Multiplexové řízení maticově-znakových zobrazovačů

Charakteristika

Pro aplikace, kde je potřeba zobrazovat více znaků (např. delší, přesnější číslo, text hlášení a pod.) narůstá u přímého řízení maticových zobrazovačů s dekodérem počet vodičů, které je nutno použít k přenosu dat směrem k jednotlivým zobrazovačům. Řešením pro tuto situaci je použití společné sběrnice pro přenos dat a tyto data multiplexovat. V tomto případě se počet propojovacích datových vodičů v závislosti na počtu zobrazovačů již nenavyšuje, pouze se přidávají řídící signály pro zápis hodnoty na pozici.

Multiplexové řízení pracuje se skupinou společných vodičů (DATA) jejichž stav v jednom časovém okamžiku představuje jednu konkrétní informaci o stavu (například kódu znaku). Platnost této informace je potvrzována vzorkovacím signálem STROBE, zpravidla s jeho náběžnou hranou. Provoz displejů v multiplexovým řízením je principiálně statický, protože aktualizaci zobrazení (REFRESH) je potřeba provádět pouze při změně zobrazované hodnoty.

Multiplexové řízení

V porovnání s multiplexovým řízením segmentových zobrazovačů, vyhovuje maticovým zobrazovačům pouze jeden případ.

Varianta A

Společnou sběrnici zde tvoří DATA 0-7 o šířce 8 bitů, která vyhovuje zobrazování znaků rozšířené ASCII tabulky. Na této sběrnici je postupně generována informace (kód) pro jednotlivé zobrazovače. Platnost informace (DATA) pro konkrétní pozici zobrazovače je potvrzena impulsem na jednom ze signálů STROBE (0-3), kdy se tato informace zapíše pomocné záchytné paměti (LATCH), kde setrvá až do dalšího zápisového impulsu. Informace je dále z paměti přivedena ke znakovému generátoru, který zajistí rozsvícení správných bodů matice zobrazovače, podle přijaté informace (kódu). Příklad pro toto řešení s použitím 4 zobrazovačů je uveden na obrázku 2a.

Obrázek 2a
Řízení se společnou sběrnicí, varianta A.

Pro zobrazení desetinné tečky a dalších znaků je nutno pamatovat na to, že tyto se zobrazují jako samostatný znak.

Pro požadovanou funkčnost je nutno dodržet správný sled generování informace na signálech DATA pro jednotlivé pozice a správné časování zápisových impulsů STROBE, které je uvedeno dále.

Shrnutí

Programová obsluha

Programová obsluha pro řízení se společnou sběrnicí je principiálně shodná s řízením segmentových zobrazovačů. V systému je potřeba postupně vybírat z řetězce jednotlivé znaky a jejich kód předávat na výstupy systému a platnost po ustálení dat na výstupu ze systému potvrdit krátkým impulsem signálu STROBE 0-3 podle toho, na jaké pozici zobrazovače se má informace zobrazit viz obrázek 2.

Obrázek 2
Řízení postupného zápisu.

Aplikace (užití)

Víceznakové řádkové displeje

Pro zobrazovaných většího počtu znaků znaků je vhodné použít právě multiplexové řízení. Počet datových signálů již s nárůstem počtu zobrazovaných pozic nenarůstá, narůstá pouze počet potřebných řídících signálů STROBE. Signály STROBE můžeme redukovat s použitím dekodéru pro určení pozice znaku. Mezi zdrojem signálu STROBE (výstupy ze systému) a záchytnou pamětí (LATCH) se nebude přenášet konkrétní jednobitová informace, ale bude se přenášet ADRESA pozice znaku (číslo pozice znaku v binární podobě dvojkové soustavy), pro který jsou data určena. Dekódování se pak provádí přímo u zobrazovačů s potvrzením zápisu jedním společným zdrojovým signálem STROBE, který je podle adresy pozice znaku dekódován na STROBE 0-7. Příklad tohoto zapojení řízení pro zobrazování 8 znaků je uveden na obrázku 3.

Obrázek 3
Zapojení 8 kusů maticových zobrazovačů v multiplexovém řízení s redukcí řídících signálů.

Časový diagram zápisu dat je uveden na obrázku 4.

Obrázek 4
Časový diagram řízení postupného zápisu.

Před generováním signálu STROBE je nutno vytvořit malé zpoždění t_D-STR tak, aby před jeho příchodem došlo k ustálení stavu na signálech DATA i na adresových signálech znaku.

Programová obsluha

Programová obsluha se v principu neliší od případů uvedených v předchozím případě, tedy separace kódu jednotlivých znaků a jejich postupného potvrzování signálem STROBE s programovou obsluhu zobrazování a sestavení pořadí znaků. Praktické je i využití kódové tabulky ASCII. Následně je popsán princip pro jednořádkový displej s 8 znaky, pouhou úpravou délky obsluhované paměťové oblasti je možno obsluhovat 16 znaků na řádku a vícenásobným opakování obsluhovat víceřádkové displeje.

