УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИКАЦИИ С МАСШТАБИРОВАНИЕМ СЕГМЕНТНОГО ЗНАКА
DISPLAY DEVICE WITH SEGMENT CHARACTER SCALING

Предлагаемое изобретение относится к средствам отображения информации (СОИ), значительную область применения которых представляют устройства для индикации.
Устройство для индикации с масштабированием сегментного знака может найти применение в приборах цифрового визуального отсчета автоматических систем регулирования и контроля параметров технологических процессов, напряжения электрических сетей и т.д.
Устройство для индикации (фиг.1а) обычно содержит индикатор HG1 для отображения цифровой информации и преобразователь двоично-десятичного кода DD1 в 7-позиционный код (Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7) управления элементами (А, В, С, D, Е, F, G) 7-сегментного индикатора / 1 - стр.143, рис.5.19/.
Наиболее распространенным индикатором в настоящее время является 7-сегментный индикатор, функциональные возможности которого ограничены визуальной индикацией десяти семисегментных цифр (фиг.1б). На вход преобразователя кода (D1) поступают сигналы с выходов двоично-десятичного счетчика / 2 - стр.81, рис.39а/, работающего, например, в коде 8-4-2-1 (фиг.1в). Таблица истинности двоично-десятичного кода 8-4-2-1 представлена на фиг.1г, таблица №1 / 3 - стр.681/.
Структурная схема преобразователя / 3 - стр.681/ двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код представлена на фиг.2а. Таблица истинности семипозиционного кода представлена на фиг.3а, таблица №2 / 3 - стр.681/.
С выходных выводов преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 7-позиционный код (фиг.2б) в соответствии с таблицей истинности (фиг.3а, таблица №2) сигналы с уровнем логической «1» или уровнем логического «0», представленные позициями этого кода (Y1-Y7), погашают или высвечивают соответствующие (фиг.3г) элементы индикатора HG1 (фиг.2в, фиг.3в).
Условия, принятые при управлении элементами семисегментного индикатора (фиг.3в): каждый элемент отображения 7-сегментного формата индикатора может светиться, если на некотором входе его устанавливается сигнал с уровнем логического «0», либо не светиться, если на некотором входе его устанавливается уровень логической «1». Погашая и высвечивая соответствующие элементы индикатора при формировании той или иной цифры, на индикаторе отображаются десять сегментных знаков (фиг.3д). Сигнал, соответствующий определенной позиции семипозиционного кода на выходных выводах (Y1-Y7) преобразователя (фиг.2а) двоично-десятичного кода, гасит или высвечивает соответствующий элемент (A-G) индикатора (фиг.2в, фиг.3в, фиг.3г, фиг.3д).
Индикатор 7-сегментный с переменным цветом свечения типа ИПЦ02А - 1/7 КЛ / 4 - стр.263-265/ расширяет функциональные возможности устройства для индикации, дополняя визуальное отображение цифровой информации изменением цвета знаков. В зависимости от схемы подключения такой индикатор излучает красный или зеленый цвет. Устройство для индикации с дополнительным кодированием знака цветом / 5 - стр.62/ в этом случае можно использовать в автоматических системах регулирования и контроля параметров технологических процессов, осуществляя двухпозиционное управление при формировании знаков. Например, цифры зеленого цвета индицируют безопасный режим работы, красные - аварийный режим / 6 - стр.16/. Габаритные размеры знаков как зеленого, так и красного цветов при этом не изменяются.
Устройство для индикации (фиг.1а) - наиболее близкий аналог к заявленному решению, которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков заявленного решения, содержащее преобразователь двоично-десятичного кода в 7-позиционный код и 7-сегментный индикатор.
В автоматических системах регулирования и контроля параметров технологических процессов необходима система контроля параметра объекта, при выходе измеряемого параметра объекта из рабочего режима как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения его. Выход измеряемого параметра объекта в аварийный режим должен сопровождаться изменением не только числового значения величины параметра объекта, как это осуществляется в прототипе, но и дополнительным кодированием цифрового знака формой, размером и цветом. Только в этом случае оператор не только заметит выход системы из рабочего режима, но и примет решение по устранению неполадок в ней.
Изменение величины какого-либо параметра объекта в сторону уменьшения или увеличения ее от рабочего режима в устройстве для индикации (прототип) отображается только изменением величины числового значения на индикаторе. Такие чисто цифровые изменения на индикаторе не привлекают повышенного внимания оператора к системе, находящейся в аварийном режиме.
Сигналом аварийного режима для оператора может стать дополнительное кодирование цифровой информации, например визуальное изменение цвета ее. Поэтому для расширения функциональных возможностей устройства для индикации (фиг.1а) в качестве индикатора выбран индикатор 7-сегментный с переменным цветом свечения типа ИПЦ02А - 1/7 КЛ / 4 - стр.263-265/.
Устройство для индикации с дополнительным кодированием знака цветом в помощь оператору в этом случае можно использовать в автоматических системах регулирования и контроля параметров технологических процессов. При изменении измеряемой величины параметра объекта изменяется цветовая информация, предупреждающая оператора об аварийном режиме / 6 - стр.16/. Двухпозиционное управление цветом при формировании знаков облегчает работу оператора. Но уход измеряемой величины какого-либо параметра объекта от рабочего режима либо только в сторону увеличения, либо только в сторону уменьшения недостаточен для успешной работы оператора в автоматических системах регулирования параметров объекта.
В автоматических системах регулирования и контроля параметров технологических процессов необходима система контроля параметров объекта, при выходе измеряемого параметра объекта из рабочего режима как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения его.
Выход измеряемого параметра объекта в аварийный режим должен сопровождаться изменением не только числового значения величины параметра объекта, изменением цвета цифровой информации, но и кодированием формой и размером цифрового знака.
Устройство для индикации (фиг.1а) с семисегментным индикатором (заявленное решение) позволяет использовать цифровой формат как для отображения семисегментных знаков, так и четырехсегментных знаков из верхних и нижних элементов индикатора /Патент №2249912 на изобретение «Устройство для индикации с увеличенной информационной емкостью», выдан 10 апреля 2005 года. Приоритет изобретения 21 апреля 2003 года. Заявка №2003111732. Автор Патраль А.В./.
При этом изменение габаритного размера цифровых знаков от большего семисегментного цифрового формата к меньшим четырехсегментным цифровым форматам не вызовет ухудшение восприятия знака оператором, т.к. величина эквивалентного углового знака не изменяется /9/.
Для перехода от семипозиционного управления элементами отображения индикатора к четырехпозиционному управлению как верхними, так и нижними элементами индикатора (трехпозиционный контроль параметров объекта) необходимо построить многофункциональный управляемый преобразователь двоично-десятичного кода:
1. в семипозиционный код - управление семью элементами отображения (прототип) индикатора (рабочий режим);
2. в четырехпозиционный код - управление четырьмя нижними элементами отображения (заявленное решение) индикатора (аварийный режим - уменьшение измеряемого параметра объекта);
2. в четырехпозиционный код - управление четырьмя верхними элементами отображения (заявленное решение) индикатора (аварийный режим - увеличение измеряемого параметра объекта).
Дополнительное кодирование цветом дополнительно обращает повышенное внимание оператора к аварийной ситуации на объекте.
При двухпозиционном управлении цветом знаков индикатора оператор может обратить внимание на уход измеряемой величины параметра объекта от рабочего режима в аварийный режим только в одну сторону: либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения. Однако более широкими функциональными возможностями будет обладать устройство для индикации, в котором использовано большее число кодовых категорий при формировании знака индикатора. В этом случае уход измеряемой величины какого-либо параметра объекта от рабочего режима как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения ее приведет к визуальному определению оператором аварийного режима.
