = [10/16] [5/4] =5.
Соединение схем ПЗУ и второго уровня показано на рис. 3.8,6. Общий объ­
ем подученного ПЗУ знакогенератора определяется из соотношения : m1 (Nнк1Х
Хпнк1)+m2(Nнк2Хnнк2)=5 ( 16 Х4) +2( 16Х 4) =448 бит.
Таким образом по сравнению с одноуровневым ПЗУ того же алфавита,
р ассмотренным в примере 3.4, информационная емкость двухуровневого ПЗ У
ум еньшена на 320 бит .
Недостатком двухуровневой организации является уменьшение
быстродействия знакогенератора, так как время выборки ПЗУ за
с чет последовательного включения БИС удваивается .
Следует отметить, что многоуровневая организация ПЗУ по­
зволяет сократить требуемую информационную емкость при ис­
по л ьзовании БИС ЗУ для реализации комбинационных логических
функций многих переменных.
1о
t,
2о
з
о
4
о
5
о
бооооо
7 ооо
воооо
gо
о
10 оо
ct)
"'
i{
А7 ПЗУ1 Q4-
А/./. ПЗУ2 Q5
:::,
АБ 5(16
2(/бх
"'"
Х4)
:::, :::,
А5
QЗ
АЗ Х4)
iЭ-,::
1::, t:)
А4
t::>..c::,_
~{АЗ QZ
А2
"' 1::
tAZ
<t:,'->
"'
А1
Q1
AI
QI
""
<t:,
~
Као кам5инации JO
(} pяfJy матрии,
oJ
Рис. 3.8 . Организация двухуровневого ПЗУ знакогенератора:
а- используемые укрупненные элементы цнфр; 6-структура знакогенератор ·а
62
-.
"'~


§ 3.4. Построение знакогенераторов телевизионных СО И
с использованием комбинационных логических схем
УЗ
-
У2
-
Xl..
- ОО/
DC
'--
001
D10
011
100
101
11D
111
QIQ2QЗQLfQ5
aJ
11
~J- .
)-;,. '<" 00 01
11
10
1
х1
QIf--f--f--~
1
''7т-
~
)-; ,.
0001lf10
о
f
f
1О
Qз=Qчf----4----j-x-.--4
У2
УТ
QЗ
-
8,, Q4-
YI
,,1"
Q5
В)
{;.
~
)-;,.
0,0011110
/
1о
Q2.
1
х
1
01fffО
1{]
11Х1f
о)
Рис. 3.9. Синтез буквы А:
а- запись информации о графике бу1шы в П З1' ; 6-
карта Карно для функций Ql-Q5; 6 - структура зна­
когенератора
Как и всякую инфор­
мацию,
записанную
в
ПЗУ, информацию о гра­
фике знаков можно пред­
ставить системой логиче­
ских уравнений, в кото­
рых аргументами явля­
ются координаты адре,
са ПЗУ, а значения
функции получаются H<l4
информационных выхо­
дах. На рис. 3.9,а пред­
ставлена запись в ПЗУ
информации о графике
буквы А. Логической
единице, записанной в
матрицу ПЗУ, соответ ­
ствует ЭО, входящий в
контур знака. На рис.
3.9,а элемент памяти с
записанной логической
единицей условно отме­
чен точкой. С информа­
ционных выходов ПЗУ
снимается пятиразрядный
код, который можно
представить следующей системой логических уравнений:
QI = Y3-Y2 -YI V Y3-Y2-YI V УЗ-У2-УI V УЗ -'12-УI \/ Y3 -Y2
-Yl,
Q2= у3:-у2.У! V Y3-Y2 -YI,
QЗ=; Q4= У3.У2·У1VУ3•У2•У1,
QS = УЗ-У2-УI уfз.f2-YIVY3-Y2-YI V
VY3-Y2 -YI V УЗ-У2-УI yy3.f2.YI V Y3-Y2 -YI.
Полученную систему уравнений можно минимизировать с по -
мощью карт Карно (рис. 3.9,6). Учитывая, что ячейка памяти с
адресом 111 не используется (от мече на знаком Х), получим мини­
мизированные выражения
QI =У2 V УЗ= f2.Уз,
Q2=Y3-Y2 -YI у Y3-Y2 -YI = f3.f2 -YI .у3.?2.?1,
QЗ= Q4= Y2 -YI,
QБ= 1.
(3.37),
63:


с
Cl}
--/-
~<e"-f;r
Х 3=0
Х3=1
с-";,-'\0001 11 10 00 01 11 10
г-x----;G;т-c---,--G,-G-.1--3⁄4'-'E~xTxTxi о о
t-+--+---+-+ -c+--+-+ --1
А
Е xJx,xlot
г-+---+-----+-f--+--+---1-- -,
уJ =о
А
Е XIXIX111
t-: ---:+---t ---t-- ---1 -- ---=+--+ --J-- _1
1/нННН~ХIХIХ110
-t --+-, --+--+~- ~' -•-+-
B
DХIХIХ100
t---+--+----+-+--+-,.-+--+--1 .
в
D х,х,х,01
t----+--+---+--+-+---+---1- --J УJаf
ХХХХХXIXIX/f!
t-=--+ --+--- -+-t--,c+---'- -+-~
%ССС~ХIХIХ110
1__L_
_J
а)
Рис. 3. 1О. Синтез знаков из укрупненных элементов :
а - ?-сегментная полиrрамма; б
-
представление сегментов полиrрам мы кар­
тами Карно
Минимизированная форма записи графики знаков в некоторых
случаях (например, для ограниченного алфавита) делает целесо­
о бразным реализацию знакогенераторов на комбинационных логи­
ческих схемах. На рис. 3.9,в по казана структурная схема знакоге­
нер а тора, реализующего систему ура внений (3.37).
Дополнительная минимизация схемы знакогенератора возмож­
на при использовании для формирования знаков укрупненных эле­
ментов, являющихся общими для группы знаков. В гл. 1 показано,
что элементы ?-сегментной полиграммы позволяют сформировать
все цифры и некоторые буквы русского и латинского алфавита .
Графика ?-сегментной полиграммы в матрице знака 5Х7 показана
на рис . 3.10,а. Логические функции , описывающие каждый укруп­
ненный элемент А-Н, представлены картой Карно на рис. 3.10,6 .
Логические комбинации аргументов Х, У, неиспользуемые при
формировании функций А-Н, на рисунке обозначены Х. Мини­
м и з ированные выражения для функций А -Н имеют вид
A =X3 -X2-XI -Y3; B=X3-X2 -XI-Y2; \
С=У3-У2; D=X3 -~3; Е_ ХЗ-УЗ ;
G=Y3-Y2-YI; H=Y3-Y2-YI .
(3.38)
Схема знакогенератора для формирования цифр из укрупненных
элементов приведена ~а рис. 3.11 . С помощью логических элемен­
·тов D2-Dв реализуется система уравнений (3.38). Преобразова­
тель кодов DC преобразует четырехразрядный двоично-десятич­
ный код в семиразрядный код выбора элементов полиграммы
(А 1 -Нl ). В качестве такого преобразователя может использо­
ватьс я стандартная микросхема преобразователя кодов для управ-
,64
,.., ~....,......,,.
),


11ения 7-сегментными знакосин­
тезирующими
индикаторами.
Комбинация укрупненных эле­
ментов, образующих з нак, объ­
единяется с помощью логической
схемы ИЛИ (D9). Следует отме­
тить, что в отличие от рассмот­
ренных ранее знакогенераторов
в схеме рис. 3.11 снимается не
параллельный код с разрядно- _
стью, р<l'вной числу столбцов
матрицы знакомест, а послед<?- .
вательный одноразрядньrй код
управления видеосигналом. Та­
кое преобразование достигнуто
за счет пода чи на вход знакоге­
нератора кода координат стол­
бцов знакомест ХЗ; Х2; Xl, сни­
маемого со счетчика рядов мат­
рицы знака Сч.
Реализация знакогенератора
с использованием программируе­
мых логических матриц (ПЛМ).
Для реализации системы логи­
ческих уравнений можно исполь­
зовать программируемую логиче­
скую матрицу (ПЛМ), примене­
ние которой в ряде случаев поз ­
воляет более рационально, чем в
ПЗУ, использовать информацион­
,.....,__,..,....__.,,_,..ьщ_...,-,--=~=""""'=S-.:
УЗ
У2
Hf Yf
в
Q
Рис . 3.11 . Реализация цифрового зна­
когенератора на комбинационных ло-
гических схемах
,
ный объем БИС. ПЛМ представляет собой совокупность двух мат­
риц, одна из них реализует логическую функцию И над входными
параметрами, а другая-логическую операцию ИЛИ над получен•
ными в первой матрице конъюнкциями. Структурная схема ПЛМ
представлена на рис. 3.12,а. На рис . 3.12,6 показан пример орга­
низ'ации ПЛМ для двух входных параметров.
Матрица И-ПЗУ в этой схеме реализует два произведения:
Р1=У1У2; P2_; _YJ . Мат рица ИЛИ ПЗУ реализует функции
Ql=Pl+P2=Y1-Y2VY1, Q2=Pl=Y1-Y2.
В пересечении вертикальных и горизонтальных шин ПЛМ обра­
зуется элемент памяти емкостью в 1 бит. Если число входных
переменных У равно п, число произведений Р-т, а. число выходов
Q-i, то требуемое число битов в обеих матрицах И и ИЛИ ПЛМ
Сплм=(2nХт)+im---:-- (2n+i)т.
(3 .39)
В то же время обычные ПЗУ для п-адресных входов должны
иметь информационную емкость
Спзу=iХ2п.
(3.40)
5-314
65


+Иss Та•ким образом,
У/
yz И-ПJ':f
Р1 Р2
Q!
ИЛИ-ПЗ':1
Q2
а)
а)
Рис. 3.12 . Программируемая логическая матрица
(ПЛМ):
а - структурная с"ема; б
-
организация ПЛМ
УЗ
\)
~4Зуз
YZ
~У2
У1
И -ПЗУ
чз,У/PIР2РЗРеР5Рб
Qf
QZ
QJ
Рис. 3.13. Размещение графики
ПЛМ
Q4
0.5
буквы А в
применение ПЛМ вы ­
годно при большом
числе входных перемен-
ных и относительно
малом числе произ­
ведений.
В качестве примера
рассмотрим запись гра­
фики буквы А (см.
рис. 3.9,а). Минимизи­
рованные
логические
уравнения (3.37), опи­
сывающие эту графи­
ку, содержат произве­
дения Р1= У2; Р2= УЗ;
Р3=У3-У2,У1; Р4=
= -У3·У2-У1; Р5=У2Х
XYJ; Р6=1 и соответ­
ственно Ql=PJV Р2;
Q2=P3V Р4;
QЗ=
=Q4=P5; Qб=Qб.
На рис. 3.13 показана
реализация этих урав­
нений с помощью ПЛМ
(элементы связи пока­
заны на рисунке точка ­
ми) . При трех входных
параметрах, шести про­
изведениях и пяти вы­
ходных сигнала х тре-
буемый объем ПЛМ
66 бит.
§ 3.5 . Устройство адресации буквенно-цифровых
• телевизионных СО И
Устройство адресации в знаковых СОИ формирует адрес зна ­
ка, определяющий его положение на информационном поле. В те ­
левизионных СОИ адрес знака на информационном поле соответ ­
ствуе'I' адресу ячейки памяти БЗУ, где хранится код этого знака .
В режиме регенерации текстовой информации адресация ячеек па ­
мяти БЗУ осуществлялась с помощью счетчика знакомест Счзн и
счетчика текстовых строк Счтс (см. рис. 2.5 и рис. 3.14). Содержи­
мое этих счетчиков изменяется синхронно с разверткой изображе ­
ния.
Запись информации в БЗУ в терминальных СОИ осуществляет-
66


t.
•i
БЗ!:!
Qf
к
t+;>,+ -+- - -- -1 се
1"'
к
(K-r .
Рис. 3.14 . Структурная схема устройства адресации
ся от ЭВМ или с помощью устройства ручного ввода информации
оператором. При вводе информации оператор должен видеть, в
какую часть информационного поля она вводится. Для этой цели
на экране формируется специальная метка, именуемая маркером.
Маркер может иметь конфигурацию прямоугольника, обрамляю­
щего .:шаком е сто, треугол ь ника или полоски под . знаком и т. д.
Адрес l\~аркера задается счетчиком маркера СчМ, состоящим из
двух частей: счетчика знакомест СМзн, включающего в себя ч
младших разрядов адреса, и счетчика текстовых строк СчМФс,
включающего в себя k-ч старших разрядов адреса. Счетчик мар­
кера определяет его место на экране и статический адрес для
ввода информации. Адрес в счетчик маркера вводится от источни­
ка информации с помощью соответствующих команд. Управляю­
щие сигналы, формируемые под воздействием некоторых команд,
показаны на рис. 3.14: ВК-возврат каретки, сбрасывается на ноль
содержимое СчМзн и маркер переводится на первое место той же
текстовой строrш; ГТ - горизонтальная. табуляция, содержимое
СчМзн увеличивается на единицу, в результате чего маркер сдви­
г ается вправо на одно знакоместо; ВШ-возврат на шаг, содержи­
мое СчМзн уменьшается на единицу, в результате чего маркер
сдвигается влево на одно знакоместо. Для записи произвольного
адреt<11 в счетчик маркера можно использовать входы D парал­
лельного ввода информации в СчМзн и СчМтс-
В режиме записи подключение выходов счетчика маркера к
адресны м входам БЗУ осуществляется мультиплексором М. В
5*
67


режиме считывания (регенерации) мультиплексор подключает к
адресным ,входам БЗУ выходы счетчика регенерации. Изменение
режима З.j'\.ЦИСИ/ЧТЕНИЯ осуществляется по команде ЗП/ЧТ,
воздействующей на мультиплексор, и через схему задержки на со­
ответствующий вiод ]?3}7. • Маркер
формируется по сигналу Qм,
снимаемому' с выхода компаратора кодов СС, сравнивающего ко­
ды адреса · с выхода счетчика регенерации и с выхода счетчика
маркера. Этим об~спечивается привязка маркера к адресуемому
знакоместу на ИП. Сигнал Qм поступает на . вход схемы формиро-
вания маркера FM.
•
Рассмотрим подробнее работу отдельных узлов устройства
адресации.
Мультиплексор М - устройство, осуществляющее коммутацию
цифровых сигналов с р информационных входов на один выход,
т'. е. коммутацию из р направлений в одно (из р в 1). Адрес ком­
мутируемого направления задается кодовой комбина цией, пода в ае­
мой на адресные входы М. Таким образом, функция, реализуемая
мультиплексором, может быть записана как
Q= (AkAk-1 . •. A1)DJV (AkAk-1 ••·
...
A1)D2V ... V (AkAk - 1 . .. A1)Dp,
(3.41)
где Ak-A1 - сигналы на адресных входах; Dp- DJ- сигналы на
информационных входах; Q-информационный выход М,
k = [lоg2р]-число разрядов адресных входов М.
Логическое произведение адресных сигналов равно единице
только для той входной переменной D;, индекс которой совпадает
с требуемым адресом. Выражение (3.41) показывает, что мульти­
плексор может использоваться не только для коммутации сигна­
лов, но и для реализации различных логических функций. Для
этого переменные подаются на адресные входы, значение функц ии,
с о ответствующее каждой комбинации переменных, задается на
информационных входах, сама функция снимается с выхода М.
Примером такого применения мультиплексора является схема
" формирователя напряжения р а звертки , рассмотренного в § 2.6.
При необходимости коммута ции одновременно s г рупп це пе й
из р направлений в s направлений (s (из р в 1) используется s
мультиплексоров, коммутирующих р входов на один выход (из
р в 1). В рассматриваемой схеме адресации (рис. 3.15) необходи­
ма коммутация k сигналов с двух направлений (р=2) от счетчи­
ка регенерации и от счетчика маркера на k направлений (s= k) ,
т. е. необходим мультиплексор с организацией k (из 2 в 1) , где
k-число адресных разрядов БЗУ. Для коммутации двух направ­
лений число адресных входов мультиплексора kм= l .
Н а рис. 3.14 показан электроме х аничес кий аналог такого муль­
типлексора. Схема реали,зует систему логических уравнений
· Qi=(A- DMi)V (A-DRi) l ~ i <k.
(3.4 2)
где Q i-сигнал на i-м информационном вых оде М ; А - сигнал на
адресном входе М ; DMi - сигнал с i-го разряда счетчика марке-
68


.\
ра; DRi - сигнал с i-го р аз ряда счет-
_;.
_i_
__ _ _- 1;:;i
чика регенерации; k ~ число адресных _п_м_,--+--- -\_J
разрядов БЗУ.
_ IJ_R_f_ -+ --1. ....r:.
На рис. 3.15 показана структурн_а я
схема мультиплексора, реализующая си­
сте му уравнений (3.42) с по мощью ло­
гических . комбинационных элементов.
В качестве адресного сигнала в устрой- пмк
стве адресации используется сигнаJ1 -----t -1_J
управления режимом ЗАПИСЬ/ЧТЕ- DRк
НИЕ.
Мультиплексоры выпускаются в ви­
де микросхем средне й степени интегра­
ции . Распространены ИМС мультиплек­
соров4(из2вl)К531КП11,2(из4в1)
Рис. 3 .1 5, Структурная схе ­
ма мульти плексора k (из 2
в!)
К531КП2, К155КП2, К564КП1 , 1 (из 8 в 1) К531КП1, К155КП5,
К564КП2, 1 (из 16 в 1) К155КП1.
Возможно наращивание числа коммутируемых направлений за
сч ет увеличения числа интегральных схем. Принцип наращивания
числа направлений мультиплексора аналогичен принципу наращи­
в а ния числа ячеек памяти ЗУ. Число интегральных схем мульти­
плексоров вь~бирают из услови я m= [р / Рм], где р- требуемое
число коммутируемых направлений, р., -· ч и с ло
направлений, ком­
мутируемых микросхемой.
Адресные входы всех ИМС мультиплексоров объединяются и
на них подаются младшие разряды адресации. Старшие разряды
используются для выбора соответствующей интегральной схемы
мультиплексора. Выходы ИМС мультиплексоров объединяются по
правилам, рассмотреннь~м выше для объединения выходов ЗУ.
Пример . 3.7. Синтезировать мульти п лексор, обеспечивающий п ереключение
двух шестира з рядных кодовых комбинаций 2 {из 6 в !), используя ИС К155КП2,
предназначенную для коммутации 2 (из 4 в 1) .
Число необходимых ИМС М m= [6/4] = 2. Включение микросхем показано
на рис. 3.16. Так как у ИМС отсутствует вход выборки микросхем, вместо него
используются строб-входы Rl; R2, по которым с помощью старшего разряд а АЗ
выбирается либо ИМС DD1 (при А3=0 ), либо ИМС DD2 (при А3=1), ИМС
К155КП2 имеет выход ТТЛ-схем , поэтому объединение информационных выхо­
до в проис ходит с по мощью логических схем ИЛИ.
Компараторы кодов СС служат для сравнения двух многораз­
рядных двоичных слов А и В. В общем случае компараторы ко­
дов определяют следующие соотношения: А = В; А>В; А<В.
В устройств е адресации СОИ компаратор кодов формирует
единичный сигнал пр·и равенстве кодов с выхода счетчика регене­
рации и с выхода счетчика маркера (А =В ). Для одноразрядных
слов равенство кодов выполняется при А = О, В = О и при A = l,
B=I . Следовательно , сигнал с выхода СС
QA=в= ABVAB = АВ.АВ = (А V B)(AV B)=ABVAB.
Равенство ,k-разрядных слов выполняется при выполнении этих
условий для каждого из разрядов, т . е.
69


70
nr,
JJD
D! f\1
JJ4'
Di/-
Df2
D5
D,:
А/
А2 AJ
D51
Dz
м
Dб1
QI
D5г
Jlбz
IРис. 3.16 . Структурнаst схема
'Мультиплексора 2 (нз 6 в 1) на
базеИМС2(нз4в1)
,. лог о"
Q(A>В}j
--h
Q(Ml}зl 1
11
11
11
11
11-
Q(A'B}zt--
Q{A>B}zl 1
т-т
Q{A<В)zi 1
11
11
11
11
11
LI
Q(A=B), -+-
-- - .Srl
Гl[[
8,,111
1L_11
11I1
1__J11
1 1Q(А>В)
1 t----
11
11
11
ГlI1
18,,1 1 1
1 1--~
1
Q(А> В), L__ 1 t_ ...J
_____J1
L--'
Р ис . 3. 17 . Десятиразрядный компаратор ко­
дов с параллельным наращиванием разряд­
ности
_
Q.А=в= (AkBk V
V'_AkBkJ • .(А<k-1>Вин1: \'
VA(k- l)B(k-1)) ... (А1В1 V
V.if1B1).
(3.43)
Параллельные компара­
торы кодов на четыре раз­
ряда выпускаются в виде
микросхем средней степе­
ни интегргщии , например
К564ИП2 . Увеличение
разрядности сравнивае-
мых кодов достигается
объединением выходов не­
скольки х
компараторов
через
соответствующие
логические схемы.
Пример 3.8 . Синтезировать
. параллельный
десятиразрядный
компаратор кодов, используя
ИМС четырехразрядных компа­
ра11о~эов.
Компаратор кодов строит­
ся на базе трех интегральных
схем компараторов DDi - DDз
(рис. 3.17) .
Очевидно, что при равенст­
ве десят :,разрядных кодов А:=
=QlOл-Qlл
B:=QIOв -
-Qlв долж но выпо л няться
услов ие QcA=BJ1= 1; Q(A =B J2 =
=1; Q(А=В)~=l,где QсА=В)i­
выходной сигнал, соответств у ­
ющий равенству сравниваемых
кодов на входах i -й м икросхе ·
мы. Следовательно, сигнал, со ·
отв етствую щий равенств у всеr
р азрядов сравниваемых ко,11,·
вых ко мб инаций,
Q А= в=Qсл=в ? Q(А=в/ Х
X Q(A=B )'·
(3 .44)
!Этот сигнал на схеме рис. 3.17
получается с помощью схемы
логического умножения.
Условие А>В выполня­
ется в том случае, если
выполIIяется неравенство
Q,kA > Qkв для старших
разрядов сравниваемых
кодовых комбинаций. Ес­
ли выполняется условие
QikA =Qkв, то условие
А>В справедливо при


Q (k-1) л>Q (k-I)в и
r. д.
При реализации опе-
rации
компарирования
двух
десятиразрядных
кодовых комбинаций на
трех ИМС условие выпол•
нения А>В можно запи­
сать в следующем виде:
Qл>в" =Q(А>В)З V Q(A=B)'1x
Х Q(A>B)2 V Q(A=B)1 Х
XQ(A=B)2Q(A>B) 1,
(3.4S)
где Q(А=в);-сигнал, со­
ответствующий
А>В
для части разрядов ко­
довых комбинаций, пода­
ваемых на i-ю ИМС.
Реализация выраже­
ния (3.45) с помощью
схем логического умно­
жения и сложения пока­
зана· на рис. 3.17 пунк­
тиром. Аналогично мож -
DD1
Q10А г---т--т--,
G9A D4дсс
QBA DЗА
А
в
в
DD3
но показать, что
,,лог. О''.
Q(A=B) 2
Q(A<B ) 1
., лог.. а''
Q{A=B ,1
Q(A>B)
_ Q.(A"'B))
Qл<в=Q(A<B)ЗVQ ( A=B) 1 X Рис. 3.18 . Параллельное соединение имс
XQ(A<B) 2 V Q,А= В)З Х
компараторов для наращивания разрядно -
ХQ (А=В) 2 Q(A<B) 1 .
(3.46)
сти сравниваемых кодов
Логические операции (3.43)- (3.46), необходимые для наращ и ­
вания разрядности сра,вниваемых кодовых комбинаций могут быть.
реализованы с помощью дополнительной интегральной схемы ком­
паратора кодов. На рис . 3.18 показано параллельное соединение·
четырехразрядных ИМС для реализации десятиразрядного компа ­
ратора1 кодов .
-_Некоторое сокращение числа ИМС в 1<0мпараторе кодов пр и
,наращивании разрядности мо ж но получить при последовател ьно м
• 1JJJ1
Qlf.д
QJA
QZA
аfд
Qlf8
QJв
Q2в
Qtв
D4д се
DJA
D2A
DIA
D48
DJв
D2в
D/8
DDz
DD3
Q(A =B) QfOA Dlfд се
ZQЭд DJ
8А
Q(A>B)
А
Q(A<B) 2
в
в
в
J
Q(A=B )
Q(A>B)
Q (А<В)
Рис. 3.1 9. Последовательн ое соединение ИМС компаратор о в для на­
ращивани я разрядности с р а вниваемы х кодо в
71


~:.;_;'?
<" ?'с" .;,
'
100
.
f01
-
11
·
-
10
{
Om CC Q.11 8,,
,,_N
QZ4
с..:, QZ
Е: _з
с::, QZz
F'
00Of1110
а)
а)
Рис. 3.20 . Формирование маркера в те­
левизионных СОИ: •
а - карта I(арно для дешифратора номера
ряда матрицы знака; 6-схема формироватеJIЯ
соединении микросхем. Пример
такой реализации десятираз­
рядного компаратора кодов
показан "!'\а рис. 3.19. В некото­
рых
интегральных схемах
компараторов кодов (напри­
мер, в ИМС серий 531 и 564)
1-1меются дополнительные вы­
воды для последовательного
наращивания
разрядности
сравниваемых кодов. Недо­
статком
последовательного
соединения ИМС компарато-
ров является увеличение за­
держюt. срабатывания схемы. Формирователь_ маркера выполняет
функцию генерирования одного знака- маркера. Принцип работы
формирования маркера FM рассмотрим на примере .
Пример 3.9 . Синтезировать устройство формирования маркера, имеющего
форму отрезка прямой, расположенной под знаком, если матрица знака 5Х7,
h',,=7, толщина маркера равна высоте двух ЭО.
Счет рядов матрицы знаков осуществляется счетчиком рядов С чZ, емкость
которого должна быть h' s+h'п, т. е. 14.
Маркер формируется в 8-м и 9-м рядах знакомест, адрес которых соответ­
ствует содержимому счетчика маркера. Следовательно, сигнал F на выходе FM
должен отвечать уравнению F=Qм Ys,9, где Ув, 9 - сигнал, соо тветствующий
моменту прохождения луча через каждые 8 и 9 строк и являющийся функцией
сигналов QZ4 ; QZ8 ; QZ2; QZ1, снимаемых с выхода счетчика СчZ.
Для определения функции Y-f(QZ) составим карту Карно (рис. 3.20,а) и
произведем минимизацию логич~ского выражения У8 ,g=Qz,. • QZ 3 • QZ~ .
Соответ­
ственно F=QZ4 ·QZ3 ·QZ2 ·QM. Структурная схема формирователя FM, реализу ­
ющего это уравнение, показана на рис. 3.20,6.
§ 3.6. Устройство синхронизации телевизионных СОИ
Устройство синхронизации (УС) телевизионных СОИ предназ­
начено для синхронизации работы генераторов кадровой и строч­
ной разверток, а также ввода и вывода информации из БЗУ и
ПЗУ. С помощью УС осуществляется преобразование временной
последовательности сигналов в пространственное распределение
элементов отображения, обеспечивающее фиксацию положения
знакомест и элементов их матрицы на экране ЭЛТ. При разра ­
ботке СОИ на ЭЛТ, специально предназначенных для отображе­
ния алфавитно-цифровой информации, все синхронизирующие сиг­
налы могут передаваться по отдельным линиям связи. При ис ­
пользовании стандартных телевизионных приемников и видеокон ­
трольных устройств синхронизирующие импульсы строчной и кад­
ровой разверток передаются совместно с видеосигналом по одно­
.му
каналу. При этом для их передачи используется время обрат-
ного хода луча. Кроме видеосигнала и сигналов синхронизации
в полный телевизионный сигнал вводятся гасящие (бланкирую-
72


..
ВцВеосцгнал
2
Тко
4
Рис. 3.21. Форма полного телевизионного сигнала:
1, 2 - строчный и кадровый гасящие импульсы; З, 4-уровни бе­
лого и черного; 5, · б - кадровый и строчный синхронизирующие
импу.~ьсы
щие) импульсы, запирающие электронный луч ЭЛТ во время об­
ратного хода строчной и кадровой разверток. Форма полного
'tелевнзионного сигнала показана на рис . 3.21. Видеосигнал име­
ет импульсный характер. Длительность видеоимпульса Тэ, как
уже указывалось, определяет размер элемента отображения по
горизонтали. Вершины гасящих импульсов соответствуют уровню
черного сигнала, а синхроимпульсы привязываются к нему как к
пьедесталу, что позволяет легко отделить их от видеосигнала
обычным амплитудным ограничением.
Кадровые синхроимпульсы делают намного шире строчных,
что обеспечивает разделение их с помощью интегрирующих и диф­
ференцирующих цепей . Длительность гасящих импульсов берется
несколько больше длительности обратного хода разверток. Она
зависит от коэффициентов использования горизонтальной и кад­
ровой разверток (~г; ~в).
Помимо кадровых и строчных синхронизирующих и , гасящих
импульсов УС формирует ряд управляющих импульсов, обеспечи­
вающих процесс регенерации изображения. Часть этих импульсов
показана на структурной схеме рис . 2.5; к ним относятся импуль­
сы управления счетчиком знакомест f зн, импульсы управления
счетчиком те кстовых строк fте • Кроме того, следует формировать
сигналы гашения луча в интервалах между знакоместами и тек­
стовыми строками и ряд других вспомогательных сигналов, не
показанных на структурной схеме . Все синхросигналы формиру­
ются от общего тактового генератора ТГ с помощью набора де­
лителей частоты и схем формирования сигналов требуемой дли­
тельности. К тактовому генератору ТГ не предъявляется жестких
требований по долговременной стабильности частоты fтг, Однако
кратковременная стабильность в пределах периодов кадровой раз­
вертки не должна приводить к сдвигу начала разверток более чем
на О,5Тэ, Следовательно, изменение периода строчной развертки
Т z и кадровой развертки Тк не должно превышать указанного
значения. Учитывая, , что Tк"JJ>Tz и соответственно дТк"5РЛТz, · тре­
бования к кратковременной относительной нестабильности зада­
ющего генератора бfтг можно записать так:
оfтг = оТК,;;;; О,5Тэ/Тк.
73


Использовав зависимость между Тэ и Т к , определяемую с по­
~м ощью выражений (2.1), (2.4), получаем
бfтг~О,5~г ( l-,az) / (ZNэс) .
(3.47)
Пример 3.10 . Определить требования к кратковременной стабильности час­
'I' ОТЫ генератора ТГ буквенно-цифр0вого СОИ с числом знаков в строке Nз.тс=
,=80, . матрицей знака 7Х9 и интервалом между знаками в строке Ь' п=2; коэф­
•фициент использования растра по горизонтали 1~r=0,8, коэффициент обратного
..х ода развертки az=0,18.
Определим число элементов отображения в строке: Nэс= (Ь'з+Ь'п)N ~.тс =
= (7+2) -80=720;
В соответствии с выражением (3.47) пол учаем -б.fт г <:.~7,2-10- 7 .
Для 00еспечения высокой стабильности частоты fтг задающий
:г енератор выполняют с использованием кварцевых резонаторов.
JКак уже отмечалось в § 2.2, для того чтобы не наблюдалось пере­
:м ещения по экрану помехи, наводимой напряжением сети, необ­
ходимо выполнение условия равенства или кратности частоты
,р азвертки полей или кадров частоте питающей сети.
Для привязки частоты следования кадровых синхроимпульсов
•к частоте питающей сети в ряде случаев дспользуют систему авто­
:матического регулирования . Структурная схема цифровой системы
,р егулирования частоты задщощего генератора показана на рис.
-
3.22. Частота• задающего генератора ТГ выбрана равной 2fтг
,(fтг= 1/Т э), с тем чтобы уменьшить погрешность дискретности регу­
..лирования периода кадровой развертки до величины О,5Т 3 . За пе­
,р иод питающей сети Тпс=l/fпс в счетчик Счl будет записано чис­
.ло N = 2fтгТпс- Это значение с ПОМОЩЬЮ компаратора кодов се
-с равнивается с опорным значением Naп = 2n1n2ZNaп выбирают из
условия обеспечения равенства Тк= Тпс .При Тк> Тпс комп а ра­
-тор вырабатывает сигнал А> В, реверсивный счетчик Сч2 перево•
:дится в режим· суммирования, а при Тк<Т пс (А' <В) -в режим
в ычитания. Цифровой код с выхода Сч2 преобразуется цифроана­
.логовым преобразователем (ЦАП) в напряжение упршвления ча-
•{:тотой задающего генератора .
•
Делители частоты синхронизирующего устройства строят на
базе кольцевых регистров и счетчиков . Наиболее универсальным
,способом получения требуемого недвоичного пересчета счетчиков
:является организация сброса содержимого счетчиков по устано-
74
ТГ 2fтг :2 fтг :nf fзн :п2 fz
:z
Q
:Рис. 3 :22. Структурная схема системы синхронизации с автома­
тической привязкой к частоте сети
'
.
...


в0чн0му входу сигналеJм с выхода дешифратора, который форми .:
руется при равенстве кодовой комбинации с выхода счетчика тре­
буемому значению коэффициента пересчета.
Необходимые длительности синхроимпульсов и времена сдвига
могут формироваться: 1) ждущими мультивибраторами, запускае­
мыми сигналами с соответствующих выходов делителей частоты.
2) с помощью комбинационных логических схем. Первый способ
имеет недостаток, присущий аналоговым схемам, - нестабиль,­
ность временнь1х параметров, а второй - при большом количеств:е
различных синхроимпульсов приводит к сложной логической схе­
ме, синтез которой довольно трудоемок. От указанных недостат­
ков свободна схема формирования синхросигналов на основе
ППЗУ . Рассмотрим принцип синтеза части синхронизирующего
устройства с использованием ППЗУ на примере формирования
двух сигналов: строчного гасящего импульса (СГИ) длительно­
стью Тги и строчного синхронизирующего импульса длительно­
стью Тссч,
Пример 3.11. Разработать схему формирования строчных гасящих (СГИ)
и синхронизирующих (ССИ) импульсов, входящую в устройство синхронизации
СОИ, функциональная схема которого представлена на. рис 2,5 (вариант с черес­
строчной разверткой) . Число знаков в текстовой строке Nз тс=64, размерность,
матрицы знака 5 Х7, интервалы между знаками и текстовыми строками Ь'п=З;.
h'п=Б; коэффициенты . использования телевизионного растра по горизонтали и.
вертикали ,~,=~в=О,8.
.
При синтезе этой части устройства синхронизации все временньrе парамет-•
ры удобно задавать в безразмерной форме n;=ti/Tзя, т. е. числом временньrх
интервалов Тзн(1'ан= (Ь'з+Ь'п)Тэ).
Длительность прямого хода развертки в безразмерной форме nпр=Т пр/Тзн=
=Nз те fi~г=64/0 . 8=80.
Период строчнюй развертки п,=Т,/Тзв=nпр/(1-аz) =97. Для удоб_ства по-
nпр=79
а
бJ7
8
'
S [ni]
'
1
1
87 Г1 од.Р, =17
~----
88 95
С!)
63
сги
-
52646668707274-76788082848688909294
Псги=З2
7(1
71'
70
-
п·L.
s'гdчБ6liB 71012 74-7578 во·8г В'+вв88!go 92·9Ч п~.
в)
Рис. 3.23 . Согласование временного и позициС:,нного по ­
ложения СГИ и ССИ:
а - распределение времеинь,х интервалов по телевизионной:
строке; б - временные диаграммы СГИ; в- временнь,е диа­
граммы ССИ
75.


/
лучения коэффициента деления примем nz=96, уменьшив на 1 nпр, т . е. примем .
nпр=='с79 . Из этой величины на охранную зону с левой стороны экрана выделяем
восемь, справа - семь зн аком ест. Распределение безразмерных временнь1х ин­
тервалов по ТВ-строке показано на рис 3 . 23,а, где представлена часть ТВ-рас­
тра как функция S [n;]. Начало отсчета взято от перво_го знакоместа, входящего
в информационное поле. В соответствии с диаграммой рис. 3.23, а построена
временная диаграмма для строчного гасящего им·п ульса (рис, 3.23,6) . СГИ
перекрывает обратный ход луча и защитные зоны , информационного поля .
Фронт строчного синхроимп ульса определяет начало обратного хода луча ,
длительность ССИ в соответствии с требованиями стандарта _телевидения состав­
ляет 0,07 Т z или 0,06 nz ""'7. ССИ показан на временной диаграмме 3.23,в.
Выразим частqту тактового генератора f тг через безразмерный параметр nz.
На основании формулы (2.22) получаем fтг=nzfz(b'з+Ь'u)=96-15 625•8=
=12 МГц . Коэффициент деления п1 (см. рис. 2.5) в соответствии с (2.25) равен
Ь'з+Ь'и=8.
.
.
Структурная схема формирования сигналов СГИ и ССИ представлена на
рис; 3.24 .
Делитель на восемь выполнен в виде кольцевого сдвигового регистра на
восемь состояний (DD1) . Обратная связь в регистре заведена через схему логи­
ческого умножения DD2, что обеспечивает восстановление нормальной работы
регистра при любых случайных сбоя~. Действительно, при любой исходной ком­
бинации сигналов на входах DD2, кроме комбинации из единичных сигналов на
всех входах, на выходе D,Dz формируется логическая единица. Логическая еди­
ница подается на вход последовательного ввода информации D+. С каждым
тактовым импульсом эта единица продвигается к старшим разрядам информа­
ционного выхода регистра до тех пор, пока все разряды не примут единичное
значение.. При этом на выходе DrDa сформируется логический ноль, который
перепишется в разряд QJ в следующем такте. В последующих тактах логический
ноль перемещается от разряда к разряду. Использование в качестве делителя
кольцевого регистра позволяет легко снять синхронизирующие сигналы с соот­
ветствующего выхода регистра с любым сдвигом в пределах знакоместа с дис­
кретностью т•. Коэффициент деления n2= nZ=96 реализуем на двух четырех­
разрядных двоичных счетчиках (например, ИС К155ИЕ5). Счетчик DD 3 работает
в режиме деления на 16, а DD,.
-
в режиме деления на 6. Деление на 6 обес ­
печивается сигналом сброса в начальное состояние счетчиков DD 3 , DD4, форми­
руемым ИМС DDs. Сигнал сброса должен быть получен при комбинации О 110 на
выходе, т. е. он является функцией четырех аргументов . Однако в связи с тем
что десять состояний счетчика не исп ользуются, мин~имизация функции сброса
приводит к выражению Ро бр = QЗ •Q2.
Формирование требуемой длительности и временного положения СГИ и
ССИ осуществляется с помощью БИС ППЗУ DS1. В младшие разряды (QJ)
ячеек памяти DS1, · имеющие адреса, соответствующие положению СГИ на теле­
визионной строке в безразмерных единицах, записываются ло гические единицы.
Соответственно, записываются логические единицы в ·разряд Q2 ячеек памяти,
имеющих адреса, соответствующие положению строчного синхроимпульса на
телевизионной строке. На адресные входы ППЗУ Al--45 подаются выходные
сигналы счетчиков-делителей DDз, DD,.. Информа ц ионная , емкость П П ЗУ опре-
76
;1·1 ,
Qt сrи
сси
Q2
Рис. 3.24. Структурная схема формирования строчного ' гасящего и синхр о ­
низирую щего импульсов


·-.
деляется числом знако м ест Nзн обл, входящи х в область, где располагают с я
все синхроси г налы, и числом этих сигналов п ес,
Сппзу ~ Nзи . облnсс .
В рассматриваемом случае о бласть' формирования СГИ и ССИ определяется
длит ельно стью гасяще го · импульса
.
Выбирае м ППЗУ с ор г ан и зацией 32Х2. Зона, где располагаются ССИ и
СГИ, определяется двумя старшими разрядами А7, Аб, которые используются
для управления работой ППЗУ по входу выбора микросхемы ВК.
На базе ППЗУ возможно совмещение устройств формирова­
ния синхросигналов и делителя ч астоты , который получают за
счет организации обратной связи - включения части информаци­
онных выходов на адресные входы ППЗУ. На рис . 3 . 25,а показана
схема делителя частоты на ППЗУ с D - триггерами в цепи обрат­
ной свя з и. Требуемая при этом информационная емкость ППЗУ
о п ред еляется условием
(3.48)
где k~oc'IJ - чи с ло состояний, соответствующее требуемому коэффи ­
циенту деления, nп - разрядность информационных выходов
ППЗУ:
nц "?= [log2kcocт] +.пес.
Схема на рис. 3.25,6 обеспечивает kсост = 6 , •ncc=2 . Из'ме н ения
состояния на выходе схемы осу ществляются п_о фронту тактового
им пульса Хтакт , Порядок функционирования задан - таблицей ' со~
стояний и переходов (рис . 3 . 25,а). П р едположим, что в началь н ый
AJA2AI QJQ 21ll
~ооааа1
ОО1а1а
О1ОО11
О11соа
1ООrа1
, tа1аоа
х такт
Б)
. Р ис . 3.25. Делитель частЬты на
Qснове ППЗУ с внешней па•
мятью на D-тpиrrepax:
.а- таблица состояний и переходов;
б- структурная схема •
А4АЗА2 AI
оооо
1ООО
1ОО.1
ооо1
оо1о
1О1(}
10!!
ОО11
о1оо
!!оо
!!О1
О1О1
--
QJ 112QI
оо_о
ооf
оо1
О1о
О1о
О11
О!1
1ОО
!оо
1О!
1О1
ооо
aJ
AJ
о;
Q3
112
Qf
Рис. 3.26 . Делитель частоты на
о снове ПП ЗУ:
а - таблица состояний и перехо­
дов; б - структурная схема
77


