Přímé řízení segmentových zobrazovačů

Charakteristika

Přímé řízení segmentů zobrazovačů přímo z řídícího systému je pro systém náročnější, jak programově tak s ohledem na počet nutných signálů, ale je do jisté míry variabilnější z hlediska možnosti vytvoření vlastního zobrazení znaku. Taktéž lze pro zjednodušení programu použit i vhodný hardwarový znakový generátor, který má znaky pevně předdefinované a je i úspornější na počet řídících signálů.

Jako přímé řízení jsou oba případy označeny proto, že konkrétními signály ovládáme svit konkrétních segmentů zobrazovače (znaku) a tyto signály nejsou použity pro jiné zobrazovače.

Přímé řízení segmentů

Mimo rozdělení segmentových zobrazovačů podle počtu segmentů, se zobrazovače s LED diodami dělí na dvě skupiny, podle toho, jsou-li LED diody v zobrazovači zapojeny se společnou anodou nebo se společnou katodou. Toto zapojení určuje způsob buzení segmentů, tedy přivedení napětí na segmenty nebo jejich uzemnění. Dvojí konstrukce vznikla vývojem podle potřeby řízení tak, aby nebylo nutno používat větší počet součástek, než je potřebné, též segmentové zobrazovače.

Přímé řízení (pro 7 segmentový zobrazovač) představuje způsob, kdy jsou jednotlivé segmenty ovládány přímo z řídícího systému, například výstupními digitálními periferiemi (spínaná kladná polarita) s použitím vhodného napěťového a proudového přizpůsobení (postačí omezovací odpor proudu) a zobrazovač se společnou katodou. Příklad zapojení pro 4 zobrazovače po 7 segmentech je uvedeno na obrázku 2. Při použití zobrazovače se společnou anodou je možno polaritu napájení a řízení obrátit.

Obrázek 2
Přímé řízení segmentů zobrazovačů.

V tomto případě se předpokládá, že segmenty budou rozsvěceny přivedením kladného napětí (+) po datových vodičích z řídícího systému, tedy jedná se o zobrazovače se společnou katodou, katody zobrazovačů na obrázku 2 uzemněny (-).

Ke každému zobrazovači se 7 segmenty je přivedeno 8 bitů, tedy 1 Byte, pro 4 zobrazovače je potom potřeba použít 4x8 bitů. Prakticky je 7 bitů každého Byte využito segmenty A-G (viz obrázek 2), což jsou segmenty tvořící znak a poslední bit je využit pro ovládání desetinné tečky, pokud je toto žádoucí.

Programový generátor znaků

Při tomto, přímém, způsobu řízení segmentů je zřejmé, že v programu musí být použit programový generátor znaků, který hodnotu požadovaného znaku k zobrazení převede na odpovídající kombinaci svitu segmentů.

Programová obsluha

Mimo programové obsluhy založené na generátoru znaků, která je z principu statická, je možná i dynamická obsluha segmentů. Primitivní formou této obsluhy je rozblikání znaku tím, že střídavě, ve vhodném intervalu zobrazujeme požadovaný znak střídavě se stavem, kdy jsou všechny segmenty zhasnuté. Dalším případem může být zobrazení "plovoucí čáry", kdy se tato pohybuje vodorovně nebo svisle nebo zobrazení "běžícího kolečka", kdy jsou například na dvou sousedních zobrazovačích zobrazovány segmenty ve tvaru "C", postupně rotovány o 90°.

Přímé řízení zobrazovačů s větším počtem segmentů

Přímé řízení pro zobrazovače s 9 segmenty se neliší od zobrazovačů se 7 segmenty, je vyžadováno použití dalších dvou bitů pro ovládání segmentů, a stejné rozšíření dat v programovém generátoru.

Přímé řízení pro zobrazovače s větším počtem segmentů (14, 16) je stále principiálně shodné jako pro zobrazovač se 7 segmenty, je ale potřeba použít další vodiče/signály pro řízení většího počtu segmentů. Podle počtu segmentů tyto pak podporují zobrazení většího počtu znaků, viz obrázek 1 v úvodu, a vyžadují relativně velkou kapacitu programového generátoru znaků a velký počet propojovacích vodičů odpovídající počtu segmentů.