Целью предлагаемого изобретения является:
расширение функциональных возможностей устройства для индикации: увеличение числа кодовых категорий при формировании знака индикатора и расширение функциональных возможностей преобразователя двоично-десятичного кода в код управления элементами индикатора.
Указанная цель достигается тем, что визуальное отображение цифровых знаков на 7-сегментном индикаторе осуществляется как в 7-позиционном, так и в 4-позиционном кодах.
Сравнение преобразователей кода может быть произведено по числу входов всех цепей «И», составляющих преобразователь кода /2 - стр.94/. Если структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код /3 - стр.681/, приведенная на фиг.2а, содержит 16 логических элементов И-НЕ с 35 информационными входами, то структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код /7 - стр.191/, приведенная на фиг.4, содержит 15 логических элементов И-НЕ с 39 информационными входами. В устройстве для индикации с масштабированием знака выбран преобразователь двоично-десятичного кода в 7-позиционный код (фиг.5а), структурная схема которого содержит наименьшее число (15) логических элементов И-НЕ с наименьшим числом (33) информационных входов к ним /8/.
Вызывая гашение определенных элементов индикатора (фиг.3в) в соответствии с начертаниями 7-сегментных знаков, на 7-сегментном индикаторе формируются десять цифр (фиг.3г, фиг.3д, фиг.5б, фиг.5в).
Например, для высвечивания цифры 0 (фиг.3д) необходимо погасить седьмой (G) элемент индикатора (фиг.3в, фиг.3г, фиг.3д), оставив остальные элементы (А, В, С, D, Е, F) в состоянии свечения. Следовательно, сигнал, представленный позицией Y7 7-позиционного кода (фиг.3а, фиг.3г), поступающий на элемент G индикатора (фиг.3в), должен иметь уровень логической «1», а остальные сигналы, соответствующие позициям Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6 этого кода (фиг.3а), поступающие на элементы (фиг.3в) индикатора (А, В, С, D, Е, F), должны иметь уровень логического «0».
Известны методы построения структурных схем преобразователей из одного двоичного кода в другой с помощью упрощения логических выражений функции Y=f(X). Метод Квайна для минимизации функций ручным способом оказывается весьма трудоемким, но для сложных функций с большим числом аргументов задача решается с помощью ЭВМ. Метод минимизации функции с помощью карт Вейча обеспечивает простоту получения результата. Он используется при минимизации относительно несложных функций (с числом аргументов до 5) ручным способом. Этот метод требует элементов изобретательности и не может быть использован для решения задачи минимизации с помощью ЭВМ / 7 - стр.133/.
Для построения преобразователя двоично-десятичного, например, кода 8-4-2-1 в 7-позиционный (фиг.5а) использован наиболее простой и демонстративно наглядный цифровой метод /8/. Этот метод пригоден как для работы вручную, так и на ЭВМ.
Таблица истинности (фиг.3а) 7-позиционного кода содержит двоичные кодовые комбинации (сочетания уровней логического «0» и уровней логической «1»), однозначно определяющие каждую цифру десятичного кода (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).
В то же время по таблице истинности (фиг.3а) видно, что уровням логической «1» соответствует одна комбинация цифр из десятичного кода для выбранной позиции семипозиционного кода, а уровням логического «0» соответствует другая комбинация из оставшихся цифр десятичного кода для той же позиции семипозиционного кода.
Так, например, уровням логической «1» для позиции Y1 семипозиционного кода соответствует по таблице истинности каждая цифра в комбинации из цифр 1 и 4 (Y1 - 14) десятичного кода (фиг.3а, фиг.3б). Уровням логического «0» для той же позиции Y1 семипозиционного кода соответствует каждая цифра в комбинации из оставшихся цифр 0, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9  десятичного кода (фиг.3а, фиг.3б).
Обозначения без черточки сверху или с черточкой сверху над комбинациями десятичных цифр при соответствии этих цифр уровням логической «1» или уровню логического «0» используются на всех входах и выходах логических элементов И-НЕ при построении преобразователей двоично-десятичного кода в другой код.
На фиг.3б представлены построчно все цифровые комбинации десятичного кода, соответствующие значениям сигнала с уровнем логической «1» или уровнем логического «0» для позиций (Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7) 7-позиционного кода.
Сигналы, представленные комбинацией цифр с уровнем логической «1» (или уровнем логического «0») той или иной позиции кода (фиг.3б), осуществляют гашение (или высвечивание) соответствующего элемента (A-G) индикатора (фиг.3в, фиг.3г) при формировании того или иного знака (фиг.3д), указанного цифрой.
Наглядность такого метода построения преобразователя очевидна.
Так, например, при формировании цифры 4 на выходах логических элементов И-НЕ (I, О, Р) преобразователя кода (фиг.5а) в цифровых комбинациях выходных сигналов, соответствующих позициям Y1, Y4, Y5 семипозиционного кода, присутствует цифра 4 с уровнем логической «1». Сигналы, представленные позициями Y1, Y4, Y5 семипозиционного кода с уровнем логической «1», поступают на элементы A, D, Е индикатора (фиг.2б) соответственно, и при формировании цифры 4 погашают их (фиг.5в).
В то же время при формировании цифры 4 на выходах логических элементов И-НЕ (К, L, M, N) преобразователя кода (фиг.5а) в цифровых комбинациях выходных сигналов, соответствующих позициям Y6, Y7, Y2, Y3 семипозиционного кода, присутствует цифра 4 с уровнем логического «0». Эти сигналы, представленные позициями Y6, Y7, Y2, Y3 семипозиционного кода с уровнем логического «0», поступают соответственно (фиг.2б) на элементы F, G, В, С 7-сегментного формата индикатора (фиг.3в), и при формировании цифры 4 высвечивают их (фиг.3д, фиг.5в).
На входе преобразователя кода (фиг.5а) присутствуют сигналы с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» с прямых (X1-Х4) и инверсных  выходов двоично-десятичного счетчика (фиг.1в). Эти сигналы, соответствующие таблице истинности двоично-десятичного кода 8-4-2-1 (фиг.1г, таблица №1), также представлены построчно в виде комбинаций из набора цифр десятичного кода (фиг.1д), без черточек и с черточками над ними, как с уровнем логической «1», так и с уровнем логического «0» соответственно.
Табличный метод записи истинности двоично-десятичного кода 8-4-2-1 (фиг.1г, таблица №1) можно дополнить цифрами десятичного кода (поразрядная цифровая запись сигналов двоично-десятичного кода 8-4-2-1), указав без черточки сверху над выбранной цифрой уровень логической «1» и с черточкой над цифрой уровень логического «0», соответствующий этой цифре (фиг.6а, таблица №3). При этом построчная поразрядная цифровая запись позиций двоично-десятичного кода 8-4-2-1, соответствующая записи в табличной форме, становится более наглядной (фиг.6б). Каждой позиции (разряду) кода 8-4-2-1 соответствует комбинация цифр десятичного кода с уровнем логической «1» или уровнем логического «0».
Точно так же дополняем таблицу истинности (фиг.3а, таблица №2) 7-позиционного кода (Y1-Y7) цифрами десятичного кода (фиг.7а, таблица №4), указав без черточки сверху над цифрой уровень логической «1» или с черточкой сверху над цифрой уровень логического «0». Десятичная цифра с уровнем логической «1» (без черточки сверху) в каждой позиции кода определяет гашение элемента индикатора при формировании этой цифры. Десятичная цифра с уровнем логического «О» (с черточкой сверху) в каждой позиции кода определяет высвечивание элемента индикатора при формировании этой цифры.
