Светодиодный индикатор

Предлагаемая полезная модель относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники и может быть использована для отображения алфавитно-цифровой информации.
Известно устройство для индикации [1], содержащее приемный регистр, дешифратор двоичного кода, развязывающие диоды, шкалу, ключи, светодиоды, ограничительные резисторы, источник питания.
Недостатком аналога является его сложность.
Известен декадный семисегментный индикатор ([2], с. 439, рис. 23.12), содержащий индикаторный блок со светодиодными сегментами с общим анодом, семь внешних резисторов, дешифратор из двоично-десятичного кода в семисегментный код, имеющий выходы со свободным коллектором, источник постоянного напряжения +5 В.
Недостатком аналога является его сложность из-за использования семи внешних резисторов в индикаторе одного десятичного разряда.
Известен также индикатор семисегментного шрифта [3], содержащий индикатор со светодиодными сегментами с общим анодом, семь резисторов, дешифратор-формирователь из двоично-десятичного кода в семисегментный код, имеющий выходы со свободным коллектором, источник питания.
Недостатком этого аналога также является его сложность из-за использования семи резисторов в индикаторе одного десятичного разряда.
Известен также многоразрядный семисегментный индикатор на светодиодах ([4] - его схема заимствована из технического паспорта фирмы Texas Instruments по применению микросхемы дешифратора-формирователя 7447А), содержащий n информационных входов, n дешифраторов-формирователей из двоично-десятичного кода в семисегментный код, n семисегментных индикаторов на светодиодах с общим анодом, 7n ограничивающих резисторов.
Недостатком этого аналога является его сложность из-за использования семи ограничивающих резисторов в индикаторе одного десятичного разряда и, соответственно, 7n (где n - число десятичных разрядов многоразрядного индикатора) ограничивающих резисторов в многоразрядном индикаторе, включаемых между выходами дешифраторов и катодами, объединенные аноды которых подключены к плюсовой шине источника питания.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является первый вариант реализации светодиодного индикатора (варианты) ([5], 1-й независимый пункт формулы), схема которого содержит n (где n≥1 - число десятичных разрядов многоразрядного индикатора) семисегментных индикаторов на светодиодах с общим анодом, n дешифраторов из двоично-десятичного кода в семисегментный код, ограничивающий резистор, n информационных входов, являющихся информационными входами дешифраторов, каждый выход которых соединен с катодами светодиодов соответствующих семисегментных индикаторов, общий анод которых подключен к плюсовой шине источника питания через ограничивающий резистор.
Недостатком прототипа является его сложность из-за использования ограничивающего резистора, а также дополнительный расход электроэнергии на этом резисторе.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - упрощение устройства и уменьшение расхода электроэнергии.
Указанная техническая задача решается благодаря тому, что в светодиодный индикатор, содержащий n (где n≥1 - число десятичных разрядов многоразрядного индикатора) семисегментных индикаторов на светодиодах с общим анодом, n информационных входов, являющихся информационными входами n дешифраторов из двоично-десятичного кода в семисегментный код, каждый выход которых соединен соответственно с катодами светодиодов соответствующих семисегментных индикаторов, выводы питания n дешифраторов из двоично-десятичного кода в семисегментный код объединены между собой и подключены к выходу «+» первого источника стабилизированного напряжения, входы «+» и «-» которого соединены через первый конденсатор и подключены соответственно к выводам «+» и «-» первого двухполупериодного диодного выпрямителя, выводы переменного напряжения которого через первый трансформатор подключены к питающей сети, дополнительно введены второй трансформатор, второй двухполупериодный диодный выпрямитель, второй конденсатор, переменный резистор и второй источник стабилизированного напряжения, входы «+» и «-» которого соединены через второй конденсатор и подключены соответственно к выводам «+» и «-» второго двухполупериодного диодного выпрямителя, выводы переменного напряжения которого через второй трансформатор подключены к питающей сети, выход «+» второго источника стабилизированного напряжения связан с общими анодами светодиодов n семисегментных индикаторов, выходы «+» и «-» второго источника стабилизированного напряжения связаны между собой через переменный резистор, подвижный вывод которого соединен с управляющим входом второго источника стабилизированного напряжения.
Существенными отличиями предлагаемого индикатора являются введение дополнительных элементов (второго трансформатора, второго двухполупериодного диодного выпрямителя, второго конденсатора, переменного резистора и второго источника стабилизированного напряжения), а также исключение ограничивающего резистора из схемы. Указанные существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта - упрощение устройства и снижение расхода электроэнергии.
Схема индикатора представлена на фиг. 1. На фиг. 2 и 3 приведены примеры реализации сегмента индикатора на нескольких светодиодах.
Схема индикатора (фиг. 1) содержит первый 1 и второй 2 трансформаторы, первый 3 и второй 4 двухполупериодные диодные выпрямители, первый 5 и второй 6 конденсаторы, первый 7 и второй 8 источники стабилизированного напряжения, переменный резистор 9, n (где n≥1 - число десятичных разрядов многоразрядного индикатора) семисегментных индикаторов 10-11 на светодиодах 12 с общим анодом, n информационных входов 13-14, являющихся информационными входами n дешифраторов 15-16 из двоично-десятичного кода в семисегментный код, каждый выход которых соединен соответственно с катодами светодиодов 12 соответствующих семисегментных индикаторов 10-11, выводы питания n дешифраторов 15-16 из двоично-десятичного кода в семисегментный код объединены между собой и подключены к выходу «+» первого источника 7 стабилизированного напряжения, входы «+» и «-» которого соединены через первый конденсатор 5 и подключены соответственно к выводам «+» и «-» первого двухполупериодного диодного выпрямителя 3, выводы переменного напряжения которого через первый трансформатор 1 подключены к питающей сети, входы «+» и «-» второго источника 8 стабилизированного напряжения соединены через второй конденсатор 6 и подключены соответственно к выводам «+» и «-» второго двухполупериодного диодного выпрямителя 4, выводы переменного напряжения которого через второй трансформатор 2 подключены к питающей сети, выход «+» второго источника 8 стабилизированного напряжения связан с общими анодами светодиодов 12 n семисегментных индикаторов 10-11, выходы «+» и «-» второго источника 8 стабилизированного напряжения связаны между собой через переменный резистор 9, подвижный вывод которого соединен с управляющим входом второго источника 8 стабилизированного напряжения. Рассмотрим работу индикатора (фиг. 1).