Shrnutí

Přímé řízení s externím generátorem

Řízení s externím hardwarovým znakovým generátorem přináší úsporu v počtu použitých datových signálů, na kterých se přenáší informace pro zobrazení znaku a zjednodušuje programové řízení v tom smyslu, že řídící program neobsahuje znakový generátor (zbytečný) pro obsluhu segmentů zobrazovače. Řídící program pouze generuje kód - DATA (např. BCD) pro jednotlivé znakové pozice, která jsou přivedena na vstupy generátoru, a ten podle toho kódu aktivuje odpovídající výstupy (OUT) a tím i rozsvícení potřebných segmentů pro zobrazení znaku. Použití externího generátoru je vhodné tam, kde si vystačíme s předdefinovaným znaky. Příklad zapojení je uveden na obrázku 3. Na obrázku není vyznačena polarita napájení z toho důvodu, že podle volby provedení zobrazovače se přizpůsobí napájení a výstupy generátoru. Pro zobrazovač se společnou anodou je na volný vodič připojen na (+) a generátor přizemňuje rozsvěcované segmenty. Pro zobrazovač se společnou katodou je volný vodič připojen na (-) a generátor napájí rozsvěcované segmenty. V obou případech je eventuelně nutno provést napěťové přizpůsobení datových a řídících signálů pokud jejich zdroj používá jiné napětí než generátor.

Obrázek 3
Řízení zobrazovačů s generátorem (proudové omezovací odpory mezi generátorem a zobrazovačem nejsou zakresleny).

Oproti přímému řízení segmentů, jejich rozsvěcování zde zajišťuje znakový generátor kdy je na jeho vstupy (DATA) přiváděna informace v binárním tvaru o tom, jaký znak má být na segmentech zobrazen a tedy aktivovány výkonové výstupy (OUT) generátoru. V konkrétním případě mají data velikost 4 bity/zobrazovač, což je úspornější z hlediska počtu vodičů, ale je možno generovat pouze 16 předdefinovaných znaků.

Řízení desetinné tečky je nutno provádět samostatně, mimo znakový generátor.

Programová obsluha

Při zpracování v programu je potřeba číslo (např. teplota) vyjádřené v binárním tvaru převést na formát BCD, kdy funkce zajistí to, že na každé čtveřici bitů je vyjádřena jedna číslovka čísla ve formátu BCD. Tato čtveřice bitů (kód BCD) je přivedena na odpovídající vstupy znakového generátoru, který zajistí rozsvícení odpovídajících segmentů zobrazovače. Vzhledem k tomu, že systémy pracují minimálně s 8 bity, jako Byte, je potřeba zvolit vhodné zapojení datových signálů tak, aby jejich význam odpovídal bitům po konverzi binárního čísla na BCD. Toto výrazně ušetří programovou obsluhu zobrazování, např. bez prohazování dolních a horních bitů v Byte, maskování, rotaci a pod.

Mimo programové obsluhy založené na externím generátoru znaků, která je z principu statická, je možná i dynamická obsluha zobrazovačů. Primitivní formou této obsluhy je rozblikání znaku tím, že střídavě, ve vhodném intervalu zobrazujeme požadovaný znak střídavě se stavem, kdy jsou všechny segmenty zhasnuté. Nutnou podmínkou je, že generátor obsahuje jeden znak, který odpovídá stavu, kdy jsou všechny segmenty zhasnuty (standardně ale není, všechny pozice jsou obsazeny nějakým znakem). Alternativou k tomuto je využití vstupu EN generátoru, kterým je možno generátor vyblokovat (znaky zhasnou), případně tento vstup generátoru využít k řízení spotřeby.

Řízení s externím generátorem u zobrazovačů s větším počtem segmentů

Řízení pro zobrazovače s 9 segmenty se neliší od zobrazovače se 7 segmenty, je vyžadováno použití upraveného znakového generátoru s dalšími výstupy pro ovládání segmentů.

Řízení pro zobrazovače s větším počtem segmentů (14, 16) je stále principielně shodné jako pro zobrazovač se 7 segmenty. Podle počtu segmentů tyto pak podporují zobrazení většího počtu znaků, viz obrázek 1 v úvodu, a vyžadují použití odpovídajícího znakového generátoru podle počtu segmentů zobrazovače. Zároveň je podle počtu zobrazitelných znaků potřeba navýšit i počet datových vodičů, při použití pouze 4 bitů je k dispozici 16 znaků, minimum pro zobrazování číslic a textu (pouze velká písmena) je 5 bitů = 64 znaků, pro základní ASCII tabulku (včetně řídících znaků) je pak potřeba 7 bitů = 127 znaků a pro rozšířenou ASCII tabulku je potřeba 8 bitů = 256 znaků. Při použití rozšířené ASCII tabulky je nutno brát v úvahu kódování národních znaků.

Shrnutí