Построчная цифровая запись с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» позиций семипозиционного кода (Y1-Y7) идентична (фиг.7б) построчной цифровой записи сигналов гашения и высвечивания соответственно элементов индикатора (А-G) при формировании соответствующих цифр (фиг.7в).
По начертанию цифр 4-позиционного кода (фиг.8а) для элементов нижней половины 7-позиционного знака видно, какие из них должны быть погашены, а какие элементы индикатора должны быть высвечены.
Выписываем построчно:
1. комбинации десятичных цифр с уровнем логической «1» (без черточки над ними) для всех погашенных элементов (G, С, D, Е) индикатора при формировании соответствующих 4-позиционных знаков (фиг.8а);
2. комбинации десятичных цифр с уровнем логического «0» (с черточкой над ними) для всех высвеченных элементов (G, С, D, Е) индикатора при формировании соответствующих 4-позиционных знаков (фиг.8а).
Управление элементов (G, С, D, Е) индикатора нижней половины 7-позиционного знака сигналами с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» определяется позициями 4-позиционного кода (Z1, Z2, Z3, Z4 соответственно), построчная цифровая запись которого представлена на фиг.8б.
Гашение и высвечивание элементов (G, С, D, Е) индикатора при формировании соответствующих цифр записываем в табличной форме (фиг.8в, таблица №5). Каждая цифра при этом либо записывается без черточки сверху ее, если при формировании этой цифры на элемент индикатора поступает сигнал с уровнем логической «1», погашая его, либо записывается с черточкой сверху ее, если при формировании этой цифры на элемент индикатора поступает сигнал с уровнем логического «0», высвечивая его.
Дополняем табличную форму записи гашения и высвечивания элементов (G, С, D, Е) индикатора позициями 4-позиционного кода (Z1, Z2, Z3, Z4 соответственно), проставляя рядом с каждой десятичной цифрой уровень логической «1» или уровень логического «0» в соответствии с записью этой цифры без черточки или с черточкой сверху (фиг.8в, таблица №5).
Точно также выписываем построчно для верхней половины 7-позиционного знака:
1. с уровнем логической «1» комбинации десятичных цифр (без черточки над ними) для всех погашенных элементов (А, В, G, F) индикатора при формировании соответствующих 4-позиционных знаков (фиг.9а);
2. с уровнем логического «0» комбинации десятичных цифр (с черточкой над ними) для всех высвеченных элементов (А, В, G, F) индикатора при формировании соответствующих 4-позиционных знаков (фиг.9а).
Z1, Z2, Z3, Z4
Управление элементов (А, В, G, F) индикатора верхней половины 7-позиционного знака сигналами с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» определяется позициями 4-позиционного кода ( соответственно), построчная цифровая запись которого представлена на фиг.9б.
Гашение и высвечивание элементов (А, В, G, F) индикатора при формировании соответствующих цифр записываем в табличной форме (фиг.9в, таблица №6). Каждая цифра при этом либо записывается без черточки сверху ее, если при формировании этой цифры на элемент индикатора поступает сигнал с уровнем логической «1», погашая его, либо записывается с черточкой сверху ее, если при формировании этой цифры на элемент индикатора поступает сигнал с уровнем логического «0», высвечивая его.
Z1, Z2, Z3, Z4
Дополняем табличную форму записи гашения и высвечивания элементов (А, В, G, F) индикатора позициями 4-позиционного кода ( соответственно), проставляя рядом с каждой десятичной цифрой уровень логической «1» или уровень логического «0» в соответствии с записью этой цифры без черточки или с черточкой сверху (фиг.9в, таблица №6).
Построение структурной схемы преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 4-позиционный код (фиг.10а) управления нижними (фиг.10б, фиг.10в) элементами (G, С, D, Е) семипозиционного формата индикатора достаточно просто. Формирование сигнала гашения (высвечивания) элементов индикатора при отображении той или иной цифры легко прослеживается от входного до выходного сигнала этого преобразователя по комбинациям десятичных цифр с уровнем логической «1» (без черточки сверху) или уровнем логического «0» (с черточкой сверху).
Выходные выводы (фиг.10а) преобразователя (Z1, Z2, Z3, Z4) при управлении элементами нижней (фиг.10б) половины 7-сегментного формата индикатора подключаются к элементам индикатора (G, С, D, Е соответственно). На основе таблицы истинности 4-позиционного кода (фиг.8в, таблица №5) на выходах логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) устанавливается уровень логической «1» при формировании цифр 1246 - 458 - 1579 - 1237 соответственно (фиг.10в), погашая элементы (G, С, D, Е) нижней половины 7-сегментного формата индикатора (фиг.10б). При формировании цифр 035789 - 0123670 - 023468 - 045689 (фиг.10в) на выходах логических элементов И-НЕ (J, U, V, W соответственно) устанавливается уровень логического «0» (фиг.10а), высвечивая элементы (G, С, D, Е) нижней (фиг.10б) половины формата индикатора.
Например, при формировании цифры 6 уровень логической «1» устанавливается на выходе (Z1) логического элемента И-НЕ (J), а на выходах (Z2, Z3, Z4) логических элементов И-НЕ (U, V, W) устанавливается уровень логического «0» (фиг.10а). В соответствии с таблицей истинности (фиг.8в, таблица №5) элемент G индикатора должен быть погашен при формировании цифры 6, а элементы (С, D, Е) его - высвечены (фиг 10б, фиг.10в).
Структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 4-позиционный код (фиг.11а) управления верхними элементами 7-позиционного формата индикатора аналогична структурной схеме преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 4-позиционный код (фиг.10а) управления нижними его элементами.
Z1, Z2, Z3, Z4)
Выходные выводы ( преобразователя кода, обозначенные жирным шрифтом при управлении элементами верхней (фиг.11б) половины семипозиционного формата индикатора, подключаются к элементам индикатора (А, В, G, F соответственно), формируя десятичные 4-позиционные знаки (фиг.11в).
В качестве примера рассмотрим формирование цифры 2 при 4-позиционном управлении нижними и верхними элементами индикатора.
При управлении нижними элементами 7-позиционного формата индикатора (фиг.10а): с выходных выводов Z1 и Z4 логических элементов И-НЕ (J, W) поступают сигналы с уровнем логической «1», соответствующие цифре 2 (без черточки над цифрой), на элементы индикатора G и Е соответственно (фиг.10б, фиг.10в), погашая их. С выходных выводов Z2 и Z3 логических элементов И-НЕ (U, V) поступают сигналы с уровнем логического «0», соответствующие цифре 2 (с черточкой над цифрой), на элементы индикатора С и D соответственно (фиг.10б, фиг.10в), высвечивая их.
Z1
Z4
J, W
Z2
Z3
U, V
При управлении верхними элементами 7-позиционного формата индикатора (фиг.11а): с выходных выводов  и  логических элементов И-НЕ () поступают сигналы с уровнем логической «1», соответствующие цифре 2 (без черточки над цифрой), на элементы индикатора А, F соответственно (фиг.11б, фиг.11в), погашая их. С выходных выводов  и  логических элементов И-НЕ () поступают сигналы с уровнем логического «0», соответствующие цифре 2 (с черточкой над цифрой), на элементы индикатора В, G, соответственно (фиг.11б, фиг.11в), высвечивая их.
При трехпозиционном управлении 7-сегментным форматом индикатора необходимы три преобразователя кода: преобразователь двоично-десятичного кода в 7-позиционный код (фиг.5а) и два преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код (фиг.10а, фиг.11а).