На входные зажимы 13-14 индикатора подается многоразрядная цифровая информация в двоично-десятичном коде 8-4-2-1.
На выходах дешифраторов 15-16 входная информация преобразуется из двоично-десятичного кода в семисегментный код a-b-c-d-e-f-g в соответствии с таблицей 1 истинности (см. [2], е. 439, табл. 23.5).
Двоично-десятичные семисегментные дешифраторы 15-16, выпускаемые фирмой Texas Instruments в виде интегральных схем (ИС) типа SN74247 (отечественный аналог - ИС типа К514ИД2 [5]), имеют выходы с открытым коллектором и предназначены для управления семисегментными индикаторами 10-11 на светодиодах 12 с общим анодом.
i
Набор цифр Z, подаваемых на входы 13-14 цифрового индикатора (фиг. 1), отображаются на семисегментных индикаторах 10-11 в соответствии с их значениями, приведенными в табл. 1.
Например, на входы 13-14 цифрового индикатора подается число 456 (при n=3). В этом случае ко входам 13-14 приложены, соответственно, двоично-десятичные коды 0100, 0101 и 0110; на выходах двоично-десятичных семисегментных дешифраторов 15-16, соответственно, появляются коды 1001100, 0100100 и 0100000.
p1
p1
Нулю на выходе одного из дешифраторов 15-16 соответствует открытое состояние выходного транзистора - при подключении к такому выходу катода светодиода по светодиоду будет протекать ток, светодиод засвечивается, яркость его свечения задается протекающим через светодиод током I (где I - рабочий ток одного светодиода - сегмента).
Единичному напряжению на выходе одного из дешифраторов 15-16 соответствует закрытое состояние выходного транзистора - при подключении к такому выходу катода светодиода по светодиоду ток не протекает, светодиод не излучает, сегмент находится в погашенном состоянии.
Дешифратор 16 старшего десятичного разряда работает следующим образом. Коду на его выходе 1001100 соответствует излучающее состояние сегментов b, c, f, g и погашенное состояние сегментов a, d, е. Сегменты a, d - это верхний и нижний сегменты, е - левый нижний сегмент. Следовательно, на индикаторе 11 старшего разряда индицируется десятичная цифра «4» и т.д.
Для питания схемы индикатора используются трансформаторы 1 и 2, которые понижают переменное напряжение сети 220 В до необходимого уровня, двухполупериодные диодные выпрямители 3-4, преобразующие переменное напряжение в постоянное, конденсаторы 5-6, сглаживающие выходное напряжение выпрямителей 3-4, и первый 7 и второй 8 источники стабилизированного напряжения.
Первый источник 7 стабилизированного напряжения подает на выводы питания n дешифраторов 15-16 из двоично-десятичного кода в семисегментный код постоянное номинальное напряжение (для большинства интегральных схем это 5 В).
С помощью переменного резистора 9 устанавливается тот уровень выходного напряжения второго источника 6 стабилизированного напряжения, который задает необходимый ток через светодиоды 12 семисегментных индикаторов 10-11, обеспечивающий наиболее приемлемую яркость свечения светодиодов 12.
Падение напряжения на светодиодах 12 различных типов и различных производителей в рабочем диапазоне тока составляет 1,5-2,1 В. Это напряжение и устанавливается на выходе второго источника 8 стабилизированного напряжения.
В том случае, если каждый сегмент засвечивается не одним светодиодом, как показано на фиг. 1, а несколькими последовательно соединенными светодиодами (см. фиг. 2), то их суммарное падение напряжения составляет 5-8 В.
В том случае, если каждый сегмент засвечивается большой группой из последовательно-параллельно соединенных светодиодов (см. фиг. 3), то их суммарное падение напряжения составляет 8,5-12 В, а суммарный ток одного семисегментного индикатора достигает 200-250 мА. В качестве примера такого индикатора на фиг. 3 приведена схема семисегментного индикатора типа FYS-70011 ВХ фирмы FORYARD OPTOELECTRONICS.
Во втором и третьем случаях на выходе второго источника 5 стабилизированного напряжения устанавливается необходимое напряжение.
Преимуществом предлагаемого индикатора по сравнению с аналогами является его упрощение, а также снижение расхода электроэнергии за счет исключения ограничивающего резистора из схемы индикатора. Особенно большой эффект достигается при использования предлагаемого индикатора для питания мощных семисегментных индикаторов.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:
1. А.с. 318968 СССР, МПК G06K 15/18. Устройство для индикации / Долганов В.В., Коломнин В.В. и Призенко С.В. (СССР). - Заявл. 26.03.70; Опубл. 28.10.71, Бюл. №32.
2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководствр. Пер. с нем.. - М.: Мир, 1982.
3. Применение интегральных схем: Практическое руководство. В 2-х кн. Кн. 2. Пер. с англ. / Под ред. А. Уильямса. - М: Мир, 1987. - С. 208. - Рис. 10.37.
4. Токхейм Р. Основы цифровой электроники: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - С. 128. - Рис. 5.12. - (прототип 1).
5. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. В 12 т. Т 4. - М.: КубК-а, 1997. - С. 106-114.