момент с выхода триггеров ;DS2, DS3 , DS4 на адресные входы
ППЗУ DS1: А3; А2; AJ задэется адрес ООО. В эту ячейку памяти
записывается адрес следующей ячейки 001, который будет пере­
писан в D-тpиrrep при приходе тактового импульса и по цепи об­
ратной связи подан на адресные входы ПП ЗУ. Новое состояние
010 зафиксируется до прихода следующего тактового импульса .
Через kсост схема возвращается в исходное состояние .
Существуют БИС ЗУ с встроенными триггерами-защелкам и
на выходе. В эти триггеры информация с ячеек памяти переписы­
вается по фронту импульса, подаваемого на вход выбора микро­
схемы ВК. При использовании таких БИС отпадает необходи­
мость в дополнительных D-триггерах .. В этом случае обратная связь
заводится непосредственно с информационных выходов на адрес ­
ные входы, а тактирующие импульсы подаются на вход ВК. Ор­
ганизация делителя частоты на ППЗУ без дополнительных триг­
геров возможна также при введении дополнительной информаци ­
онной избыточности Сппз у = 2kсостnп. На рис. 3.26,а показана
таблица его состояний и переходов, а на рис. 3.26,6 - пример
организации такого делителя . Следует отметить, что в этой схеме
изменение состояния происходит как по фронту, так и по срезу
тактирующеrо импульса. Требуемая функциональная зависимость
сигналов CCJ и СС2 от времени реализуется записью логических
единиц в соответствующие разряды ячеек памяти ППЗУ.
§ 3.7 . Устройство ручного ввода знаковой информации
Наиболее распространенными устройствами ручного ввода
знаковой информации являются клавишные устройства. Они со­
стоят из двух основных частей : набора клавиш, соответств у ющих
набору знаков алфавита и функций редактирования, и устройства
кодирования для преобразования сигнала нажатой клавиши в па -
раллельный код обмена информацией.
.
Для кодирования нажатой клавиши используются два способа
адресации - линейный и двухкоординатный .
.
При линейной адресации к каждой клавише S1 - SNa п0дсое­
диняется один провод, кэк показщю на рис. 3.27 . l(ол_и~ество
клавиш N а соответствует основанию кода алфавита плюс набор
функций редактирования. Номер нажатой клавиши определяется
путем организации сканирования, осуществляемого с помощью
м.ультиплексора М, счетчика Сч, генератора 1 актов.ой частоты JГ.
Мультиплексор обеспечивает коммутацию из N а В• одно направле­
ние в соответствии с кодом на адресных входах AJ - Ат. Раз ­
рядность адресных входов должна удовлетворять условию m'~
~ [log2N а] . Такую же разрядность должен иметь счетчик Сч .
Сигнал с выхода мультиплексора через схему подавления дребез­
га (СПД) управляет логическим вентилем, через который посту­
пают счетные импульсы тактового генератора на вход счетчика
Сч. Схема подавления дребезга предназначена для устранения
помех, возникаю·щих при виб р ации механических ко нтактов при
78
]


~
Лае ,,1"
Е:0-:_:__~: м
.m... S3
o------tDJ
1
1
·L.f!П-o-----w,
сч ---
Готаd
Ко8 Зf{f1Kf1·
Qпt-------<-
Рис. 3.27 . Схема кодирования клавиатуры с линейной си­
стемой адресации
их замыкании . При кодовой комбинации на выходе счетчика, со­
ответствую щей номеру нажатой клавиши, на выходе мультиплек­
сора появляется сигнал единицы, которым запирается вентиль и
прекращается счет импульсов. Через некоторое время задержки,
необходимое для установления информации на выходе Сч, код
номера нажатой клавиши с помощью ПЗУ преобразуется в тре­
буемый код .обмена информацией. В частном случае код номера
клавиши может соответствовать коду обмена. В этом случае в
схеме отсутствует ПЗУ. Если при нажатии одной клавиши нажи­
мают и другую, то изменений не произойдет до тех пор, пока выз­
вавшая останов.ку клавиша не будет отпущена. Значит, эту схему
можно считать и схемой кодирования приоритета.
Недостатком линейной адресации является большое количест­
во проводов, выводящих информацию, с клавиатуры, и большое
количест во коммутируемых мультиплексором направлений, услож­
няющее его реализацию.
Схема кодирования с двухкоординатной (матричной) адреса­
цией клавиш показана на рис. 3.28. Каждая клавиша находится
в узл е матрицы проводников, состоящей из тх столбцов и ту ря-
дов, коли чество которых · выбирают из усло.вия
r ., \1i•......,.:
mxmy= N а-
(о.49):
При квадратной матрице
тх-= ту= VNa •
(3.50)
Общее количество выводов с матрицы клавиш тх+ту на­
много меньше, чем при линейной адресации . Действительно, при
N а=256 линейная адресация требует 256 выводов , матричная в
соответствии с {3.50) - 32 .
К: информационным входам мультиплексора подключены тх
выводов столбцов матрицы, к его адресным входам - d младших
79


1
2
-тх
т.m
....@1_ '\
DC QI
Q2
z
1
1
1 .в.
.lI!.. 1
--~
~ту
1
Гото!Jо
Рис. 3.28. Схема кодирования клавиатуры с двухкоординат­
ной адресацией
/
/
/
разрядов счетчика Сч (d = [Iog2mx], старшие q разрядов Сч
(q= [Iog2mr] - ко входам дешифратора, с помощью которого вы­
бираются последовательно ряды матрицы клавиатуры.
Для предотвращения ошибочного занесения данных при одно­
временном нажатии трех клавиш, расположенных Г-образно, в
цепь столбца каждого переключателя следует ввести диод.
Количество клавиш можно уменьшить вдвое, если каждой со­
ответствуют два знака , относящиеся к разным регистрам, напри­
мер регистрам русского и латинского алфавитов . -Клавиша реги­
стра непосредственно воздействует на старший разряд ПЗУ.
Промышленность выпускает однокристальный контроллер кла ­
виатуры К536ИВ 1 ручного ввода данных, обеспечивающий коди ­
рование 90 клавиш (матрица I0X9) . Подавление дребезга осу­
ществляется регулируемой - временной задержкой от 5 до 40 мс .
Кодирование осуществляется в кодах КОИ-8 и КОИ-7 с конт­
рольным разрядом в прямом или инверсном коде .
Клавиатура имеет в своем составе контактные или бескон­
тактные ключи S . Контактная клавиатура имеет малое переход•
ное сопротивление в замкнутом и высокое - в разомкнутом со­
стояниях. Основной недостаток - малый срок службы, обуслов­
ленный наличием большого количества механ и ческих движущихся
частей, а т<1кже подгоранием контактов. Для увеличения срока
службы часто применяют герметизированные контакты - герко­
ны, представляющие собой пару упругих магнитных контактов ,
помещенных в герметизированную стеклянную колбу, заполнен­
ную инертным газом. Под д~йствием внешнего магнитного поля
контакты деформируются и замыкаются. Очень часто . внешнее
магнитное поле ·создается постоянным магнитом, расположенным
щ1. оси клавиши и перемещающимся при нажатии на нее .
80


Бесконтактная клавиатура включает в себя бесконтактны е
•преобразователи механических воздействий в электрические сиг ­
налы . Различают два вида бесконтактных преобразователе й: с
механическим перемещением и сенсорные , срабатывающие от при ­
косновения . Преобразователи с механическим перемещением пре ­
образуют ме·ханическое перемещение в изменение светового, маг ­
нитного потоков, индуктивности, взаимоиндукции , емкости .
сопротивления и т. д. Затем это изменение· преобразуется в элек­
трический сигнет. Отсутстви~ контактов резко повышает надеж­
ность клавиатуры .
Сенсорные клавиши обеспечивают формирование сигнала при ­
косновением оператора к пластинам-сенсорам . Их принцип дей ­
ствия основан на изменениях емкости электрической цепи ил и
сопротивления высокоомных делителей при прикосновении опера­
тора пальцем к сенсору, что приводит к изменению частоты ил и
срыву автоколебаний, к задержке импульсного сигнала или изме­
нению уровня сигнала .
Рассмотрим в качестве примера сенсорный преобразователь с
емкостной задержкой , схема которого приведена н а рис. 3.~9,а .
Принцип действия иллюстрируется временньrми диаграмма м и
рис . 3.29,6 . На вход преобразователя поступают прямоугольны е
импульсы И r с частотой следования f0 . Если не прикасаться к
пластине сенсора Sп , то на вывод б ИМС DD 2 поступают входны е
импульсы , инвертируемые ИМС DD1 ( И1) . Н а вы ход е преобразо ­
вателя Ио постоянно сохраняется логическая единица. Если при­
коснуться к сенсору S п , то будет в н есена емкость человека Cs.
Из-за этой емкости импуль с ы на входе ИМС DD2 (U/) имеют .
некоторую задержку 't по отношению к импульсам на входе а .
В результате, когда на входы ИМС DD2 одновременно воздейст ­
вуют уровни л ог и ч еской еди н и цы , на выходе сигнал имеет уровень
логического нуля, т . е. фо р мируется выходной импульс Ио' дли­
тельностью 't, которая определяется постоянной времени CsR :
't = CsR ln(Ион-Ип1)/Ит,
(3.51 )
где Ион - выходное напряжение логической единицы ИМС DD1 ;
ИDI - падение напряжения на диоде д 1 , Ит - пороговое напря­
жение ИМС .
Выражение (3.51) не учитывает влияния времени задержки
включения ИМС DD1 tv, что справедливо при условии 't ~ fv. Зна­
чение R должно быть меньше или равно критическому значению
(Rкр}'.
•
Для ИМС ТТЛ серии 155 Ит ,;:::;; 1,4 В; Iп:::;:; 1,6 мА; Ион~2,4 В;
R кр,;::;;0 ,9 кО м.
Вносимая емкость Cs имеет порядок десятков пикофарад. Если
принять Cs=40 пФ, R= 0,8 кОм, то в соответствии с (3 .51) 't =
= 40 нс . Такие короткие импульсы предъявляют жесткие требо ­
вания к монтажу клавиатуры - длине соединительных проводни ­
ков и расстоянию между ними .
6- 314
81


::r:cs
s
----------
и
L ______.....c
~., ")
иfl~
И11111I_J
-/;
l=Ф1-51 t
.u0I
,
:
,
,
_
1
1
1
1
1
1
1
1
1
J
1
1
t
и~I--LгViлг
1
1
1
Рис. 3.29. Сенсорный преобразо­
ватель:
Недостатком сенсорных пере­
ключателей является завис и мость
r~араметров (емкости или сопро­
rивления) участков между сен 6:._о­
ром и концами пальцев операто­
ра от внешней среды и его инди­
видуальных свойств. Наличие ста­
rического электрического заряда
на пальцах может привести к про­
бою электронной схемы. Кроме
:rого, отсутствие тактильных ощу­
щений движения клавиши сни­
жает скорость ввода информации
и повышает вероятность ошибок.
Бесконтактная клавиатура с
механическим перемещением сво­
бодна от указанных недостатков.
Примером реализации бескон­
тактной клавиатуры с использо­
ванием емкостного эффекта мо­
жет быть схема рис . 3.29,а, если
емкость С реализовать из двух
пластин, одна из которых непо­
движна, а другая механически
связана с клавишей. Нажатие
клавиши приводит к перемеще-
а - структурная схема; б - времен- НИЮ ПОДВИЖНОЙ ПЛаСТИНЫ И рез-
нь1е диаграммы
кому изменению емкости С.
При конструировании бесконтактной клавиатуры широко ис­
пользуется эффект Холла. Функцию магнитоуправляемого элект­
ронного ключа выполняет микросхема КБ116КП1. В качестве
магниточувствительного элемента в ней используется интеграль­
ный элемент Холла. Кроме того, в сх·ему входят дифференциаль­
ный усилитель, триггер Шмидта и выходной каскад. Управляющее
магнитное поле создается малuгабаритным постоянным магнитом,
расположенным на подвижной части клавиши. Время включения
~0,25 мкс, а выключения ~0,5 мкс.
Пример 3.12. Синтезирова:гь схему кодирования для клавиатуры латинского
(32 знака.'):·и русского (32 знака).."алфавитов. Код iщаков КОИ-7. Вводя клавишу .
переключения регистров латшitкого и русского"'алфавитов, можно составить кла­
виатуру из 32 клавиш, на каждой из которых имеется обозначение двух знаков
(русского и латинского) Используем двухкоординатный способ адресации клавиш
с матриц~й 8Х4. Структурная схема соответствует · рис. 3.28, при mx=B, ту =4.
Выбираем интегральную схему мультиплексора 1 из 8 К155КП7 .
Определяем разрядность счетчика Сч: d= [log2 8] =3, q= [log2 4] =2; общее
число разрядов счетчика (d+q)=5.
.
.
Выбираем- тип ПЗУ. Требу~мую емкость ПЗУ 64Х7 обеспечат две БИС
ППЗУ К155РЕ7, к пяти адресньщ входам которых подключается выход счетчи­
ка Сч, а ко входам ВК каждой БИС - прямой и инверсный сигналы с клави­
ши выбора регистров.
82


ГЛАВА 4
Дискретные индикаторы
§ 4.1. Классификация и определения
Под дискретным индикатор ом понимают прибор, ин­
формационное поле которого состоит из отдельных фиксирован­
ных в пространстве элементов отображения (ЭО), а изображение:
создается одним ЭО или их совокупностью. Каждый ЭО представ­
ляет собой неделимую конструкцию, управляемую извне ,
В основу классификации дискретных индикаторов положим две­
группы признаков: назначение, которое в основном задается фор ­
мой, расположением и числом ЭО, и физические процессы, опре­
деляющие действие прибора. Следует отметить многообразие фи­
. зических
процессов, используемых в дискретных индикаторах.
По назначению различают следующие категории индикаторов :..
мнемосхемы; фиксированные надписи; одноразрядные буквенно­
цифровые индикаторы, отображающие одно знакоместо; много ­
разрядные буквенно-цифровые индикаторы, содержащие множест -.
во фиксированных знакомест в одной или нескольких текстовых.
строках; экраны-индикаторы с информационной емкостью не ме­
нее 10 ООО элементов отображения, не содержащие фиксирован­
ных знакомест; индикаторы-модули, конструктивное исполнение:
которых обеспечивает создание из них составны х экранов с
большей площадью индикации (в ряде случаев последние пред ­
ставляют собой непрерывное индикаторное поле с постоянным
расстоянием между ЭО в любой точке, в том числе на граница х.
модулей); шкальные индикаторы, предназначенные для отобра~
жения информации в виде светящейся точки или светящегося.
столбика с положением или высотой, меняющимися в зависимоста
от входного сигнала; цифроаналоговые индикаторы, предс.тавля ­
ющие собой объединение шкального и многоразрядного буквенно ­
цифрового индикаторов.
По виду ЭО буквенно-цифровые индикаторы делятся на зна ­
косинтезирующие и знакомоделирующие. Расположение ЭО схе -.
матично показано на рис. 4.1. Знакосинтезирующие индикаторьL
могут выполняться как матричные с точечными ЭО в местах пе­
ресечения электродов строк и столбцов, мозаичные (каждый ЭО,
может включаться или выключаться независимо) - и сегментные ,.
ЭО которых представляют собой полоски-сегменты, сгруппирован­
ные в знакоместа.
В знакомоделирующих (с целостным представлением инфор -.
мации) индикаторах ЭО выполняются в виде набора готовых .
знаков . Из рис. 4 . 1,г видно , что знаки, отображаемые с помощью,
знакомоделирующих индикаторов, имеют более привычные для.
глаза начертания, чем в случае знакосинтезирующих. В то же­
время ЭО в знакомоделирующих индикаторах обязательно долж -.
6*


а)
о)'
1
vЗD
:'· ··ЗD.
'эо
зо
-~
~
◊<) WJ !:)<:>
cf□□
□□о
D
О□□о
о
о□о112)
□□m
~j
о<> (){) □ IZ3 l:ZI
~-~
8
о IZl С11
IZ1:J IZ3 ш
rzэ rm l!ZI
ш liZI Cil
Ш1 l:ZI ш
1Ш m !!11
в)
г)
.д)
е)
Рис. 4.1. Расположение элементов отображения в дискретных
.
индикатор ах :
а- мозаичных; б- матр ичны х; в - с е гментных ; г- энакомоделирую-
щих; д_. е - шкальных
ны быть расположены в . различных плоскостях, что приводит к
взаимной и х экранировке. В знакосинтезирующих индикаторах
(рис. 4.1,а - в, -д,
.? -) •, изображение создается из элементов, распо­
ложенных в одной плоскости, и угол обзора больше, однако, схе­
мы для формирования из таких ЭО знаков зачастую сложнее,
чем в знакомоделирующих индикаторах.
Знакосинтезирующие и знакомоделирующие индикаторы могут
в ыполняться как в виде одноразрядных (одно знакоместо), . так
и в виде многоразрядных (несколько фиксированных знакомест)
приборов .
•
•
Наиболее широко используемой группой дискретных индика­
торов являются буквенно - цифровые приборы. При отображении
ограниченного количества знаков они •позволяют построить более
простую, экономичную, имеющую лучшие массогабаритные пока­
за тели и потребляющую меньшую мощность аппаратуру, чем на
основе ЭЛТ. В последнее время при отображении больших мас­
сивов буквенно-цифровой и графической информации конкуриро­
вать с ЭЛТ стали и плоские экраны. Они отличаются от буквенно­
цифровых индикаторов прямоугольной · формой информационного
поля, содержащего не менее нескольких тысяч ЭО, а также от ­
сутствием на этом поле фиксированных знакомест. Экранные ин-
84
.•;


"
дикаторы используют мозаичньiй или матричный варианты распо­
ложения ЭО, подобные изображенным на рис. 4.1,а, 6.
Если требуется аналоговое представление информаци:и, приме ­
няют шкальные индикаторы, ЭО в которых располагаются таким
образом, чтобы из них можно было создать криво- или прямоли­
нейную полоску переменной длины или же изменять положение
светящегося ЭО относительно начала шкалы (рис. 4.1,д, е).
По принципу 'действия индикаторы делятся на две основные
группы: активные, в которых электрическая энергия непосредст­
венно преобразуется в свет, и пассивные, которые только моду­
лируют внешний световой поток. Основными преимуществами ак­
тивных индикаторов являются высокое быстродействие, способ­
ность работать при малой освещенности окружающей среды и
большой угол обзора. По этим параметрам пассивные индикаторы
уступают активным, но зато сохраняют контраст при высокой
освещенности . и потребляют значительно -меньше электрической
энергии .
• В группу активных
индикаторов входят полупроводниковые,
электролюминесце1;1тные, вакуумные люминесцентные, газоразряд­
ные, накаливаемые вакуумные. К пассивным индикаторам относят­
ся жидкокристаллические, электрофорезные, электрохромные, а
также сегнетокерамические.
§ 4.2. Полупроводниковые индикаторы
Полупроводниковые индикаторы наиболее часто применяются
для отображения знаковой информации при относительно неболь­
ших размерах символа и ограниченном числе знакомест . Эти при­
боры характеризуются высокой наде жн остью , низким уровнем
управляющих напряжений и большой скоростью переключения.
Первые полупроводниковые светоизлучающие приборы (на ос­
нове карбида кремния) были созданы советским ученым О. В. Ло­
севым в 1922 г., который также заложил основы современных
представлений о механизмах излучения (электролюминесценции)
и возможных применениях светоизлучающих р-п-переходов.
Различ·ают электролюминесценции инжекционную, возникаю-
щую при прохождении тока через прямосмещенный р-п-переход
(эффект Лосева), и предпробойную, появляющуюся при наложе­
нии на слой электролюминофора сильного электрического поля
(эффект Дестрио). На первом из этих эффектов основано дейст­
вие полупроводниковых индикаторов, на втором - электролюми­
несцентных индикаторов.
Зонные диаграммы несмещенного и прямосмещенного р-п-пе­
реходов показаны на рис . 4.2,а, 6.
При прямом смещении р-п-перехода высота потенциального
барьера снижается и электроны из п-области диффундируют (ин­
жектируются) в р-область, где они и рекомбинируют с дырками.
Аналогичным образом дырки из р-области могут диффундировать
в п-область и там рекомбинировать (в реальных приборах пре-
85


++++++
++++++
р
а)
++++++
п
-- --
-
--
rpo-Ua
-
---
--
++++++
++++++~++++++
Р
:;+ n
о)
Рис. 4.2. Зонные диаграммы р-п-переходов:
а - несмещенного; б - прямосмещенноrо
обладает диффузия только одного вида носителей, причем тако­
выми обычно являются электроны). Таким образом, рекомбина­
ция в полупроводниковых индикаторах поддерживается благодаря
инжекции неравновесных носителей сквозь р - п - переход.
Для получения высокой световой эффективности* полупровод­
никовых индикаторов необходимо, чтобы основная доля энергии .
освобождаемой при рекомбинации, расходовалась на излучение_
Вероятность излучательной рекомбинации в первую очередь свя­
зана со специфической формой зонной диаграммы полупроводни­
ка. Зонные диаграммы двух классов полупроводников, широко
применяемых в индикаторах (прямозонных и непрямозонных) .
иллюстрируются рис . 4.3, на котором показана зависимость энер­
гии носителя заряда от значения волнового вектора (квазиим­
пульса) Кв для полупроводников GaAs1-xPx при изменении х.
Отличительной чертой прямозонных полупроводников являет­
ся то, что главный минимум зоны проводимости и максимум ва­
лентной зоны соответствуют одному и тому же значению Кв (кри­
вые при х = О, х=О,4). Тем самым электрон и дырка, участвующие
в рекомбинации, имеют одинаковые импульсы, т. е. этот процесс
происходит с изменением энергии, но при сохранении импульса_
Вероятность такой двойной рекомбинации достаточно велика.
Для непрямозонных полупроводников (кривые при x = U,65;
0,85; 1,0) максимум валентной зоны и минимум зоны проводимо­
сти соответствуют разным значениям Кв, т. е. при рекомбинации
меняются и энергия и импульс. В этом случае законы сохранения
требуют, чтобы в процессе участвовали третьи частицы. Вероят­
ность тройной рекомбинации заметно ниже, чем . двойной. В не ­
прямозонных полупроводниках возможна и двойная рекомбинация
при неизменном числе Ка, однако ее вероятность ниже из-за сла­
бого заполнения электронами уровней левого минимума зоны про­
водимости. Для увеличения световой эффективности непрямозон­
ных полупроводников либо применяют материалы с малым коли-
* Световая эффективность - отношение светового потока, создаваемого ин­
дикатором, к подводимой мощности; выража·ется в люменах на ватт.
86


чеством примесей и дефектов, что
уменьшает долю актов . безызлуча­
тельной рекомбинации, либо вводят
леtирующие добавки (например, N,
Zn, О), способствующие усилению из­
лучения. При наличии примесей ре­
комбинация происходит в три стадии,
,обозначенные на рис. 4.3 стрелками.
Вольт-амперная характеристика
прямосмещенного диода дается урав­
нением
la = A ехр [еИа/kТ)] +
+Вехр [еИа/(2kТ)], (4 . 1)
где А и :В~ постоянные; е - заряд
электрона; k- постоянная Больцмана;
Т - температура, К; И а
-
напряжение
на р-п-переходе. Первое слагаемое в
(4.1) представляет собой диффузион­
ный ток Iд, а второе - рекомбинаци­
онный ток I Р в обедненной области
р-п-перехода . Так как последний обу­
;{;Ловлен рекомбинацией на глубоких
уровнях, то он не дает вклада в излу-
r,эв
Рис. 4.3 . Зонные диаграммы
полупроводниковых соедине­
ний GaAs11- xPx при разных х :
1 - захват эдектрона изоэлектрон­
ным центром примеси; 2 - излуча­
тельная рекомбинация; 3 - форми-
рование связанного экситона
чательные процессы. Тем самым последние пропорциональны толь­
ко диффузионному току, т. е. яркость излучения
(4.2)
Несложным преобразованием приводим уравнение (4.1) к виду
(4.3)
,отсюда для области малых напряжений, где преобладает реком­
бинациоr-пшй ток,
(4.4)
а для промежуточных и больших токо!3, где преобладает диффу­
:зионный ток,
(4.5)
Р ассмотрим теперь факторы, определяющие спектральный 'состав
излучения р-п-перехода . Как известно, длина~ волны 'А рекомби­
национного излучения связана с шириной запрещенной зоны Бз
формулой
'А=сh/вз=1238/вз ,
(4.6)
rде с - скорость света; 'А- длина волны , нм; Бз
-
ширина запре- •-
щенной зоны, эВ .
Так как длинноволновый порог чувствительности глаза соот-
87


ветствует л=700 нм, то минимальная ширина запрещенной зоны
в полупроводниковых индикаторах по (4.6) должна быть прибли­
зительно равна 1,7 эВ. Такие материалы IV группы, как германий
или кремний, имеют малую ширину запрещенной зоны ез (гер­
маний - О, 7 эВ и кремний - 1, 1 эВ). Так как соответствующая
длин .а волны рекомбинационного излучения лежит в инфракрас­
ной области спектра, материалы не могут быть применены для
индикации.
Для создания индикаторов широко применяется твердый раст ­
вор тройного соединения III-V групп периодической системы
Ga,Asi-xPx. Изменяя значения х можно регулировать е; и полу­
чать материалы с различным цветом свечения .
Практически можно использовать прямозонный полупровод с .
ник с х=О,4, ез=l,8 эВ и длиной волны л=687 нм, приходящей:
ся на красную часть спектра. Для непрямозонных соединении
GaAs 1-xPх возможно увеличение х до единицы с одновременным
сдвигом л в сторону зеленой части спектра.
При x=l GaAs 1-xPx превращается в фосфид галлия GaP .
При легировании N в нем возникает зеленая люминесценция, при
легировании Zп, О - красная.
Важнейшей характеристикой полупроводниковых _индикаторов
является внешний квантовый выход (световая эффективность)
У}св=)'и'У} 1 св'Х,
(4.7)
где '\'и - коэффициент инжекции диода; ri' св - эффективность ге ­
нерации света; х - оптический коэффициент , учитывающий долю
выводимого света.
1~ ~-.--.--.--г~
отне8.
/
ю- 'l-----+- -'--t---t--- ----1-J
10 102 1031,11А
Рис. 4.4. Кандел-ам п ерные Хil­
ракте р истики различных типов
пол у п роводниковых и злучате -
ле й:
1-GaP: ZnO; 2 - GaAs,0,35 P 0,65 : N ,
3-GaAs,0,,15P0,85 : N, 4-GaP : N; 5-
G aAs,o ,02Po ,зs
Зависимость силы света * от то ­
ка для диодов GaP и GaAs1-xPx по ­
казана на рис ; 4.4. Почти для все х
типов прибсров наблюдается сверх ­
линейная зависимость и только ле­
гированные ZnO, светодиоды из
GaP с красным цветом свечения ха­
рактеризуются сублинейной зависи­
мостью.
Сверхлинейная , зависимость объ - •
ясняетс_я тем, что с ростом полног о
тока возрастает '\'и из-за увеличения
доли диффузионного компонента то-
ка по сравнению с рекомбинацион ­
ным. При больших токах '\'и стано­
вится равным единице и рост силы
б
u
1
света при лижается к линеиному.
В целом кривые для светодиодов
GaP и GaAsi-xPx, легированных N ,
* Малые размеры излучателей затрудняют измерения, поэтом у полупровод­
никовые индикаторы ха рактеризуют силой света, а не яркостью; соответствую ­
щие харак теристики · называют к ан дел - амперным и .
88


могут быть описаны форму­
лами (4.4) и (4.5).
Сублинейная
зависи­
мость для светодиодов из
GaP, легированных ZnO,
обусловлена тем, что в них
одновременно с ростом 'Уи
происходит сп ад r{св и з -за
быстрого насыщения излу­
чательных центров примесей.
п=1
прг ВозВух
Попупро8081-шк
Рис. 4.5. Выход излучения из полупро­
водника во внешнюiо среду
Сверхлинейная зависимость излучения большинства светодио­
дов указывает на целесообразность использования больших токов
для их возбуждения. Однако при этом следует учитывать увели,
чение тепловыделения и повышение температуры р-п-перехода,
что снижает эффективность генерации света 11' св из-за увеличения
числа , безызлучательных переходов. Таким образом, в случае
сверхлинейной зависимости яркости от тока лучше всего исполь­
зовать возбуждение импульсами со значительной . скважностью.
Как следует из формулы (4.7), внешний квантовый выход за ­
висит еще и от коэффициента вывода света х. На рис. 4.5 иллю ­
стрируется прохождение луча света, генерируемого в р-п-переходе,
через слой полупроводникового материала (показатель прелом ­
ления nпр1 > 1) во внешнюю среду (например, воздух с nпр2 = 1) .
Исходя из закона полного внутреннего отражения, можно опреде­
лить угол выхода излучения как
(!)кр! = arcsin (nпр1/nпр2).
Тогда для GaP (nпр 1 = 3,28) на границе с воздухом (nпр2 = 1)
(J)кр1 = 17,7° , соответствующий телесный угол равен 0,187 ер. При
.ко эффициенте
пропускания 0,695 доля света, проходящего через
наружную поверхность светодиода после первого падения, состав ­
ляет 0,046 . В некоторых новых приборах на основе непрямозон­
ных тройных соединений GaAs1-xPx на подложку нанесен отража­
тельный слой, благодаря чему наружу выходит не только и злу че ­
ние, сосредоточенное внутри телесного угла, соответствующего
<(!)кр1, но и однократно либо многократно отраженная часть осталь­
ного излучения. Таким образом, в зависимости от конструкции и
используемого материала световая эффективность полупроводни­
,ковых индикаторов меняется от сотых долей до единиц люмен на
ватт.
Полупроводниковые индикаторы изготовляются в монолитном
~или гибридном исполнении. Монолитные - это знаковые индика­
торы с размерами символов порядка 2-3 мм, в корпусы которых
часто встроена увеличивающая пластмассовая линза . Изображен­
ный на рис. 4.6 прибор состоит из ряда р-областей, расположенных
'В подложке п-типа, п-слой является отрицательным контактом для
всех р-п-переходов. Другие контакты· создаются осаждением ме­
талла на диэлектрический слой, покрывающий поверхность.
При изготовлении индикаторов с размером знака 7 мм или
больше предпочитают гибридную структуру, обеспечивающую з а-
89


п
Рис. 4.б. Конструкция моно­
литного
полупровод11икового
индикатора
А-А
5
Рис. 4.7. Конструкция гибридного
полупроводникового индикатора:
1 - сегмент; 2 - светорассеивающий мате­
риал; 3-диффузор; 4-полость; 5 - - пласт­
масса; 6- излу<,атель
метную экономию дорогого пол упро водникового материала. Кон­
струкция такого индикатора изображена на рис. 4.7. Для преобра~
зования точечного свечения излучателя размером око·ло О,ЗХ
Х 0,3 мм 2 в свечение сегмента в слое плс11стмассы делаются про-
дольные полости, заполненные светорассеивающим материалом и
закрытые сверху диффузором. Иногда полость заполнена возду­
хом, а ее внутренние стенки покрыты отражательным слоем. Ги­
бридная конструкция также применяется для многоразрядных ин­
дикаторов.
1,
мА
б
2
о
Выбор режимов возбуждения индикаторов определяется их кан­
с
~
('
~F
' zз 4 дел-амперной и вольт-амперной характери­
стиками. Первые были показаны на рис. 4.4,
~торые, изображенные на рис. 4.8 для раз­
личных материалов, являются типичными
для прямосмещенных р-п-переходов. В боль­
шей части рабочего диап111зона ток экспонен­
циально увещrчивается с напряжением, при
больших токах характеристики спрямляются
из-за внутреннего омического сопротивления
диода. Для GaAs1-xPx с увеличением х пря-
1
/
j
J/
0 ,, о в 12. и, в мое падение возрастает, что объясняется
,.., .
1
'
увеличением ширины запрещенной зоны.
(/11
Рис. 4.8 . Вольт-ампер­
ные характеристики по­
лупроводниковых
излу-
Отметим также, что для прямозонных инди­
каторов динамическое сопротивление со ­
ставляет 1-2 Ом, в то . время как для не­
прямозонных - 7-15 Ом. Это связано
с более высокой подвижностью носителей в
прямозонных полупроводниках.
чателей:
1 - GaAs0,6P,o,,:
2-
GaAs0,35 P,o, 65 ; 3-GaAs0,·l'•x
XP0,s 6; 4-GaP: N
90


Токи не должны превышать приблизительно 100 мА, иначе но­
сители зарядов начинают вытесняться в область под металличес ­
ким контактом и соответствующее излучение может не достигнуть
наблюдателя.
Кандел - ам п ерные характер и стики, приведенные на рис. 4.4, !"lо­
гут быть аrшроксимировюi ы формулой
где lv-сила света .
fv = f vofan,
(4.8)
Исп оль з уя закон Тальботта, выра з им силу света lvи в импульс­
ном режиме через силу света в непрерывном режиме . / vкаж:
(4.9)
где q - скважность импульсов .
Комбинируя (4.8) и (4.9), можно рассчитать силу тока при
импульсном возбуждении / аи, если известен необходимый для со­
здания заданной кажущейся силы света номинальный постоянный
ТОК/аном:
/ аи =fа ,юмql/п_
(4.i0)
Для полупроводниковы х индикаторов на основе GaP и
GaAs1-xPx, например АЛ 304, АЛС 314А, для q=:s::;;5 можно брать
n= l,4,адля q>5 n= l,2.
Приведем данные об основных параметрах некоторых полупро-
водниковых
индикаторов,
выпускаемых
промышленностью
(табл . 4, 1).
Таблица4.1
У дел ьная Номн- Напря-
Тип
Число Число ЭО Высота Цвет
сила
н аль- жение
Схема
и ндикатора знака - в знаком ее те знака, свече-
света,
ный · на пе- включения
мес,r
мм
ния
мккд / мА ток , реходе,
мА
в
АЛС324А
1 7+дееятич-
7 Крае- 7,5
20
2,5 С общим
ная точка
НЫЙ
катодом
--
--
АЛ 304Г
1 7+дееятич- 2,5
"
350
5
2
С общим
ная точка
анодом
--
АЛС 3388
1 5+ дееятич-
7 Зеле-
7,5
20
3, 5 Изолиро-
ная точка
НЫЙ
ванные
эо
---
-
АЛС 3 18А
9 7+дееятич- 2, 5 Кра е -
24
5
1,9 С общим
ная точка
ный
катодом
---
-
-
-
К490И П1
1 7+дееятич- 2,5
"
10
-
4,5 Со ветро-
ная точка
енной ехе-
мой управ-
лени я
-
-
--
·
--
АЛС 340А
1 7Х5+деея-
"
12,5
10
2,5 Матричная,
тичная
точк а
91


§ 4.3 . Электролюминесцентные индикаторы
Многослойная структура выпускаемого промышленностью по­
рошкового индикатора, возбуждаемого переменным током, пока­
зана на рис. 4.9 .
Зонная диаграмма электролюминофора (кристаллофосфора) и
схемы. переходов, вызывающих люминесценцию, приведены на
рис. 4.10. Кристаллофосфор можно рассматривать как диэлектрик
или полупроводник с широкой запрещенной зоной. Наклон линий
зонной диаграммы обусловлен тем, что электролюминофор нахо­
дится в сильном электрическом поле. Для усиления люминесцен­
ции в материал вводятся два вида примесных атомов : активаторы,
представляющие собой центры люминесценции, захватывающие
дырки, и соактиваторы, накапливающие необходимые для реком­
бинации электроны (ловушки) . Раздедение зарядов в кристалла­
фосфоре под действием сильного электрического поля происходит
в результате: а) ионизации кристаллофосфора электронами, при­
обретшими большую энергию в электрическом поле (ударная
ионизация), б) туннельного эффекта (туннелирование). Появив ­
шиеся в результате ионизации дырка и электрон захватываются
соответственно центром люминесценции или ловушкой. Скорость
обратного процесса рекомбинации с излучением определяется тем­
пом освобождения электронов из ловушек в результате термоге ­
нерации .
Ионизация становится вероятной только в пробойных или пред­
пробойных условиях, т. е. при напряженности электрического по ­
ля ,...,, 10 8 В/м. Создание столь высокой напряженности поля по
всей толщине люминофора потребовало бы очень высоких напря­
жений (1000 В для 10 мкм). Реальное напряжение гораздо меньше,
так как из-за неоднородности поля происходит его концентрация
на обратносмещенных р-п-переходах, краях кристаллов или
остриях иглообразных включений меди.
Чтобы не протекал сквозной ток, слой кристаллофосфора в ин -
Рис. 4.9 . Структура порошко­
вого элек тролюминесцентного
индикатора,
возбуждаемого
переменным током:
J- электрод (алюминий); 2 - связ­
ка; 3- ZnS :Cu, ZпS: Mn; 4-проз·
рачный электрод (SnO, ); 5 - про-
зрачная подложка
92
Рис. 4.1 О. Зонная диаграмма кри­
сталлофосфора и схемы переходов ,
вызывающих люминесценцию:
1 - т.уннелирование;
2 - рекомбинация;
3 - ударная ионизация; 4 -захват электро­
нов; 5 - термоrенерация электронов: б
-
локальные уровни соактиваторов; 7 - ло­
кальные уровни акт иваторов; В-захват
дырок


дикаторах переменного тока погружают в изолирующую связку .
Так как ее диэлектрическая постоянная много больше, чем у крис­
таллофосфора; основная часть электрического поля сосредоточи ­
вается в последнем. Свечение в электролюминесцентном индикато­
ре, питаемом переменным током, сдвинуто на 120-180° по отно ­
шению к возбуждающему напряжению.
Основной характеристикой электролюминесцентного индикато ­
ра считается зависимость яркости от напряжения (кандел-вольто­
вая характеристика). Эта зависимость описывается выражением
-L0 = Lvo ехр (- k 1JVU),
(4.1 1),
а приближенно может быть выражена формулой
Lv=k2Un.
(4.12)
В порошковом индикаторе переменного тока п ~ 3, в пленочном.-,
п~s.
Зависимость яркости от частоты f для диапазона частот, не­
превышающего 10 кГц, может быть выражена как
,Lv=kзfз/ (f+fo).
(4.13 у
Спектр излученйя электролюминофора в значительной степени ,
определяется активатором (для Cu - синий и зеленый, для Мn­
желтый).
Зависимость яркости от температуры отличается наличием
максимума в области комнатной температуры . Спад при более
высоких температурах объясняется усилением безызлучательных
переходов.
Скорость деградации излучения электролюминесцентных индиs
каторов возрастает при увеличении частоты возбуждающего на­
пряжения, а также температуры и влажности. Возможной при чи­
ной деградации порошковых индикаторов является электролиз
Тип прибора
иэл-о-'rv
сегментный
цифровой
ИЭЛ-O-VII
мнемонический
ИЭЛ-Р-VI
растровый
двухцветный
1
Размеры индика 1
тора, мм
19 (высота
цифр)
45Х85 (раз-
меры поля)
ЗЗХЗЗ (раз-
меры поля)
Цвет свечения
Зеленый
Зеленый, голу-
бofi, желтый*
Зеленый и жел-
тый, голубой и
зеленый, голубой
и желтый**
• Один нз трех для данного типа прибора.
Таблица 4.2·
1
1
Напряже- /
Ток/,мА ниеU,В
о , 1 175-250:
4,5 175-250
0,5-2,0 175-250
Частота
f, Гц
400, 1200
40J, 1200
400 , 1200,
н Одна из трех пар цветов для данного типа прибора.