Следует заметить, что на все три преобразователя одновременно поступает информация с выходных выводов одного и того же двоично-десятичного счетчика (фиг.1в). А на элементы индикатора должны поступать сигналы с выходных выводов только одного из трех преобразователей кода, в соответствии с величиной измеряемого сигнала какого-либо параметра объекта, а сигналы с выходных выводов двух других преобразователей кода должны быть отключены в это время от элементов индикатора.
Для этого информационные входы каждого выходного логического элемента И-НЕ каждого из трех преобразователей кода (фиг.12а, фиг.13а, фиг.14а) дополняются входом управления, на который поступает напряжение (U1, U2 и U3) с уровнем логической «1» (разрешение) или уровнем логического «0» (запрещение) в зависимости от величины измеряемого сигнала. (Выходными логическими элементами И-НЕ преобразователя кода названы логические элементы И-НЕ, на выходах которых уже сформирован сигнал управления (Y1-Y7) элементами (A-G соответственно) индикатора.)
Чтобы сигналы гашения (высвечивания), устанавливаемые на выходных выводах логических элементов И-НЕ всех трех преобразователей кода, не влияли друг на друга при формировании десятичных знаков того или иного формата индикатора, все выходные выводы логических элементов И-НЕ всех трех преобразователей кода защищены друг от друга диодами (фиг.12а, фиг.13а, фиг.14а).
Так, например, если на входы управления преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код (фиг.12а) поступает напряжение разрешения U1 с уровнем логической «1», то сигналы гашения (высвечивания) с выходов (Y1-Y7) логических элементов И-НЕ (I, К, L, M, N, О, Р) через диоды (VD1-VD7) поступают на элементы индикатора. Из элементов 7-сегментного формата (фиг.12б) индикатора формируются 7-позиционные знаки (фиг.12в).
Z1-Z4
J, U, V, W
При этом на входы управления двух других преобразователей двоично-десятичного кода в 4-позиционные коды соответственно (фиг.13а, фиг.14а) поступает напряжение запрещения U2 и U3 с уровнем логического «0». На выходах (Z1-Z4 и ) всех этих логических элементов И-НЕ (J, U, V, W и  соответственно) устанавливается уровень логической «1» (фиг.13а, фиг.14а).
Постоянный уровень логической «1» на всех выходных выводах (8-11 и 12-15) этих преобразователей (DD2, DD3) двоично-десятичного кода в 4-позиционный код (фиг.15б, фиг.15в) не оказывает влияния на уровень логической «1» и уровень логического «0», формирующиеся на выходных выводах (1-7) преобразователя двоично-десятичного кода DD1 (фиг.15а) в 7-позиционный код. На элементах 7-сегментного формата индикатора формируются 7-позиционные знаки. Фактически, выходные выводы (1-7) преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код подключаются к управлению элементами 7-сегментного формата индикатора, а выходные выводы (8-11 и 12-15) двух других преобразователей двоично-десятичного кода в 4-позиционный код отключаются от управления элементами индикатора (фиг.15б, фиг.15в).
Если на входы управления преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код (фиг.13а) поступает напряжение разрешения U2 с уровнем логической «1», то сигналы гашения (высвечивания) с выходов (Z1-Z4) логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) через диоды (VD8-VD11) поступают на соответствующие элементы (G, С, D, Е) индикатора. Из нижних элементов (G, С, D, Е) 7-сегментного формата (фиг.13б) индикатора формируются 4-позиционные знаки (фиг.13в).
Z1-Z4
Z1-Z4
J, U, V, W
При этом на входы управления двух других преобразователей двоично-десятичного кода в 7-позиционный (фиг.12а) код (Y1-Y7) и 4-позиционный (фиг.14а) код () поступает напряжение запрещения U1 и U3 с уровнем логического «0». На выходах (Y1-Y7 и ) всех этих логических элементов И-НЕ (I, К, L, M, N, О, Р и  соответственно) устанавливается уровень логической «1» (фиг.12а, фиг.14а).
Z1-Z4
Постоянный уровень логической «1» на всех выходных выводах (1-7 и 12-15) этих преобразователей (DD1, DD3) кода (фиг.15а, фиг.15в) не оказывает влияния на уровень логической «1» и уровень логического «0», формирующиеся на выходных выводах (8-11) преобразователя двоично-десятичного кода DD2 (фиг.15б) в 4-позиционный код (Z1-Z4). Фактически выходные выводы (8-11) преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код (Z1-Z4) подключаются к управлению нижними элементами (G, С, D, Е) 7-сегментного формата индикатора, а выходные выводы (1-7 и 12-15) преобразователей двоично-десятичного кода в 7-позиционный код и 4-позиционный () код отключаются от элементов индикатора (фиг.15а, фиг.15в).
Z1-Z4
J, U,V,W
Если на входы управления преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код (фиг.14а) поступает напряжение разрешения U3 с уровнем логической «1», то сигналы гашения (высвечивания) с выходов () логических элементов И-НЕ () через диоды (VD12-VD15) поступают на соответствующие элементы (А, В, G, F) индикатора. Из верхних элементов (А, В, G, F) 7-сегментного формата (фиг.14б) индикатора формируются 4-позиционные знаки (фиг.14в).
При этом на входы выходных логических элементов И-НЕ (I, К, L, M, N, О, Р и J, U, V, W) двух других преобразователей двоично-десятичного кода в 7-позиционный и 4-позиционный коды соответственно (фиг.12а, фиг.13а) поступает напряжение запрещения U1 и U2 с уровнем логического «0». На выходах (Y1-Y7 и Z1-Z4) всех этих логических элементов И-НЕ (I, К, L, M, N, О, Р и J, U, V, W соответственно) устанавливается уровень логической «1» (фиг.12а, фиг.13а).
Z1-Z4
Z1-Z4
Постоянный уровень логической «1» на выходных выводах (1-7 и 8-11) преобразователей (DD1, DD2) кода (фиг.15а, фиг.15б) не оказывает влияния на уровень логической «1» и уровень логического «0», формирующиеся на выходных выводах (12-15) преобразователя двоично-десятичного кода DD3 (фиг.15в) в 4-позиционный код (). Фактически выходные выводы (12-15) преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код () подключаются к управлению верхними элементами (А, В, G, F) 7-сегментного формата индикатора, а выходные выводы (1-7 и 8-11) преобразователей двоично-десятичного кода в 7-позиционный код и 4-позиционный (Z1-Z4) код отключаются от элементов индикатора (фиг.15а, фиг.15б).
Таким образом, устройство для индикации с масштабированием сегментного знака (фиг.15) содержит семисегментный индикатор и три преобразователя кода: преобразователь двоично-десятичного кода в 7-позиционный код и два преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционные коды. Информация на индикаторе отображается только с выходных выводов того из трех преобразователей кода, на входы управления которого поступило напряжение разрешения. Изменение информации на выходных выводах такого преобразователя кода сопровождается переходом от уровня логического «0» к уровню логической «1».
Для сокращения общего числа логических элементов И-НЕ, содержащихся в структурных схемах трех преобразователей двоично-десятичного кода, и уменьшения числа связей, соединяющих выходные выводы трех преобразователей кода с элементами индикатора, необходимо построить структурную схему одного многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный и 4-позиционные коды.
Построение структурной схемы многофункционального преобразователя кода (фиг.18), содержащего преобразователь двоично-десятичного кода в 7-позиционный код и два однотипных преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционные коды, несложно выполнить:
1. структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код (фиг.5а, фиг.12а), включающая логические элементы И-НЕ (А, В, С, D, Е, F, G, Н, I, К, L M, N, О, Р), остается без изменения (фиг.18);
2. в структурной схеме преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код (фиг.10а, фиг.13а) при управлении нижними элементами индикатора необходимо:
а. удалить логические элементы И-НЕ (А*, В*, Е*, G*, Н*);
б. ввести логический элемент И-НЕ (Q), на выходе которого (фиг.16а) устанавливаются сигналы гашения элемента G семисегментного индикатора с уровнем логического «0» при формировании 4-позиционных цифр 2 и 6 (фиг.16в) из нижних элементов (G, С, D, Е) его (фиг.16б).