V paměťové oblasti systému si vyhradíme paměťovou oblast komplexního datového typu STRING potřebné délky nebo elementární vektor potřebné velikosti typu CHAR. Vlastní zobrazované znaky jsou v tomto případě dvojího typu: statické a dynamické (proměnná hodnota). Nejprve si připravíme statické znaky: na první znakovou pozici uložíme znak T (teplota), na předposlední pozici zapíšeme znak ° (stupeň) a na poslední pozici znak C (celsius). Pozice 2 až 6 využijeme pro zobrazení dynamické hodnoty (proměnná), kterou získáme konverzí reálného čísla na znakový řetězec (string). Tuto konvertovanou hodnotu ale nemůžeme do vyhrazené paměťové oblasti přenést přímo ale musíme zjistit přítomnost znaménka mínus (pokud je hodnota kladná doplnit mezeru nebo znak plus), odstranit (oříznout) hodnoty setin a další. Teprve takto upravenou hodnotu na 5 znaků je možno vložit do vyhrazené oblasti na 2-6 pozici. Takto připravený obsah vyhrazené paměťové oblasti můžeme přenést na displej.

Víceřádkové displeje

Pokud máme vyřešeno řízení víceznakového řádkového displeje, můžeme tento princip aplikovat i na displeje s více řádky. Uvažme případ displeje tvořeného 8 řádky po 16 znacích, tedy celkem 128 znaků. Jednoduchý princip je "protažení" počtu zobrazovaných znaků na potřebný počet a jednotlivé řádky vytvořit prostým "zalomením" do dalšího řádku. Z hlediska funkčnosti a obsluhy zobrazování se nic nemění, bude potřeba 8 signálů pro DATA + 128 signálů STROBE.

Efektivnějším způsobem je organizovat zobrazovače do matice, v našem případě 8 řádků x 16 sloupců. Pro řízení zůstane zachováno 8 bitů pro DATA ale původních 128 signálů STROBE bude reorganizováno do matice. Pro řízení je nutno moduly zobrazovačů doplnit o další vstup EN (ENABLE), který logickém v součinu (AND) s vstupem STR (STROBE) bude vytvářet zápisový impuls pro uložení zobrazovaných dat v paměti. Tímto způsobem bude počet signálů v matici redukován na 8x řádek (EN) + 16x sloupec (STR) + 8x DATA, tj. pouze 32 signálů oproti původním 128x (STROBE) + 8x (DATA) signálů předchozího případu. Při redukci signálů ENABLE a STROBE pro řádky a sloupce, s použitím dekodéru, se počet řídících signálů sníží na 3x řádek + 4x sloupec + 1x STROBE + 8x DATA, tj. přijatelných 16 signálů. Princip maticového uspořádání je znázorněn na obrázku 5.

Obrázek 5
Víceřádkový displej 16x16 v maticovém uspořádání.

Realizace zapojení v matici pracuje s principem logického součinu (AND) v místě křížení signálu řádku (EN) a sloupce (STR), tedy informace na signálech DATA bude uložena do paměti daného znaku právě v případě, že oba jsou aktivní.

Adresování sloupců a řádků je lineární, tedy jednotlivé bity adresy sloupců i řádků tvoří posloupnost binárního čísla dvojkové soustavy. Rozdělení adresování na sloupce a řádky je efektivní pro programové řízení, kdy je potřeba znaky přepisovat střídavě (na přeskáčku) nebo průběžně měnit informace o čase, kdy ostatní zobrazené informace jsou převážně statické.

Programová obsluha

Programová obsluha se v principu neliší od případů uvedených v předchozím případě, tedy separace kódu jednotlivých znaků a jejich postupného potvrzování signálem STROBE s programovou obsluhu zobrazování a sestavení pořadí znaků.

Přenos zobrazované informace zahájíme nastavením pomocného ukazatele na první znak (pozice 0), konkrétně adresa řádku = 0, adresa sloupce = 0 a zápisový signál STROBE = log.0. Nastavíme kód znaku na signály DATA a potvrdíme krátkým impulsem signálu STROBE = log.1. Následně zvýšíme ukazatel adresy sloupce a postup opakujeme až na konec řádku. Po zápisu posledního znaku na řádku, tj. sloupec 15 zvýšíme ukazatel řádku na hodnotu 1 a ukazatel sloupců na hodnotu 0 a celý cyklus opakujeme. Pokud plocha displeje zobrazuje statické informace, postačí tento cyklus opakovat jednou, pokud nedojde ke změně. V případě, že některá informace je dynamická, např. čas, postačí s vhodným nastavení adresy řádku a sloupce aktualizovat pouze část obsahu displeje.