кристаллов в области сильного электрического пол я , приводящий
к снижению числа центров люминесценции. Для повышения сро­
ка службы используют режимы возбуждения с автоматическим
повышением частоты или амплитуды возбуждающего напря жения
по мере деградации электролюминофора.
В табл. 4.2 приведены параметры типичных электролюминес­
центных индикаторов.
§ 4.4. Вакуумные люм инесц ентные индикаторы
Вакуумный люминесцентный индикатор представляет собой
мно гоанодный диод или триод, изображение в котором формиру­
ется в результате высвечивания низковольтного люминофора, на­
н есенного на аноды и возбуждаемого потоком электронов. Триод­
ная структура (рис . 4.11) позволяет управлять индикатором по
двум независимым входам, что и определило ее широкое приме­
нение.
Рабочая температура оксидного катода лежит в диапазоне
'900-1000 К, при этом испускаемое им свечение достаточно мало
для того, чтобы не препятствовать считыванию основно_го изобра­
жения. Допустимое изменение напряжения накала И~ак не долж­
но превышать +10%, при большем напряжении сокращается срок
служб ы , при меньшем - падает яркость свечения.
• Для запирания индикатора на сетку и соединенный с ней экран
А
подается небольшое отрицательное напря- .
жение (несколько вольт) по отношению к
катоду. При включении индикатора поло- ,
2 жительный потенциал прикладывают к сет-
3 ке и к тем анодным сегментам, которые
необходимы для формирования символа .
Остальные сегменты находятся под катод­
ным потенциалом .
Сетка создает почтп равномерный по­
ток электронов в плоскости анодов . Элек­
троны, коллектируемые включенными ано­
дами-сегментами, возбуждают люминофор,
а электроны, идущие на выключенные сег­
менты, отражаются . Не собираемые вклю-
4 А-А
ченными анодами электроны попадают на
,,..,,,,
"
1 экран.
2~~('j 1fy;fi;~;y;;;1· ~
5 Важной особенностью вакуумных люми-
_i
;~.
2 несцентных индикаторов является - приме-
1-----:-
6 нение в них низковольтной люминесценции,
для чего используются люминофоры на
Рис. 4.11. Трио д ная основе (Zn, Cd) S. Эффективность такой
структура вакуу много люминесценции значительно ниже, чем
люминесцентного инд и-
б
катора:
в ЭЛТ , и поэтому скважность о лучения
1- управляющая сетк а; 2- ЛЮМИНОфора ПОТОКС>М электронов ДОЛЖНа
анод ; з- люминофор; 4-к•- быть значительно ниже.
тод; 5-экр а н; 6-подложка
94


При напряжениях в интервале 10-100 В наблюдается моно­
тонная линейная зависимость яркости от анодного напряжения
Иа, а также от плотности тока j, которую можно выразить в виде-
Lv,_,jИа.
(4.14}
Е,~ли предположить , что в вакуумных люминесцентных индика­
торах·, как и в любой электронной лампе, собJ11одается закон j ~
N
Иа31 2 , то из выражения (4.14) вытекает приближенное соотно­
шение*, позволяющее найти импульсное напряжение Иа и воз­
ьуждения анодов при скважности q, обеспечивающее .ту же яр­
кость, что и номинальное постоянное напряжение И а нам:
(4.15)
Как правило, вакуумные люминесцентные индикаторы исполь­
зуются при одинаковых анодном и сеточном напряжениях, кроме­
того, значение импульсного напряжения всегда ограничено сверху
(обычно менее 70 В). Тогда, взяв И а нам=ЗО В, получим макси­
мальное значение q=8,3, при Иа но м =20 В q=ЗО.
Конструкция многоразрядного вакуумного люминесцентного ин­
дикатора изображена на рис. 4.12. Индикатор имеет баллон плос­
кой формы, для нанесения его анодов и люминофора используют­
ся методы фотолитографии и пленочной технологии. Прибор не
имеет экрана, этим достигается увеличение угла обзора . Общее
число выводов равно сумме числа знакомест (сеток), числа анодов
одного знакоместа и числа выводов катода (для 17-разрядного ?-
сегментного индикатора с десятичной точкой 17 +s+ 2=27).
Параметры типичных вакуумных люминесцентных индикато-
Рис. 4.12 . Конструкция вакуумного люминесцентного мно­
горазрядного индикатора:
/ - катодная нить; 2 - подложка; 3-анод, 4-шина одноименных
сегментов; 5-сетка знакоместа; 6-выводы из корпуса
* Фактически зависимость является более сложной, так как изменение И,.
влияет на ток катода и распределение токов между анодом и сеткой. Формула
(4.15) справедлива толькQ для режима, когда ток огр"аничен объемным зарядом.
.,,


.,
1
о.
о
...
о
"
.,
5о
=:<
1
f-,
:,:
:j. (Г)
е(
:,:
.,
ИВ-8
7+деся -
цифровой
тичная
сегментный
точка
ИВ-11
7 +д еся-
цифровой
тичная
сегментный
"!"ОЧКа
-
ИВ-27
14Х7
цифровой
сегмен тнь1 й
14-разрядный
-
ИВЛМl-5/7 5Х7
1юче•1ный
знако вы й
ПЗ50
128Х128
матри ,шы й
* Им пульсное напряжение.
** На знаковый разряд.
~"°
<С
i
:,;
о:•
~: ,;
., "'
V,;
:оЕ @ о,;
:,; :,;
о::,:
.,
~~~f-"'
.,
:<
р,
.,
о:
:r:
0,85 100
1,5 100
8,7Х4,5 3, 1 180
(размеры
поля)
4
2,4 200
(диаметр)
О,5ХО,5
Таблиц а 4.3
<!)
"
..
о<!)
<С
~ it::1
< з :о:1"
:,;
...
.о:,;
:,;
u
., ,,
.
,;.,.,
о
... _
:<•
:< '"
о:
u,,
?.= е-, ro
., :Ее(
ое(
"'<1Je( о = :i: tr:: о
ое(
:Е Е.:<
о.uо
f-,: ,:
" о.:с
f-,
о
.,
~ :i:
...
:,;".,
о:
"'
~
.,
.,
:<
:r: .,
u
о"
:r::,:
u
20 3,0 20 0;8
500
25 12,0 25 3,5
500
24* 2,0** 24* 1,6** 18 300
50* 2,0** 50* 1,4 5 2500
100 *
100*
64 2500
ро в : одноразрядных цифровых ИВ-8, ИВ-11; многоразрядного на
8,5 разрядов миниатюрного ИВ-27; матричного ИВЛМl-5/7 , ма­
-тричной панели 128Х 128 П350- приведены в табл. 4.3.
Применение одинаковых сеточных и анодных напряжений
удобно с точки зрения простоты схемы управления, однако дан­
ные табл. 4.3 показывают, что при этом сеточный ток превышает
:анодный. Для улучшения энергетических показателей индикатора
,на сетку можно подавать меньшее напря:жение, чем на анод.
§ 4.5. Накаливаемые вакуумные индикаторы
•
Накаливаемые вакуумные индикаторы (рис. 4.13) конструк­
·тивно представляют собой ва куум ный баллон, внутри которого
расположены элементы отображения в виде вольфраМОJi!ЫХ спира­
.лей. Рабочая температура нитей не превышает 125O°С, чем обеспе­
'Чива ется высокая долговечность. Спиральная форма нити и не­
-большое расстояние между опорными штырями предотвращают
за метное прови сание при нагреве. Для увеличения контраста под­
-Ложка чернится.
Во збужд ение индикаторов производится приложением посто­
я нного, пер ем енного или импульсного напряжения между общим


Рис . 4.13. Структура электро­
дов накаливаемого вакуумно ­
го индикатора:
1 -подложка; 2-опорные штыри;
3-спирали накала
1,
мА
20
18
/б
14
12
10
8
б
4 ',;-о _.....__-';:-----:::--~-~--
2
J 4 5Ин,В
Рис. 4.14 . Вольт - амперная ха­
рактеристика
накаливаемого
вакуумного индикатора
выводом и отдельными выводами возбуждаемых сегментов . В лю­
бом случае нагрев элемента отображения запаздывает, так что
время готовности (интервал времени от момента приложения элек­
трического сигнала до достижения яркостью 80 % от установив­
шегося значения) составляет в среднем 0,2-0,25 с.
Типичная вольт-амперная характеристика накаливаемого ва­
куумного индикатора приведена на рис. 4.14. Ее сублинейный ха­
рактер легкообъясним, так как сопротивление представляет собой
возрастающую в результате нагрева нити функцию тока .
Яркость накаливаемых индикаторов быстро растет с напря ­
жением. Теоретически эту зависимость можно объяснить следую ­
щим образом. Как и любая лампа накаливания, вакуумный нака ­
ливаемый индикатор имеет малый к. п. д . , т. е . большая часть
подводимой к нему :мощности отводится путем теплопроводности
или конвекции. Отсюда следует, что температура нити в среднем
пропорциональна подводимой мощности, т . е.
Т "'lнакИнак"' и:ак •
С учетом роста сопротивления при увеличении тока
принять п;:::; 1,75. Так как по закону Стефана-Больцмана
ние пропорционально четвертой степени температуры, то
(4.16)
можно
излуче-
LV "--' и:ак •
(4.17)
Здесь Инак - действующее значение напряжения .
Вольт-амперные характеристики рис . 4. 14 пока з ывают, что на­
к аливаемые вакуумные индикаторы работают при сравнительно
больших (в десятки миллиампер) токах . Необ х од имо также у читы ­
вать , что в начальный момент из-за малого сопротивления холод­
ной нити возможен бросок тока (до дв у кратного з начения), про­
должающийся несколько десятых долей секунды .
При импульсном возбуждении и большой скважности макси ­
мальная мгновенная и средняя температуры катода могут сильно
7-314
97


различаться, что отрицательно сказывается на сроке службы инди•
катара. Поэтому на практике не рекомендуется использовать сква ­
жность больше 12. С учетом эти х ограничений частоты повторе­
ния и скважности можно найти импульсное напряжение возбуж­
дения:
Инаки=Инакном•q112,
(4. 18)
где Инак ном - номинальное постоянное напряжение возбуждения.
Накаливаемые индикаторы превосходят другие типы активных
индикаторов по яркости, что достигается за счет большей потреб­
л яем ой мощности. Преимуществом накаливаемых индикаторов яв­
ляется также возможность получения разнообразных цветов све­
чения , для чего применяются светофильтры, вырезающие опреде­
ленную часть спектра из широкой спектральной полосы , даваемой
накаленной вольфрамовой нитью.
В табл . 4.4 приведены параметры типичных накаливаемых бук­
венно-цифровых индикаторов.
Таблица4.4
;
.,
'"
о•
Яркость, кд/м'
с.
о;<!>
""
о
"'=
"'
Тип
Размер знака,
""
О:о:
"'
"'
:*со
~~
ин д ика-
1
мм
ое(
"'
="'
тора
МИНИ·
нами-
"' с.
::! с.
"'
о'- '
о~
о
мальная
нальная
~
:I::;
!-
ИВ-9
1700
3000
БХ12
120
4,5
19,5
ИВ-13
7000
10000
15,4Х23
120
7,5
36
При питании импульсным или переменным напряжением для
предотвращения возникновения резонанса рекомендуется ·исполь­
зовать частоты в диапазоне 0-150 или выше 500 Гц.
§ 4.6 . Газоразрядные индикаторы
Общие свойства ; Сравнительно высокое рабочее напряжение
(сотни вольт) газоразрядных индикаторов предопределяет приме­
нение этих приборов в аппаратуре с сетевым электропитанием. В
то же время аморфность газовой: среды делает возможным созда ­
ние приборов больших размеров, а ее свойства позволяют строить
функциональные индикаторы, в которых адресация информации
по индикаторному полю или ее запоминание осуществляются внут­
ри индикатора .
По принципу действия и конструкции газоразрядные индика­
торы делятся на три группы: знаковые (большей частью цифро­
вые); индикаторные тиратроны; газоразрядные индикаторные па­
нели .
Практически все типы газоразрядных индикаторов представля­
ют собой комбинацию диодных промежутков. Обычно ток в таком
промежутке ограничивается резистивной нагрузкой (рис . 4.15,а).
98


Рис. 4.15. Газоразрядный диод:
а - схема включения; 6-определение
рабочей точки на вольт - амперной ха -
рактеристике
L
t
t
Рис. 4. 16. Временньrе диагра'.1-
мы возникновения тока в га­
зоразрядном промежутке
В этом случае рабочая точка прибора определяется пересечением
нагрузочной прямой с вольт-амперной характеристикой
(рис. 4.15,6). Если это пересечение приходится на горизонтальный
участок характеристики, в приборе устанавливается нормальный
тлеющий разряд, если на возрастающий - аномальный.
Для возникновения рсtзряда необходимо, чтобы
Еа~Ив,
(4.19)
где Ив - напряжение возникновения разряда.
Ток через прибор
(4.20)
где Ии - напряжение поддержания разряда.
Из (4.19) и (4.20) видно, что для выбора статического режи­
ма работы газоразрядных индикаторов важны следующие пара­
метры; Ив и Ип - н а п ряжения возникно в ения и поддержания ра.13- ·
рядов, 1и - ток перехода от нормального к аномальному тлеюще­
му разряду (этот переход соответствует полному покрытию като­
да свечением) .
Основные динамические характеристики газоразрядного проме­
жутка иллюстрируются рис. 4.16, показывающим возникновение
в газоразрядном промежутке тока i под действием напряжения и .
Так как время запаздывания возникновения разряда обусловлено
появлением у холодного катода индикатора электронов, что явля­
ется статистическим процессом, то оно характеризуется средним
значением 'tст и его дисперсией. Для уменьшения и одновременно
стабилизации этого времени с помощью вспомогательного разряда
у катода создают начальную концентрацию электронов. После по­
явления начального электрона нарастание лавин в промежутке и
установление тока также требует определенного времени форми­
рования 'tф. Для возвращения промежутка в первоначальное со­
стояние после окончания импульса анодного напряжения заряжен­
ные частицы должны рекомбинировать, на что уходит время деио­
низации 'tд.
7*
99


Перечисленные динамические параметры 'tст, 'tФ, 'tд газоразряд­
ных индикаторов определяют минимальные длительности управ­
ляющих импульсов, подаваемых на прибор, и предельную частоту
его работы.
Излучателем в газоразрядных индикаторах часто является от­
рицательное тлеющее свечение- область, непосредственно при­
мыкающая к отрицательному электроду (катоду) прибора. В ка­
честве газового наполнения, как правило, применяют инертный
газ, слабо реагирующий с деталями внутренней структуры и мало
поглощаемый, чем обеспечиваются высокий срок службы и малая
скорость деградации характеристик. Достаточно высокую яркость
свечения в видимой области спектра дают только неон и его сме­
си с другими инертными газами (до 10 ООО кд/м 2 и выше). Так
как основные линии излучения неона лежат в оранжево-красной
части спектра, то ею и ограничивае~:ся цвет свечения многих га­
зоразрядных индикаторов.
Знаковые индикаторы. Наиболее простые по конструкции и
принципу действия знаковые (цифровые) индикаторы содержат
множество катодов, окруженных общим анодом. Электродная
структура знакомоделирующего цифрового индикатора, показан­
ная на рис. 4.17, содержит набор из десяти катодов, каждый из
которых имеет форму цифры, окруженной, со всех сторон анодным
электродом. Для вывода излучения верхняя часть анода выполне­
на в виде оптически прозрачной сетки . Прибор работает в режиме
слабо аномального тлеющего разряда, т. е. при токах, чуть пре­
вышающих ток; полного пок·рытия катода свечением Iп. Так как
давление газа в приборе составляет несколько тысяч паскаль, то
/•8rvЗ
.
2
свечение тлеющего разряда образует тон­
кую (толщиной в десятые доли милли­
метра) область, плотно окружающую ка­
тод. В связи с этим область свечения
имеет форму достаточно близкую к кон­
туру катода, т. е. отображаемой цифры.
Знакомоделирующие индикаторы бы­
ли широко распространены благодаря
привычности начертания символов. Но
постепенно начали проявляться их недос­
татки, связанные с тем, что экранирова­
ние одних символов другими затрудняло
наблюдение, а большая толщина катод­
ного пакета уменьшала угол обзора и
ограничивала число используемых зна­
ков (длину алфавита).
Поэтому в последующих разработках
знакомоделирующие индикаторы \ были
Рис. 4.17. Конструкция заменены знакосинтезирующими, кото-
знакомоделирующего газо-
К
разрядного индикатора:
рые выполнялись многоразрядными. он-
1- торцовая часть анода (про-
структивно такие индикаторы напомина­
зрачная); 2-катод; 3-боковая ют вакуумные люминесцентные, изобра­
часть анода (сплошная)
100


же нн ые на рис. 4.12, однако в отличие от последних они имеют не
три, а два электрода. В газоразрядных индикаторах на месте ано­
дов вакуумного люминесцентного индикатора располагаются хо­
лодные катоды, а на месте сет о к - гшоды, выполня е мые путем
на пы ления прозрачно г о про в одящего покрытия на внутреннюю по­
верхность лицевой части прибора.
Газор)азрядные знаковые индикаторы применяются в основном
для отображения символов больших разм,еров. Параметры типич­
ных ци ф ровых индикаторов пр иведен ы в табл. 4.5.
Таблица 4 . 5
1
§о~ t::""
::;;
~~i:Q
~
:,::с•
у"'
11) Фro
С!);; q
Тип
ч и сло Размер
"'
Угол g~ §.
o=t =t
Цвет
'"
:,: q "' 1а111in,
1аmax
индика• э н ако• знака,
обзора, ~g[ .,, о о.
с аечения
,_
<:"'"
мА
мА·
т ора
месr
мм
(.)
град
ro QJ~
о
; (1.) t::t::
"'
::;; :,:
о.
:s:: ;;:: :s::
:,: "'"
°'
u :i::::.::
(.) Q):,:
у"' Q)
~~;z:
;; ".,
~'а. ~'-'-
ИН-8-2 1
IOX I9 Оранже - 100
60 170 !50 2,5
3,5
во-кр2с-
ный
ИГП-17 17
12Х9 То же 170 100 190 170 0,025* 0,035*
* На сегмент
Индикаторные тиратроны. Индикаторные тиратроны отличают ­
ся малой управляющей мощностью, наличием нескольких входов,
что позволяет эффективно ор г анизовать матричную адресацию, и
внутренней памятью.
Электродн ая ст руктура ти п ичного индикаторноfо тиратрона
TXI 9А и распределение потенциала в его рабочем пространстве
по оси изображены на рис. 4.18. Подготовительный разряд на
подкатод ПК существует постоянно и плазма ПЛ этого разряда,
примыкающая к первой сетке С 1 и второй сетке С2 , образует так
называемый плазменный катод ПЛ.
Управление возникновением основного разряда на вспомога­
тельный анод А 1 и анод индикации А 2 осуществляется с помощью
сеток С1 и С2, которые воздействуют на потенциал плазменного
катода (последний определяется наиболее положительной из се­
ток, а если потенциалы сеток одинаковы - сеткой, ближайшей к
анодам) . При положительном потенциале хотя бы на одной из се­
ток С 1 , С2 между плазменным катодом ПЛ и к атодом К воз н ика ­
ет тормозящее электрическое поле , препятствующее прохождению
электронов в пространство К-А1 , А2 (спл ошная линия н а
рис. 4.18,6). Напротив, если и С 1 и С2 находятся под потенциалом,
близким к катодному, то электроны проникают в промежуток
101


пк
К-А,, А2, в котором становится
1:1озможным возбуждение разря­
да (пунктир на рис _ 4.18,6).
Распределение
потенциа л а
Eaz
ттосле возникновения ра з ряда на
А, , А2 (штрихпунктирная лини я
на рис . 4.18,6) показывает нали­
чие еще одной плазменной обла­
сти - положительного
столба
ПС, примыкающего к анодам.
Ультрафиолетовое излучение по­
тюжительного столба возбуждает
,1юминофор Л, излучающий види-
а)
и
а)
мый свет.
Из сказанного следует, что
для возникновения разряда в
Рис. 4.18 . Индикаторный
ТХ19А:
х индикаторном тиратроне необхо ­
димо иметь низкие уровни напря­
жения на его сетках при высоких
уровнях на анодах А, и А2. Это
поз во ляет
записать
условие
включения в виде логического
тиратрон
а-электродная структура; 6-распределе ­
ние потенциала в рабочем пространстве
уравнения
fвкл = Иаш;\ Иа2н;\ Иc1LJ\ Ис2L,
(4.21)
где fвкл= l при включении тиратрона ; Иа1 , Иа2, Ис1, Ис2 - напря­
жения на соответствующих электродах; Н, L - высокие и низкие
уровни этих напряжений . Таким образом, по вкл ючению тиратрон
может работать как четырехвходовая схема совпаде н ия. Однако
низкие значения управляющих напряжений получаются только по
•,
С, и С2, по А1 и А 2 они значительно выше, так что большей
частью используют сеточное управление . Удобство сеточ-
ного управления связано и с тем, что входы С , и С2 почти неза ­
висимы, а изменение на п ряжений на них после включения не влия­
ет на яркость ЭО .
Индикаторные тиратроны обладают способностью запоминать
информацию, т . е. анодный разряд в них сохраняется, пока есть
напряжение хотя бы на одном из анодов, А1 или А2, даже
если на С, и С2-запирающее напряжение. Поэтому условие со ­
хранения свечения в логическом виде записывается как
fхран = Иа 1 ном V Иа2ном,
(4.22)
где fхран= l в режиме памяти.
Важной особенностью индикаторных тиратронов является то,
что для управляющих сеток они представляют собой источник
тока, направление которого меняется в зависимости от состояния
тиратрона1. При возбуждении разряда на А,, А2 потен циал про ­
странства (штрихпунктир на рис. 4 . 18,6) выше потен циала сеток
102


и на них собираются ионы. В отсутствие разряда сетки коллекти­
руют электроны и принимают электронный ток.
Индикаторные тиратроны применяются как единичные элементы
отображения при создании матричных полей большого размера.
Так как размер баллона прибора составляет около 10 мм, то _по­
лучить ин)!,_икаторное поле с высокой разрешающей способностью
на их базе не удается. Кроме того, каждый элемент отображения
присоединяется к схеме с помощью шести выводов, что создает
большие конструктивные и технологичесю~е трудности.
Для устранения этих недостатков · созданы тиратронные мат­
ричные индикаторы, содержащие в одном баллоне несколько одно­
типных ячеек, а также встроенных резисторов Rпк- В настоящее
время выпускаются 16-точечные тиратронные матрицы ИТМI (все
точки зеленого цвета свечения) и ИТМ2 (четыре квадратных по­
ля по четыре разноцветных точки в каждом), сегментный тира­
тронный индикатор ИТСI, содержащий семь элемента.в отобра ­
жения для синтеза арабских цифр , и 40-элементный индикатор
(формат 5Х8) для отображения буквенно-цифровой информации
ИВГ - 1-5Х8Л. Два первых типа приборов имеют прямоугольный
баллон таких размеров, что позволяют строить наборные индика­
торные поля с равномерным шагом по всему полю . Основные па­
раметры индикаторных тиратронов приведены в табл. 4.6.
о
о
(,)
"'
Тип
(,)
:,:
,_: ,:
индикатора
о
~ ::;
<!) <!)
"
::; ::;
da;
u
"'
:,:
"
"'
::г
"-
u
.
TXI9AK
1
5
Красный
ТХ19АЖ
Желтый
TXI 9АЗ
• Зеленый
ИТМ2 1 4Х4 1 0,6 Зеленый
ИВГ-1-5Х8Л 15Х8 1 1,6 Зеленый
..;~
t;::;
о-
"'q
"""'
ь:.
40
70
50
400
200
Таблица 4.6
, ; Сеточное управ- , Мощность
а.
ляюшее напря-
на ЭО, мВт
g е( жение, В
\О"
ое-
запира -11о~пира _lзапи -
"
\
инди-
о
н~я нияIси
..
кации
>,
60
3
0,4 О, 15 250
90111,51 1 1о'251зо
1+10, 1+о,310,25 1 30
-:--10
-0,3
Индикаторные панели. Газоразрядные индикаторные панели
(ГИП) называют также м ат р и ч н ы ми индикаторами, так как
они представляют собой множество светоизлучающих элементов,
образуемых на пересечениях ортогональных электродов. ГИП
делятся на три основные подгруппы : постоянного тока с внешней
адресацией и с сг.,москанированием; переменного тока.
Конструкция ГИП постоянного тока с внешней адресацией изо­
бражена на рис. 4.19 . Образующиеся в местах пересечения анодов
и катодов светоизлучающие ячейки электрически и оптически изо­
лированы друг от друга с помощью диэлектрической матрицы,
отверстия в которой совмещены с местами пересечения электро­
дов. Пространство между подложками заполнено газом.
103


2
Рис. 4.19. Структура ГИП постоян ­
ного тока с внешней адресацией:
1 - подложки; 2-катоды-столбцы; 3-ди­
электрическая матрица; 4-отверстия; 5--
аиоды -строк и
Рис . 4.2 0 . Схема включения
ГИП постоянного тока с
внешней адресацией
Простейшая схема включения ГИП постоянного тока с внеш­
ними · р езисторами в цепях столбцов, источниками смещения 1::,·см,
возбуждения строк Ис и возбуждения столбцов Исб показана на
рис. 4.20.' Одновременное включение ячеек, у
которых один из
электродов (на рисунке электроды , расположенные по столбцу)
подключен к общему резистору, невозможно . Действительно, по · ­
ле возникновения в одной из таких ячеек разряда · напряжение на
общем электроде падает до напряжения поддержания И п, которое
всегда меньше напряжения возникновения раз ряда И в, и другиt>
ячейки пробиться не могут. Напротив, ток в ячейка х , подключ ен ­
ных к одной строке, ограничивается разными резисторами , и они
могут включаться одновременно .
ГИП постоянного тока, как и большинство других матричных
индикаторов , не обладают внутренней памятью и должны рабо­
тать в режиме с регенерацией изображения при кадровой частоте
fк выше критической частоты мельканий fк,,м. В общем случае
можно записать для режима регенерации
(4.23)
где fв - время выборки ЭО .
Наиболее часто используется построчный режим выборки яче­
ек, когда одновременно адресуются все ЭО одной строки и пос л е­
довательно включается строка за строкой . В этом случае
(4 .24)
J
где Nc - число строк, по которым производится развертка.
Нормальное формирование изображения в схеме рис . 4.20
обеспечивается, когда при совпадении импульсов по строке и
столбцу промежуток пробивается, т. е.
104


(4.25)
а при подаче импульса только по строке или по столбцу разряд в
нем не поддерживается:
Ее м +Ие <Ип; Еем+Иеб<Ип .
(4 .26)
Заметим,1что напряжение возниковения разряда Ив в (4.25) на ­
растает с уменьшением nремени выборки ЭО tв.
Если принять, что Ие =Иеб=Ии, то неравенства (4.25) и (4 .26)
преобразуются в
Еем +f2Ии~Ив:
(4 . 25а)
Еем+Ии< Ип.
(4.26а)
Графическое решение неравенств (4.25а) и (4.26а) показано на
рис. 4.21 . Заштрихованная часть рисунка соответствует области
выполнения неравенств. Из построения видно, что с ростом 1:.,·ем
требуемая амплитуда импульсов И и уменьшается, при этом сужа­
ется допустимый диапазон изменения (ЛИ 11 ) .
Формула (4.24) пока зыв ает, что большим Ne соответствуют
малые fв, что приводит к росту Ив и, следовательно, Ии. Кроме
того, fв может оказаться сравнимым с Тет, что вызывает н еста -
бильность возникновения разряда. Для уменьшения _ Тет ц егG ста­
билизаци и в ячейках ГИП создается небольшая предваритель­
ная ионизация либо с помощью так называемого р а м о ч н ого
разряда (вспомогательного ра зр яда на периферии индикаторного
поля, где ячейки не видны наблюдателю), либо ра з ряда в виде
к о ординат ной сетки, при котором возбуждена часть ячеек
индикаторного поля по вертикальным и горизонтальным линиям ,
либо в виде слабого разряда по всему индикаторному полю . .).J,ля
создания предыони з ации также используют повышение кадровой
частоты регенераци·и изображения. Например, если вместо fк=
=50 Гц взять fк =500 Гц , значение fв по (4.23) уменьшается ров ­
но в десять раз, однако паузы между импульсами настолько сни ­
жаются, что оказываются сравнимыми с временем . деониз?ции
тд. В результате остаточные заряды существенно снижают Тет и
вероятность
возникновения
разряда возрастает.
аи,В ~
Существенным недостатком t50 ::::,
ГИП постоянного тока являет- Ип -::i
ся ограничение информацион- ~%,..., .,, . ., ., .=-_ , __
ной емкости из - за падения яр- ии 1
кости . При строчной адреса­
ции кажущаяся яркость опре­
деляется формулой
Lv каж=L 11и/Nе , (4.27)
200 Есм,В
где Lvи - импульсная яркость
свечения. Так как практически
не удается неограниченно уве­
личивать Lvи путем увеличения
Рис . 4.21. Определение рабочих р ежи­
м ов ГИП постоянного тока с внешней
адресацией
105


Таблица4.7
j
.,
1
о
о
"'
:,:
'"
m
.Е
~3~"!
:,:
тип
m
Q. ::;
,.
,."
.,
'"
~~<
"'
(.) ii;
::; с. D.
,Е
индикатора
о
о,::;
CD
о-
:s:: >, о~
1
о:
~"'
~~~
,с;
::;
::r
:, "!
:.: ,;;; ,~ ; .....
Q.
u
о.
"'
""
~:,
i~о
"'
Р.
:,:
"'
"'
::г
Р-.
::с
гип 1000 I00X
0,6 Оран ж ево- 50
90
235
0,19-
100
кр 2с ный
0,3
ИГПП-32Х32 32Х 3 Зеленый
]60
32
тока из- з а насыщен1н1 нзлучения ра з ряда и люминофора, то можно
прин ять максимальн(,~ значение Lvи= 10 ООО кд/м 2 . Если необходимо
L v каж = 50-;-100 кд/м 2 (см.§ 1.2), то максимальное число строк
дл я ГИП с внешней адресацией оказывается равным 100-200.
•
В L-.i:IЯЗИ с ука з анным ограничением о с новное применение ГИП
Рис. 4.22. Э л ектродная
структура ГИП с само-
сканированием :
!- а ноды сканирования; 2-
э л ектроды дежурного ра з ря­
да; З -катод сброса; 4-ди­
электрическ а я матрица с от­
верстиями; 5-аноды индика­
ции ; 6-п ереднее стекло; 7-
отверстия связи; • В-катоды
сканирования; 9-стеклянная
пластина; 10-канавки
!OG
постоянного тока нашли либо в качестве
экранов индивидуального пользования с ог­
раниченной информационной емкостью
(ГИП 10 ООО), либо в качестве элементов
большого экрана (ИГПП - 32Х32) . Основ­
ные па~раметры таки х ГИП приведены в
табл. 4.7.
Как уже отмечалось, ГИП постоянного
тока присуща нестабильность во з никнове­
ния разряда из-за отсутствия достаточной
по величине и однородной по индикг.1торно­
му полю предварительной ионизации. Этот
недостаток удалось устранить в ГИП с са­
москашированием.
Электродная структура ГИП с самоска­
нированием показана на рис. 4.22. Работа
ГИП иллюстрируется рис. 4.23, на котором
изображена принципиальная схема вклю ­
чения одной строки прибора, и рис. 4.24, на
котором даны диаграммы напряжений на
электродах.
Катоды групп Kl , К2 и КЗ подсоедине­
ны к трем шинам схемы управления с на­
пряжениями Ик1, Ик2 и Икз- При включении
источника питания Еа возникает постоян­
ный разряд в системе дежурных электро­
дов, который используется как_) источни~
начальной ионизации, подготавливающии
возникновение разряда на катод сброса КС.
В интервале времени t1-t2 подаетс.;1 им­
пульс на катод сброса, определяющии на­
чало кадра. Затем последовательно подают•


-·'
.,
г
R
Рис. 4.23 . Принципиальная электрическая схе м а включе­
ния строки •ГИП с самосканированием
ся импульс на катодную шину Kl в интервале времени t2-tз, им­
пульс на катодную шину К2 в интервале времени t3 - t4 , импульс
на катодную шину КЗ в интервале времени t4 - fs . Эти импульсы
приводят к по с ледовательному перемещению ра з ряда по катодам:
сначала на Kl 1, расположенный ближе всего из своей группы к
катоду сброса КС, з атем на К21, расположенный ближе всего и з
своей группы к Kl I и , наконец , на К31, расположенный ближе
всего из своей группы к К2 1 . Дальнейшее продвижение разряд а
происходит анало ~и чным образом. В цепь каждого анода системы
сканирования вк л ючен ре з истор , и поэтому одновременно разря д
существует только на одном из катодов строки .
Можно сделать вывод, что при соединении любого числа като ­
дов в S-группы (S;:;:,З) и подаче на соответствующие шины систе ­
мы S-фазных тактовых импульсов происходит направленное ша ­
говое перемещение разряда вдоль строки. Такое движение напо­
минает развертку по одной строке
в ЭЛТ. Обратному ходу луча соот­
ветствует сброс ра з ряда на КС .
Из-за малых размеров отверстий
13 катодах свечение сканирующего
разряда не видно оператору . Для
формирования изображения исполь­
з уется индикаторный ра з ряд , возни­
к ающий в отверстия х диэлектриче ­
ской мат_рицы при подаче положи ­
тельных импульсов И аи н а аноды
rш дика ции . Выборк а ЭО основана
на том, что разряд возникает в
ячейке, если совпадают два собы­
тия: на анод индикации поступает
uм п ульс Иаи, а разряд ска н ирова­
ния находится в том же столбце,
что и данная ячейка индикации.
В системе индикации, так же как
t
Рис. 4 .24 . Диаграм м ы напряже­
ний на электродах ГИП с с амо­
ск а нированием
107


при сканировании , разряд одновременно происходит только на
один катод .
В целом ГИП с с~москанированием представляет собой мно ­
гострочный прибор, причем все его строки присоединены к источ­
никам питания чере з отдельные резисторы, что делает возмож­
ным не з ависимыч параллельный ввод информации.
Информационная емкость ГИП с самосканированием ограни­
чена теми же принципиальными факторами, что и ГИП с внешней
адресацией , т. е. уменьшением tв и Lv ка ж с увеличением Nсб * .
Благодаря подготовительному разряду "тет в ГИП с самосканиро­
ванием значительно меньше, чем в ГИП с внешней адресацией,
и легко выполняется условие ~т~tв. Поэтому даже при N сб =
=200 ячейки ГИП с самосканированием зажигаются надежно,
однако дальнейшее увеличение Nсб лимитируется падением Lv каж
в соответств и и с формулой (4 .27). Необходимо подчеркнуть, что
использование встроенной системы развертки позволяет заметно
упростить схему управления ГИП с само ..: канированием по срав­
нению со схемой управления ГИП с внешней а д ресацией. Боль­
шей частью ГИП с самосканированием представляют собой вытя­
нутые по горизонтали структуры с ограниченным числом строк и
большим числом столбцов. Наиболее широко они применяются
для воспроизведения буквенно-цифровой информации в виде од­
ной или нескольких текстовых строк. Параметры приборов при­
ведены в табл . 4.8 .
тип
индикатора
о(1)
о
о;
u
"'
;:r
о(1")
ГИПС-16-1 ll1X7 1
ИГПСl- 222Х7 0,6
222/7
"'
,. "'
""'
"'
Q)
:::ri
"'u
Оранже- 140
во-кргс-
ный
То же 140
90
90
Систеi\'lа
сканирования
25J 1~5
250 10)
Таблица 4.8
1 Система
индикации
150 1,4
150 2,0
ГИП с внешней адресацией и ГИП с самосканированием пр ед­
ставляют собой экраны, работающие в режиме регенерации изо­
бражения, что ограничивает информационную емкость индикатор­
ного поля . Информационную емкость можно увеличить, использо­
вав ГИП, ячейки которых обладают свойством запоминать
информацию и после снятия сигналов выборки. Наиболее распро­
страненным типом такого прибора являются ГИП переменного
тока, также имеющие матричную структуру, образованную вза­
имно перпендикулярными электродами. Эти приборы отличаются
* Так как в ГИП с самосканированием развертка производится по столбцам,
то в (4.24) вместо N с надо подставить N с б ·
108


от гип постоянного
тока тем, что их ме­
таллические электроды
покрыты тонким слоем
диэлектрика.
Каждая
ячейка
11 tптч t
111 1
111
1
JJII J
,11
1!
1[[
rип переменного тока
r
б"
представляет
со ои
структуру
металл -
диэлектрик - газ
-
диэлектрик - металл
(МДГДМ). Из-за на­
;11ичия емкостей через
ячейку может проте­
кать только перемен­
ный ток.
i1,.8aduc1," 11
,',
,
,
t
U
'
1
1
11 r 1, 1C!J7updpue'1
у ...___
_,_.,__..___,__ _......,__-'--' ,__,_.............,__,___
i
~
Uc ';';'~+.1o-i--t:-г--~
ь<>
Диаграммы напря-
,кений и токов, иллюст­
рирующие работу ГИП Ur
переменного тока, при- Uв
13едены на рис . 4.25 .
В рабочем состоянии
между системами вер­
тикальных и горизон­
тальных
электродов
1
1
1
t
1
1
J
1
111 1
1
IIi:
1
11
1
1t,
1I
1
,1)
J
1.
.
t
Jlfoocr
1
11
~--т-
11
11
t
приложено знакопере- Рис. 4.25 . Диаграммы напряжений и токов в
менное поддерживаю-
ГИП переменного тока
щее напряжение Еп,
меньшее напряжения возникновения разряда . Возбуждение раз ­
ряда в ячейке («Запись») производится подачей на вертикальный
У и горизонтальный Х электроды полуимпульсов записи Uy, Их
(интервал t1 - t2), суммарная амплитуда которых достаточна для
пробоя. В результате протекания тока i емкости структуры
МДГДМ заряжаются до напряжения Ис 1 , значение приложенного
к газовому промежутку напряжения Иг падает 11 первый импульс
разрядного тока прекращается. После этого газовый промежуток
возвращается к непроводящему состоянию, благодаря чему на ем­
костях сохраняется накопленное напряжение Ис 1 (интервал t 2-
t3 ). В следующий временной интервал t 3 - t,1 к промежутку при­
кладывается
положительное
поддерживающее
напряжение .
В сумме с напряжением Ис 1 , сохранившимся на емкостях, оно
достаточно для повторного возбуждения разряда. Протекгшие в
интервале tз-t4 импульса тока приводит к перезарядке емкости
до напряжения Ис2 противоположной полярности. При этом изме­
нение напряжения ча ячейке равно ЛИс2 - Таким образом, пока к
ГИП приложено поддерживающее напряжение, в ячейке, возбуж ­
денной импульсами записи, существуют серии разнополярных им­
пульсов тока разряда (интервалы ts - tв . . . tn - tn+ 1). Наличие
емкостей в структуре МДГДМ каждой ячейки обеспечивает элек-
109


трическую развязку и возможность параллельного существования
разряда в любом числе ячеек . Однако в ГИП переменного тока,
как и в любой матричной системе, выборка одновременно может
осуществляться только для ограниченного числа ЭО (например,
ЭО строки или столбца).
Для прекращения разряда на данную ячейку (т. е. на ее стро­
ку и столбец) подаются импульсы «Стирание» Uy, Их с амплиту­
дой меньшей, чем при записи (временной интервал f11+2 - f11+з).
Как видно из диаграммы, такие импульсы вызывают более сла­
бую перезарядку емкостей ячеек, чем при записи, так что конеч­
ное значение напряжения на емкости Ис ост оказывается близким
к нулю. В результате очередной импульс поддерживающего на­
пряжения не может вызвать повторного пробоя и серия разрядов
в ячейке прекрашается.
Качественное онисание процессов, происходящих в ячейке,
можно развить, использовав так назывэемую пер е за р яд ну ю
характеристику (рис. 4.26). Она позволяет определить изменение
напряжения на емкостях ячейки ЛИс в результате протекания им-
,·i
пульса разрядного тока в зависимости от приложенного к газо­
разрядному промежутку в момент пробоя напряжения. Иными
словами,
(4.~ 8)
где ЛИ ст - изменение напряжения на емкости в результате про­
текания т-го импульса тока; Ис т-1 - напряжение на емкости в
результате протекания (m.,--jl) -го импульса; Ивн - внешнее на­
пряжение, приложенное к электродам ячейки. Выражение (4. ~ 8)
означает, что изменение заряда ячейки (при условии постоянства
емкостей в структуре МДГДМ ЛИс пропорциональна этому заря­
ду) определяется суммой внутреннего (накопленного на1 диэлект­
рических слоях) и внешнего (поддерживающего, записывающего
или стирающего) напряжений, существующей на ячейке к момен­
ту начала развития разряда в газе.
Из рис. 4.25 следует, что стационарный режим соответствует
случаю, когда изменение напряжения на емкостях в два раза
ВАс
Рис. 4.26. Перезарядная ха­
рактеристика ГИП пере­
менного тока
110
больше начального напряжения на ем­
костях, так как именно тогда новое зна­
чение напряжения на емкостях по мо­
дулю оказывается равным старому.
Таким образом,
ЛИс = 2Ис.
(4.29)
Уравнение (4.29) позволяет найти р,або­
чую точку на перезарядной характери­
стике. Прямая А, проведенная на рис.
и 4.26 по уравнению (4.29), пересекает пере­
зарядную характеристику в точках ,а, ~.
~довлетворяющих этому условию. Лю­
бая параллельная А прямая в области
между В и С, касательными к перезаряд-


ной характеристике, также удовлетворяет условию (4.29). Легко ви­
деть, что при Еп<Еп miп устойчивая разрядная серия не может су­
ществовать независимо от того, какое начальное Ис было на ячей­
ке. При Еп>Еп max разрядная серия существует всегдэ независимо
от наличия или отсутствия на ячейке Ис, т. е. ячейка перестает
быть управляемой. Таким образом, перезарядная характеристика
позволяет определить диапазон поддерживающих нашряжений, при
котором обеспечивается нормальная работа ячейки.
Отм9им, что из двух точек, где выполняется условие (4.29),
только одна, а именно р, является устойчивой. Действительно, в
d·
d
точке а - (ЛИс) >2, а в точке ~ - (ЛИс) <2. В первом случае
dU
dU
любое случайное возмущение приводит к переходу из точки а ли­
бо в точку р, либо в точку пересечения с осью абсцисс (из рис.
4.26 видно, что возможен также переход в устойчивую точку у,
но так как ЛИс здесь мало, то разряд будет слаботочным, а со­
стояние ячейки - близко к выключенному) .
Перезарядную характеристику можно использовать и для ана­
лиза переходных режимов работы, в ча,стности перехода от записи
к запоминанию. Допустим, что поддерживающее напряжение вы­
брано в диапазоне Еп miп-Еп max и равно Еп , Как ВИДНО и з рис. 4.25 ,
до включения ячейки начальное значение Ис=О . Тогда можно ут ­
верждать, что для записи на ячейку достаточно подать импульс с
амплитудой бщrьше Изап miп, выбранной таким образом, что он
создает на емкостях напряжение больше Ис miп (см . построение
на рис . 4.26). При последующем приложении поддерживающих
импульсов рабочая точка на перезарядной характеристике ока ­
зывается правее а и напряжение на емкостях нарастает до тех
пор, пока рабочая точка не перемещается в устойчивую точку \:).
Для стирания ячейки, работающей в точке р, надо уменьшить на­
пряжение Ис таким образом, чтобы сумма его и Еп обеспечивала
попадание в точку левее а. Такое построение можно сделать само ­
стоятельно .
Хотя перезарядная характеристика чрезвычайно удобна для
понимания процессов , происходящих в ГИП переменного тока ,
однако анализировать ее не очень просто. Кроме того, для выбо­
ра режимов работы надо иметь характеристику не одной , а всего
массива ячеек. Поэтому для вы ­
бора режима используют дина­
мическую характеристику (рис .
4.27) .
Диапазон памяти ограничива­
ется линиями Еп min и Еп max, про­
исхождение которых объяснено
ранее . Если напряжение поддер ­
жа ния Еп лежит внутри диапазо ­
на1 памяти , то ячейки в ГИП не
включаются без импульсов запи­
си и не выключаются без импуль -
Рис. 4.27 . Динамическая характери­
стика ГИП переменного тока; диа­
пазоны:
/-памяти; 2-записи; 3-стирания
111


сов стирания. После задания Еп амплитуды импульсов записи и
стирания выбираются внутри соответствующих областей, как это
показано на рисунке.
Перезарядная и динамическая рабочая характеристики сильно
зависят от параметров поддерживающего напряжения и управля ­
ющих импульсов: частоты повторения, длительности, крутизны
фронтов . Оптимальная частота повторения поддерживающего на­
пряжения составляет 40-50 кГц, при уменьшении или увеличении
этой частоты сужается диапазон поддерживающих напряжений
из-за стекания емкостных зарядов . Нарастание фронтов поддер­
живающих напряжений должно происходить за десятые - доли мик­
росекунды, в противном случае разряд в ячейке формируется как
слаботочный, из-за чего емкости заряжаются меньше, чем обычно .
Этому случаю соответствует более пологая перезарядная характе­
ристика, которая в соответствии с проведенным анализом дает
более узкий диапазон поддерживающих напряжений.
Как и в других типах ГИП, в панелях переменного тока для
стабилизации используется подготовительный разряд в виде рам­
ки по краю индикаторного поля, который должен быть сфазирован
во времени с импульсами записи .
Основные параметры ГИП переменного тока приведены в
табл. 4.9.
Таблица 4.9
6
=
.ь
"'
"
о
"'"'
='"
=
С11
=
., ;~
:,: "'
:,:
.
Тип
С11
,.. :,:
~еro~ ~~~ "=
"'ч
с,. ::;
"'"'
t;::;
*"~
5с
индикатора
о
~ ::;
",,.
=::>,с.""
"'
::r "'
о-
:~ g~
=et =
==
,.. х
u
"'
=
хq
c.t::!=CQ
с. с:
u
=
u
с.х
::;: -"\О
с: о:,:
с:"'
"'
"'
"'"'
;r
Р.
о:_
:,: о
:t с:
:r;
::r
ГИПП-
128Х128 0.5 Оранже- 100
120
100
80 50
6384
Е10-крас-
ный
ИГПВ-
256Х256 0,6 То же 100
120
100
80 50
256Х256
ИГПВl-
512Х512 0,5
»
100
120
100
80 50
512Х5!2
Срок службы современных газоразрядных индикаторов превы­
шает 10 ООО ч, диапазон рабочих температур для приборов, в ко­
торые с целью повышения срока службы введены конденсируемые
пары Hg, составляет 1-5O°С, без добавки паров - от_ -60 до
+10°с.
§ 4.7 . Жидкокристаллические индикаторы
Общие свойства. В противоположность активным приборам
жидкокристаллические (ЖК) индикаторы не генерируют свет, а
только управляют его прохождением, что обусловливает чрезвы-
112