При формировании цифр 1-4, 7 и 1-2-3-7 (фиг.16а) сигналы гашения с уровнем логического «0» поступают на входы соответствующих логических элементов И-НЕ (J, V, W) с выходов логических элементов И-НЕ (В, Е, С) преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код (фиг.18). На фиг.16а логические элементы И-НЕ (В, Е, С), входящие в состав структурной схемы преобразователя двоично-десятичного кода в семипозиционный код, схематично отображены светлыми линиями.
При формировании цифр 4-5-8 и 1-5-9 сигналы гашения с уровнем логического «0» поступают на входы логических элементов И-НЕ (U, V) с выходов логических элементов И-НЕ (С*, D*, F*). Эта часть структурной схемы преобразования двоично-десятичного кода в 4-позиционный код остается без изменения (фиг.16а).
С выходов логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) сигналы (Z1-Z4) с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» (фиг.16а) поступают на нижние элементы (G, С, D, Е) 7-сегментного формата индикатора (фиг.16б). В соответствии с указанными на схеме цифрами с черточкой или без черточки над ними соответствующие элементы индикатора погашаются или высвечиваются при формировании 4-позиционных цифр (фиг.16в).
Таким образом, на выходах логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) структурной схемы преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код устанавливается уровень логической «1» или уровень логического «0» (фиг.16а), погашая или высвечивая нижние элементы 4-сегментного формата (фиг.16б) индикатора при формировании 4-позиционных цифровых знаков 1-2-4-6, 4-5-8, 1-5-7-9 и 1-2-3-7 (фиг.16в).
3. в структурной схеме преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код (фиг.11а, фиг.14а) при управлении верхними элементами индикатора необходимо:
А*, В*, С*, D*, Е*, F*, G*, Н*
а. удалить логические элементы И-НЕ ();
J, U, V, W
б. при формировании цифр 1-2-4-6, 4-5-8, 1-5-7-9 и 1-2-3-7 сигналы гашения с уровнем логического «0» поступают на входы соответствующих логических элементов (фиг.17а) И-НЕ ():
с выходов логических элементов И-НЕ (В, Е, С) преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код (фиг.12а, фиг.18);
с выходов логических элементов И-НЕ (Q, С*, D*, F*) преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код (фиг.16а, фиг.18) управления нижними элементами индикатора (фиг.17а).
На фиг.17а логические элементы И-НЕ (В, Е, С, Q, С*, D*, F*), входящие в состав структурных схем преобразователей двоично-десятичного кода в 7-позиционный код и 4-позиционный код управления нижними элементами индикатора, схематично отображены светлыми линиями.
J, U, V, W
Z1-Z4
С выходов логических элементов И-НЕ () сигналы () с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» (фиг.17а) поступают на верхние элементы (А, В, G, F) 7-сегментного формата индикатора (фиг.17б). В соответствии с указанными на схеме цифрами с черточкой или без черточки над ними соответствующие элементы индикатора погашаются или высвечиваются при формировании 4-позиционных цифр (фиг.17в).
J, U, V, W
На выходах логических элементов И-НЕ () структурной схемы преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код устанавливается уровень логической «1» или уровень логического «0» (фиг.17а), погашая или высвечивая верхние элементы 4-сегментного формата (фиг.17б) индикатора при формировании 4-позиционных цифровых знаков 1-2-4-6, 4-5-8, 1-5-7-9 и 1-2-3-7 (фиг.17в).
В структурной схеме преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционый код (фиг.12а) число логических элементов И-НЕ равно 15 с общим числом входов, равным 40.
В структурных схемах двух преобразователей двоично-десятичного кода в 4-позиционый код (фиг.13а и фиг.14а) число логических элементов И-НЕ равно 12·2=24 с общим числом входов, равным 34·2=68.
В структурной схеме многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 7-позиционный и 4-позиционные коды (фиг.18) число логических элементов И-НЕ с общим числом входов сокращено на 30%, с 39 до 27 и с 108 до 70 соответственно.
Таким образом, структурная схема многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный и 4-позиционные коды (фиг.18) содержит преобразователь двоично-десятичного кода в 7-позиционный код и два преобразователя двоично-десятичного кода в 4-позиционный код управления нижними и верхними элементами 7-сегментного индикатора.
Объединение выходных выводов многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода при формировании 7-позиционных и 4-позиционных знаков показано на фиг.19а, таблица №7. И число соединительных линий связи элементов индикатора с многофункциональным преобразователем кода при трехпозиционном формировании знаков сократилось в два раза с 15 до 7 (фиг.15, 19б соответственно).
На фиг.20 представлена схема соединений выходных выводов многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода (DD1) с элементами индикатора (HG1).
Выходные выводы многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционый и 4-позиционные коды подключаются к элементам 7-сегментного формата или к 4-сегментным форматам из элементов нижней или верхней половины 7-сегментного формата индикатора в зависимости от значения величины сигнала какого-либо параметра объекта.
Если значение величины сигнала какого-либо параметра объекта находится в зоне рабочего режима, то на управляемые входы преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код поступает напряжение разрешения U1 с уровнем логической «1» и выходные выводы многофункционального преобразователя кода подключаются к элементам 7-сегментного формата индикатора при формировании 7-сегментных знаков зеленого цвета свечения.
На управляемые входы двух других преобразователей двоично-десятичного кода преобразователей кода в 4-позиционный код при этом поступает напряжение запрещения U2 и U3 с уровнем логического «0». Выходные выводы этих двух преобразователей кода отключаются от элементов индикатора.
Если значение величины сигнала какого-либо параметра объекта уменьшено или увеличено и находится вне зоны рабочего режима, то на управляемые входы одного из преобразователей двоично-десятичного кода в 4-позиционный код управления из нижних (или верхних) элементов индикатора поступает напряжение разрешения U2 (или U3 соответственно) с уровнем логической «1». Выходные выводы многофункционального преобразователя кода подключаются к элементам 4-сегментного формата из нижней (или верхней) половины 7-сегментного формата индикатора при формировании 4-сегментных знаков красного цвета свечения.
На управляемые входы двух других преобразователей двоично-десятичного кода в 7-позиционный код и 4-позиционный код управления верхними (или нижними) элементами формата индикатора при этом поступает напряжение запрещения U1, U3 (или U2 соответственно) с уровнем логического «0», и выходные выводы этих двух преобразователей кода отключаются от элементов индикатора.
Таким образом, выходные выводы многофункционального преобразователя кода подключаются либо к элементам 7-сегментного формата индикатора при формировании 7-позиционных знаков зеленого цвета свечения, либо к элементам нижнего (верхнего) 4-сегментного формата индикатора при формировании 4-позиционных знаков красного цвета свечения в зависимости от значения величины сигнала какого-либо параметра объекта.
При масштабировании сегментных знаков с переходом при формировании их от 7-сегментного формата к 4-сегментному формату и обратно, т.е. с переходом знаков от большего углового размера к меньшему угловому размеру и обратно, не сопровождается ухудшением восприятия их. Эффективный угловой размер 7-сегментных знаков и 4-сегментных знаков с меньшим угловым размером при формировании их из 7-сегментного формата одного и того же индикатора один и тот же /9/.
