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 конденсатор и подключены соответственно к выводам «+» и «-» двухполупериодного диодного выпрямителя, выводы переменного напряжения которого через трансформатор подключены к питающей сети, дополнительно введены переменный резистор и второй источник стабилизированного напряжения, вход «+» которого подключен к выходу «+» первого источника стабилизированного напряжения, а 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 (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.
Схема индикатора (фиг. 1) содержит трансформатор 1, двухполупериодный диодный выпрямитель 2, конденсатор 3, первый 4 и второй 5 источники стабилизированного напряжения, n (где n≥1 - число десятичных разрядов многоразрядного индикатора) семисегментных индикаторов 6-7 на светодиодах 8 с общим анодом, n информационных входов 9-10, являющихся информационными входами n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код, переменный резистор 13, каждый выход n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код соединен соответственно с катодами светодиодов 8 соответствующих семисегментных индикаторов 6-7, выводы питания n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код объединены между собой и подключены к выходу «+» первого источника 4 стабилизированного напряжения, входы «+» и «-» которого соединены через конденсатор 3 и подключены соответственно к выводам «+» и «-» двухполупериодного диодного выпрямителя 2, выводы переменного напряжения которого через трансформатор 1 подключены к питающей сети, вход «+» второго источника 5 стабилизированного напряжения подключен к выходу «+» первого источника 4 стабилизированного напряжения, а выход «+» второго источника 5 стабилизированного напряжения связан с общими анодами светодиодов 8 n семисегментных индикаторов 6-7, выходы «+» и «-» второго источника 5 стабилизированного напряжения связаны между собой через переменный резистор 13, подвижный вывод которого соединен с управляющим входом второго источника 5 стабилизированного напряжения.
Рассмотрим работу индикатора (фиг. 1).
На входные зажимы 9-10 индикатора подается многоразрядная цифровая информация в двоично-десятичном коде 8-4-2-1.
На выходах дешифраторов 11-12 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], с. 439, табл. 23.5).
Двоично-десятичные семисегментные дешифраторы 11-12, выпускаемые фирмой Texas Instruments в виде интегральных схем (ИС) типа SN74247 (отечественный аналог - ИС типа К514ИД2 [6]), имеют выходы с открытым коллектором и предназначены для управления семисегментными индикаторами 6-7 на светодиодах 8 с общим анодом.
i
Набор цифр Z, подаваемых на входы 9-10 цифрового индикатора (фиг. 1), отображаются на семисегментных индикаторах 6-7 в соответствии с их значениями, приведенными в табл. 1.
Например, на входы 9-10 цифрового индикатора подается число 456 (при n=3). В этом случае ко входам 9-10 приложены, соответственно, двоично-десятичные коды 0100, 0101 и 0110; на выходах двоично-десятичных семисегментных дешифраторов 11-12, соответственно, появляются коды 1001100, 0100100 и 0100000.
p1
p1
Нулю на выходе одного из дешифраторов 11-12 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 11-12 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.
a
a
Дешифратор 12 старшего десятичного разряда работает следующим образом. Коду на его выходе 1001100 соответствует излучающее состояние сегментов b, c, ƒ, g и погашенное состояние сегментов , d, е. Сегменты , d - это верхний и нижний сегменты, е - левый нижний сегмент. Следовательно, на индикаторе 7 старшего разряда индицируется десятичная цифра «4» и т.д.
Для питания схемы индикатора используются трансформатор 1, который понижает переменное напряжение сети 220 В до необходимого уровня, двухполупериодный диодный выпрямитель 2, преобразующий переменное напряжение в постоянное, конденсатор 3, сглаживающий выходное напряжение выпрямителя 2, и первый 4 и второй 5 источники стабилизированного напряжения.
Первый источник 4 стабилизированного напряжения подает на выводы питания n дешифраторов 11-12 из двоично-десятичного кода в семисегментный код постоянное номинальное напряжение (для большинства интегральных схем это 5 В).
С помощью переменного резистора 13 устанавливается тот уровень выходного напряжения второго источника 5 стабилизированного напряжения, который задает необходимый ток через светодиоды семисегментных индикаторов 6-7, обеспечивающий наиболее приемлемую яркость свечения светодиодов 8.
Падение напряжения на светодиодах 8 различных типов и различных производителей в рабочем диапазоне тока составляет 1,5-2,1 В. Это напряжение и устанавливается на выходе второго источника 5 стабилизированного напряжения.
Преимуществом предлагаемого индикатора по сравнению с аналогами является его упрощение, а также снижение расхода электроэнергии за счет исключения ограничивающего резистора из схемы индикатора.
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. Патент на полезную модель 81364 РФ, МПК G09G 3/14, G09G 3/32. Светодиодный индикатор (варианты) - №2008134655/22; заявл. 25.08.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. №7.\
6. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. В 12 т. Т 4. - М.: КубК-а, 1997. - С. 106-114.