чайно малую потребляемую ими мощность . Преимуществом ЖК­
индикаторов является также малое управляющее напряжение, по­
звол::1ющее непосредственно согласовывать их с цифровыми инте­
гральными схемами .
Жидкокристаллическое вещество представляет собой анизо­
тропную жидкость, т. е . обладает обычными свойствами жидко ­
сти: текучестью, поверхностным натяжением и вязкостью и не­
обычным для жидкости свойством - упорядоченностью ориента- ­
ции. В р.езультате такие макроскопические параметры, как диэлек­
трическая проницаемость е и пока з атель преломления nпр, з ависят
от ориентации .
Для жи д кокристаллического вещества х арактерна анизотроп­
ная геометрия молекул. В большинстве случае они имеют вытяну­
тую сигарообразную форму. Упорядоченность структуры со здаетс я
относительно слабыми силами в з аимосвязи между молекулам и
или между молекулами и граничными поверхностями . Так как эти
силы малы, то при повышении температуры ЖК превращается в
обычную изотропную жидкость . При понижении температуры
к ристалл переходит в твердое состояние и теряет свойства жид ­
кости . Пока структура кристалла остается жидкой, она легко пе ­
рестраивается под действием механических, электрических или
магнитных полей.
Типичная молекула ЖК-вещества, изображенная на рис . 4. ~ 8 .
состоит из двух фениловых колец Ф , к которым присоед инены ко­
роткие полярные группы в виде алкидны х цепочек R - CN.
Ориентация отдельной молекулы ЖК-вещества подвергается
непрерывным тепловым флуктуациям, однако в любой точке жид ­
кости существует средняя ориентация, характери з уемая единич­
ным вектором, называемым д и р е кт о р ом D. В зависимости от
направления директора и взаимного положения центров тяжест и
молекул различают три основные фа з ы: смектическую, нематиче­
скую и холестерическую . Расположение молекул в этих фазах по­
казано на рис. 4.29 . В наиболее упорядоченной см е ктической фа­
зе молекулы ориентированы параллельно, а и х центры тяжест и
лежат в одной плоскости (рис . 4 . 29,а).
Если параллельная ориентация сох раняется , но центры тяже -
Рис. 4.28 _ С т руктура
молекулы ЖК
,, ,,,,,,.,
111111111111111111!
,111 11•
J)t
11 11,,1r
] 111111111111111111!
) 11III1 11.I
111111111111111111 1
1111111111
{$
1111 11111
(
_,
Б)
r,,;/
Р ис. 4.29. Ориента ция молекул в разли чных фа­
зах ЖК:
а-смектиче ской; б-нематической; в- холестерической
8-314
113


сти молекул располагаются произвольно, то возникает нематиче­
ская фаза* (рис. 4.29,6), в холестерической фазе имеет место за­
кручивание директора, так что в результате создается винтовая
структура (рис. 4.29,в) .
Когда ЖК-вещество занимает большой объем, то в последнем
автоматически появляются области с независимыми ориентациями
директора . Для придания одинаковой ориентации во всем рабочем
пространстве ЖК-вещество заключают в узкое (толщиной в не­
сколько десятков микрометров или меньше) пространство между
подложками . В результате специфическая ориентация . молекул
жидкого кристалла определяется и соседними молекулами, и гра­
ничной поверхностью подложки. Ориентирующее действие дости­
гается натиранием поверхностей подложек или напылением на них
под углом тонких пленок Si02.
В нематической: фазе ориентирующее действие подложек мо­
жет приводить к возникновению: а) планарной (гомогенной),
б) нормальной: (гомеотропной) и в) закрученной (твистирован­
ной) ориентаций. Ориентация молекул по отношению друг к дру­
гу в первых двух случаях одинакова, однако они либо парг.шлельны,
либо перпендикулярны подложке в зависимости от ее обработки .
Для создания закрученной ориентации подложки обрабатывают­
ся таким же образом, как и для создания планарной, но при сбор­
ке прибора поРорачиваются относительно друг друга на угол,
близкий к 90°. В результате директор внутри ЖК - слоя, заключен­
ного между подложками, плавно поворачивается.
По своим э,'!ектрическим свойствам ЖК-вещества относятся к
диэлектрикам и характеризуются малой удельной электропровод­
ностью О'пр=lО- 6 -:--1O- 9 См/м, зависящей от количества проводя­
щих примесей . Так же как и другие параметры ЖК-веществ,
электропроводность обладает анизотропией, в связи с чем разли­
чают компоненты сrпр II и сrпр.1_ в направлении, параллельном и пер­
пендикулярном D .
Важным параметром ЖК, позволяющим управлять его опти­
ческими свойствами с помощью электрического поля, является
так называемая диэлектрическая анизот.ропия
Лв=в 11 -в.1_,
(4 .30)
где в II и в 1- - параллельная и перпендикуJ1ярная D • составляю­
щие относительной диэлектрической проницаемости.
Значение и знак Ле в значительной степени определяются по ­
стоянными диполями внутри молекул. Если группа с большим по-
стоянным дипольным моментом (-CN) расположена вдоль оси ,,,
молекулы, то Л.е велико и положительно (положительная диэлек­
rрическая анизотропия), если же она оасположена перпендику-
лярно оси, то Ле велико и отрицательно (отрицательная диэлект­
рическая анизотропия) .
* От греч . «нема» - нить
114


,:-
.v
Оптические характеристики ЖК-веществ определяются разны ­
ми показателями преломления для света с различными по отно­
шению к D направлениями поляри зации. Обычно задаются пока­
зателем преломлен11я по для света с поляризацией, перпендику ­
лярной директору (обыкновенный луч), и показателем пе для
света с поляризацией, параллельной директору (необыкновенный
луч) . Оптическая анизотропия характеризуется разностью пока-­
зателей преломления :
(4.31),
При этом для нематической фазы Лп>О и достигает значений~
~ 0,3, что значительно больше, чем почти во всех обычных одно-­
осных кристаллах .
Оптическая анизотропия приводит к возникновению эффекта
,
двулучепреломления, который заключается в том, что падающий
на ЖК луч разделяется на два, причем обыкновенный луч откло­
няется сравнительно слабо, а необыкновенный - сильно . !::ели.
учесть, что направление директора может существенно изменять­
ся при приложении к · ЖК-веществу электрического поля, то отсю ­
да вытекают широкие возможности электрооптического управле ­
ния светом.
Рассмотрим влияние электрического поля на слой нематиче­
ского вещества с положительной диэлектрической анизотропией и:
гомогенной ориентацией (рис. 4.30). На левой границе слоя моле­
кулы ориентированы строго параллельно подложке, так как здесь.
на них сильнее всего действуют ориентирующие силы со стороны
подложки. По мере удаления от подложки действие поверхностных
сил ослабевает и под влиянием внешнего электрического поля мо­
лекулы стремятся повернуться таким образом, чтобы вектор их.
поляризации совпал с электрическим полем.
Ориентация молекул может меняться не только под действием.
поля, но и в результате различных электрогидродинамических эф­
фектов, обусловл-енных протеканием даже небольшого тока. !::ели:
ячейка работает на постоянном токе, ток в :ж:.к возникает в ре­
зультате инжекции электронов с катода . Присоединяясь к нейт­
ральным молекулам, эти электроны образуют отрицательные­
ионы . При их смещении освободившиеся места занимают нейтраль­
ные молекулы, что приводит к общему
движению жидкости в направлении, про­
тивоположном потоку ионов . Необходи­
мость поддержания непрерывности при­
водит к тому, что возникает обратный по­
ток . Пороговое напряжение возникнове­
ния гидродинамической нестабильности
при постоянном напряжении составляет
больше 10 В, т. е. значительно выше, чем
в случа,е эффекта по.ля.
Типы индикаторов. ЖК-индикатор
был создан на эффекте динамическо-
8*
,,, '
11,\"~
,,,
а)
Рис. 4.30 .
о)
Влиян)'!е элек-
грического поля _ на слой·
молекул
нематического,
вещества:
а-ори ентац ия молекул; б­
направления векторов дирек­
тора D и поляризации Р
115,


~~;;~;~)
о)
а)
Рис. 4.31 . Работа ЖК-индикатора на эффекте
динамического рассеяния при напряжениях :
го рассеяния, являю­
щемся токовым эффек­
том. Работа такого ин­
дикатора иллюстриру­
ется рис . 4.31 . В ячей­
ке, заполненной нема­
гиком с отрицательной
диэлектрической ани­
зотропией , при планар­
ной ориентации в от­
сутствии или при ма-
а-нулевом; б-пороговом; в--превышающем пороговое •ЛОМ напря:ЖеНИИ на
электродах вещество
однородно и прозрачно (рис . 4 . 31,а). При приложении к ячей­
ке порогового напряжения, не зависящего от толщины слоя
и слабо зависящего от температуры, возникает волнистая
доменная структура - своеобразный рисунок, обусловленный
упорядоченным изменением направления директора (рис. 4.31,6).
При превышении порогового напряжения доменная струк­
тура превращается в ячеистую (рис . 4.31,в). При напряжениях,
значительно превышающих пороговое, в жидкости возникает вих ­
ревое движение. В результате возникновения вихрей ЖК полно­
.стью теряет оптическую однородность и рассеивает свет во всех
направлениях. Этот электрооптический эффект и называется д и­
намическимрассеянием.
В настоящее время наиболее распространены индикаторы, ис-
пользующие полевой твист - эффект* . Работа ячейки со скрещен­
ными поляризатором П и анализатором А показана на рис. 4.32.
В отсутствие напряжения молекулы в ней закручены приблизи­
тельно на 90° бла~годаря ориентирующему действию подложек
( рис\ 4.32,а) . В этом случае свет, падающий на ячейку
сверху, поляризуется таю1м
образом, что его вектор поля­
ризации совпадает с направ­
лением директора D у верхней
подложки. При прохождении
сквозь слой ЖК-вещества
плоскость поляризации света
вращается и при попадании в
нижнюю подложку оказыва-
ется перпендикулярной пло- АТ'D
скости чертежа. В результате
свет свободно выходит • через
анализатор и попадает к на-
()
Б)
блюдателю.
а)
При наложении на ячейку Рис . 4.32. Работа ЖК-индикатора аа
напряжения, создающего поле
твист-эффекте при напряжениях:
значительно выше порогового,
а-нулевом; б-превышающем пороговое
* От англ. «twist» - закручивание.
116
(.


вещество с положительной диэлектрической г.шизотропией стре­
мится повернуться по электрическому полю и его директор D при­
обретает вертикальное направление (рис. 4.32,6) . Теперь уже ЖК­
ячейка не вращает плоскость поляризации, а анализатор не про­
пускает свет.
ЖК-индикаторы на твист - эффекте имеют · преимущества по
сравнению с индикаторами на эффекте динамического рассеяния,
в несколько раз меньшие рабочие напряжения_ (3 - 10 вместо
15 - 40 В), большую долговечность, обусловленную меньшими ра­
бочими токами (плотность тока 1- 3 мкА/см 2 вместо 10 мА/см 2 ) .
К недостаткам ЖК-индикаторов на твист - эффекте относится
меньший, чем у индикаторов на эффекте динамического рассеяния,
угол обз<2ра, что связано С! узкой диаграммой направленности
света при твист - эффекте и влиянием поляризаторов. Путем повы­
шения управляющего напряжения до 5-6 В этот угол можно уве 0
личить до +45° для управления постоянным напряжением, однако
при использовании импульсных напряжений угол обзора заметно
снижается. Еще одним существенным недостатком твист-индика­
торов является необходимость использования поляризаторов, что
приводит к потерям свыше 50% света, повышает стоимость инди­
катора и уменьшает его долговечность .
Индикаторы без поляризаторов могут быть созданы на основе
эффекта «гость-хозяин», который иллюстрируется рис . 4.33 .
Стержневидные дихроические молекулы красителя (гость), кото­
р:,1е введены в ЖК-вещество, стремятся ориентироваться парал­
леJ1ьно осям его молекул. Так как молекулы красителя поглоща­
ют свет с поляризацией вдоль длинной оси молекул и пропускают
свет с перпендикулярной ориентацией, то, управляя ориентацией
ЖК, можно регулировать прохождение света .
В качестве основного электрооптического эффекта в таком ЖК
можно использовать переход из холестерического в нематическое
состояние . Для начального холестерического состояния вещество
имеет спиральную структуру и свет с любым направлением поля­
ризации поглощается (рис.
4.33,а). При наложении доста­
точно сильного электрического
поля ЖК-вещество переходит
в нематическое гомеотропное 1=== -=
-=
= ,;::::===!=-=1
состояние, в котором все мо- ~ =~
лекулы красителя ориентира- =
_
=
ваны вертикально, а падающий ~ =. =
на ячейку свет свободно про- =
-
=
ходит сквозь нее (рис. 4.33,6).
Описанная система перспек-
тивна, так как позволяет по-
лучить почти черное позитив ­
ное изображение на белом
фоне при высокой яркости и до­
статочно широком угле обзора .
Рис . 4.33 . Работа ЖК-ячейки на эффек­
те «гость - хозяин » при напряжениях:
а-нулево м, 6-превышающем п о роговое ; !-
молекул ы красителя; 2-молекулы жидкого
крист а лла
117


Создание матричных ЖК-индикаторов с информационной ем­
костью, достаточной для построения графических СОИ или теле­
визионных экранов, затруднено тем, что ЭО в них реагируют на
действующее значение приложенного напряжения . Отношение этих
значений напряжения на включенном и выключенном ЭО с ростом
числа строк, по которым производится развертка, падает (см.
§ 5.1). В связи с этим ЖК-экраны строят, используя комбинирован­
ную термическую и электрическую матричную адресации или вво­
дя в каждый ЭО интегрированные схемные элементы, обеспечи­
вающие переход от матричной адресации к однокоордин2.1тной (см .
§ 5.1).
•
Схема фазовых переходов, происходящих в жидкокристалли­
ческом веществе при комбинированном тепловом и электрическом
воздействиях, показана на рис. 4.34. При повышении температуры,
присходящем в результате нагрева строки матричного экрана, ве­
щество переходит из упорядоченного смектического состояния в
беспорядочное изотропное (стрелка 3). При охлаждении харак­
тер фазового перехода зависит от того, наложено ли на жидкий
кристалл электрическое поле или нет. Без электрического поля
вещество переходи'!' в смектическую фазу, для которой характер­
ны макронеоднородности, вызывающие сильное рассеяние света
(стрелка 1). Когда охлаждение ведетс я в электрическом поле, то
в промежуточном нематическом состоянии происходит ориентация
молекул по полю (стрелка 2) . В конечной смектической фазе воз­
никает упорядоченная ориентация и вещество оказывается опти­
чески прозрачным.
В матричном индикаторе строчные электррды выполняются
как омически нагреваемые резистивные полоски, а столбцы - как
прозрачные полоски. Развертка изображения ведется по строкам,
а на столбцы подаются информационные импульсы. Время ввода
информации в одну строку равно 50 мкс, так как количество на­
греваемого жидкокристаллического вещества и его тепловая инер-
1
__ ,,
1
//
-- ,,.
// --
Г""7f-- ~~11 ~ ~.:::, ~ '°
1 1':
111
_
..._.::_ \
1<
-
1
----
; ! ,,, -)fн,.-----t-1-
-<
====
,-
JI
1
-- --
1
IZ
L_L
-::.._-==-_::.=JL___
1---1
----
Иэотропнар Нематическая Снекrпичесуr,
118
фаза
фаза
фа.зг
т
Рис. 4.34. Схема фазовых
переходов в ЖКИ при тер­
мическом и электрическом
воздействиях
11 :::-1================1
10
9
8
7
б 54-
Рис. 4.35. Конструкция ЖК-индика­
rора, интегрированного со схемой
управления :
/-стеклянные подложки; 2-ориентирую­
щие . слои; 3-электрод элемента отображе­
ния; 4-полнкремний; 5-сток; 6-исток; 7-
слой окиси кремния; В-защитный диэлек­
трик; 9-затвор; /О-слой жидкого кри-
сталла; 11-общий электрод
(Т)
'11)


ция невелики. После охлаждения состояние вещест11а (прозрачное
или рассеивающее свет) сохраняется, т. е. индин.атор запоминает
информацию .
Конструкция интегрированного со схемой управ.,r,ения ЖК-ин­
дикатора показана на рис . 4.35. В таком инщ::, аторе использована
матрица тонкопленочных транзисторов, стоки которы х соединены
с электродами ЭО . На истоки транзисторов подаются импульсы
развертки, а на затворы - информационные имп у льсы. Такие ин ­
дикаторы используются для воспроизведения телевизионного изо­
бражения в портативных карманных телевизорах .
Для работы ЖК- индикатора важное значение имеет способ
его подсветки . В твист-индикаторах применяют три системы под­
светки: отражательную , просветную и отражательно-просветную.
В отражательной (рис . 4.36) внешний свет в ЖК-ячейку попа­
дает только после прохождения левого поляризатора ЛП . Если
на сегменты ячейки СЯ не подано напря ж ение, свет после пово­
рота вектора поляризации на 90° про ходит через правый поляри­
затор ПЛ и отражается рефлектором Р (рис. 4.36,а) . При обрат­
ном проходе свет снова поворачивается на 90° в слое ЖК-вещест­
ва и свободно выходит наружу. Около те х сегментов инди к атора,
на которые подано напряжение , ЖК-вещество не способно вра­
щать вектор поляризации, вследствие чего лучи света з а держива ­
ются правым поляризатором (рис . 4.36,6) . В таком индикаторе
видны темные сегменты на светлом фоне .
В просветной источник света располагается позади одного из
Рис, 4.36. Отражательная ЖI<-ячейка на твист-эффекте:
а - без напряжения; б - под напряжением
р
119


поляризаторов. В качест в е источника можно использовать миниа­
тюрную лампу накаливания с диффузором или люминесцентный
источник с радиоактивным возбуждением.
Просветно-отражательная система, в которой отражатель час­
тично пропускает свет, идущий сзади, а частично отражает свет,
падающий спереди, является наиболее универсальной.
Отражательные индикаторы применяются при достаточной, а
просветные - при низкой освещенности окружающей среды.
Характеристики индикаторов. Так как ЖК - индикаторы отно­
сятся К' классу пассивных, то основным их оптическим параметром
является не яркость, а контрастность (для просветных •индикато­
ров вместо контрастности часто пользуются коэффициентом про­
пускания, который определяют как отношение интенсивностей
выходящего света к падающему).
Вольт-контрастная характеристика жидкокристаллического ин­
дикатора зависит не от амплитудного, а от действующего значения
приложенного напряжения.
Типичные вольт - контрастные характеристики твист-и ндикатора
для углов наблюдения О и 45° показаны на рис. 4.37. Для пара­
метрического задания кривой можно взять напряжения, соот в ет­
ствующие 5, 10, 50 и 90% контраста, обозначая их Иs, И10, Иsо,
Ugo.
Относительная обратная крутизна электрооптической характе­
ристики
У90-10 = ( U90-И10) /И 1 0; Yso-10 = ( Иsо - И10) /И10;
Yso-s = (Иsа-Иs) / Иs .
(4.32)
Динамические параметры ЖК-индикаторов определяются вре­
менами реакции 'tрк и релаксации 'tрл, Кривая изменения конт­
раста при наложении импульса на-
zo
10
5
-
45i
/00
-
/
r-- -
-
-
---
--
J --,---- -
)
r ---
с- --
1, О пряжения имеет следующие участки :
задержку включения, время нараста­
ния (в сумме они равны времени ре-
0,8 акции), задержку выключения (обыч­
но очень малую) и время спада (две
последние составляющие в сумме дают
О,Б время релаксации) .
Е,:
Температурный диапазон работы
~ ЖК-индикатора часто ограничивается
О,4 i 't"рк и 'tрл, типичные значения которых
~ составляют десятки миллисекунд при
o,z комнатной температуре и существенно
о
возрастают при ее снижении. Времена­
't'рк, 'tрл пропорциональны вязкости
ЖК-вещества, которая зависит от
1 U10И502
J
Дейстеующее зн оченце
напряженця, В
температуры как
(4.33)
Рис. 4 .37. Вольт-контрастные
карактеристики твист-индика­
торов
'l']в='t']во ехр[еа/ (kT) ],
где энергия
в дцапазоне
активации Ба лежит
(5-+-8) -10~ 20 Дж. Фор-
120


мула (4.33) показывает, что изменение температуры с 250 до
300 К меняет 'l'Jв в 11-50 раз. Поэтому, даже если при снижении
температуры рабочее вещество остается в жидком состоянии, ин­
дикатор может оказаться неработоспособным из-за плохих дина­
мических параметров. Приборы, рассчитанные на работу при низ­
ких температурах окружающей среды, должны быть заполнены
смесью ЖК:-веществ, имеющей при этой температуре малую вяз­
кость. Типичные для приборов значения рабочих температур Т
приведены в табл. 4. 10. ,
Таблица 4.10
Число Высота У праа л яю-
Максималь- Максим:аль-
Темпеrа-
Тип
знака... эн а ка, щее напоя- Ток, ное время ре- ное в;Jемя ре-
прибора
мест
мм
жение, В
мкА акции, мс
лаксации, мс: тура, ' С
ИЖКЦ!-4/8
4
8
3-15
12
25')
300
-20 +55
ИЖКЦl -8 15
I,
8,5 5 5,4-6,3 8
35')
350
-1 +40
ИЖКЦ3-6, 17*
6
16,6 4- 9
70
300
300
-10 +55
ИЖКШ-6/17**
* Просветного типа.
** Отражательного типа.
Для повышения срока службы ЖК-индикаторов их питают пе­
ременным напряжением, исключая этим направленный характер
электрохимических процессов. Чтобы даже небольшая составляю­
щая постоянного напряжения не попадала на ЖК, используют ту
же тонкую пленку SiO2 , что и для пассивации.
Основные параметры типичных ЖК:-индикаторов приведены в
табл. 4.10 .
ГЛАВА 5
Средства отображения информации
на дискретных индикаторах
§ 5. 1 . Системы адресации
Внедрение СОИ на дискретных индикаторах во многом огра­
ничивается не самими индикаторами,
а схемами
управления,
сложность которых в данном случае обусловлена необходимостью
электрической проводной коммутации большого числа ЭО, входя­
щих в состав индикаторного поля .
Дискретные индикаторы могут работать в двух режимах:
1) статической индикации, когда состояние ЭО меняется только
121


при обновл е нии вос п роизводимой информации, т. е. с частотой
fобн = l / Тобн, прич е м все выбранные ЭО р аботают одновременно ;
стат ическая индикация может быть непрерывной q= 1 (рис . 5.1 ,а )
или и мп ульсной q> 1 ( рис . 5.1 , б) ; 2) динамической индикаци и
(рис . 5 .1,в), х ара ктеризуемой тем , что разные элементы или г rутт­
пы Э О , о бразующие индикаторное поле , включаются в р аз ные
части п ериода кадра Тк- При этом ; пока воспроизводимая инфор ­
мация остается неизменной, фаза и длительность включенного со ~
стояния ЭО внутри периода кадра сохраняются, т . е . Тобн~ Тк ­
Для пол учения немелькающего изображ ения должно выполняться
условие fк> f кч м, а за период кадра Тк необ х одимо адресовать все
элементы, составляющие изображение . Поэтому скважность ока ~­
зывается обратной числу групп элементов отображения.
Такой режим с регенера цией изображения характеризуется
сдедующими соотношениями :
для яркости [ согласно формуле (1.19)]
(5.1)
где qv - скважность импульсов излучения; Lvкаж
-
кажущаяся
(усредненная во времени) яркость; Lvи - мгновенная яркость ; для
времени выборки
(5.2)
Из-за инерционно ст и индю«1 то р а обычно q ,:,;;;,_qv.
Те же соотношения можно использовать для режима статичес­
кой индикации, если вместо fк подставить f обн, п р ичем либо qv -
= 1 (рис. 5.1,а) , либо qv>I (рис. 5.1,6).
Прежде чем перейти к конкретным схемам управления индика-
q11=f
а)
ЭО2t
з
Тоsн
LV'
q1!=5
о)
t
з
Таsн
Lv
~ЭО1 i!1ЭО2 ~ ЭОз
8)
q'/)'=6
t
Та5н
Рис. 5.1 . Диаграммы изменения яркости Lv прч
разных способах индика ции:
а-статиче·ской непрерывной; 6-статической им п ул ьс­
ной; в-динамической
122
,.,
Общая шuнd
ЭD1
3D2
ЭОN
2...
Ny
Схемd упре18ления
Данные
Рис. 5.2. Подключение эле­
ментов отображения при
однокоо рдинатной адреса-
ции
~-


торов, рассмотрим основные системы адресации, выделив из них
наиболее важные: однокоординатной адресации; двухкоординат­
ной матричной адресации; многоуровневой адресации; адресации
со сканированием.
Система однокоординатной адресации отличается тем, что каж­
дый ЭО имеет два независимых от других ЭО входа, к которым и
прикладываются сигналы со схемы возбуждения. Очевидно, неза­
висимость ЭО друг от друга по управлению сохраняется и тогда,
когда для уменьшения числа соединений их вторые управляющие
входы объединяются (рис. 5.2).
,Так как входы независимы, то при однокоординатной адреса­
ции ЭО могут включатьсЯJ одновременно и на любой промежуток
времени, что позволяет организовать
статическую индикацию,
т. е. использовать умеренные значения импульсных яркостей Lvи
и большие времена выборки fв .[ см. (5.1) и (5.2)].
Преимуществом однокоординатной адресации является также
отсутствие жестких требований к параметрам индикатора. Напри­
мер , если взять вольт-контрастную характеристику жидкокристал­
лического твист-индикатора (см. рис. 4.37), то легко видеть, что
для нормальной работы достаточно обеспечить выполнение усло­
вий включения Иsа<Ион и выключения И1а>ИоL, где
И OL, И он - выходные напряжения логического О и 1 схемы управ­
ления. Эти условия выполняются с большим запасом, если взять
как управляющие ИМС серии Kl 76, у которых ИоL~О,3 В,
Ион~8,2 В, так как по рис. 4.38 И10=0,65 В и ·Иsо=1,70 В. И в
общем случае для любой электрооптической характеристики инди ­
катора удается подобрать схему управления с достаточно малым
ИоL и большим для того, чтобы условия включения и выключения
выполнялись даже при большом разбросе параметров ЭО.
В то же время схемы однокоординатной адресации многоэле­
ментных индикаторов имеют существенные недостатки - большое
число каналов управления
и выводов индикатора
(5.3)
(5.4)
Например, для ?-сегментного цифрового индикатора с десятич­
ной точкой число выводов на один разряд равно 8+1 = 9, а на
три разряда уже 27. Если взять буквенный индикатор, у которого
знакоместо образовано матрицей точек 5Х7, то на три знакомес­
та уже понадобится 35ХЗ+ 1= 106 выводов. Из-за трудности со­
здания индикаторов и схем управления с большим числом выводов
и в особенности их соединения между собой применение методов
с однокоординатной адресацией ограничивается цифровыми СОИ
на три-четыре знакоместа или буквенными СОИ на одно знако­
место.
Воспользоваться преимуществами схемы однокоординатной
адресации ·можно, выполнив ее интегрально с индикатором (см.
рис. 4.35) .
123


Для адресации ЭО в дискретных индикаторах наиболее широ­
ко применяется метод двухкоординатной матричной адресации
(рис. 5.3) . Здесь в отличие от однокоординатной адресации каж­
дый вы ход схемы управления присоединяется к множеству ЭО,
причем схема управления разбита на две части, соединенные по
строкам и столбцам с управляющими входами ЭО. Включение
ЭО происходит только тогда, когда сумма сигналов на его входах
превысит напряжение включения .
Система с матричной адресацией обеспечивает значительное
уменьшение числа каналов управления и выводов индикатора
(при условии его выполнения с общими электродными шинами) .
Здесь
(5.5)
где [ ] обозначает округленное до большего целого число в скоб­
ках. Для матричного индикатор;а с Nэо=35Х3 получим Ny=
=Nв=2[V 105] =23 вместо 105 каналов управления и свыше
106 выводов индикатора по (5.3) и (5.4).
Недостатком двухкоординатной матричной адресации является
то, что при полном возбуждении определенных ЭО может проис­
ходить частичное возбуждение других ЭО, что ухудшает качество
изображения.
Для анализа возбужденных и частично возбужденных состоя­
ний ЭО рассмотрим, схему, показанную на рис. 5.4, где ЭО в стро­
ке Х2 и столбце У2 возбуждается (состояние, обозначаемое 1) при­
ложением напряжений И 1 х и U 1y. Все остальные ЭО не возбуж­
дены, для чего на них подаются напряжения U0 x и U0 y.
Для малоинерционных индикаторов, у которых время включе­
ния и выключения много меньше длительности управляющего воз-
124
Схеr•ю упрабления столоца11и
Рис. 5.3. Подключение элемен­
тов отображения при матрич­
ной адресации
Рис. 5.4. Схема приложения напря­
жения к возбужденным и невозбуж­
денным элементам отображения мат-
ричного индикатора


действия (т. е. практически для всех активных типов индика.то­
ров), оптимальные условия соответствуют максимальному отно­
шению U1/U0 для возбужденной и невозбужденной ячеек . Здесь
можно выделить два случая: 1) ЭО обладает выпрямляющими
свойствами; 2) ЭО не обладает таковыми свойствами .
В первом случае (например, светодиоды или любые ЭО с по­
следовательно включенными диодами) адресация осуществляется
подачей напряжения И на выбранный столбец и заземлением вы­
бранной строки (рис. 5.5,а). Все невозбуждаемые столбцы за­
земляются, а на все невозбуждаемые строки подается напряже­
ние И. Отношение напряжений U 1/U0 в этом случае выражается
через сопротивления ЭО R,a и обратное сопротивление диода Rд.
как
(5.6)
и при Rд»Rэо выражение (5.6) стремится к бесконечности .
В случае невыпрямляющего индикатора наиболее целесооб­
разно брать напряжения U0y и U0x равными соответственно 1/З
и 2/3 от полного напряжения питания (рис. 5.6,6).
В этом случае напряжение, приложенное к возбужденному
ЭО , находящемуся между точками Х2-У2, равномерно делится
между любыми тремя последовательно включенными невозбуж­
денными ЭО.
Такая схема адресации называется с хемой 3: 1 (U1/U0 = 3).
Недостатками ее являются необходимость использования трех
уровней питания 1/ЗU, 2/ЗU и И, а т~жже то, что к ЭО могут
прикладываться напряжения разных полярностей и большие дей­
ствующие значения напряжений. Более простая схема адресации
2: 1 изображена на рис. 5.5,в. В ней использованы только два
уровня питающих напряжений, но отношение U1/U0 составляет
всего 2: 1.
Из рис. 5.5 легко видеть, что во всех трех рассмотренных слу­
чаях количество одновременно выбираемых ЭО ограничено необ­
ход имостью возбуждения одних и невозбуждения других. В стати­
ческом режиме можно независимо возбудить любое число ЭО, но
только расположенны~ вдоль одной строки или одного столбца, -
что позволяет создавать шкалы, но не двумерные изображения .
·иJ=о и:=[! uf =о l!{:o . и:=и/J u[=и и:=lf/з иJ=и/з и:=и/z ~l=lf и:=и/2 и~= [I/Z
Uo=U Yt. Yz У Уч- uf=ZU/J Yi Yz Уз Уч- U}=U/2 У1 Yz Уз. Уч-
хх,
• х,.
~
fх,
О
ОО
и~= 0
° и]=о
'7
их=0--1........-+ -~+----
Xz
Xz
оXz
uo-u
O u.q=zи/з
Их=и/_2-+-........~ - - - .. . -
х- XJ
XJ
XJ
ct) .
о)
Рис . 5.5 . Методы адресации :
а-для элементов отображения с выпрямляющими свойства ми; 6-И'/И'=З:1; в-И'!И0 =?.:1
125


В последнем мучае приходится применять динамический режим
двухкоординатной матричной адресации.
В динамическом режиме выборка ЭО производится одним из
,следуюr.тшх способов : поэлементным; построчным; функциональ­
ным.
В поэлеМf:itтном способе последовательно производится выбор­
:ка одного ЭО за другим по всему индикаторному полю так, r<ак
это делается в растровом дисплее. В этом случае
q=NcNcб -
(5.7}
Из (5 .1) и (5 .2) вытеr,ает, что для больших Nэо поэлементный
-способ связан с необходимостью использования больших Lvи и
малых tв, т. е. мощных импульсных ключей и быстродействующих
индикаторов и схем управления ими.
При построчноjч способе последовательно производится выбор­
ка одной строки за другой*, причем одновременно в каждой стро­
ке возбуждаются все необходимые для формирования изображе­
ния ЭО. Поэтому скважность
q=Nc.
(5.8)
В функциональном способе возбуждаются только те ЭО, из
которых состоит изображение, что дает формулу для скважности
в виде
q=NФ,
(5.9)
где NФ - число возбуждаемых функциональных ЭО .
Из (5.1), (5 .2), (5.7)-(5.9) следует, что наименьшее значение
Lvи и наибольшее fв при плотном заполнении экрана информацией
обеспечивает способ построчной адресации, который рассмотрим
более подробно.
Диаграммы напряжений при построчной адресации с выборкой
2: 1 приведены на рис. 5.6,а, а соответствующий участок матрич­
ного поля - на рис. 5.6,6. Невключенная ячейка У2Уз получает
постоянное напряжение И/2, а включенная У1 Х2 - возбуждающее _
напряжение только в момент включения первой строки. Опред{­
лим контраст между этими ячейками по формуле ( 1.12), считая,
что первая из них создает фон с яркостью LvФ - а вторая
-
изображение с яркостью Lvo- Считая, что развертка осуществля ­
ется по N с, получим
К __Lvo- Lvф
_
L(И)/Nс - L(И/2) =
обрдм-
Lvo
-
L(U)/Nc
= 1 - L(И/ 2) Nc= 1 -Nc(l -Ко5рс)-
(5.10)
L(U)
•
Здесь Кобр дм, Кобр с - обратный контраст, получаемый при
динамической матричной или статической адресации. Из (5.10)
вытекает, что при значении Nc, равном 1/(1 - Кобрс), контраст
равен нулю.
* Или столбца за столбцом.
126
J'


..:
Если задаться допустимым
для буквенно-цифровой инди­
кации значением контраста,
равным 0,6 (см. гл. 1), то ма­
ксимально допустимое число
строк для матричной адреса­
ции
t
ИсБ1
Ncmax = 0,4/(1-Koбpc). (5.11) -----------
Uc Б 2 f----,
.--,
t
Выражение (5.10) можно 1 ~' -- -- --1
'---
также использовать для опре- У063 ~
1
t
деления Кобр дм по Кобр с•
~
~
Пример 5.1 . Пусть Кобрс=О,95 Исб4t-------------­
и Nc= 5, rorдa из (5.10) Кобрдм=
=1 - 5(1-0,95)=0,75. Однако уже И11 ~
t
t
при Nc=I0, Кобрдм=О,5 . Таким
t:='J
~
образом, снижение контраста при И ~h -~~ -- - -~
-
~
----.,_
динамической матричной адресации ,2
-
Гl
"
весьма значительно.
-
Иначе обстоит дело с инер­
ционными индикаторами, по­
добными жидкокристалличе­
ским или накаливаемым ваку­
умным. Отмечалось, что элек­
трооптическая характеристика
ЖК-индикатора зависит не от
амплитудного, а от действую­
щего значения приложенного
напряжения. Для построчного
способа адресации при 1fк=
=
50 Гц и iNс= 5, используя
(5.2) И (5.8), ПОЛУЧИМ fв=
=4 мс. Так как 't'рк и 't'рл пре­
вышают 100 мс (см. табл.
4.10), то они практически все­
гда оказываются больше дли­
тельности возбуждающего сиг­
нала fв, Те же результатьi по­
лучаются для накаливаемых
вакуумных индикаторов (см.
§ 4.5).
Так как реакция индикато­
ра зависит не от мгновенного
а от действующего значения
приложенного
напряжения,
выбор оптимального режима
fдресации ячеек отличается от
рассмотренного случая мало­
-инерционных индикаторов.
и,з h
r:::::i==i
t
И14ь
t
г:::::,
И211 Г::::,
t
г:::::,
И22 t-------,
t
Иzз
t----------------
t
t
г--,
t
Uz1;~l _ _~ r:-J--~ ----~ -~--, -
Uз1I._____
_
L. __
_,_______
_
г-,
Uзz с::::=,
t
Иззг-, ГJ=::-,
t
Uз1;1"-----L---L------t
г:::::,
х, _, _~,~-
Xz-<1--<[ }-~ ~- (-}--
XJ--1. >-{ >--1 . , --1 .1 --
б)
t
а)
Рис. 5.6 . Параллельная строчная адре­
с·ация:
а-диаграммы напря жений; 6-расположение
светоизлучающих точек
127


и
о
+Иинф
о
-Иинф
+-Иинф
о
-Uинф
Vс+-Иинф
.iо
t
Запись"О"
t
Запись 11!"
t
8озоу_ж8енная
ячеи.ка u 1",
t
f!е8озоуж8енная
R'{еЦКС( ,, 0"
Та!(, раз8ертК1J t
Рис, 5 .7 . Диаграммы напряжения, ил­
люстрирующие построчную адресацию
При построчной адреса­
ции на строки индикатора
последовательно во времени
подаются импульсы поло­
жительной полярности Ис, а
на столбцы, совпадающие
по фазе с импульсом стро­
ки информационные им­
пульсы -ИииФ, если ячей­
ка на их пересечении дол­
жна быть возбуждена (1),
и импульсы +ИинФ, если
ячейка на их пересечении
не должна быть возбужде­
на (О) (рис. 5.7). Соответ­
ствующие диаграммы на­
пряжений показаны на рис.
5.7 . Ячейки, к которым
приложена в такте раз­
вертки по строке сумма
Ис+ ИинФ, должны быть во
в ключенном со сто я нии а
ячейки, к которым прило ­
жена разность Ис-ИинФ, ­
в выключенном состоянии .
Тогда для действующих зна­
чений напряжения И0 д на
выключенной и И 1 д вклю­
ченной ячейках можно за-
инерционного индикатора
писать:
(И~ )2 = (Ис -- Иинф)2/Nc + И~нф (1 - 1/Nc);
(И1)2 =(Ис+ИинФ)2/Nс+И~нФ(l- l /Nс).
(5.12)
(5.12,а)
Теперь найдем Ис, ИинФ, обеспечивающие максимальное отно­
шение И1д/И0д.
Обозначим
(5.13)
Разделив (5.12а) на (5.12) и подставив (5.13), получим
(И ' /И 0 ) 2 = (Ku+l)2/Nc+(l-l/Nc)
(5.14)
дд
(Ku-1)2 /Nc + (l - l/Nc)
Из условия экстремума
d(И1д/И0д) / dKu= O
(5.15)
найдем оптимальное:
(Ис/Иинф)опт = -vн;;.
Подставив это значение в (5.14), п олучим, что
128


(5.17)
Допустим, что для нормальной работы индикатора должны
!ВЫПОЛНЯТЬСЯ условия * (см. § 4.7)
И 1 д~Иsо;
И0д~И10.
(5.18):
(5.18,а1
После несложных преобразований с учетом (4.32) и (5.17) по­
лучим
(U//U/)тax = V(VNc + 1)/(VNc - 1) ;;;;i, iso-io + 1. (5.18б)
В табл. 5.1 показана зависимость ( И 1 д/И0д)mах от числа строк
Nc. С увеличением Nc (И 1 д/И0д)-+-1.
Таблиц а 5.1
Число 1 2
1
3
1
4
15
1
6
1
7
!
8
1
9
101100
строк I
СхемаЗ:1/ 2,23 I 1,91
1
1,73 11,61 /1,52/1,461 1,41
1
1,37 1,341 1,04
'
Схема с 2,41 1,93 1, 73 1,618 1,54 1 ,49 1,447 1,41 1,38 1,106
оптималь-
_ным I<u
Таким образом, для выполнения (5.186) требуется малое у,
т. е. все более крутая характеристика ЖК-индикатора. В табл. 5.1
для сравнения приведены значения ( И 1 д/И0д)mах, рассчитанные
для схемы выборки 3: 1 (т. е. для неоптимизированных Ис/ИинФ)
пут€м подстановки Кu=З в формулу (5.14). Из таблицы следует,
что схема 3: 1 совпадает с оптимальной только при Nc=4.
Из изложенного следует, что хотя двухкоординатная матрич­
ная адресация и позволяет значительно уменьшить число выводов
индикатора и выходов схем управления по сравнению с однокоор­
динатной адресацй ей, ее существенные недостатки - это умень­
шение fв, Lv каж и Кобр дм при увеличении Nc. Кроме того, увели­
чение скважности q возбуждающих сигналов, происходящее при
увеличении Nc, приводит к необходимости
использования более
мощных формирователей.
Для уменьшения влияния этих недостатков обычной двухкоор­
динатной матричной адресации можно разделить индикаторное
поле на части и адресовать каждую из них независимо. Например,
разделение на две части позволяет одновременно адресовать две
строки. Для таких матричных систем в (5.11), (5.186) можно под­
ставить Nc/Км, где Км - число частей матрицы, что значительно
* Вместо , Иsо, И10 можно взять U90, И10 или U50, U 5 и т . д. в зависимости
от требуемого качества изображения.
9-314
129


Уп
облегчает его выполне­
ние . На практике в виде
Xt, Хп/2+-!--+----+-+-1-+--+--+-++-+-14-1 ;~
монолитных приборов
---т-+-1с....----т-+-г+-+-+-+-1-+--~ х3
реализуются системы с
хп12,Хп--+-+-1-+--+-+--+-+-г+-+-+-+-1-+--1-4-1 Хп/2 Км=2, для чего в прямо-
'/'
.......t-+-+-+-+--+-t-+--t-+-+-+++-+-4--1 Хп/2+t угольном иНДИКаторе до-
'--+-+ -+ -1-+ - -+- -1 -++-+ -1~ Хп
ст а точно посередине раз­
резать столбцы и обеспе­
чить подвод к ним на­
пряжений и токов с раз-
Yn+t Ynrz
Уzп
ных сторон индикаторно-
'
.го поля (рис. 5.8). Боль-
Рис. 5.8 . Организация многоматричной адрс-
К
сации
шие значения
м легко
из субблоков, например,
ИГПП -32 Х32 (см . § 4.6).
получить, создавая экран
на основе ГИП постоянного тока
При использовании ЭО с внутренней памятью, примерами ко­
торых являются индикаторные тиратроны или ячейки ГИП пере­
менного тока (см . § 4.6), обеспечивается значительное уменьше­
ние скважности в двухкоординатной матричной системе адресации .
Поэтому благодаря «памяти» после возбуждения ЭО остается
включенным в течение всего интервала времени Тобн до записи
новой информации.
Для этого случая скважность в (5.2) опред ел яется как
q= Tобн/(Тобн- fв).
(5.19)
Пример 5.2. Определение временных режимов работы запоминающего ма­
тричного индикатора при построчной адресации с N с = 100, Т оов = 0,01 с, fк=
=500 Гц .
Согласно (5.2),
1
0,01
t8= ----= 2-10-5с и q= ------= 1002.
5J0 -100
0,0l - 0,0J002
'
Так как qv""'q = 1 то по (5.1) имеем Lv каж""'Lvи•
Благодаря тому, что в ЭО с запоминанием не требуется выполнение условия
fк>/кчм, можно увеличить tв, уменьшив для этого fк, Если взять fк = I0 Гц, то
О,1
t8 =---= 1 мс, а q=------=1,01.
10-100
о,1- 0,001
Ранее рассматривались ЭО, состояние которых полностью
определяется одним сигналом - напряжением, приложенным меж­
ду входами . Напомним, что при однокоординатной адресации по­
тенциал изменяется только на одном входе, а другой, как праВI!­
ло, присоединен к общей шине схемы (см. рис. 5.2) . При двухкоор­
динатной матричной адресации для изменения напряжения ис­
пользуется изменение по-генциалов обоих входов (см. рис. 5.3).
Однако достаточно сравнить (4.19) и (4.25), чтобы понять, что
возбуждение ЭО в обоих случаях определяется только одним па­
раметром - напряжением на электродах . Соответственно такие
системы адресации назовем одно уровневым и. П рактиче ски
130
t'
"