Использование большего числа кодовых категорий при формировании десятичных знаков из семисегментного формата индикатора - кодирование формой, размером и пространственным расположением знаков позволяет осуществить трехпозиционное визуальное отображение их. В этом случае уход измеряемой величины сигнала какого-либо параметра объекта из зоны ее рабочего режима как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения приводит к повышенному вниманию оператора, определяя его как аварийный режим. Индикатор семисегментный с переменным цветом свечения типа ИПЦ02А - 1/7КЛ расширяет функциональные возможности устройства для индикации с масштабированием сегментного знака, дополняя визуальное трехпозиционное отображение цифровой информации еще одной кодовой категорией - изменением цвета.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. DD1 (фиг.1а) - преобразователь двоично-десятичного кода 8-4-2-1, входными сигналами которого являются выходные сигналы с прямых и инверсных выходов двоично-десятичного счетчика (фиг.1в), работающего в коде 8-4-2-1, таблица истинности которого представлена на фиг.1г (таблица №1). Построчная цифровая запись двоично-десятичного кода представлена на фиг.1д.
Объяснение перехода от табличной записи истинности двоично-десятичного кода 8-4-2-1 (фиг.1г) к построчной его записи (фиг.1д)
Таблица истинности (фиг.1г) двоично-десятичного кода 8-4-2-1 содержит двоичные кодовые комбинации (сочетания уровней логического «0» и уровней логической «1») аргументов Х и их инверсий, однозначно определяющие каждую цифру десятичного кода.
И в то же время по той же таблице истинности видно, что уровням логической «1» (с прямых и инверсных выходов двоично-десятичного счетчика) соответствует одна комбинация из цифр десятичного кода того или иного аргумента X, а уровням логического «0» соответствует другая комбинация из оставшихся цифр десятичного кода (фиг.1д).
Комбинация из цифр десятичного кода (13579), представляющая значение, например, аргумента X1 с уровнем логической «1» (фиг.1 г), обозначается без черточки сверху (X1 -13579) над этой комбинацией (фиг.1д).
Комбинация из оставшихся цифр десятичного кода (02468), представляющая значение того же аргумента X1 с уровнем логического «0» (фиг.1г), обозначается с черточкой сверху  над этой комбинацией (фиг.1д).
Выходными сигналами преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 являются сигналы семипозиционного кода (Y1-Y7), поступающие на элементы семисегментного индикатора HG1 (фиг.1а), преобразующего поступающие на его вход сигналы в визуальный выходной семипозиционный код в виде отображения сегментных цифр (фиг.1б) арабского происхождения.
Фиг.2. Структурная схема преобразователя (DD1) двоично-десятичного кода 8-4-2-1 / 1/ в 7-позиционный код (фиг.2а) управления элементами семисегментного индикатора HG1. На фиг.2б показана связь между выходами преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 7-позиционный код (Y1-Y7) и элементами индикатора HG1 (A-G) при формировании сегментных знаков (фиг.2в).
Фиг.3. Таблица истинности / 1/ семипозиционного кода (фиг.3а) и аналогичная ей построчная запись в цифровом виде истинности семипозиционного кода (фиг.3б).
На фиг.3в представлена структурная схема устройства для индикации с масштабированием сегментного знака, на которой представлены выходные сигналы преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код в цифровом виде:
1. с уровнем логической «1» (без черточки сверху над цифрами, указывающими на гашение сегментов индикатора при формировании соответствующих цифр);
2. с уровнем логического «0» (с черточкой сверху над цифрами, указывающими на высвечивание сегментов индикатора при формировании соответствующих цифр). Пример: сигнал с выхода преобразователя кода Y1 погашает элемент А индикатора при формировании цифр 1 и 4 (фиг.3г, фиг.3д) и высвечивает этот же элемент А индикатора при формировании оставшихся цифр 02356789.
Фиг.4. Приведена структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код из другого источника / 2/, чтобы сравнить предлагаемый в материалах заявки преобразователь двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код с известными преобразователями кодов. Для улучшения работы с представленными чертежами дополнительно к фиг.4а приведены структурная схема устройства для индикации с масштабированием сегментного знака (фиг.4б) и формирование знаков (фиг.4в) на индикаторе.
Фиг.5. Приведена структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код, построенная на основании цифрового метода, при котором упрощается задача нахождения новых связей между логическими элементами структурной схемы преобразователя для минимизации ее.
Сравнение преобразователей кода может быть произведено по числу входов всех цепей «И», составляющих преобразователь кода /2 - стр.94 /.
Если структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код /3 - стр.681/, приведенная на фиг.2а, содержит 16 логических элементов И-НЕ с 35 информационными входами, то структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода в 7-позиционный код / 7 - стр.191 /, приведенная на фиг.4, содержит 15 логических элементов И-НЕ с 39 информационными входами. В устройстве для индикации с масштабированием знака выбран преобразователь двоично-десятичного кода в 7-позиционный код (фиг.5а), структурная схема которого содержит наименьшее число (15) логических элементов И-НЕ с наименьшим числом (33) информационных входов к ним /8/.
Для улучшения работы с представленными чертежами дополнительно к фиг.5а приведены структурная схема устройства для индикации с масштабированием сегментного знака (фиг.5б) и формирование знаков (фиг.5в) на индикаторе.
Фиг.6. Для лучшего освоения цифровых записей в структурных схемах преобразователей двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный и четырехпозиционный коды в таблице №3 (фиг.6а) совмещены:
1. таблица истинности двоично-десятичного кода 8-4-2-1 (фиг.1, таблица №1);
2. построчная цифровая запись истинности позиций двоично-десятичного кода 8-4-2-1 (фиг.6б).
Фиг.7. Для лучшего освоения цифровых записей в структурных схемах преобразователей двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код в таблице №4 (фиг.7а) совмещены:
1. таблица истинности семипозиционного /1/ кода (фиг.3а, таблица №2);
2. построчная цифровая запись истинности позиций семипозиционного кода (фиг.3б, фиг.7б);
3. построчная цифровая запись сигналов гашения (уровень логической «1») и высвечивания (уровень логического «0») элементов (A-G) индикатора (фиг.7б).
Фиг.8. На фиг.8а представлены предлагаемые отображения цифровых знаков 4-позиционного формата от 0 до 9 при формировании их из нижних сегментов семипозиционного формата индикатора HG1. На основании формирования предлагаемых знаков 4-позиционного формата из нижних сегментов семипозиционного формата индикатора HG1 построчно записано в цифровом виде:
1. гашение сегментов при формировании соответствующих знаков, которые указаны цифрами без черточки сверху (уровень логической «1») над ними (фиг.8а);
2. высвечивание сегментов при формировании соответствующих знаков, которые указаны цифрами с черточкой сверху (уровень логического «0») над ними (фиг.8а).
На основании гашения и высвечивания сегментов при формировании цифровых знаков построчно записаны в цифровом виде (фиг.8б) сигналы позиций (Z1-Z4) 4-позиционного кода с уровнем логической «1» и с уровнем логического «0».
Соответствие сигналов позиций 4-позиционного кода (Z1-Z4) и сигналов, поступающих на нижние сегменты индикатора (G, С, D, Е) с уровнем логической «1» (гашение - цифровая запись без черточки сверху) и уровнем логического «0» (высвечивание - цифровая запись с черточкой сверху), отображено на фиг.8а и фиг.8б.
Для лучшего освоения цифровых записей на выходных выводах структурной схемы преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код в таблицу №5 (фиг.8в) занесены позиции (Z1-Z4) четырехпозиционного кода с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» и соответствующие им сигналы управления 4-позиционным нижним форматом индикатора HG1 в цифровом виде:
1. с уровнем логической «1» (без черточки сверху над цифрой - гашение элемента индикатора при формировании соответствующего знака, обозначенного этой цифрой);
2. с уровнем логического «0» (с черточкой сверху над цифрой - высвечивание элемента индикатора при формировании соответствующего знака, обозначенного этой цифрой).
Фиг.9. На фиг.9а представлены предлагаемые отображения цифровых знаков 4-позиционного формата от 0 до 9 при формировании их из верхних сегментов семипозиционного формата индикатора HG1. На основании формирования предлагаемых знаков 4-позиционного формата из верхних сегментов семипозиционного формата индикатора HG1 построчно записано в цифровом виде:
3. гашение сегментов при формировании соответствующих знаков, которые указаны цифрами без черточки сверху (уровень логической «1») над ними (фиг.9а);
4. высвечивание сегментов при формировании соответствующих знаков, которые указаны цифрами с черточкой сверху (уровень логического «0») над ними (фиг.9а).
Z1-Z4
Z1-Z4
На основании гашения и высвечивания сегментов при формировании цифровых знаков построчно записаны в цифровом виде (фиг.9б) сигналы позиций () 4-позиционного кода с уровнем логической «1» и с уровнем логического «0». Соответствие сигналов позиций 4-позиционного кода () и сигналов, поступающих на верхние сегменты индикатора (А, В, G, F) с уровнем логической «1» (гашение - цифровая запись без черточки сверху) и уровнем логического «0» (высвечивание - цифровая запись с черточкой сверху), отображено на фиг.9а и фиг.9б.
Z1-Z4
Для лучшего освоения цифровых записей на выходных выводах структурной схемы преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код в таблицу №6 (фиг.9в) занесены позиции () четырехпозиционного кода с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» и соответствующие им сигналы управления 4-позиционным верхним форматом индикатора HG1 в цифровом виде:
3. с уровнем логической «1» (без черточки сверху над цифрой - гашение элемента индикатора при формировании соответствующего знака, обозначенного этой цифрой);
4. с уровнем логического «0» (с черточкой сверху над цифрой - высвечивание элемента индикатора при формировании соответствующего знака, обозначенного этой цифрой).
Фиг.10. Приведена структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код (Z1-Z4), построенная на основании цифрового метода. На фиг.10б дополнительно приведена структурная схема устройства для индикации с масштабированием сегментного знака при управлении четырьмя (G, С, D, Е) нижними элементами (фиг.10в) индикатора HG1 с выходов (Z1-Z4) преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 4-позиционный код (DD2).
Z1-Z4
Z1-Z4
Фиг.11. Приведена структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код (), построенная на основании цифрового метода. На фиг.11б дополнительно приведена структурная схема устройства для индикации с масштабированием сегментного знака при управлении четырьмя (А, В, G, F) верхними элементами (фиг.10в) индикатора HG1 с выходов () преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 4-позиционный код (DD3).
Фиг.12. Приведена структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код управления всеми (А, В, С, D, Е, F, G) элементами индикатора (фиг.12а), построенная на основании цифрового метода, которая отличается от структурной схемы преобразователя кода, представленной на фиг.5а, наличием разделительных диодов и дополнительным входом управления U1.
Разделительные диоды исключают влияние выходных сигналов трех одновременно работающих преобразователей кода друг на друга.
В рабочем режиме сигнал U1 с уровнем логической «1» (разрешение) поступает на информационные входы тех логических элементов И-НЕ (I, К, L, M, N, О, Р) преобразователя кода, на выходах которых (1-7) уже сформирован сигнал управления (Y1-Y7) элементами (А, В, С, D, Е, F, G соответственно) индикатора.
Z1-Z4
На два других преобразователя кода (в четырехпозиционные коды управления нижними и верхними элементами индикатора) поступают сигналы U2 и U3 с уровнем логического «0» (запрещения). На выходах (Z1-Z4 и ) этих преобразователей кода (фиг.13а, фиг.14а) устанавливается уровень логической «1», не оказывающий влияние на выходные сигналы Y1-Y7 (фиг.12а) управления элементами (А, В, С, D, Е, F, G соответственно) индикатора.
Фиг.13. Приведена структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код нижними (G, С, D, Е) элементами управления индикатора (фиг.13а), построенная на основании цифрового метода, которая отличается от структурной схемы преобразователя кода, представленной на фиг.10а, наличием разделительных диодов и дополнительным входом управления U2.
Разделительные диоды исключают влияние выходных сигналов трех одновременно работающих преобразователей кода друг на друга.
В аварийном режиме сигнал U2 с уровнем логической «1» (разрешение) поступает на информационные входы тех логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) преобразователя кода, на выходах которых (8-11) уже сформирован сигнал управления (Z1-Z4) нижними элементами (G, С, D, Е соответственно) индикатора.
Z1-Z4
На два других преобразователя кода (в семипозиционный и четырехпозиционный коды управления верхними элементами индикатора) поступают сигналы U1 и U3 с уровнем логического «0» (запрещения). На выходах (Y1-Y7 и ) этих преобразователей кода (фиг.12а, фиг.14а) устанавливается уровень логической «1», не оказывающий влияние на выходные сигналы Z1-Z4 (фиг.13а) управления элементами (G, С, D, Е соответственно) индикатора.
Фиг.14. Приведена структурная схема преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код управления верхними (А, В, G, F) элементами индикатора (фиг.14а), построенная на основании цифрового метода, которая отличается от структурной схемы преобразователя кода, представленной на фиг.11а, наличием разделительных диодов и дополнительным входом управления U3.
Разделительные диоды исключают влияние выходных сигналов трех одновременно работающих преобразователей кода друг на друга.
J, U, V, W
Z1-Z4
В аварийном режиме сигнал U3 с уровнем логической «1» (разрешение) поступает на информационные входы тех логических элементов И-НЕ () преобразователя кода, на выходах которых (12-15) уже сформирован сигнал управления () элементами (А, В, G, F, соответственно) индикатора.
Z1-Z4
На два других преобразователя кода (в семипозиционный и четырехпозиционный коды управления нижними элементами индикатора) поступают сигналы U1 и U2 с уровнем логического «0» (запрещения). На выходах (Y1-Y7 и Z1-Z4) этих преобразователей кода (фиг.12а, фиг.13а) устанавливается уровень логической «1», не оказывающий влияние на выходные сигналы  (фиг.14а) управления элементами (А, В, G, F соответственно) индикатора.
Фиг.15. Приведена структурная схема устройства для индикации с масштабированием сегментного знака, в которой управление элементами одного и того же индикатора HG1 осуществляется от трех управляемых преобразователей двоично-десятичного кода 8-4-2-1:
1. в семипозиционный код (DD1) управления всеми (А, В, С, D, Е, F, G) элементами индикатора (фиг.15а);
2. в четырехпозиционный код (DD2) управления нижними (G, С D, Е) элементами индикатора (фиг.15б);
3. в четырехпозиционный код (DD3) управления верхними (А, В, G, F) элементами индикатора (фиг.15в).
Фиг.16. Приведена часть структурной схемы многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный и четырехпозиционный коды (фиг.18), которая относится к преобразованию в четырехпозиционный код управления нижними (фиг.16а) элементами индикатора.
Приведен фрагмент структурной схемы преобразования двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код (фиг.16а), входящий в состав многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный и 4-позиционные коды (фиг.18).
Входные информационные сигналы выходных логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) преобразования двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код (фиг.16а), на выходах которых (Z1-Z4) уже сформирован сигнал управления (8-11) нижними (G, С, D, Е соответственно) элементами индикатора, остаются без изменения (см. фиг.13а).