во всех типах индикаторов, у которых ЭО содержат два электрода~
( полупроводниковы х, электролюминесцентны х , вакуумных нака ­
ливаемых, га з оразряд ных цифровых , жидкокристаллически х), ис ­
по л ьзована одноуровневая адресация .
В более сложны х приборах , подобных индикаторным тират ро­
на м и вак у умным люминесцентным индикаторам , содержащи м
больше двух электродов на ЭО, использована многоуровневая си­
стема управления , при которой состояние ЭО определяется сигна­
лами , подаваемыми н а нес !{ олько независимых управляющи х вхо ­
дов . На рис . 5.9 дана характери.стика включения индикаторного
тиратрон а.. ТХ 1 9А для случая управления по сеткам С 1 и С2 и по­
каз ано, как происходит такая двухуровневая адресация . В озбуж­
дение тиратрона имеет место только в том сл учае, если на обеи х
сетках существуют ни з кие у ровни у правляющих напряжени й.
Число управляющих входов в многоуровневых система х может
быть и больше двух, например индикаторные тиратронные м а т­
рицы имеют до пяти независимы х управляющи х в ходов (см . § 4.6) .
Системы с многоуровневой адрес а цией позволяют и с пользо ­
вать уже не д в у хкоординатн у ю , а многокоор д инатную а дресацию .
В общем случае многоур овнев о й адресации выражение (5.5)
приобретает вид
•
(5.20)
где Nв эо - число управляющих входов одного ЭО. На рис. 5.101
изображены построенные в логарифмическом масштабе зависи­
мости Ny=Nв=f(Nэa) для различных значений Nв эо, которые
пок а з ыв а ют, что увеличение числа Nв эо эффективно с точки з ре­
ния уме н ь шения Ny, Nв т о лько начиная с определен н ого числа
N30 . Заметим, что формула (5.20) сохраняет смысл и при Nв эо=
= 1, что соответствует однокоординатной адресации .
Дальнейшим развитием систем многоуровневой адресации являются системы
адресации с самосканирован ием, отлич ающиеся тем , что управляющее в оздей­
ствие по одному из входов создается за счет внутренних свойств индикатора.
- ::-1·
Выключена
о,41---+--+---i-
,i,
о '----"---'--~-
0,4- о,в !,2 Исz,В
Рис. 5.9 . Характеристика вклю ч е­
ния
индикаторного тиратрона,
обеспечивающая двухуровневую
адресацию
9*
ZogNy
2
o:,c ____ L- ---:: ----: -- -: -: --
2 Log Nза
Рис. 5.10. Зависимость числа уп­
равляющих входов от числа эле­
ментов отображения для разных
уровней адресации
)3)
----


Наиболее часто для этой цели используется зарядовая связь между выби ­
!)>аемым и соседним ЭО, который возбужден предварительно. Примером такого
п рибора является описанная ГИП с самосканированием (см. § 4"6) . Логический
эквивалент ГИП с самос к анированием изображен на рио. 5.11 . . Каждый ЭО
м ожно расс м атривать как трехступеНJЧатую логическую схему 2ИЛИ-2И-2И.
Сигнал на выходе каскада ИЛИ появляется, когда есть выходной сигнал на
& 1 одного из соседних ЭО (в ГИП с самосканированием разряд сканирования
п ереместился в соседний ЭО) 1, Сигнал на выходе каскада & 1 возникает, если
:п ри выполнении предыдущего условия подается фазовый импульс (в ГИП с са­
м ос к анированием этому соответствует перенос разряда сканирования в выбирае­
:МЫЙ ЭО) . Сигнал на выходе каскада & 2 появляется при выполнении еще одного
условия - наличии информационного импульса (в ГИП с самосканированием
-
л ри подаче импульса на индикаторный анод). Логическое условие включения
k -ro элемента отображения имеет вид
fинд=ИНФ/\Ф/\(ЭО1нVЭОk+1) .
(5.21)
Для изображенной на рис. 5.11 системы трехфазных импульсов Ф 1, Ф2, Ф3
,vбеспечивается перемещение подготовительного состояния по стрелке начиная
,с ЭО1 (при условии, что в момент времени t=O был подготовлен ЭОо). Каждое
n еремещение происходит за такт . Чтобы произошло высвечивание подготовлен­
н ого ЭО в данном такте, надо также подать сигнал на вход ИНФ. Для приве­
денной на рис . q'.11 последовательности сигналов высвечиваются ЭO2 и ЭO3•
Организация самосканирования возможна с помощью любой системы m-фазных
и мпульсов при m;;;,,3 .
Преимуществом системы адресации с самосканированием по сравнению с
.двухкоординатной матричной является уменьшение числа выводов индикатора
и каналов управления, достигаемое с помощью встроенной в индикатор системы
:развертки (уменьшение равно N с-т), а также независимость управляющих
,входов подготовки и информации ЭО. В то же время не следует забывать, что
~онструкции индикаторов с самосканированием значительно сложнее, чем обыч­
н ых матричных индикаторов.
При рассмотрении систем матричной адресации считалось, что
включение ЭО происходит на максимальное время выборки, что
позволяет получить только черно-белые изображения без градаций
яркости полутонов.
Очевидно, что для создания полутонов требуется не просто
включение ЭО, а регулировка его кажущейся яркости. При ЭО
без внутренней памяти для получения полутоновых изображений
mрименяют амплитудно-импульсную, широтно-импульсную и ам-
Такт
t/
Рис. 5.11 . Система адресации с самосканированием
132
itZ


плитудно-широтно-импульсную моду-
Ткt
Ткг
ТкJ
ляции. На рис. 5.12 показано получ~ 1. , 1 1 1----~---1 -----_ _:_;= --+ ---_ __ ,-1
tв
ние с помощью этих видов модуляции
t,
Рис. 5.12 . Методы модуляци и
яркости в индикаторах без за­
поминания:
в трех последовательных кадрах Т к1,
Тк2 и Ткз различных кажущихся яр ко­
стей с отношениями 0,5: 0,7 : 1,0. При
широтно - импульсной модуляции меня­
ется только длительность импульса fи
при неизменной его амплитуде (рис.
5.12,а) . При этом необходимо, чтобы
длительность fи, соответствующая ми­
нимальной яркости, была значительно а-широтно-импульсная б-ампли-
больше времен 'tрк, 't'рлк индикатора, тудно-импульсная; в-амплитудно-
а также их · разбросов, что ограничив а-
широтно-импульсная
ет диапазон модуляции.
При амплитудно-импульсной модуляции меняется только ам­
плитуда, а длительность светового импульса остается постоянной~
(рис. 5.12,6). ,ГТ.иапазон регулирования здесь ограничивается на­
сыщением электр')ОПтической характеристики. Наиболее широкий
диапазон изменения яркости получают с помощью комбинирован­
ной амплитудно-широтно-импулъсной модуляции (рис. 5.12,6).
Значительно сложнее создавать полутона в индикаторе с внут­
ренней памятью . В простейшем случае каждый элемент отобра­
жения составляется из субэлементов, интенсивности излучения ко­
торых отличаются в определенное число раз. На рис. 5.13,а для
интенсивностей излучения с весовыми коэффициентами 1 : 2 : 4 : 8
иллюстрируется получение 16 уровней яркости с помощью четырех
ячеек. Когда субъячейки находятся в одной плоскости, снижается
разрешающая способность индикатора, при расположении в раз ­
ных плоскостях (друг за другом) конструкция усложняется.
Для получения полутонов в индикаторе с памятью использу­
ется разделение кадра на поля с различными двоично взвешенны­
ми длительностями . Рис. 5.13,6 иллюстрирует это для полей с дли­
тельностями Тп, 2Тп, 4Тп. В конце каждого поля на все ЭО
тк
•
- "·1
~ 7 2Тп 4Т,:i
а)
а)
Рис. 5.13 . Методы модуляции яркости в индикаторах с
запоминанием:
а-пространственный; б-временной с разделением кадр .а, на
субполя
t
t
t
t
133


обязательно подается стирающий в:мпульс Ист, При необходимости
включения одного ЭО на него в начале поля подается записываю ­
щий импульс Изап- Интегрируемая глазом за кадр яркость Lvн.аж
пропорциональна сумме весов полей .
Использование взвешенных полей не дает уменьшения разре­
шающей способности, однако накладывает более жесткие, чем
обычно, временньrе ограничения на значение tп, Действительно, так
как обращение к ЭО должно происходить в каждом поле кадра,
то (5 :2) трансформируется в виде
(5.2а)
где Мпл - число полей. Например, для пятисотстрочного индика­
тора при Мпл=6 и fк=50 Гц это дает fв=6,6 мкс, в то время как
ПО (5.2) fв=40 МКС.
Не менее существенным недостатком использования взвешен­
ных полей является необходимость сохранять во внешнем ЗУ сиг­
нал уровня яркости для всего индикаторного поля в течение кадра.
При воспроизведении цветного телевизионного изображения это
означает необходимый объем ЗУ в н~сколько мегабитов.
§ 5.2. Малоразрядные цифровые и буквенно-цифровые
средства отображения информации
Структурные схемы. К этой группе относятся буквенно-цифро­
вые средства отображения информации, воспроизводящие одну
или несколько текстовых строк, каждая из которых содержит до
100 знакомест сегментного или точечно-матричного формата. Такие
СОИ широко применяются в цифровых часах, калькуляторах,
разнообразных электронных измерительных приборах, микропро­
цессорных системах управления и т . п.
Как уже указывалось, для отображения цифровой информации
при трех-четырех разрядах часто используется система однокоор­
динатной адресации. В простейшем случае она содержит счетчик
Сч, знакогенератор ЗГ, преобразующий код счетчика в код инди­
катора, формирователь Ф, превращающий сигналы цифровой ло­
гики с выхода дешифратора в сигналы, необходимые для возбуж­
дения ЭО индикатора (рис. 5.14,а). Конкретная реализация блока
ЗГ определяется типом использованного счетчика и конфигураци­
ей синтезируемой цифры из ЭО. Примеры конкретной реализации
применительно к различным типам СОИ рассмотрены далее.
В схеме рис. 5.14,а при смене данных в счетчике одновременно
и в том же темпе меняются показания индикатора, что ухудшает
условия работы оператора. Для устранения этого недостатка си ­
стему модифицируют введением регистра-фиксатора Рг между
счетчиком и знакогенератором (рис. 5.14,6). По сигналу записи
Зп в Рг ,Ьиксируются текущие показания счетчика, причем частоту
подачи этого сигнала выбирают в соответствии с пропускной спо­
собностью оператора или же заданным темпом обновления инфор -
134


1
ии
Сч
зг
_г:--1.~.~ □
Пz~
а)
Рис. 5.14 . Цифровое устройство отображения информации с од­
нокоординатной адресацией:
а - простейшая структурная схема; б
-
структурная схема с функциями
памятн и гашения незначащих разрядов
мации. Модифицированную схему часто выполняют таким образом,
чтобы по сигналу запрета ЗАПР, подаваемому на блок формиро­
вателя (или знакогенератора), индикатор выключался. Тем самым
исключается высвечивание так называемых н е з н а ч а щи х ну­
лей, зарегистрированных счетчиком. Например, если счетчики пя­
тиразрядного цифрового вольтметра содержат число 02,310, то на
индикаторе надо высветить показания только второго, третьего и
четвертого счетчиков, для чего на блоки Ф (или ЗГ), управляю-
-
щие старшим и младшим разрядами индикатора, подаются сиг­
налы ЗАПР.
Как уже отмечалось, основным недостатком однокоординатной
адресации является большое число выходов схемы управления и
выводов индикатора, а также различных других соединений. Ес­
ли все блоки выполняются в виде отдельных ИМС, то из рис. 5.14,а
легко подсчитать, что для индикации одной. 7-сегментной цифры
понадобится n1+n2+nз=4+7+7=I8 соединений .
В то же время рассмотренные структурные схемы обеспечивают
статический режим индикации и характеризуются стандартностью
и малым числом используемых ИМС. Их преимущества лучше все­
го проявляются при объединении всех или части блоков Сч , Рг, ЗГ,
Ф в одну ИМС, что сразу же снижает число соединений на один
цифровой разряд до семи-восьми. Дальнейшая интеграция дости­
гается путем включения в эту ИМС самого индикатора, что и де­
лается в некоторых типах полупроводниковых , жидкокристалличе­
ских, электролюминесцентных и других индикаторов (см. рис.
4.35) .
Схемы, показанные на рис . 5.14, можно использовать и для
представления буквенной информации. При этом вместо счетчиков
применяются буферные запоминающие устройства . Но так как
число ЭО для синтеза буквы значительно больше, чем для синтеза
цифры, то значения п2 и п3 чрезмерно возрастают . Из-за этого
схемы однокоординатной адресации для отображения знаковой и н­
формации применяются редко.
При отображении цифр и двухкоординатной матричной адреса -
135


КР
а)
'[1
КР!
м{\а
ь
ии
с
фd
iiЗГ
е
f
Сч6
9
Зп/ Чт
Сч,5 z
В)
з
о}
Рис. 5.15. Цифровое СОИ с поразрядной индикацией:
а- структурная схема; 6-диаграммы напряжений на основных блоках; tt--
модификация, использующая БЗУ


ции наиболее часто используются две системы - с поразрядной m
фазоимпульсной индикациями. Структурная схема цифрового СОИ
и диаграммы напряжений на его узловых точках для поразрядной
индикации изображены на рис. 5.15. Эта система часто называется,
мультиплексной, так как в ней передача информации от
опрашиваемых счетчиков к воспроизводящим ее индикаторам про-
. изводится
с временньrм уплотнением, при котором в течение пери­
ода кадра Тн для индикации знакоместа предоставляется время,
Тн/Nзм,
Описываемая структурная схема содержит пятиразрядный циф ­
ровой индикатор, имеющий только выводы выборки знакомест ю
выводы шин, к которым подсоединены одноименные сегменты ин­
дикатора.
Динамика работы схемы иллюстрируется временньrми диаграм-­
мами рис. 5.15,6. Каждый кадр разбивается на столько тактов,.
сколько знакомест содержит система. Таким образом, тактовая ча­
стота
(5 .22)
В соответствии с двоичными кодами, вырабатываемыми на трех:
выходах Сч 6 , блок КР последовательно возбуждает с первого по·
пятое знакоместа индикатора. Одновременно от Сч 6 коммутиру­
ется блок мультиплексора М, подключающий выходы Сч 1 - Сч 5 • KG
входам ЗГ синфазно с выборкой с первого по пятое знакоместа,
индикатора . Выходные сигналы ЗГ поступают в формирователь.
Ф, где они превращаются в возбуждающие сигналы сегм ентов а.
Ь, с, d, е, f, g. По диаграммам рис. 5.15,6 легко проследить, как в,
п е рвом такте формируется цифра 5, во втором - I, в третьем -
7, в четвертом - 3, в пятом - 5. При сохранении информации на.
счетч и ка х в следующем кадре все повторяется.
Легко видеть, что рассмотренная схема полностью соответст .
вует систем е п ост р очн ой мат ричной адресации, описанной в § 5.1
что позволя ет подставить в (5.1), (5.2) и (5.8)
q-Nзм,
(5.23].
Отметим, что схема рис . 5. I 5 имеет те же недостатки, что И'
схема ри с . 5.14,а, для устранения которых в схему вводят регист­
ры-фиксаторы и средства гашения незначащих разрядов подобно-,
тому, как это сделано в схеме рис. 5.14,6.
Рассмотрим теперь другую часто применяемую для отображе­
ния цифровой информации систему - фазоимпульсной индикации.
Структурная схема и временньrе диаграммы, иллюстрирующие ее­
работу, представлены на рис. 5.16. Схема содержит счетчики Сч 1 ,.
Сч2- Сч5 фазоимпульсного типа.
•
Работает схема следующим образом. Индицируемое число от·
источника информации ИИ при наличии сигна1ла Зп через схемы
& 1 вводится в счетчики Сч1 - Счs. В режиме Чт в результате па­
раллельной подачи на эти счетчики импульсов ТГ через схему & 2
их содержимое дополняется и в момент перехода через нуль на
соответствующем формирователе ФЗМ появляется сигнал выбор-
137


Jп/Чт
тгf
а)
2J4-5Б789о1
пппп
Фз{
t
t
t
t
l5
t
?:{ ~
t
t
$4
t
<..:,
8
t
С1
t
ь
t
с
t
Феd
t
е
t
f
t
g
t
б)
t
Рис. 5.16 . Цифровое СОИ с фазоимпульсной индикацией:
-а--стру ктурная схема; 6-диаграммы напряжений на основны х блоках
ки знакоместа . В эти моменты Счвыч находится в состоянии 10-Д,
где Д - дополнительный код числа, записанного в данный счет-
~-
чик. В результате на знакоместе, соответствующем счетчику, ин­
дицируется записанное в счетчике число Д . За десять тактов вы­
водятся все числа, зарегистрированные счетчиками.
При фазоимпульсной индикации, так же как и при поразряд-
ной, применена построчная адресация, однако строки включаются
не одна за другой последовательно во времени, а в зависимости
138


t.-
от индицируемого числа, причем параллельно включаются те стро­
ки, где возбуждаются одноименные ЭО. В этом случае скваж­
ность
q=Na,
(5.23а)
где Nа - длина алфавита символов.
На диаграммах рис. 5.16,6 показана индикация числа 23775.
Выходные сигналы Сч 2, Счз возникают после третьего, Сч, - после
пятого, Сч 4 - после седьмого и Сч5 - после восьмого импульсов.
В эти моменты Счвыч соответственно оказывается в состояниях 7,
5, 3, 2, причем индикация второго и третьего знакомест происходит
однов-13еменно. Основным преимуществом схемы рис. 5.16 по срав­
нению со схемой рис. 5.15 является то, что q=Na, т. е. не зависит
от числа знакомест. Отсюда вытекает предпочтительность этой
схемы для отображения цифровой информации при большом Nзм,
когда по (5.23а) обеспечиваются меньшие значения q, чем по
(5.23). Отметим также, что структурная схема рис. 5.16 реализу­
ется несколько проще, чем схема рис. 5.15, так как в ней сравни­
тельно сложный блок мультиплексирования заменен вычитающим
счетчиком, а блок КР - простыми ключевыми схемами ФЗМ.
Схемы рис. 5.15 и 5.16 можно использовать для воспроизведе­
ния буквенной информации с помощью сегментных, например ва­
куумных люминесцентных, индикаторов. Для этого в схеме рис .
5. 15 достаточно вместо счетчиков Сч 1 -Сч5 использовать для хра­
нения данных БЗУ. Этот вариант иллюстрируется рис. 5.15,в, где
показано БЗУ, адресуемое от Сч 6 ; выходы БЗУ соединяются с ЗГ.
Для воспроизведения буквенной информации менее целесооб ­
разно использовать схему рис. 5.16, так как N а для букв и других
символов велико, что влечет за собой увеличение q и чрезвычай ­
ное усложнение всех используемых счетчиков. Вместо них целесо­
образно применять ЗУ с последовательным обращением.
Когда индикатор для отображения буквенно-цифровой инфор ­
мации имеет точечно-матричный формат, то структура схемы в
значительной степени определяется необходимостью двухкоорди­
натной матричной адресации индикаторного поля при минимальной
скважности. В связи с этим переходят к развертке по строкам ,
а не столбцам, хотя это и связано с усложнением устройства управ­
ления. Структурная схема буквенно-цифрового СОИ такого типа
изображена на рис. 5 . 17,а, а диаграммы напряжений- на рис.
5.17,6.
Работает схема следующим образом. Данные о каждом знако­
месте за1несены и хранятся в БЗУ в виде семи - или восьмиразряд­
ных двоичных слов . В начале цикла записи (Зп) Сч : 3М и Сч : 7
сбрасываются в нулевое положение. При этом Сч : 3М адресует
первую ячейку БЗУ, соответствующую старшему разряду индикато­
ра , а Сч : 7 стробирует ЗГ таким образом, что на его выходе появ ­
ляются данные только верхней строки знака1. Одновременно Сч : 3М
адресует регистр Рг 1 куда и записывается эта информация.
После первого тактового импульса ТИ адресуется вторая ячей-
139


ти
сч:з м
Оо
01
02
1
ф
ф2
зг
Ина
ЗГ
f~зц_
fft
7
,.
пnпri
п
ГlГlп1
1
1
1
..
1
1
A1I A21AJIA4I A51AбfA7IA81
Тзп
1
1
Тuн8 -··
п
п
п
п
IГl
п
п
о)
Рис. 5.17 . Буквенно-цифровое СОИ:
80008
ооооо
ооооо
ооооо
ооооо
·о0000
. 00000
8910
ппп
1
1
l
1
li'
п
1
1 AI IA2IAJI
1
_
,:.J
п
-
а-структурная схема; 6-диаграммы напряжений на основных блоках
ка БЗУ и информация о верхней строке второго знака записыва­
ется во второй регистр. После седьмого ТИ информация записы ­
вается в Рг8 и таким образом все устройство БЗУС оказывается
заполненным. После этого СОИ переходит в цикл индикации
(Инд). Здесь по стробирующим входам включаются ключи блока
140


L
К.СЕ, соответствующие ячейкам БЗУС, куда была записана ин­
формация, а также появляется напряжение на первых выходах
DC и Ф (дешифрируется нулевое состояние Сч: 7). После оконча­
ния импульса Инд на СОИ поступает восьмой ТИ, возвращающий
Сч: ЗМ в нулевое состояние и переводящий Сч : 7 в первое состоя­
ние. Аналогичным образом в БЗУС записываются данные второй
строки знаков, которые затем воспроизводятся, и - т. д. до седьмой
,строки, после чего кадр повторяется. Следует заметить, что усло­
вие Тзп« Тинд обычно достаточно легко обеспечить, так как Тзп
определяется только быстродействием цифровых ИМС.
Приведем некоторые количественные соотношения, характери­
зующие работу схемы. Частота тактового генератора определяется
-с оотношением
(5.24)
а скважност ы - соотношением
(5.25)
Основные недостатки схемы рис. 5.17
-
множество каналов уп­
р авления столбцами, выводов индикатора и их межсоединений.
Для усовершенствования схемы рис. 5.17 можно использовать
различные средства, описанные в § 5.1. Индикаторы с внутренней
памятью позволяют обойти ограничения, связанные с большой
скважностью, и перейти к развертке по . столбцам. Индикаторы,
у которых число входов управления ЭО превышает два , а т акже
индикато ры с са м осканированием позволяют уменьшить число ка­
налов блока КСБ и число выводов индикатора. Примеры таких
сх ем, построенных на основе индикаторных тиратронных матриц,
одновременно обладающих памятью и имеющих три или большее
•шсло управляющих входов, или же ш1 основе ГИП с самоскани­
рованием, рассмотрены далее.
Цифр.овые СОИ с одн окоординат ной адресацией. Рассмотрим
п римеры реализации цифровых СОИ на различны х типах индика­
т оров.
Пример 5.3. Ра зработка одноразрядного цифрового СОИ на знакомоделиру­
ющем газоразрядном цифровом индикаторе типа ИН-8-2. Воспользуемся простей­
шей схемой, показанной на рис. 5.14,а. При ее реализации блок Сч может быть
выполнен на ИМС КJ55ИЕ2 с выходным ДКД-кодом, а блоки ЗГ и Ф - на од­
ной ИМС К1-55ИД1, преобразующей позиционный код счетчика в унитарный
десятичный код знакомо дел ирую щего индикатора. Одновременно ее высоко­
вольтные выходные транзисторы п озв оляют согласовать низкие уровни цифровой
.1огики со сравнительно высокими упра вляющими напряжениями индикатора
ИН-8-2.
Принципиальная электрическая схема устр ойства показана на рис. 5.18. на ·
:~аыходы DC, соединенные с катодами индикатора , через резисторы Rсм пода­
ется положительное напряжение смещения Есм, которое должно исключа ть _ воз­
никновение пара зитно го свечения на неиндицируемые катоды. При появлении на
одном из выходов DC низкого уровня на соответствующем катоде образуется
разрядное свечение. Ток через индикатор ограничивается резистором Ra.
В описываемой схеме необходимо выбрать напряжения питания анода инди­
катора Еа и смещения Есм, а также значения сопротивлений Ra и Rсм- Согласно
·§ 4.6, Есм;;:е,35-+-40 В обеспечивает протекание на катоды зондового тока /з,
не превышающего 10-20% от основного, и отсутствие заметного ореола.
141


Ra
ИН-В-2А~Еа
с
&
RO
&
R9
~~~ 9
Кf55ИЕ2 Кf55ИД1
Есм
Рис. 5.18. Цифровое СОИ на знакомоделирующем газо-
разрядном индикаторе ИН-8-2
В нормальном режиме должно выполняться условие
fзRсм+Есм~Идоп ,
(5.26)
где l зRсм - падение напряжения на Rсм, обусловленное протеканием зондового
тока; u'д~п - допустимое напряжение на коллекторе выходного транзистора.
Для К!55ИД! Идоп=60 В.
Используя параметры, приведенные в табл. 4.5, и приняв 1з=О, 1 ! н=О,3 мА
И Есм=40 В, получим
60 -40
Rсм< О,0003 = 66 кОм.
Минимальное Еа должно обеспечивать возникновение разряда, т е.
Е'а~И./(1-бЕа),
(5.27)
где и. - напряжение возникновения разряда; бЕа
-
допуск на напряжение
питания анода . Кроме того, Е а должно быть выбрано таким образом, чтобы
ток на индицируемый катод оставался в пределах la min, la max, задаваемых
табл. 4.5. Напомним, что, согласно § 4.6, слишком малый ток не обеспечивает
режим покрытия свечением всей цифры, а слишком большой - понижает срок
службы. Из рис. 5.18 следует
(5.28)
где Ип - напряжение поддержания разряда. Записав это выражение для Im1n
и lmax с учетом допусков на Еа и Ra и исключив Ra, получим второе мини-
мальное значение Е" а в виде
,,..-
Ип(1-оR)l 3 mах-Ип(1 +oR)l3 m;n
Еа" ~ --------~~~------~---
(1- оЕ)(1- oR)/3 max - (1+оЕ)(1+oR)l3шin '
(5.29 )
где бR - допуск на резистор.
Для ИН-8 -2 l a min=2,5 мА, la max=3,5 мА, Ип=135 В, И.=170 В; приняв
бЕ=бR=О ,05, получим Е' a=l 79 В, Е11а=235 В. Возьмем с запас ом Еа=250 В,
тогда так как
(5.30)
то 38 к0м~Rа~39 кОм.
Проведенный расчет показывает, что для сохранения тока че­
рез индикатор в пределах Iamin, lamax в схеме рис. 5.18 приходится
142


применять довольно большие и стабильные значения Еа и под­
страивать Ra, Чтобы избежать этого, можно вместо источника на­
пряжения Еа и ограничи в ающего ток резистора Ra использовать.
источник тока (см . далее) .
Типы многоразрядных цифровых газоразрядны х индикаторов ►
описанные в § 4.6, представляют собой приборы, в которых одно­
координатная адресация невозможна из - за объединенны х выводов.
одноименных сегментов.
Пример 5.4 . Разработка схемы одноразрядного цифрового СОИ на основе·
знакосинтезирующего 7 - сегментного полупроводникового индика тора типа­
АЛ304Г. При реализации схем, изображенных на рис 5. 14, можно снова исполь­
зовать ДКД -сч етчики К155ИЕ2. Для знакогенерирования и формирования воз­
буждающих сигналов полупроводниковых сегментных индикаторов разработаны.
ИМС типов К514ИД!, ИД2 и ПР! (см. рис. 5.19). ИМС К514ИД! имеет
открытые эмиттерные выходы и резисторы, встроенные в коллекторные цепи, И·
поэтому пригодна для питания индикаторов с разделенными анодами без внеш­
них резисторов . Интегральная схема К514ИД2 имеет открытый коллекторный
вы-ход, что предопределяет ее использование длн индикаторов с разделенными,
катодами и необходимость навесных резисторов"
Схемы К5!4ИД! и К514ИД2 имеют вход РВ с функцией разрешения ин­
дикации при нулевом уровне входного сигнала и запрещения индикации при,
единичном его уровне, который соответствует входу ЗАП Р по схеме рис. 5. 14,6.
Кроме того, индикация запрещается при входных числах 10, 11-15 .
ИМС К514ПР 1 отличается от двух описанных схем наличием регистра-фи-­
ксатора со вх одом разрешения записи, т. е. она позволяет полностью реализо ­
вать структуру рис. 5.14,б.
Так как индикатор АЛЗООГ имеет раздельные катоды, то следует использо­
вать ИМС К514ИД2 . Остановимся на выборе значения навесного сопротивления,
для этого случая. Очевидно, что
R=(Ек - Инас,-Иа)//а ном,
(5.31 ),
где Инас-напряжение насыщения выходного транзистора ИМС К514ИД2; И а -·
среднее значение падения напряжения на пол упроводни ковом переходе индика ­
тора, / а ном - номинальное значение тока возбуждения индикатора. Приняв,.
Ек=5 В, Инас=О,5 В, Иа=2 В, /а ном=5 мА (см. табл . 4.1), получим R=
= 500 Ом.
Оценим разброс интенсивности свечения отдельных сегментов для этого слу~
~Вых
''l
К5 1f./.ИД2
с
ии
К/55ИЕ2 К514-NД2
CI
С2
АЛJоч r
Рис. 5.19. Цифровое СОИ с однокоординатной адреса­
цией на пол уп роводниковом индикаторе с общими ка­
тодами


·::~ая. Найдя из (5.31) полный дифференциал тока la по R, Ек, Иа, после не­
, сложных преобразований получим
о/=[aR+ ЛЕк+ЛИа ] R ,
(Б.З2)
Ек-Иа-Инас R+Rдин
тде ЛЕк - абсолютное изменение напряжения источника питания коллектора;
"ЛИа - абсолютный сдвиг вольт-амперной характеристики переходов для раз­
.личных сегментов; бR - допуск на сопротивление резисторов; R/11.Ин
-
дина­
мическое сопротивление перехода. Задавшись ЛЕк=О,5 В, ЛИа=О,5 В, бR=О,1,
..Ек=Б В, Иа=2 В, Инас,=0,5 В, R=500 Ом, Rд1Ин=10 Ом, получим Ы=О,8.
С учетом нелинейной зависимости силы света от тока (4.8) легко найти, что
. f)Jv:=:::::0,95, что много, даже если учесть, что реакция глаза пропорциональна не
силе света, а ее логарифму.
Более стабильный ток возбуждения и, следовательно, силу све­
-та, обеспечивает формирователь с характеристикой источника тока.
'Возможная реализация такого формирователя для полупровод­
. никовых индикаторов показана на рис. 5.20 для случая, когда сег­
мент содержит два р-п-перехода. Благодаря наличию эмиттер­
ного резистора R 4 и постоянству напряжения на светоизлучающих
.переходах ,выходной каскад можно рассматривать как схему с об,­
.щим эмиттером. Поэтому стабильность тока, возбуждения опреде­
ляется только точностью реализации сопротивления резистора R4
и поддержания потенциала базы транзистора т.,,,. Последний зада­
. ется выходным напряжением стабилизатора на транзисторах Т2 и
Т3 и поддерживается равным потенциалу эмиттера транзистора
Т2 с точностью до нескольких долей вольт. В свою очередь, ста-
·-бильность потенциала эмиттера транзистора / 2 определяется ис­
"Точником питания и отношением резисторов R2/Rз. Изображенная
на рис. 5.20 схема выполняется как монолитная интегральная. Из­
-вестiю, что разброс отношений резисторов в таких схемах гораздо
меньше разброса абсолютных их значений и не превышает 5 % .
В результате при изменении напряжения питания на + 10% вы­
ходной ток меняется всего на 14 %, чем обеспечивается практически
• Qднородное свечение сегментов.
Для управления вакуумными люминес­
центными индикаторами разработана се­
рия р-МОП ИМС со средней степенью ин ·
теграции К161. Входящие в нее ИМС
К161ПР2 и К161ПРЗ выполняют функции
преобразования ДКД в код знака с 7-сег-
ментным форматом, его запоминания, воз­
буждения десятичной точки и электриче­
ского согласования уровней напряжений
R4 цифровых ИМС с индикатором. Основные
параметры этих, а также других ИМС се •
рии К161 приведены в табл. 5.2 .
Пример 5.5. Разработка одноразрядного цифро­
вого СОИ на вакуумных .люминесцентных индикато­
рах типа ИВ-8 или ИВ-11. Принципиальная схема
подключения вакуумных люминесцентных индикато­
ров ИВ-8 к источнику двоичных данных с помощью
ИМС серии Ю61 изображена на рис. 5 .21. Посту-
,Рис. 5.20. Схема источ­
•· ника тока для возбуж­
, дения полупроводнико-
вых индикаторов
1144


"
;
'
;
.
,
i
~
!
-
'
:
t
-
о
1
Т
а
б
л
и
ц
а
5
.
2
~
С
;
:
)
,
!
>
,
и
м
с
Н
а
п
р
я
ж
е
н
и
е
Т
о
к
Н
а
п
р
я
ж
е
н
и
е
Н
а
п
р
я
>
1
<
е
н
;
;
е
Д
о
п
у
с
т
и
м
о
е
1
п
и
т
а
н
и
я
,
п
о
т
р
е
б
л
е
н
ш
r
,
л
о
г
и
ч
е
с
к
о
i
'
О
л
о
r
и
t
1
е
с
к
о
й
н
а
п
р
я
ж
е
н
и
е
,
Д
о
п
у
с
т
и
м
ы
й
Т
о
к
в
м
А
н
у
л
я
,
в
е
д
и
н
и
ц
ы
,
1
:
3
в
т
о
к
,
м
А
у
т
е
ч
к
и
,
м
к
А
т
и
п
н
а
з
н
а
ч
е
н
и
е
(
Ю
6
1
П
Р
2
П
р
е
о
б
р
а
з
о
в
а
т
е
л
ь
к
о
д
а
8
-
4
-
2
-
1
в
7
-
с
е
r
м
е
н
т
н
ы
й
к
о
д
с
д
е
с
я
т
и
ч
н
о
й
т
о
ч
к
о
й
-
-
2
7
±
1
0
о
/
о
1
,
8
О
+
-
3
-
-
8
,
5
+
-
2
4
3
0
'
J
,
8
О
,
1
Ю
6
1
П
Р
3
Т
о
ж
е
-
2
7
±
1
0
°
/
0
1
,
8
_
!
О
+
-
3
~
8
,
5
+
-
2
4
7
0
2
,
0
о
,
1
-
I
0
6
I
I
(
H
I
С
е
м
и
к
а
н
а
л
ь
н
ы
й
к
о
м
м
у
т
а
т
о
р
l
с
и
н
в
е
р
с
н
ы
м
и
в
х
q
д
а
м
и
-
2
7
±
1
0
о
/
о
1
,
2
О
+
-
3
-
8
,
5
+
-
2
4
7
0
3
0
О
,
1
Ю
6
1
Н
2
Т
о
ж
е
,
с
п
р
я
м
ы
м
и
в
х
о
д
а
м
и
-
2
7
±
1
0
о
/
о
1
,
2
О
+
-
3
-
8
,
5
+
-
2
4
7
0
3
0
о
,
1
-
.
.
.
е
л


пающие от ИИ двоичные числа записываются в регистр - фи ксатоr ИМС по
сигналу Зп. После снятия сигнала Зп данные сохраняются. При необходимости ·
высвечивания десятичной точки подается сигнал на вход ДТ_. По данным
табл . 4.3, ·индикатор ИВ-8 управляется , И а = И с= 20 В при анодных токах 0,8 мА ,
что позволяет примен~ть ИМС К161ПР2. Отметим, что наличие в составе ИМС
К161ПР2 регистра-фиксатора позволяет организовать статический режим инди­
к ации мноюразрядн_ого индикатора от общей шины данных. Запись информации
в конкретное знакоместо осуществляется стробированием соответствующего · вхо­
да Зп. Более пqдробно этот вопрос будет рассмотрен в гл. 6.
Индикатор ИВ-11 потребляет значительно больший анодный ток (3,5 . мА} ,
что делает невозможным его прямое сопряжение с ИМС К161ПР~ . Для согла­
сования по току можно использовать с х ему эмиттерного повторителя на состав­
ном транзисторе, изображенную на рис . ·Б.22. При входном токе, не превышаю­
ще м 0, 1 мА, она обеспечивает выходной ток до 10 м А, что достаточно для боль­
шинства вакуумных люминесцентных индикаторов в статическом режиме уп ­
равления .
Существенным недостатком ИМС. серии К161 является то, что
на их ВХQдЫ должны подаваться сигналы отрицательной логики.
Для согласования с ТТЛ • ИМС применяется изображенная на
риt. 5.23 схема на транзисторах с дополняющи·ми типами электро­
проводности . При поступлении на . ее вход логической I от ТТЛ
ИМС переход эмиттер - база транзистора Т, за пир ает,ся и вклю ­
чается транзистор Т2, работающий как усилитель с общей б азой.
Этим обеспечивается включение тран зисторов Т3 и Т4 и появление
на выходе нулевого уровня н_апряжения для высвечивания ЭО.
Если на входе ло гич еский О, на выходе схемы создается отрица­
тельное 'напряжение и индикация отсутствует.
При разработке схемы уп р авления вакуумным люминесцентным
~ ~ 4--1-+-Н-+-+-+--t-.....
К161ПР2 lf
_;_ Еа
+208
дт
--4---+-+~---o,:,i:·1ии
2"
-
-+--+-----u"1"
).t ,
. 1--- -----< .J N
------ --uZ зп
- ------01
Рис. 5.2 1. Схема однокоординатной адре ­
са-ции вакуумных люминесцентных ин д ика •
. торов
146
. цндикатором
необходимо
учитывать, что питание цепи
накала о~уществляется пе­
ре менным током, а для вы ­
равниван ия
напряжения
между анодом и катодом от- •
рицательный полюс источ_­
ника питания , присоединяет-. ,
и
.
1
сяк среднеи точке вторич-
ной обмотки трансфор мато­
ра, как это изображено на
рис . 5.21. Если трансформа­
тор не имеет средне й точки,
то ее можно создать искус ­
ственно · с помощью делите­
ля напряжения , сопротивле­
ние которого надо выбирать
таким образом, чтобы паде-
. ние • напряжения на нем от
протекания суммарного тока
сетки и анодов быль незна­
чительным по сравнению с
анодным ·· или •сеточным 'н-а­
пряжением (последние обыч -
1
1


-
278 ' Выхо8
100 к
Вхо8
Рис: 5.22 . Эмиттерный повторитель
для согласования ИС К161ПР1 или
К161ПР2 с вакуумным люминесцен(!'-
ным индикатором
Рис. 5.23 . Схема саг ласования
ИМС - серии Кl61 с ТТЛ ИМС
но выбираются равными · из соображений унификации источника
питания).
Переменное напряжение накала может сделать мгновенное зна­
чение напряжения на катоде отрицательным по отношению к ано­
дам и вызвать подсветку последних.
Пример 5.6. Разработка одноразрядного цифрового СОИ на осноце накали­
ваемого вакуумного индикатора ИВ - 9. По данным табл. 4.4, Ином=4,5 В, lном=
=19,5 мА. Выберем структурную схему рис 5.14i. При расчете надо брать lном
с двойным запасом, учитывая бросок тока при сопротивлении холодной нитц.
Исходя из этого, в качестве формирователя возьмем транзисторные сборки
1НТ251А (допустимый ток 400 мА) . и включим в их открытые коллекторные
выходы выводы сегментов, а общую точку соединим с плюсовой шиной источии- .-
1<а питания. В качестве знакогенератора применим К514ИД1, выходной ток этой
ИМС достат9чен для включения транзисторной сборки~ При питании схемы от
источника 5 В±5% и ИоL=О,7 В с учетом падения напряжения на транзисторах
сборки 1НТ251А получим напряжение на индикаторе 3,8-4,3 В.
В литературе описано множество схем для формирования и
коммутации управляющих напряжений порощковых электролюми­
несцентных индикаторов переменного тока . Однако большинство
из них основывается на использовании магнитных или магнитно­
полупроводниковых элементов, а не ИМС . Согласно табл . 4.3, для
возбуждения индикаторов порошкового типа необходимо коммути­
ровать переменные напряжения с амплитудой 250-350 В . Из по­
лупроводниковых элементов для этой цели можно использовать
с имисторы (двунаправленные тиристоры), полевые транзисторы и
о птроны. Однако существенным недостатком симисторов является
большой ток удержания . Поэтому для управления часто исполь ;
зуют резистивные оптроны, позв,оляющие коммутировать сравни­
тельно высокие напряжения при малых рабочих токах, а также ·
о беспечивающие гальваническую развязку цифровой части сХ:емь1
управления от высоковольтного источника питания индикатора.
Пр\'!нципиальная схема блока формирователя для одного э·о изо­
бражена на рис . 5.24. Генератор тока на тран·зисторах Т 1 и Т2
возбуждает светодиод Д, который облучает фоторезистор Rз . Вы- ·
бор фоторезистора в качестве коммутирующего элемента обус-
10*
147


+58
ловлен не только хорошим вза­
имным соглz.•сованием его ха­
рактеристик с электролюминес­
центным индикатором но и тем,
эя что благодаря инерционности пе­
реключение индикатора происхо­
дит плавно, чем повышается его
срок службы. При низком уровне
в ходного логического сигнала ИoL
Рис. 5.24 .
~уждения
Оптронная схема воз-
светодиод возбуждается и засве­
чивает фоторезистор, сопротивле­
ние ,Rз которого становится мень­
ше 2 •кОм. При высоком уровне
электролюминесцентного
индикатора
возрастает настолько
падает на индикатор.
сигнала Ион сопротивление Rз
резко, что возбуждающее напряжение не по-
В ряде случаев применяют импульсные режимы возбуждения
электролюминесцентных индикаторов, обеспечивающие повыше­
ние срока службы. Действительно, скорость старения электролю­
минофора пропорциональна квадрату напряжения возбуждения,
а яркость его свечения зависит от напряжения в более высокой
(3-7) 'степени [см. (4.12)]. Кроме того, для индикаторов, легиро­
ванных Mn, постоянная времени спада яркости в два раза превы­
шает постоянную времени нарастания. Это позволяет получить
достаточную яркость (при возбуждении индикатора короткими им­
пульсами постоянного напряжения или импульсно-модулированным
переменным напряжением) небольшим повышением амплитуды по
сравнению с непрерывным режимом. Так как в этих · режимах
скважность велика, удается в несколько раз повысить долговеч­
ность индикатора . В схеме рис. 5.24 для реализации режима воз­
буждения импульсно-модулированным переменным напряжением
достаточно на вход подавать не постоянное, а импульсное напря­
жение.
Для управления жидкокристаллическими индикаторами также
требуются переменные напряжения, однако их амплитуды и по­
требляемые мощности значительно меньше, чем и определяются
другие схемотехнические решения. Спецификой схем управления
жидкокристаллическими индикаторамй является не просто необ­
ходимость использования переменного напряжения, но и требова­
ние, чтобы его постоянная составляющая не превышала 50 мВ
(в противном случае в индикаторе могут возникать необратимые
электрохимические реакции, сокращающие срок службы; см.
§ 4.7).
Наиболее распространен фазовый способ управления, основан­
ный на применении логической схемы «исключающее ИЛИ» (![ =
= ABVА.В, где f - выходной, а А и В - входные сигналы) ;
Такая схема показана на рис. 5.25,а, а диаграммы сигналов для
включенного и выключенного состояний жидкокристаллического
индикатора, - на рис. 5.25,6. Преимуществом схемы является по-
148


t
К!7бИЕ4-
RСч
т
:и
/
вI
дт
а!/
::1 ~
ппГlппГ1
11
f,
t-r
t
Иэ
t
а)
Рис. 5.25 . Фазоимпульсный способ управления ЖК-индика­
тором:
а-схема включения; 6-диаграммы напряжений
чти двукратное повышение напряжения между электродами инди-
катора Иэ по сравнению с напряжением питания ИМС Ек,
_
Импульсное напряжение Ив, используемое в схеме рис. 5.25,а,
должно иметь частоту, превышающую частоту мельканий, и в то
же время быть значительно ниже частоты отсечки, при которой
пороговое напряжение резко возрастает. Одновременное воздейст­
вие на индикатор слишком высокого напряжения и частоты при­
водит к перевозбуждению, что вызывает увеличение времени ре­
лаксации и возникновение эффекта креста (из-за внутренних па­
дений напряжения на электродах индикатора). В резул_ьтате при
выборе рабочей частоты должно выполняться условие
fО<Кпр,
(5 .33):
где Кпр = 1000-+-3000 (предельное значение для большинства типов
индикаторов).
•
Приведенные в табл . 4.10 параметры ЖК.-индикаторов показы­
вают, что для управления ими можно использовать схемы на К­
МОП-транзисторах, например серии Kl 76 .
ll-314
149


Цифровые СОИ с матричной адресацией. Рассмотрим ти пич ­
ные примеры построения цифровых СОИ для конкретных индика­
торов.
Пример 5.7. Разработка восьмиразрядного цифрового СОИ на основе полу­
проводникового индикатора типа АЛ304Г. Так как число знакомест меньше де­
сяти, то с учетом формул (5.23), (5.23а) целесообразно выбрать схему пораз­
рядной индикации (см. риQ. 5.15), дающую меньшее значение q. В качестве
счетчиков, как и раньше, используем К.155ИЕ2, а для построения мультиплексора
(см. § 3.4) - ИМС преобразователя кода К.155К.П5, в качестве знакогенерато­
ра - одну из схем К.514ИД (какую именно, уточняют при разработке блока
формирователя).
Рассмотрим специфику построения блоков формирователя Ф и коммутатора
разрядов КР схемы рис. 5.15. Определим скважность, кадровую и тактовую ча­
стоты.
Очевидно, fн>fкчм =50 Гц; согласно (5.23), q= 18 и, следовательно, no (5.22)
имеем fт=400 Гц. Возьмем с запасом fк=125 Гц и fт=1000 Гц. То гда по (5.2)
iв= 1000 мкс, что на несколько порядков значения превышает Трк, 't"рл полу­
проводниковых индикаторов. Используя (4.10) и учитывая сверхлинейный ха­
рактер зависимости силы света от тока, находим, 1ан=5 • 10-з -81/1 , 2 = 0,028 А.
Согласно диаграммам рис. 5.15,6, ключи в схеме Ф должны быть рассчитаны
на средний ток 1Ф ер =/ан, а в схеме КР - на импульсный ток lкр и=lанNэ зм=
=0,028 •8=0,224 А, 1кр е p=lкр и/ q=0,224 /8=0,028 А. Выберем для формирова­
теля схему, изображенную на рис. 5.20. Приняв в ней Ек=5 В, R2=R·з, получим
потенциал на базе Т,.= 2,5 В, на эмиттере т" 2,5 -0,5=2,О В и найдем R·. =
=2/0,028=70 Ом. Включение схемы осуществляется уровнем Иоь, поэтому в
качестве -'ЗГ выберем К514ИД2. Схема блока КР состоит из дешифратора DC
кода 4, 2, 1 в унитар ны й код 1-8 и блока Кл ключей возбуждения знакомест
(рис. 5.26).
Для дешифрации можно применить ИМС К155ИДЗ, вход которой строби­
рован импульсами ТГ длительностью порядка 1-2 мкс, что обеспечивает вре­
менной интервал между импульсами возбуждения различных разрядов (меж­
разрядное бланкирование) . Бланкирование необходимо для того, чтобы носители
зарядов в индикаторе успели рекомбинировать, иначе в индикаторе возникает
паразитное свечение . Рекомбинация в полупроводниковых индикаторах проис­
ходит за доли микросекунды, а • интервал бланкирования может составлять еди­
ницы микросекунд. Для коммутации знакомест использован wабор р-п - р-тран­
зисторов типа 2ТС622А, которые допускают токи: средний - 0,4 и импульс­
ный- 0,6А.
Динамический матричный контраст в описанной ,схеме достаточно велик. Из
(5.6) видно, что так как ,R.o ~rRд, то U 1/U0-+oo, это обеспечивает Кобр дм:=::::
=Кобре.
150
От Сч6
От ТГ
ОтФ
/_/
/_/
Гt
/_!
-,
[Кл
_
_j
//
/_/
Рис. 5.26. Принципиальная схема блока КР для рис . 5.1li


iJ
Пример 5.8 . Разработка четырехразрядного цифрового СОИ на основе на­
каливаемого вакуумного индикатора ИВ-13. Выбираем систему поразрядной ин-
дикации (см. рис. 5.15). Из (4.18) и табл. 4.4 следует, что Инак и=7.5 V4=
=15 В. Исходя из равенства мощностей в импульсном и статическом режимах
Ивак иlнак и/q=Ияа к яlяак н, получим lяак и=7,5•0,036/15=0,072 А. С у'lетом
начального броска тока примем Iнак и=О, 12 А . В результате для блока Ф / Ф и=
=lяак и=О,12 А, lф ср=lвак и=О,072 А; ДЛЯ блока К:Р lкр и=lван иNэ •., = О,12Х
Х8=0,96 А, /кр ср=lн аи иNз зм/q=О,072 •8/4=0,144 А. В данном случае выпол­
нять ключи блока Ф в виде источников тока нет необходимости благодаря суб­
линейному характеру зависимости тока от напряжеН1ия в накаливаемом вакуум­
ном индикаторе. Согласно рекомен1дациям § 4.5, выберем fк= 100 Гц, откуда Тк=
=0,01 с, а iв=2,5 мс , Эти значения много меньше времени нагрева ЭО (0,2-
~ ,25 с; см. § 4.5), так что для переключения индикатора в новое состояние
потребуется несколько десятков таких импульсов .
При разработке схемы следует учитывать : а) необходимость сдвига уров­
ней сигналов при переходе от блока DC, питаемого от источника + 5 В, к блоку,
Кл, питаемому от источника +15 В; б) большие токи ключей схемы и особенно
большие импульсные токи, протекающие через ключи блока Кл; в) реакцию ин­
дикатора на действующее, а не на мгновенное значение напряжения; анализ
диаграмм рис. 5.15,6 показывает, что при использовании выборок 2 : 1 или 3 : 1
напряжения на возбужденных и невозбужденных ЭО оказываются близкими и
достаточный динамический кон траст не обеспечивается; r) ·отсутствие н1еобходи­
мости бланкирования (так как работа накаливаемого индикатора не связана с
генерацией и рекомбинацией носителей).
Электри'!еская схема, удовлетв оряющая эт и м условиям, изображена на рис .
5.27. Для улучшения контраста в ней последовательно с • каждым ЭО включен
диод Д. В этом случае по уравнению (5&1_ ,u 1/ U0-+-oo, чем и обеспечивается вы­
сокий контраст. Блок Ф может быть выполнен на обычных транзисторных клю­
чах и непосредственно запускаться от ЗГ, ключи блока Кл (Т2, и Тз) на рис.
5.27 собирают по схеме Дарлингтона. Сдвиг у ровней обеспечивается транзисто ­
ром Т1 , при запирании которого сигналом ИоL с DC (типа К:155ИД3) включа-
ются транзисторы Т2 и Тз.
'
Пример 5.9. Разработка 16:разрядного цифрового СОИ н1а газоразрядном
индикаторе ИГП-17. Выберем систему поразрядной индикации. Соответственно
11*
DC
Dm ЗГ
Рис. 5.27. Схема мультиплексной адресации накаливаемых вакуум­
ных индикаторов
151


цифровая часть схемы может быть такая же, как и в примерах 5.6 и 5.7 . При­
мем fк = 62 ,5 Гц и fт=lOOO Гц. Импульсное значение тока через ЭО (сегмент)
определяется по формуле
fв
laи = laq
-
,
fв--t5- 'tст
(5.34)
где t5 - время бланкирования. Множитель fв/(tв - tб-Тiт ) учитывает долю вре­
мени выборки ,t., которую ток протекает через
ЭО. Согласно табл. 4.5, ! а=
=0,025---1-0,035 мА, примем la = 0,03 мА. Взяв q= 16, ,t.= 1 мс, ,t5 = 0,004 мс,
Т:с.т=О,005 мс, найдем la и=О,485 мА. Тогда /Ф cp=la и~О,5 мА, /кр и=
=la иNэ зм=О,5 : 8=4 мА, /кр ср=4/16=0;25 мА.
При использовании матричных режимов для управления газо­
разрядными индикаторами из-за высоких напряжений питания од­
ной из важных проблем является согласование (сдвиг) уровней
напряжений цифровых схем управления и уровней возбуждения
анодов (или катодов).
Схема сдвига уровней напряжения показана на рис. 5.28. Воз­
буждение ЭО осуще­
ствляется
приложе-
-~..г
От ПС
1D08
l
1
1
Т1
1
КfНТбб/Аi ф
V
Rэ1
1
__ _J
От ЗГ
II
'-'
2оов нием напряжения 200 В
между анодом и като­
дом индикатора •при
включенном состоянии
транзисторов Т3 и Т1.
Транзистор Т1 вклю­
чается сигналом ИoL с
выхода знакогенерато­
ра ЗГ (см. рис. 5.15)
и работает в режиме
источника тока (схема
с общей базой) *. Из-
Г ИП17
менением нашряжения
ЕсмнабазеТ,спо­
мощью Rper можно ме­
нять катодный ток и
интенсивность
свече-
ния . Если принять
Есм=4 В, то с учетом
падения
напряжения
на переходе база -
эмиттер
транзистора
Т1 имеем Rэ= (4-
-0,5)/0,5= 7 кОм.
Рис. 5.28. Схема сдвига уровней напряжения для
мультиплексного управления газоразрядными ин­
дикаторами
Включение транзи:
стора Тз обеспечивает­
ся запиранием транзи­
стора Т2 при поступле-
* При фазоимпульсной индикации использовать такой источник тока нельзя,
так как катодный ключ одновременно пропускает токи нескольких знакомест -
этим и определяется выбор системы поразрядной индикации в данном случае .
152
,'


..,
нии на его эмиттер напряжения Ион- Если строить блок КР, п о
структуре, изображенной на рис. 5.26, то это приводит к необхо­
димости введения инверторов и после DC, что и показано на
рис . 5.28.
Невозбужденные состояния сегмента могут быть из-за отсут­
ствия сигналов выборки: а) знакомест; б) сегмента . В первом
случае транзистор Т2 открыт и потенциал анода индикатора не
превышает нескольких единиц вольт. Если сегмент возбужден , то
напряжение между анодом и катодом индикатора , Иан незначитель­
но, если же сегмент не возбужден, оно составляет минус 100 В . -
Когда знакоместо выбирается (Тз включен), а сегмент не выби­
рается (Т2 выключен), то · Иан= 200- 100= 100 В, таким образом ,
схема обеспечивает выборку 2 : 1.
Используя формулу (5.11), можно найти минимальный контраст
Кобр с между индицируемым и неиндицируемым ЭО , который обес­
печит Кобрдм=О,65. Контраст : Кобр c = l-0,3/iN3м= l-0,3/16=0,98 .
Предположив, что яркость прямо пропорциональна току, полу­
чим , что ток на неиндицируемый ЭО не должен превышать 2,0 %
от тока на индицируемый ЭО . Поэтому в схеме задается более вы ­
сокое напряжение смещения индицируемых катодов по отношению
к неиндицируемым, чем в статических схемах (ер. с примером
5.3) .
Пример 5.10 . Ра з работка 14-ра .зрядного цифрового СОИ н а ва куу мн ых л ю­
м ин есцентны х индикаторах ИВ - 27. В этом случае целесообра з но исполь з ов а ть
систему фазоимпульсной индикации (см. рис. 5. 16) и при м енить в качеств е Сч, ­
Счы - К155ИЕ1.; Счвы х
-
Ю55ИЕ6; ЗГ и ФС-К161ПРЗ, ФЗМ- К161КН2
(см . табл. 5.2). Для согласования ТТЛ (серия К!55) и р= МОП (серия 161) в
ИМС может быть использован а с х е м а, и з ображенная иа рис. 5.23 . Согласн о
(4 .1 5) и табл. 4.4, Иан=24 · 142/5=69 В. Исходя из равенства мощностей, полу­
чим
I _ Uано"1аном
24·О,2
аи-
q=
-
69 -14=1мА.
Иаи
В· схеме фазоимпульсной индикации одновременно могут высвечиваться все
знакоместа, поэтому I Ф ст и=lанq= 14 мА.
Так как допустимый ток для К1 61ПРЗ (см. ~:абл. 5.2) всего 2 мА, то сле­
дует использовать схему согласования, показанную на рис. 5.22.
Аналогично, для сеточной цепи fси =(24 ·2/69) · 14=10 мА. Так как К161КН2
пропускает ток 30 мА и допускает напряжение до 70 В, то ИМС непосредствен­
но может быть подключена к сетке индикатора.
Схема ключевой части СОИ показана на рис. 5.29. Отрицательное напр яже­
ние на ·сетках и анодах создается с помощью стабилитрона Д8 1 4А ·с напряже­
нием стабилизации Ис.т. Сопротивление R выбирают по формуле
R.:::::Y cr - ИнV2/2 - Изап
(5.35)
"""'
lут
'
тде Иза п - н а п ряжение на сетке и ан оде, достаточное для запирания индикато­
ра; l ут - макс и мал ьн ые токи утечки коммутацио нн ых элементов.
Приняв Изап=З В, lут=О,1 мкА (см. табл. 5.2), Инам=З,1 В, Ист=8 В,
получим R,;=;;;6 МОм, взяв с запасом R=I00 кОм.
П р имер 5.11. Ра зраб о тка матричной сх е мы управления )I(К-индикатором
на восемь знакомест. При разр аботке необходимо иметь в виду, что электрооп­
тическая хар актери сти ка ЖК- индик а тора за в исит от угла наблюде н ия. Используя
данные рис. 4.37. получим для 0= 45° 010= 0,7 В, а для r0=0° U5o= l,2 В. От­
сюда по (4.32) '\,'s o-1 0=0,7 и, согласно (5.1 86) и табл. 5. 1, получим Nc 4. Оче-
153


(001(
IООк
Д814А &'
R0 /Ок Ш1в
>----{) +
--
.-,,...-0-,-0-.<:,...с..о-..<>.. К IБ/КН2
[дJд[д[дJдJдJд
1
• Рис. 5.29. Схема ключей возбуждения вакуумного люминесцентного ин­
дикатора ИВ-27
видно, при столь малом N с прямое использование построчной или фазоимпульс-
ной систем адресации невозможно. Исходя из этого, используем структуру, изо-
т
браженную на рис. 5.30, в которой сегменты присое ди нены всего к четырем
шинам , а на каждое знакоместо приходится два общих электрода. Развертка
в такой системе производится по горизонтальным шиН1ам, а ввод информации -
по вертикальным .
154
53:JC
И1
1
о
о
а
о
А
Ип
-
'}
Р1
инв
Pz
Рз
Р4
а)
Рис. 5.30 . Метод мультиплексного управления жидкокристалли­
ческим цифровым индикатором :
а- ввод информации, б-времеинь1е диагра мм ы
.,


с:::..,
Из (5.16) получаем для Nc=4 Ис ,к/Иинч,=2, т. е. рекомендуется метод вы­
борки 3 : I. Схема ввода информации и диаграммы напряжений для индикации
числа 3, 1 представлены на рис. 5.30,а, 6.
Адресация производится за четыре
такта, образующих один кадр. Восемь тактов, т. е. два кадра, образуют один
период развертки. Оба кадра, входящие в период, содержат одну и ту же ин­
фррмацию и отличаются только полярностью , импульсов развертки Р1-Р. и
инфор м ационных импульсов И1-Иn, Перемена полярности в кадрах нужна для
того, чтобы сделать равным нулю среднее значений напряжений на выбираемых
и невыбираемых ЭО за период развертки, чем обеспечивается высокая долго ­
·вечность индикатора .
Для хранения информации используется блок БЗУС, разрядность которогс
равна удвоенному числу знакомест индикатора, а число адресов - четырем
(в соответствии с числом тактов развертки). В течение каждого кадра (четы­
рех та ктов) последовательно выводится содержимое ячеек БЗУС начиная с ниж­
ней (управление по , шине А). Блок ФИ преоб·разует сигналы БЗУС и возбуж­
дающие напряжения в соответствии с диаграммой рис. 5.30,6, а также обеспечи­
вает изменение полярности напряжения после каждого кадра. В качестве клю­
чей можно использовать К: - МОП ИМС. Вследствие малого потребления мощно­
сти ЖК:-индикатором расчет ключей по току можню не проводить. Так как раз­
вертка происходит по горизонтальным электродам, система может быть рассчи­
тана на любое число знакомест. Для перехода uт двоичного кода числа к коду,
записанному в БЗУС, используется система, подобная изображенной на рис. 5.17.
Буквенно-цифровые СОИ с матричной адресацией. Рассмотрим
две типичные системы отображения буквенно-цифровой информа­
ции с использованием матричной адресации. В первой, использу­
ющей п олупроводниковые индикаторы, применяется наиболее про­
стая двухкоординатная матричная адресация, во второй, постро­
енной на базе индикаторных тиратронных матриц, - многоуров­
невая (в данном случае трехуровневая) адресация. Последняя
обеспечивает заметное упрощение системы управления.
Пример 5.12. Р~зработка буквенно-цифрового СОИ на 16 знакомест на по­
лупроводниковых индикаторах типа АЛС340А. Выберем принципиальную схему,
показанную на рис. 5.17,а, в которой развертка производится по строкам. В дан­
ном случае объединяются выводы 8_0 излучателей по строке и семи излучателей
по столбцу, в результате чего образуется шина Ф из семи линий и шина КСБ
из 80 линий. Согласно (5.24), (5.25); fт=350 Гц и q
=
7.
Используя (4.10), полу­
чим Iап=10•7 1/1, 2=50 мА. Согласно рис. 5. 17.6, ключи в схеме Ф рассчитываются
по формуле lф1'1=1аиNос=50·80=4 А (здесь Nac -
число ЭО в строке); lфср=
= 1Ф·и/ Q=0,57 А. Очевидно, реализация таких ключей целесообразна по схеме
Дарлингтона.
Ключи в КСБ рассчитываются по формуле fксб и=lксб ср=lаи=50 мА,
причем токоограничивающие резисторы должны включаться в цепи этих клю­
чей, так как в каждый данный момент времени через них проходит ток только
одного излучателя.
При реализации схемы рис. -5.17 можно использовать в качестве : БЗУ -
l85PY4 (256Х 1 бит); ЗГ - Кl55РЕ21-24;
DC- Ю55ИДЗ ;
Р,1-Р,8 -
1(155ТМ5. Учитывая эти рекомендации дальнейшую разработку можно провести
самосто я тельно.
Описанная схема отличается большим количеством каналов
блока коммутации етолбцов и мощными транзисторными ключами
возбуждения строк, где должны коммутироваться амперные токи.
В связи с этим, а также из-за малых размеров самих индикаторов
б укв енно-цифровые СОИ такого типа применяются редко. Исполь­
зован ие инди к аторных полей большей информационной емкости не­
целе сообразно, так как оно связэно с протеканием и коммутацией
больших токов строки .
155


Пример 5.13 . Р азработка буквенно-цифрового СОИ на 16 знакомест н а ос­
нове индикаторной тиратроннФй матрицы 5Х8 ЭО с тремя незаю1симыми управ­
ляющими входами ИВГ-1-5Х8Л (cYI. табл. 4.6). Логиче<sкое уравнение функ­
ционирования индикатора имеет вид, аналогичный (4.21)
fв><n=IUа1н/\Иа2Н /\ Иc1L/\ Иc2L/\ И сЗL,
причем по сеткам С,1 и С2 ис пользуется положительная, а по С3 - отрицатель­
ная логика.
Наличие памяти и низкая мощность уп равления позволяют применить про­
ст у ю структу рную схему с вводом информации по строкам и разверткой по
столбцам, изображенную на рис. 5.31 . Для организации развертки п<>
столбцам в схеме использовано двух уровневое управление . Как видно из ри­
сунка , одноименные столбцы различных знакомест присоед инены · к общим ли­
ниям. Таким образом, для коммутации столбцов н еобходим о всего 16+5=21
канал вместо 80 _ каналов в схеме. рис. 5.30 .
Трехуровневая адресация организована следующи м образом. В начально ~,
состоянии счетчиков Сч: 5 и Сч : 16 выбран первый столбец первого знакоместа .
При поступлении четырех тактовых импульсов по следовательно включаются вто ­
рой, третий, четвертый и пяты й столб цы . Пятый импульс переключает Сч: 16 и
включается второе з н акоместо, а с помощью Сч : 5 - первы й столбец в нем
и т. д. Так как индик:аторная тиратронная мат рица обладает п амя тью, то вместо­
f ><=50 Гц можно взять f обн=2,5 Гц, что дает ми нимально е значение тактовой
частоты 40 Гц. Максимальное значен ие частоты ТГ определяется тиратронны м
индикатором, у котор ого r1ipи=50 мкс. Оно составляет соответственно 20 кГц.
откуда максимальное зн ачение для 80 столбцов f к= 250 Гц.
156
с,
~ф
KЗ/VI
-
r:-r -
КСБ
Сг
о)
вJ
Рис. 5.31 . - Буквенно-цифровое СОИ на индикато ра х тиратро нны х
матричных ИВГ -1-5 Х8Л:
а-схема адресации; 6-ключи управлений С, и С,; в-ключи гашения А,. и л,


-
То обстоятельство, что индикаторные тиратроны обладают па­
мятью и высокой чувствительностью по сеточным входам, позво­
ляет использовать для управления ими маломощные ключи. Пара­
метры ключей надо выбирать, исходя из того, что присоединенные:·
к ним ЭО могут находиться в одном из трех состояний (см. § 4.6) :
а) ЭО не индицируются; ток от ключа _протекает к индикатору;.
6) ЭО индицируются; ток протекает от ЭО к ключу; в) часть ЭО
индицируется; направление тока определяется тем, каких :ЭО
больше. Таким образом, сеточную цепь можно рассматривать как
разнополярный источник тока .
С учетом того, что сеточные токи lc составляют десятки микро -·
ампер, для управления могут быть исполь зо ваны достаточно вы­
со,шомные каскады с lcmax=Nэcfc=I мА. Вариант ключевой схе-­
мы для управления С 1 , С2 (положительная логика, включени е:
логическим О) приведен на рис. 5.31,6, а управление С3 (отрица ;.
тельн ая логика, включение логическим О) может производиться п о»
схеме, аналогичной схеме на рио. 5.23 . Диоды на вы х оде позволяют·
избежать накоi1ления заряда из-за специфики сеточной цепи.
Так как индикаторные тиратронные матрицы являются прибо ­
рами с памятью , для записи в них новой информацил необходим о,
предварительно прекратить разряд на основной анод и анод памя ­
ти _ (А 1 и А 2 ). Соответствующая транзисторная схема гашения по­
казана на рис. 5.31,в.
Таким обр_азом , система управления индикаторными тиратрон ­
ными матрицами в СОИ для отображения буквенно-цифровой ин­
формации оказывается более простой, чем при использовании по ­
лупроводниковых индикаторов. Однако отметим ее недостаток -
использование двух разнополярных высоковольтных исто чников:,
питания для анодов +115 В и подкатодов - 250 В.
Буквенно-цифровые СОИ с самосканированием. Рассмотрим
буквенно-цифровое СОИ на 16 знакомес:г, в котором использована
ГИП с самоскани ровани ем. На рис. 5.32,а, 6 изображены схема
такого СОИ и диаграммы напряжений, соответствующие логике·
подачи информации, иллюстрируемой рис . 5.11.
Тактовую частоту ГТИ выбирают по формуле fmax~f т~fкNзмX
ХNсб зм- Так как ГИП с самосканированием имеет сплошное ин­
дикаторное поле, развертка которого происходит по знакоместам
и пробелам между ними, то при двух столбцах пробела это дает-­
fт~50 , 16 •7 = 5600 Гц. Максимальное значение ,fт определяется ин ­
дикатором и для ГИПС-16-1 составляет 13 кГц. Окончательно вы­
бираем fт=8 кГц.
Работа развертки происходит следующим образом . В началь ­
ный момент времени 1t0 генератор сброса (ГСБР) формирует отри ­
цательный импульс, сбрасывающий триггеры Тг 1 и Тг2 в нулевое­
состояние. В результате появлений I на инверсных выхода х этих
триггеров срабатывает вентиль & 10 и транзистор ТЗ,о, включенный
по схеме Дарлингтона, переходит в насыщение . При этом логиче ­
ские вентили & 1,, & 12 и & 13 заперты, а транзисторы ТЗ1 , ТЗ2, ТЗ3
выключены . Таким образом, потенциал электрода КС оказывается,
157


~:..:..:_=-tt:..- =- -= --=- -=-t -4~-= --= --= -1--=,t-; .-= --= --= -1-r:. -:p+11ОВ
. ГСБР
f---'::__- - : _ -- : _~ _~ _~ _~...,'-+ - -t-~-
-ТЗо кэ .-
ТЗ1кэ f------------,н----
ТЗzкэ
JЗзкз>-----
ТIэ L_r,___J
б)
Г~l -~ ~21-< -~t-= --= --= -=====:::r
LI а)
Рис. 5.32. Буквенно-цифровое СОИ на ГИП с самосканированием:
а-схема включения; 6-диаграммы напряжений
220кОн
-близок к нулю, потенциалы KI, К2 и КЗ - к 110 В, чем обеспе­
чивается сброс разряда на КС. Необходимое для этого время
должно быть выше 300 мкс.
•
После окончания импульса сброса импульсы, ТГ начинают про­
ходить на счетчик с коэффициентом пересчета три, построенный
на D -триггерах Тг 1 и Тг2 и вентиле &3• Дешифрация состояний
счетчика вентилями & 11, & 12 и & 13 обеспечивает формирование
трехфазной системы катоднI?IХ импульсов KI, К2 и КЗ транзисто­
рами ТЗ 1 , ТЗ2 и ТЗ 3 • Импульсы развертки действуют до тех пор,
:пока разряд сканирования не переместится на, последний 110-й
(7 - 16-2) столбец. ЗаТТ'ем вновь генерируется импульс сброса и на­
·чинается следующий кадр.
Подача информации на индикатор и синхронизация ее с раз­
верткой осуществля ются следующим образом. Данные воспроизво­
_димых знаков хранятся в БЗУ в виде двоичных кодов. В начале
158


,кадра генератор ГСБР обнуляет счетчики Сч,: 7 и Сч,: 16, которые
,сразу после импульса сброса адресуют первую ячейку БЗУ. Вы­
ходной двоичный код БЗУ преобразуется знакогенератором ЗГ в
,код 35-точечного знака. Знакогенератор стробируется счетчиком
- Сч, : 7 таким образом, что он выдает коды знака последовательно
по столбцам с тактовой частотой fт- Коды ЗГ управляют ключами
на транзисторах Т 1 и Т12 в блоке АК. Транзистор Т2 открыт, в ре­
зультате чего на выходе эмиттера Т 1 устанавливается напряжение
.250-220,/ (300+220) =100 В. Если ЗГ в данном такте выдает ин ­
,формацию (в инверсном коде), то Т 2 запирается и на выходе по­
является сигнал 250 В, воз буждающий разряд на анод индикатора
.(интервалы t 1-t2, t4-ts, t5-t1). Для нормального возбуждени я
разряда индикации требуется, чтобы импульс • И 1:э возникал с за­
держкой 10-15 мкс по отношению к импульсу сканирования (за
это время частиц ы из промежут ка сканирования успевают проник­
:нуть в промежуток индикации) . Для обеспечения такого запазды­
ван-;1я на базу Т2 после начала импульса сканирования подается
поло жи тельны й импульс длительностью 10-15 мкс, обеспечиваю­
щи й кратковременное включение этого тран зистора независимо от
- состояния выхода з на коге нератора .
После семи тактовых импульсов Сч,: 7 выдает сигнал переноса
на Сч, : 16, который адресует вторую ячейку БЗ У, и цикл воспро­
изведения знака повторяется. Когда выводятся все 16 знаков и
отсчитывается 110-й импульс, сигнал с выхода дешифратора DC
запускает генератор ГСБР, в результате чего формируют ся очеред­
ные импульс сброса и кадра.
Таким обр азом, ГИП с самосканированием позволяют созда ть
достаточно простые буквенно-цифровые СОИ. Их недостатком яв­
.ляется ограниченное число знакомест (практически не более 32),
обусловлен ное уме ньшением яркости при увеличении скважности
.(см. § 5.1), а также ограниченные размеры ЭО.
§ 5.3. Средства отображения знакографической
информации на матричных экранах
Для отображения знакогра ф ической информации, как правило,
требуются информационные поля с большой (свыше 104 ЭО) ин­
,формационной емкостью. При использовании для этой цели инди­
каторов с двухкоординатной матричной - адресацией кроме падения
яркости с ростом скважности серьезным ограничением является
и уменыirение времени выборки [см . (5.2) и гл. 4] . С учетом этого
для отображения знакографической информации возможно при­
менение: монолитных экранов с ограниченной информационной
емкостью, в которых развертка производится не более чем по 100-
200 позициям; экранов, изготовленных из субблоков [при выпол­
нении из них непрерывного поля, с одной стороны, необходима
стыко вка без потери шага, что ограничивает разрешающую спо­
собность индикатора, а с другой - субблоки позволяют применять
систему многоматричной адресации, чем снимаются или ослаб-
159


ляются ограничения, вытекающие из формул (5.1') и (5.2)]; экра­
нов с запоминанием информации, где, во-первых, не имеет места
спад яркости с увеличением числа позиций развертки и, во-вторых,
возможна адресация информации с частотой ниже частоты мель ­
каний .
В настоящее время единствiнными серийно выпускаемыми ма­
тричными индикаторами являются газоразрядные индикаторные
панели, в связи - с чем даются примеры реализации знакографиче­
ских СОИ на их основе.
'
Пример 5.14. Индикаторный модуль ИМГ-1, знаковые и графические СОИ
на его базе. В качестве индикатора здесь использована ГИП постоянного тока
с внешней адресацией ГИП-10000 и информационной емкостью lOOXIOO ЭО
(см. § 4.6). В § 5.1 показано, что оптима,льной для матричных индикаторов
является система построчной адресации, при которой ввод информации во все
ЭО одной строки осуществляется одновременно, причем соответствующая ин­
формация хранится в буферной памяти строки. Такая схема для светодиодных
индикаторов показана на рис. 5.17. В модуле ИМГ-1 применена аналогичная
система ра.звертки, однако не по строкам, а по столбцам, что несущественно,
так как индикаrорное поле имеет квадратную форму. Принципиальная схема
модуля показана на рис. 5.33. Здесь катодный коммутатор КК обеспечивает раз­