Из структурной схемы преобразователя (фиг.13а) удалены логические элементы (А*, В*, Е*, G*, Н*). Вместо них использованы выходные сигналы с выходов логических элементов И-НЕ (В, С, Е - выделены серым фоном) структурной схемы преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код (фиг.12а, фиг.18). В структурную схему преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 4-позиционный код (фиг.16а) включен дополнительный логический элемент И-НЕ (Q), на выходе (Z1) которого формируется сигнал (8) гашения элемента G при формировании знаков 2 и 6 (фиг.16б, фиг.16в) из нижних элементов индикатора.
Фиг.17. Приведена часть структурной схемы многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный и четырехпозиционный коды (фиг.18), которая относится к преобразованию в четырехпозиционный код управления верхними (фиг.17а) элементами индикатора.
Приведен фрагмент структурной схемы преобразования двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код (фиг.17а), входящий в состав многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный и 4-позиционные коды (фиг.18).
J, U, V, W
Z1-Z4
Входные информационные сигналы выходных логических элементов И-НЕ () преобразования двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код (фиг.17а), на выходах которых () уже сформирован сигнал управления (12-15) верхними (А, В, G, F соответственно) элементами индикатора, остаются без изменения (см. фиг.14а).
Z1
Из структурной схемы преобразователя (фиг.14а) удалены логические элементы (А*, В*, Е*, G*, Н*). Вместо них использованы выходные сигналы с выходов логических элементов И-НЕ (В, С, Е - выделены серым фоном) структурной схемы преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код (фиг.12а, фиг.18). В структурную схему преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в 4-прзиционный код (фиг.17а) включен дополнительный логический элемент И-НЕ (Q), на выходе () которого формируется сигнал (12) гашения элемента А при формировании знаков 2 и 6 (фиг.17б, фиг.17в) из верхних элементов индикатора.
Фиг.18. Приведена структурная схема многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код (управление всеми элементами индикатора) и четырехпозиционные коды (управления верхними и нижними элементами индикатора).
В преобразовании двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный код участвуют логические элементы И-НЕ (А, В, С, D, Е, F, G, Н) и логические элементы И-НЕ (I, К, L, M, N, О, Р), на выходах (Y1-Y7) которых формируются сигналы гашения элементов индикатора (А, В, С, D, Е, F, G соответственно).
Сигналы гашения (Y1-Y7) с уровнем логической «1» на выходах логических элементов И-НЕ (I, К, L, M, N, О, Р), представленные комбинацией цифр без черточки над ними, указывают, при формировании каких цифровых знаков осуществляется гашение элементов (А, В, С, D, Е, F, G) индикатора. Выходные выводы многофункционального преобразователя 1-7 при поступлении сигнала с уровнем логической «1» на управляемый вход его U1 подключаются к элементам (А, В, С, D, Е, F, G) индикатора. На двух других управляемых входах многофункционального преобразователя (U2, U3) присутствует уровень логического «0».
В преобразовании двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код (управление нижними элементами индикатора) участвуют логические элементы И-НЕ (А, В, С, Е, F), логические элементы И-НЕ (Q, D*, С*, F*) и логические элементы И-НЕ (J, U, V, W), на выходах (Z1-Z4) которых формируются сигналы гашения элементов индикатора (G, С, D, Е соответственно).
Сигналы гашения (Z1-Z4) с уровнем логической «1» на выходах логических элементов И-НЕ (J, U, V, W), представленные комбинацией цифр без черточки над ними, указывают, при формировании каких цифровых знаков осуществляется гашение элементов (G, С, D, Е) индикатора.
Выходные выводы многофункционального преобразователя 8-11 при поступлении сигнала с уровнем логической «1» на управляемый вход его U2 подключаются к нижним элементам (G, С, D, Е) индикатора. На двух других управляемых входах многофункционального преобразователя (U1, U3) присутствует уровень логического «0».
J, U, V, W
Z1-Z4
В преобразовании двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в четырехпозиционный код (управление верхними элементами индикатора) участвуют логические элементы И-НЕ (А, В, С, Е, F), логические элементы И-НЕ (Q, D*, С*, F*) и логические элементы И-НЕ (), на выходах () которых формируются сигналы гашения элементов индикатора (А, В, G, F соответственно).
Z1-Z4
J, U, V, W
Сигналы гашения () с уровнем логической «1» на выходах логических элементов И-НЕ (), представленные комбинацией цифр без черточки над ними, указывают, при формировании каких цифровых знаков осуществляется гашение элементов (А, В, G, F) индикатора.
Выходные выводы многофункционального преобразователя 12-15 при поступлении сигнала с уровнем логической «1» на управляемый вход его U3 подключаются к верхним элементам (А, В, G, F) индикатора. На двух других управляемых входах многофункционального преобразователя (U1, U2) присутствует уровень логического «0».
Сигналы управления U1, U2, U3 многофункционального преобразователя кода формируются преобразователями уровня, настроенными на рабочий диапазон измеряемого сигнала (U1), аварийный - при снижении уровня сигнала ниже рабочего диапазона измеряемого сигнала (U2) и аварийный - при увеличении уровня сигнала выше рабочего диапазона измеряемого сигнала (U3).
Цифровая запись сигналов с уровнем логической «1» и уровнем логического «0» способствует наглядному прохождению того или иного сигнала от входа до выхода преобразователя кода.
Фиг.19. В таблице №7 (фиг.19а) показано гашение и высвечивание элементов индикатора:
А, В, С, D, Е, F, G, Н - при управлении от сигналов семипозиционного кода (Y1-Y7);
G, С, D, Е - при управлении от сигналов четырехпозиционного кода (Z1-Z4) нижними элементами индикатора;
Z1-Z4
А, В, G, F - при управлении от сигналов четырехпозиционного кода () верхними элементами индикатора.
По таблице №7 (фиг.19а) видно, что количество выходных выводов многофункционального преобразователя двоично-десятичного кода 8-4-2-1 в семипозиционный и четырехпозиционные коды, связывающие его с элементами индикатора (фиг.19б), по сравнению с прототипом (фиг.1а) не изменилось.
Фиг.20. Структурная схема устройства для индикации с масштабированием сегментного знака, на которой показаны элементы семисегментного индикатора красного и зеленого цвета свечения.
Литература
1. Яблонский Ф.М. и Троицкий Ю.В. Средства отображения информации. М.: Высшая школа. 1985 г.
2. В.С. Гутников. Интегральная электроника в измерительных приборах. Л.: Энергия. 1974 г.
3. Справочник по интегральным микросхемам. Под редакцией Тарабрина Б.В. М.: Энергия. 1980 г.
4. Н.И. Вуколов, А.Н. Михайлов. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. М.: Радио и связь. 1987 г.
5. Алиев Т.М., Вигдоров Д.И. Кривошеев В.П. Системы отображения информации. М.: Высшая школа. 1988 г.
6. Васерин Н.Н., Дадерко Н.К., Прокофьев Г.А. Применение полупроводниковых индикаторов. Под ред. Е.С. Липина. М.: Энергоатомиздат. 1991 г.
7. Б.А. Калабеков, И.А. Мамзелей. Цифровые устройства, микропроцессорные системы. М.: Радио и связь. 1987 г.
8. «Энциклопедический Фонд России»: www.rassika.ru - П - Преобразователь кода. Автор Патраль А.В.
9. Патент №2037886 на изобретение «Устройство для индикации», выдан 19 июня 1995 года. Приоритет изобретения 19 февраля 1992 года. Заявка №5037630. Автор Патраль А.В.