вертку по столбцам, а анодн1Ый АК осуществляет преобразование низковольтных
информационных сигналов в высокие напряжения, требуемые для возбуждения
,анодов ГИП-10000. Блок защиты БЗ срабатывает при нарушении нормальной
работы системы развертки. Защита необходима, так как при прекращении раз-
Ys
Уз [n+----+ ~
Уэ1
БЗ
['
а-
As
г----
1
1
1
1
ГИПIООО!J
Рис. 5.33. Схема управления экраном на газоразрядной индикаторной па ­
нели постоянного тока
160


!Вертк и то к через ключи коммутатора возрастает в 100 раз, что приводит к бы­
строму выходу из строя со ответствующих ячеек ГИП. Включен н ый в цепь пи­
тания ключей · а н одного коммутатора блок БЗ реагирует на исчезнов е ние пере­
менной с о ст авляющей анодного тока с н ятием питания Еа и автоматическим пре­
кращением индикации перегружен н ых ячеек .
Коммутатор КК содержит 100 транзисторов Т101-Т200, у п равляемых матрич­
ной схемой, возбуждаемой выходами де ш ифраторов IDC1 и DC2. Матричное
управление реализуется разделением транзисторов иа деся т ь групп по эмитте­
терам и десять по базам, как это показано н а рисунке . Включение данного тран­
зистора происходит при сов п адении высокого уровня напряжения на базе
с н и зким у р овнем напряжения на эмиттере. Для управления КК исп ользуются
сигналы двухразрядного двоично-десятичного кода X1 - Xs, подаваемые на DC1
и DC2. Запуск от счет чика обеспе ч ивает последовательнюе циклическое переклю­
чение столбцов.
В це п ь транзистора Т 10 1, соединенного с К1 , с которого начинается развертка,
включена форсирующая цепочка, состоя щ ая из рез истора R101, диода д101 и
конденсатора С101- Напряжение питания ключей блока КК равно 150 В.
Анодный коммута тор (выполняющий те же функ ц ии, что и блок Ф на
рис. 5. 17 ) также содержит 100 т ранзисто р ов Т, 1 - Т 100 . Основными входами, на
которые поступают данные, являются базовые цепи транзисторов Т1-Т1 00 , одна­
ко эмиттерные цеп и разделены на десять групп для обеспеч ения возможности
избирательного ввода ин форма ц ии. Требуемое для выборки напряжение смещения
анодов (~100 В) задается резисти в ными делителями IR1, ,R' 1 в коллекторных
цеп ях т ранзисторов, соответствующее н апряжение смещения на катодах равно
150 В (выборка типа 2: 1, см. рис. 5.5,в) .
Возбуждение ЭО ГИ П происходит п ри от п ирании одного из катодных тран­
зисторов и за пирании анодных транзисторов. Число последнИ!Х в пределе может
достигать 100, при этом возбуждается весь столбец. К возбуждаемому ЭО при-
!(ладывается напряжение 250 В .
·•.
Остановимся подробнее на вопросах создания надежной предьюнизации с по­
мощью подготовительного разряда . Для этой цели в модуле ИМГ-1 используется
возбуждение тысяч и Э О, расп оложенных в виде десяти горизонтальных линий на
экране (сетка). В анодные цепи ключей на транзисторах Тб, Т16-Т9в дополни­
тельно включены диодно - резистивные цепочки (например, Дб, 1R 6 ), подключаемые
либо к отдель н ому- источнику п итания Ее , л и бо к тому же источнику_ Еа. Эти
цепочки обеспечивают подачу на Аб, А1в-А96 полного напряжения питания не­
зависимо от информации, поступающей на входы Ув, У15-У95.
Для уменьшения яркости свечения ЭО, образующих сетку, резисторы Rв
выбираются значительно более высокоомными, чем R ·1 , Кроме того, для на­
дежного создания сетки необходимо в начале кадра возбудить все ЭО, входя­
щие в первый столбец. Соответствующее перенапряжение создается за счет
зарядки конденсатора С101 • при включенном транзисторе Т101 до напряжения
100 В. При запирании Т101 на К1 поступает сигнал - 100 В, а на аноды + 90
• и л и +250 В, чем и обеспечивается возникновение разряда во всех ЭО столбца.
После начала протекания разрядного тока напряжение на конденсаторе С101
быстро падает. Чтобы исключить возможность возникновения паразитного раз­
ряда между К1 и К2, включается конденсатор С102•, передающий часть импульса
с К1 на К2 и уменьшающий максимальную разность потенциалов между ними.
Со зд ава ем ы й сеткой фон м ожно заметно у меньшить с помощь ю
нейтральны х с ветофи л ьтров на основе мелкостр укту рно й чернено й
сетки, устраняющей блики. Сетка необходима при воспроизведении·
сл о ж ных из ображений , включающи х одиночные ЭО ; пр и сплошны х
изо бражения х мо жно обойтись без нее и исполь з овать эффект са­
мо по д готовк и.
На б11зе модулей ИМГ-1 разработаны различные СОИ для
отображения буквенно-цифровой информации, гистограмм , осцил­
л ограмм, знаков и графической информации одновременно .
При отображении буквенно-цифровой информации обычно эк-
161


ран ИМГ - 1 разбивают на десять текстовых строк по 16 знакомест
(форматом 5 Х 7) в каждой, причем каждая текстовая строка при -­
вязана к линии сетки. Ec:11-w необходима более высокая информа­
ционная емкость (12 текстовых строк), то для создания предыони -­
зации применяют сплошную фоновую подсветку. Специальная~
схема подает на входы десяти эмиттерных шин транзисторов Т 1 -­
Т 100 положи тельные импульсы длительностью iФ=18-+--30 мкс с так -­
товой частотой развертки, в результате чего транзисторы кратко ­
временно запираются , а на аноды поступают сигналы 250 В . Для
fн=60 Гц по (5 .2) iв= 160 мкс и выполняется условие iв'::l>tФ ­
C учетом времени запаздывания возникновения разряда . яркост Ь­
подсветки оказывается в 6-10 раз слабее яркости нормально воз ­
бужденных ЭО .
Структурная схема модуля ИМГ-1 на 160 знакомест, предназ ­
наченного для отображен~я букв русского и латинского алфави­
тов, арабских цифр и специальных знаков, изображена на рис . 5.34 _
Система м ожет работать в одном из двух режимов: з аписи или:
отобра ж ени я информации.
В режиме зап иси в адресный счетчик АС записывается восьми -­
разря дны й код адреса БЗУ , по шине выбора страницы выбирается:
одна из четырех стра•ниц БЗУ (одна соответствует 160 знакоместам
экрана) , н а шину д анных подается двоичный код з нака по КОИ -7 .
При этом схема управления СУ подает на БЗУ импульс записи и
с помощью коммутатора К подключает АС к адресным шинам
БЗУ, отключая одновременно от н их Сч : 7 и С ч: 16. П осле окон­
чания сигнала Зп и перехода в р ежим о т ображения информации­
(Чт) СУ с помощью коммутатора К подключает к адресным ши­
нам БЗУ Сч: 10 и Сч: 16. При такой о р га н изации, п оказанной на
рис. 5.17, данные одновременно вводятся в столбе ц индикато р а.
В начальном состоянии счетчики сброшены в нуль, т. е. Сч: 10 и;
Сч: 16 адресуют перв о е знакоме сто пер во й текстово ~ строки в БЗУ"
162
Зп
Рис. 5.34. Структурная схема знакового СОИ на ГИП постоян­
ао тока


а Сч : 7 стробирует ЗГ таким образом , что выдается семибитовык.
код первого столбца знака. Этот код записывается в часть буфер­
ной памяти столбца БПС (полная емкость lQX 7 бит), соответст­
вующую первой текстовой строке . Первый тактовый импульс пере­
ключает Сч : 10, который теперь адресует первое знакомеQто второй,
текстовой строки и т. д. до десятой текстовой строки. Одновремен­
но выходные коды ЗГ записываются в участки БПС, соответству­
ющие второй, третьей и другим текстовым строкам. Таким обра­
зом, графические коды фрагментов знаков* параллельно-последо­
вательно записываются в БПС. При тактовой частоте 1 МГц БПС
заполняется за 10 мкс. По сигналу переполнения Сч: 10 запускает­
формирователь .Ф, генерирующий импульсы длительностью 150 мкс_
Этими импульсами разрешается выдача информации из БПС на
входы ИМГ-1 и тем самым индикация ЭО в первом столбце в те­
чение 150 мкс и запрещается запись информации в БПС и поступ­
ление тактовых импульсов на Сч: 10. Сч: 7 и счетчик развертки.
СчР по сигналу переполнения Сч: 10 переходят в следующее по­
ложение, т. е. в ЗГ стробируются вторые столбцы знакомест, а в.
ИМГ-1 отображается второй столбец. После окончания импульса
Ф происходит аналогичное заполнение БПС кодами фрагментов.
второго, третьего и т. д. до пятого столбца, пропускаются два про­
бельных столбца, Сч: 16 переходит в следующее положение и
начинается отображение следующего столбца знаков. Процесс по ­
вторяется до 16-го столбца, после чего система переходит к отра ­
ботке следующего кадра.
Средства графического отображения информации широко рас­
пространены в многоканальных измерительных системах с п ано ­
рамным отображением информации, которые позволяют визуаль­
но наблюдать результаты измерений в реальном масштабе време­
ни. Особенно удачно строятся анализаторы функций распределе­
ний, спектров, корреляционных функций случайных процессов .
Структурная схема СОИ для
отображения подобной графиче­
ской информации с использовани­
ем индикатора типа ИМГ-1 по­
казана на рис. 5.35 . Рассматри­
ваемый метод отображения преду­
сматривает пространственный по­
ворот индикатора ИМГ-1 на 90°
по сравнению с обычным поло­
щением. Информация о значениях
ИМГ-f
, измеряемой
характеристики за
время анализа накапливается в
блоке БЗУ. Работа устройства
происходит следующим образом.
Синхронизатор ТГ генерирует Рис. 5.35. Структурная схема графи-
ческого сои на гип ПОСТОЯННОГО>·
тактовые импульсы с частотами fв
тока
* Под фрагментами подр а зумевается столбец ЭО, образующих .знакоместо~


,для развертк11 по вертикали блока ИМГ-1 по катодам и fг - для
. запуска Сч 1 , который с помощью DC обеспечивает последователь­
ную адресацию регистра Рг2. Частоты f в и fг связаны соотношени­
, ем fг--4вКо, где Ко - число ординат отображаемой функции. Таким
- образом, за каждый п-ериод tг адресуются все каналы Рг 2 .
Счетчик СчР работает в режиме непрерывного кольцевого сче ­
·та . Импульсом переполнения, который вырабатывается с частотой
_кад ров fи fв/100 и является началом следующего кадра, все раз-
_
_ряды регистров Рг 1 и Рг2 устанавливаются в состояние О, чем
-о беспечивается запирание всех анодных ключей и возбуждение
.ЭО первого столбца. В следующем положении СчР его код срав­
нивается с кодом ячейки БЗУ, адресуемой Сч~, и если он оказы­
.ва~ется больше, то схема сравнения кодов вырабатывает сигнал, по- ·
,.ступающий на стробирующий вход дешифратора DC и обеспечива­
ющий запись состояния 1 в регистр Рг 1 , адресуемый Сч 1 . Так как
за время tв Сч 1 адресует все ячейки БЗУ, то в Рг 1 накапливаются
.полные данные о возбуждаемых или невозбуждаемых ЭО столби­
J~(Овой гистограммы распределения. После опроса всей строки им­
пульсом переполнения СчР код Рг2 переносится в Рг1, в результате
0чего элементы отображенття столбца с номерами больше числового
значения ординаты отображаемой функции для данного столбца
не возбуждаются. Свечение возбужденных ЭО длится до тех пор,
пока счетчик Сч 1 не закончит следующий цикл опроса. Так как
лри этом СчР уже перешел в следующее положение, то отобража-
,ется ЭО следующей строки и т. д.
•
Средства отображения информации коллективного пользования
.должны быть доступны одновременно большой группе операторов,
что затрудняет использование в качестве индикаторов ЭЛТ с ма­
..лыми
размерами ЭО. Предъявляемые к средствам коллективного
_ .пользования требования реализованы в серийном модуле ИМГ-3,
_построенном на основе ГИП постоянного тока с внешней адреса­
цией ИГПП-32/32. Этот индикаторный модуль, структурная схема
которого для байтовой формы входных данных изображена на рис .
. 5 .36, объединяет индикатор со схемой управления, что позволяет
. строить
на его основе экраны любых размеров и · конфигураций.
Матричное поле индикатора сформировано из четырех соеди­
ненных катодами или анодами ГИП. Управление возбуждением
. ЭО осуществляется построчно полувыборкой по катодам (катод­
ным коммутатором КК) и анодам (анодным коммутатором АК) .
.По
катодам лроизводится сканирование, для чего используется
возбуждаемый генератором ТГ счетчик строк Сч С и дешифратор
. 'DC, по анодам подаются данные. Код строки с выходов СчС по­
. ступает
ч~рез устройство адресации УА на адресные входы БЗУ,
. чем
обеспечивается однозначное соответствие читаемых ячеек БЗУ
: и возбуждаемых ЭО индикаторного поля. Анодные ключи для уп-
равления панелью построены с использованием схемы удвоения
: напряжения. В исходном состоянии транзистор Т2 проводит ток и
· конде нсатор
С 1 заряжен через диоды Д 1 и д2 до напряжения пи­
. тания,
равного +200 В. Ключ Т3 при этом закрыт, в результате
.164


:ЗАПР -
СБР
зп
.._
СчС
15
6
2005
АК
БС
ИГПП-32/J ИГПN-З2/J2
ИГПП-32/ЗZ ИГПЛ-32/JZ
Рис. 5_36 . Структурная схема модуля экрана коллективного
пол~,зования
чего к ячейке приложено нулевое напряжение. При подаче инфор ­
мационного сигнала Т2 запирается, Т 1 включается и к выбирае­
мому аноду прикладывается напряжение +400 В. К ячейкам, со ­
единенным с отпертым ключом на транзисторе Т3 , приложено на­
пряжение 400 В, и они пробиваются, напряжение 200 В на осталь­
ных ячейках недостаточно для возбуждения (схема выборки типа
2: 1).
Используемый в системе ТГ имеет частоту 32 кГц, чем обеспе­
чивается частота регенерации изображения 32 ООО : 64=500 Гц (на
порядок больше критической частоты мельканий). Благодаря столь
высокой частоте кроме отсутствия мельканий изображения и строб ­
эффекта создается остаточная ионизация, повышающая надеж ­
ность работы.
По интерфейсу блок ИМГ-3 аналогичен блоку памяти. Запись
информации с шины данных ШД в БЗУ происходит по фронту сиг­
нала Зп, причем на это время вырабатывается сигнал «Запрет»
(ЗАПР), необходимый для асинхронной работы индикатора с ис­
точником данных. Цикл записи возможен только при низком уров­
не на линии ЗАП Р. Минимальное время перезаписи информации
по всем ЭО составляет 1 мс (по 2 мкс на ЭО,) . На время записи
регенерация изображения прекращается . При подаче сигнала вы­
сокого уровня на линию сброса СБР производится полное стира­
ние. Так как для этого используется внутренняя развертка БЗУ,
то оно занимает полный кадр.
•
Экран коллективного пользования на основе ИМГ-3 может быть
165


81И
Рис. 5.37. Структурна5, схема знако­
rрафического СОИ на ГИП переменНJо­
го тока
как статическим, так и дина­
мическим, в о зможно также со­
вмещение статической и дина ­
мической и н ф о рмации, графи­
ков, . мнемосх е м, букв и_ цифр.
Восьмиразрядная ш и на (вы­
бор блока ВБ) позволяет объ­
единить 256 модулей в единый
. экран .
Га з ора з рядные индикатор~
ные панели переменнqго ток з
обладают . внутреюtей па - ·
мятью, что позволяет . созда ­
вать на их основе СОИ с боль­
шой информационной ем­
костью . Структурная схема
знакогр а фического СОИ на ГИП переменного тока и з ображена
на рис . 5.37 . От источника информации . НИ по шине данных ШД
в блок синхронизации и управления БСУ поступают данные об
адресах ЭО и выполняемой операции записи или стирания инфор­
мации. БСУ передает информацию об адресах на блоки выборки
БВх и БВу по осям Х и У, а также обеспечи_вает синхронизацию
ра~оты г~нераторов f;IОддерживаю ще го на п ряже н и я по осям _ Х и
У (ГПНх и ГПНу), блоков БВх и БВу и генератора рамочного
н апря жения ГРН в зависимости от выполняемой операции .
После отработки команды блок БСУ выдает в информационную
систему · сигнал ра з решения подачи новой информации, что необ­
ходимо для органи з ации асинхронного режима работы .
В _зависимости от вида отображаемой информации и требуемой
скорости ее ввода, а также допустимых аппаратурных затрат блоки
адресации могут быть построены по способам функционального, ми­
крострочного и построчного управления. При функциональном уп­
равлении ввод информации в каждый данный момент времени осу­
ществляется в один ЭО в любой заданной последовательности; при
микрострочном - информация . вводится одновременно в группу
ячеек, ра·сположенных в одной строке или одном столбце; при по­
·строчном - информация одновременно поступает во все ЭО одной
. строки или одного столбца.
•
.
.
Перечисленные способы характеризуются различным числом ··
линий связи между источниками информации и индикаторным мо­
дулем и скоростью ввода .информации. При функциональном спо­
собе от ИИ достаточно передавать адрес ячейки и информацию
о режиме записи или стирания . Для ГИП с 512Х512 ЭО это тре­
бует 9+9+ 1= 19 линий шины данных ШД . При микрострочном
способе надо передать информацию «запись или стирание»_ для
большого числа ЭО, однако при этом в результате параллельной
адресации укорачи,вается адрес группы ЭО. Например , для па- .
раллельной адресащш семи ЭО (случай отображения знаковой
информации) число линий для ГИП · с 512Х512 •ЭО равно для
166


.,,
адресации 9+7, д.11я данных - 7, всего 23. Микрострочный метод
0беспечивает повышение скорости ввода информации по сравне-'
нию с функциональным в семь раз.
При построчном способе обеспечивается максимально возмож­
ная скорость ввода информации, но с большим увеличением числа
линий связи. Для того же примера число линий ра~вно: для адре­
сов - 9, ДJ1Я данных - 512, всего 521 . Рассмотрим способ реали­
зации блоков структурной схемы p!j:c. 5.37. В состав блока выборки •
входят дешифратор входного адреса и схемы согласования циф­
ровой логики . с индикатором. При построении блока выборки не­
обходимо: 1) обеспечить гальваническую развязку истоtJника под­
держивающего напряжения от источника информации: 2) умень­
шить количество выходных кточей упра11ления строками и столq-
цами индикатора. Для
'
построения бщжов вы-
дз
барки применяются :
Rг Д4-д5д6
1) диодно-резистивные
Гl--t--+--lг-+--r-1-
матрицы .совпащений,
2) интегральные тран­
зисторные ключи.
Диодно-резистивный
блок выборки по­
следовательного типа
для оси У (строк) и
временнь~е диаграммы
напряжений, характе­
ризующие работу си­
стемьiвыборки, . ттзобра­
жены . на рис. 5.3'8,а, б .
Особенностью схемы
является
суммирова-.
ние или вычитание на­
п'ряжений поддержа­
ния и выборки, что по­
з воляет использовать
более низковольтные
компоненты в схеме
выборки .
Генератор
поддерживающего на­
пряжения создает два
уровня
нап·ряжения :
основной И п , обеспе ­
чивающий перезажига ­
ние ячеек , и пьедестал
исм,
выполняющий
функции напряжения
смещения. Для форми­
рован~я уцравляющих
Rz
КГИfl
дв Дg
+
Еупр
а)
1.с::,·.
--1
/
и "Запись" 1 :с "Хранение"~ ,, Стирание'.''
,
у
1~
:
1
t
t
t
Рис. 5.38 . Диодно-резистивный блок выборки
ячейки ГИП:
а-схема включен·и·я; 6-диаграммы · напря>кениl\ • •
167


!Напряжений Иимп используется матричный дешифратор, в ко­
"Гором транзисторы Т1, Т2 играют роль источников управ­
.ляющих импульсов, а транзисторы Т11, Т12, диоды дз-д10 совме­
,стно с резисторами R1-R4 обеспечивают матричную выборку ад-
ресов. Нормальное состояние Т 1 , Т2 - непроводящее, Т.10, Т 11 -
п роводящее . Е сли с помощью сигнала на Tpr открыть транзистор
1'r , а с помощью Тр з закрыть транзистор Т,1 , то напряжение ока­
жется приложенным ко второй строке ГИП . Сформированный та­
ким образом импульс • Иимп имеет передний фронт с экспоненци­
:ал ьной формой, определяемой резистором .R, 2 и емкостью электрод ­
!Н ОЙ ШИНЫ.
С помощью аналогичной схемы с измененными ш,лярностями
:в ключения диодов, источников питания и р-п-р-транзисторами фор­
:мируются управляющие импульсы выборки по столбцам .
При записи импульсы блоков БВх и БВу складываются с под ­
держивающим напряжением, которое имеет значение Исм, так что
результирующее напряжение iia ЭО равно 2Иимп+ Исм, что доста­
точно для зажигания . Стирание осуществляется теми же ключами ,
возбуждаемыми в другой фазе; результирующее напряжение, при­
:кладываемое к ячейке и равное 2Иимп-Исм вызывает перезажига­
:ние только уже включенных ячеек и почти полную разрядку их
внутренних емкостей. Диоды Д3-Дr, обеспечивают протекание им­
nульсов тока, создаваемых поддерживающим напряжением, к ГИП,
нормально открытые транзисторы Tll, Т 12 - протекание импуль­
-сов тока противоположного направления . Источники управляющих
импульсов на транзисторах Т 1 , Т2 питаются от изолированного ис­
-гочника Еупр, соединенного одним полюсом с выходом поддержи­
ва~щего генератора Uy. Управляющие транзисторы связаны с ис-
1'очннком информации через развязывающие трансформаторы
Тр,-Тр4 (на рисунке пока1заны только их вторичные обмотки) .
Описываемая схема позволяет одновременно адресовать столько
ЭО, сколько в ней имеется источников импульсов, т. е. реализовать
микрострочный способ записи информации. Так, для ГИП с 512Х
Х 512 ЭО экономичный матричный дешифратор может быть выпол­
нен на 16 транзисторах, генерирующих управляющие импульсы, и
32 транзисторах, . выбирающих адреса микрорастра. Для частоты
поддерживающего напряжения 50 кГц это дает скорость записи
1 6Х50 000=0,8-106 элементов отображения в секунду.
При построчном способе необходимо большее число ключей,
чем при микрострочном или функциональном, что делает целесо­
образным интегральное выполнение схем выборки на базе ключе­
вых транзисторов. Схема выборки по оси У показана на рис . 5.39 .
Схема содержит столько каналов, сколько строк в ГИП . Нормаль­
ное состояние Т 1 - проводящее, Т3 - непроводящее, источник пи ­
тания Еупр изолирован от «земли» .
В отсутствие управляющих сигналов электроды ГИП соединя­
ются с генератором напряжения поддержания ,Uy с пом_ощью Д4
для одного направления и с помощью Д5 для другого. Ес~и тран­
зистор Т 1 выключается выходным сигналом дешифратора DC, ТD
;вв


·--
Т 3 отпирается и на напряже- •
ние поддержания
разряда
1-я строка rип
дs,
п-я строка ГИ!!
(имеющее форму, показанную ·
Jia рис. 5.38) накладываются
r~мпульсы записи или стира­
ния. В схеме использованы
«привязанный» к источнику
напряжения поддержания раз­
ряда дешифратор DC входно­
го кода и схема развязки де­
шифратора от источника ин­
формации. В настоящее время
такие схемы выполняются как
интегральные и могут управ­
лять 32 каналами ГИП (при Рис. 5.39 . Транзисторная схема выборки
.
одновременной адресации вс;ей
строки скорость ввода информации для 512Х512 ЭО достигает
512-50 000=25 Мбит/с).
Структурная схема генератора поддерживающего напряжения
и диаграммы напряжений на его входах изображены на рис.
5.40,а, б. Работа генератора происходит следующим образом. При
подаче короткого и мощного форсирующего импульса U3 откры­
вается транзистор Т 11 , который входит в режим насыщения. В ре­
зультате емкость панели через диод Д9 и транзистор Тн ра~ряжа­
ется до нулевого уровня, после чего с небольшим запаздыванием
Тр /J.i
Еп
Есм
и,о-11'~-4-1⁄4 -,
u,i'
Изо-------,--,
дв
а)
д4-
Т5 Д5
д9
"•i'
Uy
U1
Uz
Из
U4-
U5
Рис. 5.40. Генератор поддерживающего напряжения:
а-схема включения; 6-диаграммы напряжений
12- 314
t
t
t
t
169


через Дg и Т1 1 проходит импульс разрядного тока включенных яче­
ек панели. В дальнейшем ток ГИП резко спадает и достаточно
подавать длинный и менее мощный импульс U4, поддерживающий _
транзистор Т 11 в открытом состоянии. Диоды Д7 и Д8 создают от­
рицательную обратную связь между коллектором и базой, исклю­
чающую насыщение транзистора Т 11 . Благодаря этому после окон­
чания импульса U4 транзистор Т 11 быстро выключается, чему спо­
собствует небольшое значение сопротивления резистора R 2.
С небольшим временнь1м сдвигом, необходимым для рассасы­
вания зарядов в Т11, подается короткий форсирующий импульс
И1, включающий транзистор Т6 , чем обеспечивается зарядка емко­
сти ГИП до напряжения Еп. Длинный маломощный импульс И2
поддерживает это напряжение. Работа транзистора Т6 аналогична
работе Т 11 , но так как эмиттер Т6 не заземлен, то базовые сигналы
подаются с помощью развязываю~цих трансформаторов Тр1 и Тр2.
Диоды Д5 и дю обеспечивают протекание токов обратного на­
правления, возникающих при формировании импульсов напряже­
ния поддержания разряда по координате ,Uх. После небольшой
паузы включается транзистор Т 15 , обеспечивающий подачу на
ГИП напряжения Есм- При этом через ячейки не проходят импуль­
сы разрядного тока, поэтому транзистор Т 15 вводить в насыщение
не требуется, т. е. на него достаточно подавать только маломощ­
ный длинный импульс U5.
ГЛАВА 6
Микропроцессорные системы
отображения информации
§ 6.1 . Общие принципы построения
Ранее были рассмотрены основные методы построения СОИ в
вид~ устройств с «жесткой» структурой, представляющих собой
интегральные схемы и другие электронные компоненты, устанав­
ливаемые на схемных платах и соединенные между собой провод­
никами . Основными недостатками таких устройств являются узкая
специализация и вытекающие отсюда трудности создания аппара­
туры с высокой степенью интеграции и унификации. Действитель­
но, практически любое радиоэлектронное устройство обработки
информации может быть реализовано в виде одной или нескольких
больших или сверхбольших интегральных схем (БИС или СБИС).
Однако разработка и выпуск таких заказных БИС или СБИС
часто оказываются неэффективными из-за: сложности проектиро­
вания логических схем, обусловленной нерегулярностью структуры
межсоединений отдельных активных элементов, расположенных на
подложке; уменьшения среднего объема выпуска и увеличения
стоимости отдельного кристалла из-за узкой области применения
170


'tj
данной БИС/СБИС; в результате заказные БИС/СБИС часто ока­
зываются невыгодными для изготовителя и заказчика .
Дальнейшее повышение степени интеграции достигается благо­
даря переходу от устройств с жесткой структурой (называемых а п­
п ар ат н ы ми средствами) к программно-перестраиваемым сред­
ствам, называемым пр о гр а м ми р уем ы м оборудованием. Ти­
пичным примером программируемого оборудования является уни­
версальная ЭВМ, перестройка которой сводится к замене заложен­
ной в память программы. Однако из-за дороговизны, сложности и
громоздкости обычных ЭВМ их применение в качестве специали­
зированных устройств было неэффективным. Только появление ми­
кропроцессоров (МП), полупроводниковой памяти большого объ­
ема, а также создание ряда универсальных интерфейсных БИС,
обеспечивающих согласование с обычными аппаратными средства­
ми, позволило решить проблему широкого внедрения программи­
руемого оборудования.
Использование МП-техники не только унифицирует электрон­
ные устройства отображения информации и уменьшает число ком­
понентов на плате, но сокращает срок разработки и расширяет
функции, выполняемые устройством, вплоть до создания «интел­
лектуальных» дисплеев, способных обрабатывгпь тексты, т. е .
осуществлять техническое редактирование, сдвиг по горизонтали
или вертикали, подчеркивание слов или фраз, раздвижку и т. п .
Рассмотрим кратко типовой МП и МП-систему, а также осо­
бенности программирования МП . Начнем с основных определений.
Микропроцессор - программно-управляемое устройство, непо­
средственно осуществляющее процесс обработки цифровой инфор­
мации и управление им и построенное на основе одной или не­
скольких больших (сверхбольших) интегральных схем.
Ми!(ро-ЭВМ - электронная вычислительная машина, состоя­
щая из микропроцессора, полупроводниковой памяти, средств свя­
зи с периферийными устройствами и при необходимости пульта
управления и источника питания, объединенных общей несущей ·
конструкцией.
Микропроцессорная система - построенная на основе микро­
процессора или микро-ЭВМ специализированная цифровая систе­
ма обработки данных.
Типовая структура простейшей МП-системы с магистральной
организацией связей функциональных блоков показана на рис. 6. I .
Она типична для широко распространенного однокристального МП
К580ИК80. Основным назначением МП-системы является обмен
информацией с внешними устройствами и ее обработка , При этом
МП-система действует под управлением программы, записанной
в ПЗУ, в котором также могут хриниться необходимые для работы
константы (например, формы знаков); переменные данные раGме­
щаются в ОЗУ. Отдельные блоки соединяются между собой линия­
ми, объединяемыми по сходству назначения в шины . Число линий
в шине обычно соответствует разрядности передаваемого слова.
С помощью 16-разрядной шины адресов (ША) обеспечивается вы-
12*
171


16
ША
8
шд
МП
10
Ш!f
Внешние устроист8с1
Рис . 6.1 . •микропроцессорная систе ма с магистральной
организацией связей
бор одной из 2 16=65 536' (64 К) ячеек памяти. Синхронизация ра- •
боты МП, ПЗУ, ОЗУ памяти или внешнего устройства при обмене
информацией производится с помощью · сигналов •сопровождения
информации, передаваемых по !О-разрядной шине • управления
(ШУ). По 8-разрядной шине данных (ШД) передаются команды
и данные. Ограниченное число внешних выводов микр·опроцессора
приводит к необходимости использования для передачи информа­
ции двунаправленной шины данных.
Для сопряжения с внешними (по отношению к МП-системе)
устройствами применяются различные интерфейсные компоненты.
Простейшими из них являются буферные регистры, обеспечиваю­
щие ввод · (Порт ввода) или вывод (Порт вывода) данных, имею­
щие логику для выборки ИМС, формирующие сигналы запроса на
прерывание основной программы, а также обеспечивающие элек ­
т рическое сопряжение компонентов. Более сложные программи­
руемые интерфейсные компоненты (периферийные адаптеры) рас­
сматриваться не будут. Типичными внешними устройствами в си­
стемах отображения информации кроме индикатора являются кла­
виатура, ЭВМ, графопостроитель, БЗУ регенерации.
Как и любая ЭВМ, микропроцессор синхронизируется такто­
выми импульсами, формируемыми тактовым генератором ТГ. Для
тактирования К580ИК80 используется двухфазная система им­
пульсов Ф 1 и Ф2, максимальная тактовая частота этого МП -
2 МГц. С помощью 3-5 тактов формируется машинный цикл, за
который МП выполняет определенную часть команды. Информа­
ция о машинном цикле в начале его выполнения передается в МП­
систему в виде восьмиразрядного слова состояния, отдельные биты
которого используются для установления связей с модулями си­
стемы. Разряды этого слова DO-D7 означают соответственно:
INTА - признак подтверждения прерывания; WO - признак вы ­
полнения в данном цикле записи в память или вывода данных;
STACK - признак выдачи по ША адреса зоны ОЗУ, используемой
как стек; HLТА - признак останова МП после поступления коман­
ды HALТ; OUT - признак наличия на ША адреса ,устрой ства вы-
172


вод.а, а на ШД - данных, Mu - признак выборки первого байта
команды, т. е. исполнения машинного цикла ВЫБОРКА КОМАН­
ДЫ; INP - признак наличия на ША адреса устройства ввода, а
на ШД - вводимой информации MEMR - признак выполнения
чтения из памяти. Полная команда формируется из нескольких
(1-5) машинных циклов.
Значительная часть времени работы МП-системы тратится на
обмен информацией между МП, ЗУ и внешними устройствами.
Для управл·ения этим обменом кроме слова состояния использу­
ются микроприказы (однобитовые слова), передаваемые по шине
управления. Основные линии, идущие от МП к системе, исполь­
зуемые для нередачи микроприказов: СИНХР - синхроимпульс,
вырабатываемый в начале каждого машинного цикла; Чт - чте­
ние ---'- появление сигнала « 1» на этом выходе означает готовность
микропроцессора к приему информации с ШД; Зп г- запись -
сигнал «О» на этом выходе означает выдачу информации по ШД;
ОЖД - сигнал « 1» на этом выходе означает состояние ожидания
микропроцессором прихода информации извне; РПР - сигнал «1»
на этом выходе означает разрешение прерывания основной про­
граммы; ПРЗХВ - признак режима ЗХВ.
По встречным линиям· от системы к МП передаются следующие
микроприказы: СБРОС - при подаче «1» на этот вход происхо­
дит . начальная установка всех регистров МП; ГОТ - ЗУ или внеш­
нее устройство ввода должны подать на этот вход сигнал «1»; пока
этого не произойдет, МП находцтся в состоянии ОЖД; ЗПР -
сигнал зашроса со стороны внешних устройств на прерывание;
С'::!
55
~
Ш'::1
8 llJД
БД
ск
!:!С
сид
БА
16
ША
РОН
Рис. 6.2. Структурная схема микропроцессора К580ИК80
173


СИНХР
гот ---..
Tz
1'-- -+ -~
Чт
а)
Рис. 6.3 . Отработка исполнения команд:
а - временная диаграмма • цикла ВЫБОРКА
КОМАНДЫ; б - операционная схема ADD М
ЗХВ - при сигнале «1» на
этом входе МП отключает­
сяотШАиШД.
Для пояснения функцио­
f!ирования МП и назначе­
l!ИЯ основных его блоков
рассмотрим . структурную
сх ем у МП К580ИК80 (рис .
6.2) , временную диаграмму
исполнения основного ма­
шинного цикла ВЫБОРКА
КОМАНДЫ (рис . 6.3 , а) и
операционную схему испоJJ·
нения команды сложения
содержимого аккумулятора
с памятью ADD М (рис.
6.3,6).
В такте Т1 МЛ передает
с одержи:wое
счетчика ко ­
манд СК в буферный ре ­
ги~тр адреса БА и тем са­
мым выставляет на ША
адрес оче р ед н ой ко~анды
A1s-o- В этом же такте на
линию СИНХР выдается
си гн ал « 1», указывающий
начало машинного цикла, а
по ШД передается восьми­
битовое слово сосrгояния, со­
держащее признаки машин­
ного цикла ВЫБОРКА
КОМАНДЫ.
После окончания сигнала СИНХР в такте Т2 буфер данных
БД переводит МП в режим чтения (Чт = 1). В такте Т 2 также про­
изводится проверка готовности внешнего устройства или ЗУ к об ­
мену информацией с МЛ . Пока на входе не появится сигнал « 1»,
МП находится в состоянии ожидания (ОЖД = 1) и идут пустые так­
ты Tw. Когда, наконец,ГОТ=l, МПпереходит ктакту Тз и осуще­
ствляется прием одного байта, команды ADD М из ПЗУ. Эта коман-
да по ШД попадает в регистр команд РК. На этом первый машин­
ный цикл команды заканчивается во втором машинном цикле си­
стема управления СУ, дешифрует команду и превращает ее в се­
рию микроприказов. Первый из этих микроприказов обеспечивает
об ьединение содержимого регистров Н и L, которые поступают на
ША и выбирают данные D7- DO в ячейке ОЗУ. Одновременно
вторым микроприказом обеспечивается адресация буферного реги­
стра БР 1 , куда и записываются данные из ОЗУ. Третий микропри­
каз воздействует на арифметическое логическое устройство (АЛУ)
174
:е,г;~ --
... н+н.
.;


~
.,
таким образом, что эта комбинационная схема складывает содер­
жимое БР 1 (второй операнд) и БР2 (первый операнд) и помещz.1~т
результа·r в аккумулятор А. Предполагается, что первый операнд
был предварительно загружен в аккумулятор, например, коман­
дой LDA.
Обязательным в машинном цикле ВЫБОРКА КОМАНДЫ яв­
ляются только такты Т1-Тз, такт Т4 используется для исполнения
команды.
В случае 2-3 байтовых команд первый байт команды зано­
сится в Р К, второй - в регистр W, а третий - в регистр Z.
Кроме рассмотренных компонентов МП К580ИК80 содержит:
регистр признаков РП. После выполнения операции АЛУ вы­
рабатывает признаки, влияющие на дальнейшую работу устройст­
ва: нулевого результата Z= 1; переноса С= 1; отрицательного
результата N=l; четности результата Р=1; полупереноса из млад­
шей тетрады в старшую Н=1;
схему десятичной коррекции СДК для преобразования данных
из двоичной в двоично-десятичную систему счисления;
схему инкремента/декремента СИД, позволяющую соответст­
венно увеличивать/уменьшать на единицу содержимое регистров
общего назначения РОН, СК, указателя стека УС (стек - об­
ласть ОЗУ, обращение к которой не требует указания адреса в
команде). Выбор одного из регистров W, Z, В, С, D, Е, Н, L, СК,
УС, СИД осуществляется демультиплексором ДМ и мультиплек­
сором М, регистры В, С, D, Е, Н, L; А адресуются программно
(адреса указаны в скобках).
Применение стека весьма эффективно при работе с подпрограм­
мами, когда приходится сначала запоминать, а затем восстанавли­
вать состояние внутренних регистров. В режиме записи информа­
ции входное слово направляется по адресу, хранимому в указz.1Те ­
ле стека, содержимое которого затем уменьшается на единицу_
В режиме чтения содержимое УС предварительно увеличивается
на единицу. Большое число обращений к подпрограммам, хг.1рак­
терное для МП-систем, связzшо с наличием в наборе команд МП
только простейших операций, а также с необходимостью исполь­
зования прерываний, когда МП обеспечивает управление объектом
в реальном времени или обслуживает несколько объектов. Преры- ·
вания эффективны при работе с медленными устройствами ввода­
вывода, когда целесообразно, чтобы МП не простz.1ивал в ожида­
нии их готовности, а включался по запросу.
Отр!ботка прерывания осуществляется по команде RST, посту­
пающеи по шине данных в МП от источника запроса на прерыва ­
ние, подающего сигнал 1 на вход ЗПР . В конце последнего машин ­
ного цикла выполнения каждой команды состояние входа ЗПР
анализируется. Если ЗПР равно единице и (разрешение прерыва­
ния) РПР равно единице, то МП входит в специальный цикл , во
время которого формируется признак INTА в слове состояния . По ­
следний используется для синхронизации передачи из прерываю­
щего устройства в МП адреса прерывающей программы . Код
175


команды RST вида 1lAAAl 11 используется для формирования
(ААА) -23 адреса прерывающей программы . Код записывается в
СК, после чего начинается выполнение подпрограммы обслужива­
ния. Возврат к основной программе обеспечивается по команде
RETURN.
Режим прямого доступа в память (ПДП) позволяет осущест­
вить непосредственно передачу данных между устроfiством вво­
да - вывода и ЗУ, что важно для повышения скорости такого об­
мена . В режиме ПДП выполнение основной программы МП от­
кладывается, но в отличие от режима прерывания здесь не требу­
ется пересылки содержимого СК и других регистров в стек при
• входе в подпрограмму и восстановления его при выходе из под­
программы .
ПДП имеет приоритет · по обмену по сравнению с другими ре­
жимами. Запрос от устройства ввода - вывода на обмен инфор­
мацией с ЗУ поступает на вход ЗХВ схемы управления МП. При
готовности внешнего устройства вырабатьшается сигнал 1 на ли­
нии ПРЗХВ (признак захвата) ШУ буфера БД и БА переходят
в состояние высокого сопротивления, отключая МП от шин.
Сигнал ПРЗХВ поступает в специальную схему управления ре­
жимом ПДП (тс11к называемый контроллер ПДП), которая на один
машинный цикл захватывает шины ША и ШД и обеспечивает пе­
редачу байта информации непосредственно в память. Пос ле окон-
чания цикла ПДП сигнал ПРЗХВ
сбрасывается и система возвраща-
Вазмажные аВреснь~е паля ется к выполнению текущей пpo-
ln1IDбlnsl nч-lnзl.v2lnt lva l гра~;~~-вой набор команд МП
К580ИК80, содержит команды пере­
сылки, арифметических и логиче­
ских операций, команды условных
и безусловных переходов, управле­
ния стеком, вводом - выводом и
состояниями МП. Общее количество
iJTИX команд равно 111.
Возможные паля КОЛ
коп aJ
11·1111
АВрес цлц аперанВ
11-1111
б)
коп
1
1
АВрес цлu апера118
1111111
АВрес 1/Лi/ оперона
1J11
В)
Рис. 6.4. Форматы команд ; ис­
пользуемые · в МП К580ИК80:
а- одно байтовый;
б-двухбайтовый;
в-трех байтовый
176
Используемые в МП команды
имеют одно-, двух- или трехбайто­
вый формат (но не более), что ил­
люстрируется рис ; 6.4. Все команды
имеют два поля: а) кода операции
КОП; б) адреса или операнда. С по­
мощью о,днобайтовых команд может
осуществляться косвенная адреса­
ция (в команде указывают адрес
регистра, где хранится адрес опе­
ранда). Пример такой команды на
языке Ассемблера MOV r, М, а в
ма,шинных кодах- 01 DDD 110.


Команда приказывает МП передать в регистр, адрес которого
задается полем D5D4D3, содержимое ячейки памяти с адресом;
хранимым в регистрах Н (старший полуадрес) и L (младший по­
луадрес) .
Однобайтовые команды могут также использоваться для пере­
сылки операндов из регистра в регистр. Например, на 1 языке Ас­
семблера MOVrl, r2, а в машинных кодах - 0lDDDSSS (пере­
дать данные и з регистра r2 с адресом, заданным S2SJS0, в ре­
гистр rl с адресом, з аданным DS, tD4, DЗ).
При необходимости выполнения арифметических или логиче­
ских операций для сокращения длины команд используется одно­
адресная система_. •В этом случае в команде указывается · адрес
только одного операнда, второй, а также результат операции всег­
да размещены в аккумуляторе. Примером такой команды может
служить на я з ыке Ассемблера ADD r или в машинных кодах 10 ООО
SSS (содержимое · регистра с адресом, помещенным в S2S1SO,
сложить с содержимым аккумулятора). Сокращенная запись , ко­
торой будем придерживаться дальше : (А)-(А) + (rl).
Двухбайтовый формат часто используется для так называемой
непосредственной адресации, при которой во втором байте нахо­
дится операн д , над которым выполняется действие. При записи на
языке Ассемблера будем придерживаться следующей структуры
МЕТКА: ОПЕРАТОР ОПЕРАНД; КОММЕНТАРИИ. В командах
с непосредственной адресацией между адресом и константой дол­
жна быть запятая; метка и комментарий не обязательны.
Пример такой команды на языке Ассемблера ADI, 32
110001 I0
00100000
т . е. (А)-(А)+з2
Еще одна разновидность адресации , применяемая в МП-си­
стемах, - это пряма\! адресация, при которой адрес входит в ко­
манду . При двухбайтовом формате этот адрес указывается во вто­
ром байте, а при трехбайтовом - во втором и третьем байтах
команды. Двухбайтовый формат с прямой адресацией nрименяет•
ся для выбора внешних устройств, число которых для микропро­
цессорной системы на базе К580 не должно превышать 28 =25б
Например, по команде
оuт 250
11010011
1111101'0
(ПОРТ 250)-(А)
содержимое аккумулятора выдается на ШД для передачи порту
вывода, номер которого задан вторым байтом команды .
Тре х байтовый формат используется для прямой адресации па ­
мяти, число ячеек которой может достигать 2 16 =64К. в этом слу­
чае во втором байте команды находится младший полуадрес, а в
177


третьем - старший полуадрес ячейки памяти, в которой хранится
операнд . Например,
LDA4144
00111010
00110000
00010000
(А)+- [ (байт 3) (байт 2) ]
Трехбайтовый формат может применяться и для непосредствен-
ной адресации . Например,
LXI В, 4144
00000001
00110000
00010000
( В)+--(байт 3), (С)+--(байт 2).
§ 6.2 . Телевизионные средства отображения информации
с микропроцессорной системой управления
При решении многообразных задач управления часто необхо­
димо изменять форму представления информации. Применительно
к буквенно-цифровой информации это сводится к изменению фор­
мата знаков, их размеров или ориентации, компоновке текста в
виде таблиц или формуляров, страничной организации текста
и т. д . Еще более разнообразны формы представления графиче­
ской информации . Использование программно-управляемых
средств обеспечивает значительное удешевление систем отображе-
1шя информации . Программный принцип управления реализуется
путем включения в СОИ дисплейного процессора.
Структурная схема буквенно-цифрового телевизионного СОИ
с микропроцессорной системой управления показана на рис. 6.5 .
ПЗУ
ОЗУ
БЗУ
пк
!JК ЗПР
·
Рис. 6.5 . Структурная схема буквенно-цифрового дисплея телевизионного
типа с микропроцессорным управлением
178
"!
•'


Устройством ввода УВВ информации в приведенной структуре
является устройство клавиатуры УК, связанное с МП-системой
через порт связи ПК. Телевизионное СОИ связано с МП-системой
через дисплейный контроллер ДК и контроллер прямого доступа
к памяти КДП.
В общем случае в эту систему в качестве УВВ входят и другие
источники информации. Несь массив памяти МП-системы разбит
на три области : область ПЗУ, об:1асть ОЗУ и область БЗУ.
В постоянном запоминающем устройстве хранятся программы
ввода и вывода информации от соответствующих источников, ее
компононки в БЗУ и редактирования. В OЗJi размещаются дан­
ные, которые должны храниться в процессе обработки программы.
В БЗУ хранятся коды знаков отображаемой информации в объеме
одной или нескольких страниц.
Регенерация изображения осуществляется под управлением
дисплей~ного контроллера; который организует с помощью контрол­
лера прямого доступа к памяти КПДП выборку кодов знаков из
БЗУ, передачу их на вход ПЗУ знакогенерат{jра, синхронизацию
развертки видеомонитора ЕМ и ряд других операций управле,ния:
работой дисплея. Синхронизация работы микропроцессорной:
системы осуществляется тактовым генератором ТГ; синхронизация
работы СОИ в режиме регенерации изображения осуществляется:
задающим генератором дисплея ГД. Информация о графике зна­
ков хр;:шится в ПЗУ знакогенератора (ПЗУ ЗГ). Параллельный
код с выхода ПЗУ ЗГ параллельно-последовательным регистром
Рг преобразуется в последовательность импульсов управления ви­
деосигналом.
Рассмотрим подробнее некоторые режимы работы приведенной
системы.
Режим ввода информации с устройства клавиатуры. Ручной
ввод информации производится с устройства клавиатуры УК,
которое соединяется с шиной адреса и шиной данных через порт
ПК, в качестве которого может использоваться многорежимный
буферный регистр с дешифратором адреса .
Блок-схема алгоритма ввода знаков с клавиатуры представ­
лена на рис . 6.6 . К:ак ~было показа,но в § 3.7, код нажатой клавиши
определяется последовательной адресацией (сканированием) кла­
виш , составляющих клавиатуру , В УК входят матрица клавиш,
дешифратор адреса строки матрицы и мультиплексор
(см . рис. 3.30). К:од адреса на вход дешифратора и мультиплексо­
ра поступает через порт ПК. При совпадении этого код а с кодом
адреса нажатой клавиши 1на выходе мультиплексора УК возникает
сигнал логической единицы, который используется как сигна л
запроса прерывания ЗПР.
Перед сканированием клавиатуры в регистры В, С (см . рис. 6.2)
МП загружается адрес ячейки БЗУ, куда производится запись.
Подпрограмма ввода данных INPUT начинается с выдач и из
аккумулятора предварительно загруженного кода первой клавиш и
и проверки совпадения выведенного кода с кодом нажатой кла-
179


INPUT
ВВести в аккумулятоР. 11 ко!J nep8oiJ
клавиши No
2
88ести со8ержимое II f3 flK
3
4 У8ели'fиmь со8ержимое ,4 на 1
Нет
IDENT
FUNGT
DATEM
Вы8ести co8ep)-l(uмoe А 8 БЗ!J
!JВеличuть со ержимое РОН iJля
аВресамаркеранет1. ,, -
Вы . ести со ержимое РО ля aiJpe-
ca маркера!} регистр маркераРгМ
Конец
виши . При совпадении про­
исходит переход к подпро­
грамме
идентификации
функций клавиш IDENT.
В противном случае содер­
жимое аккумулятора уве­
личивается на едницу. Пос­
пе этого анализируется чис­
nо циклов прохождения
подпрограммы INPUT. Ес­
ли содержимое аккумуля­
тора совпадает с кодом по­
следней клавиши ,N 0 +Nкл
(здесь N кл - полное число
клавиш, включающее зна­
ковые и функциональные
клавиши), то происходит
возврат к начальному со­
стоянию подпрограммы и
цикл сканирования повто­
ряется . В противном слу­
чае инкрементиро в анное со-
держимое
аккумулятора ,
выводится в порт ПК и вы­
полняется очередной цикл
сканирования.
Подпрограмма IDENT
должна обеспечить опозна­
ние функции нажатой кла­
виши . Если клавиша отно­
сится к группе знаковых, то
происходит переход к . под­
программе ввода данных
DATEM, - в
протnвном • слу­
чае - к подпрограмме : вы­
полнения функций FUNKT.
Подпрограмма DAТЕМ
обеспечивает перенос содер­
жимого аккумулятора, соот­
ветствующего коду нажа-
Рис, 6.6. Блок-схема алгоритма ввода той клавиши, в ячейку БЗУ.
данных с клавиатуры
После записи необходимо
обеспечить сдвиг адреса
маркера на единицу для чего содержимое регистров, где хранится
адрес маркера, инкремевтируется и переносится в регистр поло­
жения маркера RGM, размещенный в дисплейном контроллере Кд.
Программа на ·· Ассемблере, реализующая алгоритм блок-схе­
мы рис. 6.6, приведена в табл. 6.1.
После вывода содержимого аккумулятора в ПК по команде
180


1
Таблица6.1
Метка 1 Мнемокод
1
Адрес нлн·- 1
Комментарий
1
Число
команды
операции
операнд
таю:/ байт
INPUT: MVIA
No
Загрузить непосредственно
7/2
в аккумулятор номер
первой клавиши N0
4/1
EI
Разрешение прерываний
Ll
OUT
(ПК)+--(А)
10/2
NOP
Временная заде рж ка
4/1
INR А
(А)..-(А)+ 1
5/1
CPI
Nкл+Nо
Если (А) =N0+Nкл,
7/2
то Z=l, инасrе Z=0
Jl\!Z
Ll
Если Z=О,то переход
10/3
к метке Ll, иначе к
следующей команде
JMP
INPUT
Безусловный переход
10/ 3
к метке INPU T
IDENT
CPI
QFmax
Если (A)<Q Fm ax, то
7/2
JNC
DATEM
Су= 1, иначе Су=О
Если Су=О , то переход
10/3
к метке DATEM, иначе
к следующей команде
L,А
(L)+--(A)
5/1
PCHL
(СК)н<--(Н) Переход к
5/1
DATEM _J .~ STAX Dj
(CK)L (L) подпрограмме
Запоминание содержимо-
7/1
гоАвБЗУ
INX D
((D) (Е) ]..-( А)
(D) (E)..- (D) (E)+l
5;1
XCHG
Обмен между регистрами
4/1
(H)+--->(D), (L)<--->(E)
SHLD М
Вы вод адреса маркера
16/ 3
в RGM
[<В2><Вз>]+--(L)
[<В2 ><Вз>+ 1] +--(Н)
XCHG
(H)<--->(D), (L)..-->(E)
4/1
HLT
Останов
7/1
OUT необходимо организовать временную задержку, для чего
используется команда NOP (пустая операция), ·которая позволяет
компенсировать временную задержку момента формирования сиг­
нала INT, вносимую схемами ПК и устройства клавиатуры . Если
не вводить команду NOP, то МП может получить запрос на пре­
рывание с опозданием, т. е. после начала выполнения следующей
команды INRA (увеличение содержимого аккумулятора на 1).
Сравнение содержимого аккумулятора с числом No +Nнл осущест­
вляется с помощью команды CPI - сравнения содержимого
181


аккумулятора с константой, которая задается вторым байтом
команды. Возвраты от блока 5 (рис . 6.6) осуществляются коман­
дой условного перехода по нулевому результату к метке Ll и ко­
мандой ~безусловного ~пер,ехода к метке INPUT. При получении
входного сигнала ЭПР МП переходит к подпрограмме IDENT.
Клавиатура разбита на две основ1Ные группы - знаковых клавиш
и функциональных, управляющих процессом редактирова,ния и
выполнения служебных команд. Стандартные кодовые комбинации
функций QF имеют меньшие значения, чем комбинации знаков Qзн­
Это позволяет использовать для разделения групп команду CPI
сравнения содержимого аккумулятора с ,QFmax - максимальной
кодовой ,комбинацией для функциональных клавиш. Если код
нажатой клавиши относится к функционалыной группе то содер­
жимое аккумулятора меньше константы QFmax и после выполнения
команды CPI признак переноса Су перейдет в единичное состоя­
ние . Следующей командой условного перехода по отсутствию пе­
реноса JNC обеспечивается переход: к подпрограмме ввода знака
в БЗУ DATEM, еели Су=О, или к следующим операциям выбора
подпрограммы: функции нажатой клавиши при Су= 1. Выбор
подпрограммы функции осущесrгвляется командой PCHL загрузки
счетчика команд содержимым регистров (Н) и (L). В регистр Н
предварительно загружаются нули, в L заносится содержимое
аккумулятора. Таким образом, в результате исполнения подпро­
граммы IDENT организуется обращение к ячейке памяти ПЗУ
с адресом, определяемым кодом нажатой функциональной клави­
ши. Адреqуемая содержимым регистров Н, L ячейка памяти со­
держит однобайтовую команду, обеспечивающую переход к началу
подпрограммы.
По подпрограмме ввода знака в БЗУ DATEM содержимое
аккумулятора, соответствующее ·коду знака, выводится в БЗУ, ' а
по адресу, записанному начальной программой или программой
редактирования,-в пару регистров D, Е. Затем для сдвига на
одно знакоместо маркера содержимое регистров D, Е инкременти­
руется.
Перенос содержимого в регистр РГ осуществляется следую­
щими командами. Сначэла содержимое регистров D, Е переносит­
ся в пару регистров Н, L командой обмена содержимого регистров
XCHG, затем командой SHLD содержимое этих регистров зано­
сиТ-ся в Рг, адрес которого задается, как адрес· ячейки памяти ОЗУ.
После этого восстанавливается предыдущее содержание регистров
путем повторного обмена по команде XCHG. Приведенная
.
программа обычно дополняется операциями, устраняющими влия­
ние дребезга контактов, обнаруживающими одновременное нажа­
тие нескольких клавиш, а также предотвращающими многократ­
ную фиксацию нажатой клавиши . Инициирование программы
опроса клавиатуры осуществляется тактовыми сигналами устрой­
ства синхронизации каждые 10-20 мо, причем этот опрос, а так­
же и ввод информации целесообразно производить во время
обратного хода телевизионной развертки.
182


Режим формирования и регенерации изображения. Управление
режимом формирования и регенерации изображения полностью
осуществляется дисплейным контроллером ДК, в качестве кото­
рого используется БИС программируемого контроллера
КР580ВГ75. На рис. 6.7 приведена структурная схема ука•­
занной БИС. Двусторонний обмен данными с микропроцессорной
системой осуществляется через восьмиразрядный буфер дан­
ных БД.
Блок управления БУ содержит регистры команд, параметров и
состояния. БУ формирует сигналы управления чтением Чт,
записью Зп, а также запрос прямого доступа к памяти ЗПД и
запрос прерывания ЗПР, а также организует прием сигнала раз-
решения прямого доступа РПД.
Два буферных ЗУ (ЗУтс) обеспечивают хранение информации
в объеме двух текстовых строк по 80 знаков в строке. Два ЗУтс
работают поочередно; в то время, когда содержимое одного из
них отображается на экране, в другой переписывается соответ­
ствующая информация из БЗУ. Вводом информации в ЗУтс управ­
ляет контроллер входного буфера (КвхБ), выводом информации -
контроллер выходного буфера (КвhlхБ).
ДК включает в себя также часть устройства адресации и син­
хронизации ТВ ОСИ. Счетчик знакомест Счзн обеспечивает считы­
вание знаков в ЗУтс с частотой F3н• Счетчик строк СчZ обеспе­
чивает развертку знака по вертикали при очитывании информации
о графике знаков с ПЗУ знакогенератора ПЗУ ЗГ. Счетчик тек­
стовых строк Счтс обеспечивает синхронизацию считывания инфор­
мации с БЗУ в ЗУтс контроллера. Счетчики Счзн, Сч2" и Счтс
являютс'Я программируемыми, что позволяет программно задать
число знаков в строке (от 1 до 80), число телевизионных строк в
F311 '-'~
Qz (О... З)
~ !J;;.,P;;Bl====:>AC(0".1)
t-----rc
t-----гк
----псп
ЦВ/J
1-----Рзв
1-----гшп
L_l====;>Aн (О ".1)
Рис. 6.7. Структурная схема дисплеяного контроллера
183


текстовой · строке (от 1 до 16) и - числq · rекс;rо§ЫХ строк в кадре
(от 1 до 64). Блок управления разверткой и видеосигналом УР В
формирует следующие управляющие сигналы: ГС- гасящий
строчный сигнал; ГК- гасящий кадровый сигнал; АС- коды
атрибутов строк; АН - коды атрибутов общего назначения
(расшифровываются внешними схемами); ГШЛ - сигналы
гашения нуля; ИБ_С ~ инверсия видеосигнала; РЗВ - раз~
решеНИ!Я видеосигнала; ПСП - подсветка ПОЗИЦИЙ .
.
При работе ДК информация из БЗУ через контроллер ПДП
поступает в буферное ЗУтс с частотой Fэн, коды знаков QЗ парал­
лельно (код КОИ-7) выводятся на адресные входы ПЗУ ЗГ.
Информация о графике одной строки знака из ПЗУ ЗГ выводит­
ся Ьз' - разрядным кодом в регистр Рг, с которого затем считыва­
ется последовательно с частотой 1fтг на вход видеоусилителя видео­
монитора ВМ. Развертка знака по вертикали организуется
с помощь1Ю сигналов 1QZ контроллера.
С помощью контроллера, задав соответствующие коды атрибу ­
тов поля, можно сформировать допо,лнительные признаки знаков ,
такие, как . мерцание, • негатив; •засветка, подчеркивание. Кроме
того , с помощью кодов атрибутов знака формируется комбинация
сигнгтов АС, ГШЛ и РЗВ, позволяющая формировать набор гра­
фем для формирования графической информационной модели без
использования ПЗУ ~ЗГ.
•
В программе, приведенtНой в табл. 6.2, опущены операции по
внесению содержимого реги стров D, Ев RGM.
Пример 6.1. Разработать структурную схему устройства клавиатуры и схемы
интерфейса (порт К). Число клавиш 128 , число устройств ввода - вывода 1.
Используя двухкоординатный принцип адресации, располагаем клавиши в
узле матрицы размерностью 8 Х 16 . Выбор ряда матриц осуществ,пяется дешиф­
ратором 8 из 3, опрос клави ш в ряду - мультиплексором М (11з 16 в 1)
(рис. 6.8) .
184
·--·-----·
Порт К
1
~8
'~
,
.
RSTn
wo
оuт I
L._.,
·--·--·--·-----'
Рис. 6.8. Структурная схема интерфейса вывода и устройства кла­
виатуры
rrr~
/,
,..


Схему порта К построим с помощью многорежимных буферных регистров
(МБР) Рг 1 и Рг2 . Регистр Рг2 исп ользуем для приема с шины данных кода
клавиш, формируемого МП . Так как по условию используется одно устройствG
ввода - вывода, то для выбора порта К достаточно микропуиказов WO, OUT ,
снимаемых с регистра состояний Ргс ,
На базе регистра Рг 1 строим схему формирования команды RST n , Код
к оманды 1lAAAl 11 сформирован соответствующим соединением информацион­
ны х входов регистра . Кодовые позиции ААА определяют адрес подпрограммы
обработки прерывания. Лри совпадении кода, снимаемого с МП, с кодом на­
жатой кл а виши мультиплексор формирует сигнал, поступающий на в х од запроса
прерывания МП ЗПР. В ответ на · этот сигнал после выпол н ения очередно й
команды МП формирует сигнал подтверждения прерывания INTA, фиксируемый
регистром состояний Ргс. С регистра Рг с сигнал INTА поступает на вход ре­
жи м а работы ВР . При нулевом значении на строб-в х оде Рг2 данные с инфор ­
мационных входов МБР записываются в регистр - защелку МБР, выходн1ая б у ­
ферная схема МБР находится в состоянии высокого сопротивления. При един и ч­
но м сигнал е на в х оде ВР выходной буфер МБР подключает информационные
выходы регистра к шине данных .
Пример 6.2. Определить максимальное время ввода знака в БЗУ при ис­
пользовании программы ввода данных с клавиатуры при N к л=128.
В соответствии с алгоритмом •рис. 6.6 и програ м мой табл. 6.1 вре м я, необ ­
ходимое на ввод знака, определяется как
k
fвзн= fпод+nцТт ~nтi + tJDENT + tDAТЕМ,
i=I
где ,fпод - время, затрачиваемое на подготовку программы, на выполнение опе­
раций MVIA и EI; пц - число циклов, необходимых для отыскания нажатой
клавиши; Тт - период тактового генератора МП (для МП серии К580ИК80'
Тт=О,5 мкс) ; nт; - число тактов, необходимое для выполнения i-й команды
программы; k - число операций в цикле программы; tшE N T
-
время, необхо­
димое для идентификации группы, к которой относится на ж ат а я клавиша п о,
программе IDENT; tDл т Е м - время непосредственного ввода информации в
БЗУ по программе DAТЕМ.
В соответствии с табл. 6.1 fподF 11 ·0,5 = 5,5 мкс,
5
5
~пт; =36; 1Zц =128; nцТт ~nтt = 128 -0 ,5 -36=2124 мкс.
i=I
i=l
В подпрограмме IDENT циклы не образуются. Следов ательно, tшЕNт вклю­
ча ет вре мя выполнения дв ух операций (СР! и INC), t ш Е Nт= 17 · 0,5=8,5 мкс.
В соответствии с табл. 6.1 на выполнение подпрограммы затрачивается время
iDлтЕм=43· 0, 5= 2 1 ,5 мкс .
Общее время t. зн=2159,5 мкс~2 мс, что при периоде повторения под­
прогр аммы опроса клавиатуры, равном 10- 20 мс, составляет 10-20% загруз­
ки МП.
Основной зада~чей, решаемой микропроцессором в полнографи ­
ческих дисплеях , является преобразование дисплейных файлов в
последов ательность коорди н а т точеч н ых элементов отображения,
в соответствии с которыми производится запись информации во
вспомогательное БЗУ (ВБЗУ) (рис. 6.9) . В _ качестве устройств
вывода информации МП-системы с,лужат три порта: Ах ; Ау и С.
В порты Ах и Ау заносятся координаты элементов отображения,
которые затем подаются на коордИiн1атные - -входы ВБЗУ через
мультиплексоры Мх, Му . Порт С . служит для приема комбинации
сигналов ушравлени~я, а один из его выходов подключается к
информационному входу ВБЗУ.
13-3 14
185


Ш!:J ШД ША
f
AWx
--+--+-ПОРТА х
От СЧАR
о
_-1--,,..-ПОРТАУ
А
--+--+-ПО РТС
~,._.--tA
х ВБЗ
Q
вм
Рис. 6.9 . Структурная схема интерфейса управления за­
писью во вспомогательное буферное запоминающее устройство
Для простоты примем, что дисплейный файл представляет
собой совокупность координат начала и конца отрезков прямых
(векторов), аппроксимирующих контуры графической информа­
ционной модели. В § 2.5 показано формирование из файла векто­
ра аппаратным методом с помощью цифрового дифференциального
анализатора. Формирование вектора заключалось в интерполяции
промежутоЧJных точек по заданным координатам Хн Ун и Хк Ук в
соответствии с алгоритмом рис. 2.11. На рис. 6.10 представлена
блок-схема алгоритма программного построения вектора по прин­
ципу ЦДА. От источника информации ЭВМ дисплейный файл
загружается в буферное запоминающее устройство БЗУ. Таким
образом, совокупность координат начала и конца всех векторов
ГИМ хранится в БЗУ. Затем по программе, записанной в ПЗУ, МП
пересылает координаты Хн Ун в порт Ах и Ау, задавая координату
начальной точки вектора. Одновременно эти координаты запоми­
наются в РОН МП. Рассмотрим случай, когда каждую координату
элемента отображения можно задать одним байтом т. е. когда
информационное поле имеет не более 256Х256 ЭО . После вывода
координат Хн Ун формируется команд;ный байт, который заносится
в порт С. В 'Командном байте содержится сигнал подсвета ЭО,
подаваемый на информацион1Ный вход D ВБЗУ и сигнал управ,1е­
ния режимом Зп/Чт. Для опережения информационного сигнала
относительно управляющего сигнала соответствующие командные
байты можно сформировать последовательно или ввести схем,ную
задержку. В РОНах МП запоми1н.аются конечные значения коор­
динат Хк, Ук и полученные после вычисления разности Х1, - Хн и
Ук-Ун•
Используется следующее распределение РОН МП (см.
рис. 6.2): В и С - хранение текущего и конечного з.начений коор­
динат х и Хк; D и Е- хранение разностей (хк - Хн) и (Ук - Ун);
Н, L - хранение адреса очеред~ной ячейки пам~яти БЗУ.
186


-,~
.,,:
DDA
(H)( L)- Начальный
аВрес БЗ!f
2
?<н-+-(А)
J . (A)-(port АХ)
'+
(А)-(8)
5
Хк--(А)
б
(А)-(С}
7 Хк-Хн =(А) -(8)-(А)
8 Хк - Х11 _~-.(А)
2-2
9
(A)-(lJ)
10
lfн - (А)
1f
(AJ-. portA!J .
12
(А)-( Е}
13
lfк---(A)
14 lfк-lf11 = (А) -(Е}-(А)
15 (Ук~Ун) = (А)--( Е )
!б Jстись лиги<1ескои !
8 ВбЗ!I по cl!Jpecy Хн !f,
17
ДС!
18
х: =х ;-f
19
X--(port АХ}
20 (D}+-(E)-(D)
Нет
21
zz
lj:у+1
23 Y-(port А lf)
24 (D)- (хк - Хн)-(D)
25 Запись логической f
(} ВБЗ':1 по аВресу х; !J
Конец
Рис. 6.10 . Блок-схема ал­
горитма построения век­
тора
Так как для хранения текущего значения у не хватает емкости
РОН, то соответствующие данные вводятся в МП из порта Ау.
Приведенные операции включают блоки 1-16 алгоритма и
являются подготовительными . Интерпол_яция промежуточных точек
вектора осуществляется блоками 17-25. После вычисления коор­
динат всех промежуточных точек вектора до выполнения условия
х=Хк заканчивается построение одного вектора, затем считыва ­
ется очередной файл из БЗУ и строится следующий вектор.
13*


§ 6.3 . Микропроцессорные средства отображения
информации на дискретных щщикаторах
Микропроцессорные средства широко применяются в СОИ на
дискретных индикаторах, котогые в отличие от ТВ -дисплеев мож­
но считать чисто цифровыми устройствами. Основшые функции
схем управления цифровыми, буквенно-цифровыми и даже графи­
ческими СОИ на дискретных индикаторах (перекодирование и
.адресация информации, ее регенерация на индикаторном поле,
формирование маркера, редактирование и т. д.) могут быть выпол­
нены 1на программном уровне. Однако вследствие ограниченного
быстродействия микропроцессоров и стремления наиболее эффек­
тивно использовать их вычислительную мощность микропроцессор­
ные СОИ на дискретных индикаторах обычно строят как програм.
мно-аппаратную систему.
Рассмотрим некоторые варианты таких СОИ с применением
микропроцессоров, К580ИК80 и ряда согласующихся с ,ним интер­
фейсных компонентов.
Схемы с однокоординатной адресацией предполагают на,личие
за поминающего устройства на каждый индикатор, так что подклю­
чение микропроцессорной системы необходимо только при смене
информации .
В этом случае на !МЛ-систему возлагается чтение данных из
пам яти и вывод их во внешние устройства (индикаторные мо­
дули).
При разработке системы можно использо вать два способа
обращения к внешним устройствам: а) с помощью слова состоя­
ния текущего машинного цикла микропроцессора; б) с разделе­
нием адресов между запоминающими устройствами и устройства­
ми ввода - вывода. В первом способе (рис. 6.11) по сигналу
СИНХ Р •Ф 1 олово состояния с ШД записывается в многорежим­
ный буферный регистр МБР1 (при ВК1=0, BK2=I, BP = l регистр
МБР1 принимает и передает информацию).
Адресация интерфейсной схемы вывода Ивыв, к которой при­
соединен индикатор, производится по команде OUT. Эта двухбай-
188
Рис. 6.11. Структурная схема микро пр оцессорного цифрового СОИ
с однокоординатной ад,ресацией и применением регистра состояний
t2....


,,.
товая команда состоит из трех машинных цик.тюв: ВЫБОРКА
КОМАНДЫ; ЧТЕНИЕ ИЗ ПАМЯТИ, ЗАПИСЬ В УСТРОЙСТВО
ВВОДА - ВЫВОДА.
В первом машинном цикле сигнал MEMR на ВК2 и Чтна ВК1
МБР 2 и сигнал Ml на ВК ПЗУ обеспечивают подключение ПЗУ
к ШД и прием команды микропроцессором.
Аналогичным образом во втором машинном цикле сигнал
MEMR на ВК2 и Чт на ВК1 МБР2 и сигнал MEMR на В!( ПЗУ
обеспечивают чтение МП из ПЗУ второго байта команды, <:одер­
жащего адрес схемы вывода.
В третьем машинном цикле второй байт кома1нды выставляет
МП на ША в виде двухбайтового слова с дублированными бг.~й­
тами. В примере адресуется восемь цифровых индикаторов, что
позволяет ограничиться тремя битами адреса (четвертым -
шестым), еще один rбит (седьмой) используется дл'Я стробирования
дешифратора DC. Сигналы ОИТ на ВК2 и Зп на ВК1 включают
МБРз и посредством дешифратора DC подается сигнал выборки
на вход ВК одного из Ивыв. ОдновремеНIНО в третьем машинном
цикле МП выставляет на ШД ·четыре бита кода цифры (Dз -о) ,
которые через МБР3 записываются в Ивыв, В качестве Ивыв - можно
использовать ИМС К514ПР1, выпол;н,яющую функции регистра­
защелки, знакогенератора и формирователя возrбуждаюiдих напря­
жений полупроводниковых индикаторов.
Если использовать разделение адресов между - памятью и
устройствами ввода - вывода, то СОИ с однокоордина'I'ной адре­
сацией можно подключить прямо к шине данных . В этом случае
для электрического согласования ШД с МП в систему включаются
шинные формирователи ШФ (рис. 6.12). О.ни содержат логические
схемы, обеспечивающие выборку кристалла и передачу информа­
ции в одном из двух возможных направлений, однако основным
их шазначением ~является увеличение нагрузочной способн.ости
микропроцессора при подключении его к ТТ Л-схемам . Действи­
тельно, ИМС К.580ИК80 изготовлены по n-MOll-тexr-roJrorии .т . е.
рассчитаны на малый ток, а интерфейсные схемы К514ПР1 -
по биполярной технологии. Использованный в схеме рис. 6.12
Рис. 6.12. Структурная схема микропроцессорного цифрового СОИ
с однокоординатной адресацией и разделением адресов
189


шинный формирователь содержит два управляющих входа ВК и
ВР, при ВР=О осуществляется вывод информации, при ВР= 1-
ее ввод, при ВК =0 - выборка кристалла, при ВК = 1 он перехо,
дит в высокоимпедансноt> состояние .
Шины ~выходов ШФ присоединяются к двум труппам интерфей­
сных схем индикаторов Ивыв, что позволяет ощновременно адресо­
вать два индикатора И. Соответствующие коды цифр попарно
хранятся в ячейках ОЗУ. Выбор адреса пары индикаторов осу­
ществляетоя с помощью дешифратора DC, причем обращение к
нему производится как к составной части памяти. Для идентифи­
кации выделен ста•рший разряд шины адреса A1s, при A1s= 1
выбирается дешифратор DC, при A1s=0- ОЗУ или ПЗУ. Если
необходимо передать информацию из ПЗУ или ОЗУ, то сигнал «1»
на выходе Зп поступает на входы ВР и переводит шинные форми­
рователи в состояние ввода ( если адресуется ОЗУ, то тем же
сигналом осуществляется перевод его в режим чтения). В резуль­
тате информация записывается в микропроцессор. Для включения
ПЗУ достаточно при A1s=0 подать соответствующий адресный
сигнал Ан.-о.
Для записи информации в индикаторы на DC подается сигнал
A1s=O. ОдновремеНJно сигнал Зп стробирует дешифратор по дру­
гому входу, а также переводит шинные формирователи в режим
вывода информации. Для адресации индикаторов отводятся
четыре разряда адресной шины. Дешифратор выбирает одну из
16 индикаторных пар, т. е. два из 32 индикаторов.
Программа ввода массива чисел из ОЗУ в индикаторный мо­
дуль приведена в табл . 6.3.
Данная управляющая программа занимает 18 байт управляю­
щей памяти (байтовых ячеек ПЗУ), ее выполiнение требует 75 так­
тов, что при тактовой частоте 2 МГц соответствует времени
37,5 мкс. Если принять частоту обновления информации 2 Гц, то
на управление индикатором МП-система затратит 0,1 % полного
времени.
Микропроцессорiные средства позволяют сравнительно легко
реализовать рассмотренные в гл. 5 динамические режимы управ ­
ления буквеНJно-цифровыми индикаторами. При этом возможно
построение гибкой МП-системы, которая путем изменения про­
грамм позволяет получить любой из режw:мов адресации - фазо­
импульсный, с разверткой по сегментам или с выборкой по знако­
местам.
Структурная схема такого гибкого устройства для управления
газоразрядным :монодисплеем ИГП-17 показана на рис. 6.13.
Устройство содержит блоки катодных КК и анодных АК ключей,
блок прерывания БП, три многорежимных буферных регистра
МБР2s2, МБР2sз и МБР254 с дешифратором их вь1бора DC. Оно
обеспечивает отображение чисел, хранимых в последовательных
ячейках ОЗУ с начальным адресом ХУ 00 (Н} *, и десятичной точ-
* (Н) означает запись числа в шестнадцатиричной системе счисления, (В) -
в двоичной, запись в десятичной системе не отмечается.
190


Метка 1
коман д ы
ln
LI
Мнемокод
операции
LXI Н
LX !В
MVI D
ШАХ В
MOVМ,А
INX Н
INX В
DCR D
XRA А
MOVА,D
JNZ L1
1
Адрес 1
или оп е-
ранд
NA
-
--
NB
16
Таблица 6.3
Комментарий
За грузка н ачально г о адреса индикато -
ра r регистровую uapy
Загру~ка начального адреса ячейки мае-
сива ОЗУ в регистровую uapy ВС
Установка с ч ет чика знаков
За г рузка аккумул ятора соде рж имым
ячейки памяти с адресом NB, хранимым
в регистровой паре ВС
Пе ре сы лка данных из аккумулятора по
адресу,
Н,L
хранимому в регистроеой паре
И н кремент содержимого регистровой
пары
Инкремент
пары ВС
содержимо г о ре ги стровой
Декремент содерж имого rегистра D
Очистка аккумулятора
Пересылка содержимого регист ра D в
аккумулятор
Переход, если не нуль. Если Z =0,
то rернуться к мет1<е L1, иначе переход
к сле/\ующей команде
!Число так­
т ов/байтов
10/3
10/ 3
7/2
7/1
7/1
5/1
5/1
5/1
4/1
5/1
10/3
ки, положение которой задается ячейкой ОЗУ с адресом ХУ 1О (Н).
Числа за п иса,ны в ОЗУ в двоично-десятичном коде. Вывод инфор­
мации происходит по запросу прерывания RS Т7 [7 (Н) = 111 (В)],
частота пост1пления которого от БП равна тактовой частоте ска­
нирова1ния.
Рассмотрим случай фазоимпульсной индикации. Используя
формулу . (5.23а), получим {t=ll•50 = 550 Гц (число тактов уве­
личено с 10 до 11, так как еще один такт необходим для отобра­
жения десятичной точки). При тактовой частоте микропроцес­
сора 2МГц запрос прерывания может быть выработан путем ее
деления в 2 · 106/550=3600 раз (Сч : 3600 на рис. 6.13) .
Основная идея программы заключается в том, что при преры­
вании устанавливается код N очередной отображаемой цифры
[эти коды хра1нятся в ячейках ЗУ с адресами начиная с XYl 1 (Н),
который сравнивается с кодами цнфр , помещенных в ячейках ОЗУ
191


+5В +10D8
2М~Гц
7
о
БП
ИГП-17
Рис. 6.13. Микропроцессорная система фазоимпульсной индикации
с началЬ1ным адресом ХУОО(Н)]. При совпадении кодов записыва­
ется 1, при несовпадении . - О, так что в результате перебора
16 ячеек ОЗУ формируется 16-разрядный код включения з;нако­
мест в такте отображения данной цифры. Посредством 11 преры~
ваний просматриваются цифры 0-9 (коды 0000, 0001-1101) и де­
сятичная точка (код 1010).
Блок 0 схема алгоритма программы показана на рис. 6.14, а ;
программа приведена в табл. 6.4 . По сигналу прерывания проис­
ходит переход к подпрограмме обслуживания фазоимпульсного
управления PHASE, ·которая начинается с пересылки в стек
содержимого аккумулятора и регистровых пар ВС, DE, HL, необ­
ходимых для выполнения подпрограммы.
Регистр В используется для формиро·вания кода включенного
знакоместа, регистры D, Е - как буферы этого кода, регистр С
-
для хранения кода отображаемой цифры, регистры Н, L - в каче­
стве указателя адресов цифр М в памяти ОЗУ . Производится
начальная установка 'этих регистров и ввод отображаемой при
· да1нном прерывании цифры N в регистр С.
Затем проводится проверка N = 10? и в случае сщшадения -
переход к метке DPO. При отсутствии совпадения указатель
памяти (HL) загружается начальным адресом чисел М в ОЗУ.
Производится проверка совпадения M=N? В случае совпадения
выясняется, в какой половине индикатора находится эта цифра,
в соо11ветствии с rчем содержимое регистра В записывается либо
в регистр D, либо в регистр Е.
192
/


НачС1льнш1 устаноВка регцст­
ро!J В,D, Е 8 =I0000000
DE=0000(H)
88or3 текущей цифры Н !J регистр С
Да
!/стано8ка указателя ламя -
• 'тц М: X':J00(fl}---H,L
Нет
еличение ухазателя f/L
HL = HL+t
Нет
!lохож8ение ко!k1 формы знака
еличе.1ше =N+! и хранение eгlJ
о слеt1ующег1J лрерыtJанuя
8ы81J8 D НС/ МБР 253; Е-на ПОРТ Z 5ч-
JагрузкС! регистро8 uз СТЕКА
Воз8рат
(Выс8ечи8ание !lесятичнои точки)
8808 чцсла "JJ Р ': указы -
бающего место 8есятич
ной точки IJP --с
накIJP8А
А= 0000 0001
Рис. 6. 14. Блок-с х ема алгоритма р а боты микропроцессорной системы фа­
зоимпульсной индикации


4
Таблица 6.4
Метка
1
Мнемокод
1
Адрес /или
Комментарий
1
Число
,,
команды
операции
о пер анд
такт /байт
PHASE PUSH PSW
Пересылка в стек содержимого 11/1
~,»
PUSH В
аккумулятора и признаков
11/1
Пересылка в стек содержимого
PUSH D
регистровых пар
11/ 1
PUSH Н
11/1
LX! D
0000 (Н)
Начальная ус т ановка регистров 10 /3
D,Е
MVI В
80 (Н)
Нача .~ ьная уст ано1'ка регист ра В
7/2
LDA
XYll (Н)
ВводNвС
13/3
MOVСА
5/1
MVl А
ОА(Н,)
7;2
СМР С
N= 10?
4/1
JZ
DPO
10/3
LXI Н
ХУОО (Н)
Устаг.ов:(а указателя HL
10/3
LOOP4 MOV А М
7/2
СМР С
4/1
•
JNZ
LOOP l
M-N
10/3
MVI А
07 (Н)
Опре ,z: еление пол ожения ад ресу-
7/2
СМР L
емого знакоместа в старшей или
4/1
JZ
LOOP2 младшей половине индикатора
10/3
MOVА,В
5/1
ADD D
(D)+- (D)+(В)
4/1
*
MOVD,А
5/1
~-~
JMP
LOOPl
10/3
LOOP2 MOV А, В
(Е)+- (Е)+(В)
5/1
,:
ADD Е
4/1
.~', .
MOVЕ,А
5/1
LOOP! INR L
(L)+- (L)+1
5/1
MOVА,В
5/1
RRC
Сдвиг В вправо
4/1
~i
MOVВ,А
5/1
MVI А
10 (Н)
ПроЕерка конца цикла
7/2
..
СМР L
4/1
JNZ
LOOP4
10/3
~
LXT Н
CHAR
На х ождение адреса кода формы 10/3
l>i
MVI В
00 (Н)
отображаемой цифры путем прибав-
7/2
~-
DADВ
ления к начальному адресу CHAR 10(1
числа С
7/2
...
MOVА,М
Вывод кода формь1 знака в
10/2
LOOP5 OUT
252
МБР 252
5/1
1
MOV, А, с
-
INR А
N= N+1ихранение
5/1
STA ХУ
XYll (Н)
13/3
MOVА,D
Вывод адресов на МБР ~53
5/1
OUT
253
10/2
MOVА,Е
Вывод адресов на МБР 254 -
5/1
OUT
254
10/2
РОР Н
Возвращение из стека содержи- 10/ 1
РОР D
мого аккумулятора, признаков и ре-
10/1
РОР В
гистро вых пар
10/1
РОР PSW
10;1
Е!
Воз врат к основной программе
4/1
RET
10/1
DPO
LDA
XYI0 (Н)
Ввод местоположения десятич- 13/3 •
MOVС,А
ной точки
5/1
194
--1
,..
-·


= Метка \
коман ды
DP2
DP3
DPI
CHAR
Мнемоко д
коман ды
MVI А
СМР С
JZ DPl
MVI
СМР С
.JZ
MVI А
СМР С
JZ DP3
MOVА,В
RPC
MOVВ,А
DCR С
JMP
MOVD,В
JMP
MOVЕ,В
MVI С
MVI А
JMP
А д рес/или
операнд
00 (Н)
01 (Н)
DP2
DP4
DPl
FF (Н)
80 (Н)
LOOP5
11111 100
01100000
.........
11110110
Продолжение табл. 6.4
Ком мен тари il
1
Число
такт /байт
7/2
(С)= 0?
4/1
10/ 3
7/2
(С)=1?
5/1
10/ 3
7/2
(С)=9?
5/1
10;3
Сдвиг В вправо
5/1
4/1
(С).-(С)-1
5/1
5/1
10/ 3
(D) <- (В)
5/1
10/ 3
(Е) <- (В)
5/1
N=FF(Н)
7/2
Код формы десятичной точки в А 7/2
Код формы О
10/3
Код формы 1
Код формы 9
При несовпадении обеспечивается выбор из следующей ячейки .
ОЗУ (L=L+ 1) и сдвиг 1 в регистре В вправо. После конца
цикла (проверка L= 10 (Н ) ?) находится код формы знака. Этот код
может быть записан в ПЗУ, что позволяет отказаться от специаль­
ного блока ЗГ и обеспечива,ет определенную гибкость формата
знаков. :Код формы выводится в МБР с условным номером 252 .
Система подготавливается к следующему пр ерыванию N = N + 1,
производится вывод содержимого регистров D, Е соответственно
на МБР2sз и МБР2s4, загрузка регистров ВС, DE. HL из стека и
возвра т к основной программе .
Аналогичным образом организована часть подпрограммы,
связанная с ~нахождением местоположения десятичной точки.
Программа занимает 123 байт ПЗУ, время ее выполнения меняется
в зависимости от отображаемого числа и в среднем составляет
650 мкс, что соответствует приблизительно 30%-ной (650/1800)
загрузке МП.


Литература
1. Бал?шов.Е. П., Пузанков Д. В. Микропроцессоры и микропро­
цессорные системы. -М .: Радио и связь, 1981 .
2. Берг А., Дин П. Светодиоды.
-
М.: Мир, 1979.
3. Борисов В. С., Ва•Се11ковА. А., Малашевич Б.М.,Микропро­
цессорные ком плекты интегральных схем: Состав и структура (сп.равочник). -
М.: Радио и связь, 1982.
4. Г о в о р о в В. С. Отображение машинных решений на экранах ЭЛТ. -
М.: Советское ·радио, 1975.
5. Г угли н И. Н. Эле.ктронный синтез телевизионных изображений. - М.:
Совеrское радио, 1979.
6. Г угли н И. Н. Телевизионные игр ов ые автоматы и тренажеры. - М:
Радио и связь, 1982 .
7. Диалоговые устройства ,о тображения информации на электронно-лучевых
трубках/Под ред. М. К С ул им а. - М.: Статистика, 1977.
8. Ди-спле!i/Под -ред. Ж. Пан к о в а - М.: Мир, 1982.
9. Друз ин Я. Я., Когане р С. Э. Телевизионные системы отображения
информации. - Л.: ЭЕ-,ргия, 197-5 .
•
1О. 3 г урс кий В. С., Ли с и цы,н Б. Л. Элементы индикации (справоч­
ник) М.: Энергия, 1980.
11. К ага н Б. М., Ст а шин В. В. Микропроце сс оры в цифровых систе­
мах. -М.: Энергия, 1979.
12. К о ст ю к В. И., Ход а к о в В. Е. Системы отображения информации
и инженерная ,психология . - Киев: Вища школа, 1977.
13. Литвак И. И., Ломов Б. Ф., Соловейчик И. С. Основы по­
строения аппаратуры отображения в автоматиз.иро:ванных системах . - М.: Со­
ветское радио, 1975.
14. Ля ми ч ев И. Я. Устройства отображения информации с плоскими
экранами. - М.: Радио и связь, 1983.
•
15. Но с о в Ю. Р. Оптоэлектроника. -М.: Совете.кое радио, 1977.
16. Нью ,мен У . , Спр ул Р. Основы интерактивной машинной графи­
ки. -М . : Мир, 1976.
17. Полупроводниковые запоминающие устройства/Под ред. А . Ю. Гор­
донова.- М.: Радиоисвязь, 1981.
18. С м о л яр о в А. М . Системы отображения информации и инженерная
психология.:__ М.: Высшая школа, 1982.
19. С олове й чик И. Е. Дисплеи в системах с ЭВМ. - М.: Советское ра ­
дио, 1979.
20. Телевизионные методы и устройства отображения информации/Под
ред. М. И. Кр и в о шее в а. - М.: Советское радио, 1975.
21. J:I1 ер р С . Электронные дисплеи. - М.: Мир, 1982.
22. Я б л он с кий Ф . М . Газоразрядные приборы для отображения инфор­
мации. - М .: Энергия, 1979.
23. Я б л о •Нс кий Ф . М . Системы отображения · информации. - М.: Зна­
ние, 1983.
...,
•


Список условных обозначений
А - аккумулятор
АЛУ - арифметическое логиче-
ское устройство
БЗУ - буферное запоминающее
устройство
БИС - большая
интегральная
схема
БР - буферный регистр
ВБЗУ - вспомогательное буферное
запоми нающее устройство
ГВ - генератор векторов
гим - графическая '• информацион­
ная модель
ГИП - газоразрядная индикатор-
ная панель
ГЭ - графический элемент
:ЖК - жидкокристаллический
'·
ЗГ - знакогенератор
ЗУ - запоминающее устройство
ИИ - источник информации
ИМ - информационная модель
ИП - информационное поле
ИМС - интегральная микросхема
МДГДМ - металл
-
диэлектрик -
газ -
диэлектрик - ме­
талл
МБР - многорежимпый
ный регистр
МП - микропроцессор
НК - накопитель
буфер-
ОЗУ - оперативное запоминаю-
щее устройство
ПДП - прямой доступ в память
ПКИМ - преобразователь кода ин­
формационной модели
ПЗУ - постоянное запоминающее
устройство
ППЗУ - программируемое постоян­
ное запоминающее уст­
ройство
ПЛМ - программируемая логиче­
ская матрица
СК - счетчик команд
СОИ - средства отображения ИН,­
формации
ТВ - телевидение, телевизион-
ный
ТГ - тактовый генератор
УИ - устройство интерфейса
ЦАП - цифроаналоrовый преоб-
разователь
ШФ - шинный формирователь
ШД - шина данных
ШУ - шина упр авления
ША - шина адреса
ЭИМ - элемент информационноЙ'
модели
ЭЛТ - электронно-лучевая трубка
ЭВМ - электронная вычислитель­
ная машина
ЭО - элемент отображения


Предметный указатель
Адресация
-
двухкоординатная 124
-
динамическая 122
матричная 124
-
многоуровневая 122
-
однокоординатная 123
-
со сканированием 122
-
статическая 121
Алфавит 19
Ан,ализатор
-
цифровой дифференциальный 37
Аппроксимация
-
графической информационной мо­
дели 31
-
знаков 39, 43
Видеоусилители 27
Газоразрядные индикаторные панели
-
переменного тока 108
-
постоянного тока 103
-
с самосканrированием 106
Генераторы
-
векторов 36
-
,
-
поддерживающего
напряжения
169
Графема 31
Деградация излучения 93
Дискретный индикатор 83
Емкость информационая 46
Жидкие кристаллы
-
нематические 114
-
смектические 113
-
холестерические 114
Запоминание
Запоминающее устройство
-
буферное 17, 45
•
-
вспомогательное буферное 51
-
постоянное 54
Знакогенератор 18, 29, 54
Знакоместо 7
Индикатор
-
активный 85
-
буквенно -цифровой 83
198
вакуумный люминесцентный 94
-
газоразрядный 98
-
жидкокристаллический 112
-
знакомоделирующий 83
-
знакосиитезирующий 83
-
матричный 83
-
мозаичный 83
-
накальный 96
-
полупроводниковый 85
-
сегментный 90
-
экранный 83
электролюминесцентнlЫЙ 92
шкальный 83
Интерфейс 17, 172
Исправление ошибок 59
Контраст 13
Контрастность 13
Кажущаяся яркость 15
Клавиатура 78, 179
Коэффициент
-
обратного хода
-
использования
поля 35
Кодирование 6
Компаратор 69
Люминофор 102
Маркер 67
развертки 23
информационного
Матрица 124
Машинный цикл 172
Микропроцессорные средства ото-
бражения информации 170
Модель
-
буквенно-цифровая 7
-
графическая 7, 31
-
информационная 6
Модуляция яркости
-
амплитудная 133
-
широтно - импульсНJая 133
Мультиплексирование 137
Поле
-
зрения 15
-
информационное 20
Подсветка 119
Полиграмма 22, 39
Поляризаторы 116
Полоса пропускания 2(
Порог


~ чувствительности 14
-
контрастности 14
Преобразовэ.тель кодоо 18
Ра з вертка
-
построчная 126
-
поэлементная 126
-
прогрессивная 24
-
черезстрочн,ая 23
-
функциональная 126
Размер знакоместа 24
-
информационно г о поля 24
Рамочный разряд 105, 112
Растр
--
полиграммный 22
-
телевизионный 22
Регенерация
-
изображения 104
-
динамического
запоминающего
устройства 52
Редактирование 179
Световая эффективность 86
Синхронизация 72
Системы отображения информации
18
Способ
-
знакомо д елирующий 7
-
знакогенерирующий 7
-
знакосинтезирующий 7
Средства отображения информации
-
буквен,но-цифровые 134, 155, 157
-
знакографические 159
-
цифровые 134, 141
Твист-нематический жидкокристалли­
ческий индикатор 116
Устройство
-
адресации 18, 66
-
синхронизации 18, 72
-
управления 18
Формат
-
информационного поля 15, 162
-
знакоместа 14, 16
Частота
-
кадровая 22
-
строчная 23
-
мелькания критическая 15
Экраны
-
коллективного пользования 164
Элемент
-
отображения 8, 9, 83
-
информационной модели 9
Эффект
-
гость-хозяин 117
-
динамического рассеяния 116
-
твист 116


Оглавление
Предисловие .
3
Бв~дение
4
Гл а в а 1. Основные принципы формирования и восприятия информацион-
ных моделей .
6
§ 1.1. Информационная модель и формирование ее элементов
.
6
§ 1.2. Основные фотометрические параметры
.
11
§ 1.3 . Психофизиологические особенности восприятия зрительной
информацииоператором. . . . . . . . . . .
13
§ 1.4. Структура и основные технические параметры средств отобра-
жения информации
16
;г л а в а 2. Средства отображения информации с электронно-лучевыми
индикаторами
21
§ 2.1. Классификация и основные определения
.
.
.
.
21
§ 2.2. Принципы формирования знаков в СОИ телевизионного типа
24
§ 2.3 . Функциональняа схема буквенно-цифровых СОИ телевизион-
ноготипа........
27
§ 2.4 . Графические СОИ телевизионного типа
31
§ 2.5 . СОИ полиграммно-растрового типа
.
.
.
.
39
§ 2.6. СОИ с функциональным способом формирования знакvв
43
Гл а в а 3. Особенности построения цифровых узлов средств отображения
информации . . . .
.
.
45
§ 3.1. Буферные запоминающие устройства б у квенно-цифровых СОИ
45
§ 3.2 . Вспомогательное буферное запоминающее устройство теде-
визионных графических СОИ . . . . . .
.
.
51
§ 3.3 . Кодирование информации о графике знаrщв в постоянных з а­
поминающих устройствах знакогенераторов тедевизионных
сои................54
§ 3.4 . Построение ::1накогенераторов телеви з ионных СОИ с исполь-
з ованием комбинационных логических схем . . . . .
63
§ 3.5 . Устройство адресации буквенн'о-цифровых телевизионных СОИ
66
§ 3.6 . Устройство синхронизации телевизионных СОИ
72
§ 3.7. Устройство ручного ввода знаковой информации
78
;гл а в а 4. Дискретные индикаторы
.
.
83
§ 4.1 . Классификация и определения
.
83
§ 4.2 . Полупроводниковые индикаторы
.
85
§ 4.3 . Электролюминесцентные индикаторы
.
92
§ 4.4. Вакуумные люминесцентные индикаторы
94
§ 4.5 . Накаливаемые вакуумные индикаторы
96
§ 4.6 . Газоразрядные индикаторы
.
98
§ 4.7 . Жидкокристаллические индикаторы
1.12
r л а в а 5. Средства отображения информации на дискретных индика-
торах......
121
§ 5.1. Системы адресации
.
.
.
.
.
.
121
§ 5.2. Малоразрядные цифровые и буквенно-цифровые средства
отображения информации
134
§ 5.3 . Средства отображения знакографической информации на
матричных экранах
.
.
.
159
!Гл а в а 6. Микропроцессорные системы отображения информации
170
§ 6. 1. Общие принципы построения
.
170
§ 6.2 . Телевизионные средства отображения информации с микро-
процессорной системой управления .
178
§ 6.3 . Микропроцессорные средства отображения информации на
дискретных индикаторах
188
Литература .
196
Список условных обозначений
197
Предметный указатель .
198