Блоками цифровой индикации мы условно называем важнейшие части и узлы измерительных и контролирующих приборов, электронных часов и многих других приборов и устройств с визуально наблюдаемой цифровой информацией. Их образуют дешифраторы - специальные микросхемы, преобразующие (дешифрирующие) логическое кодовое состояние предшествующих им счетчиков импульсов в сигналы десятичной системы, и знакосинтезирующие индикаторы - электронные приборы, отображающие информацию. Один дешифратор и соответствующий ему один знакосинтезирующий индикатор образуют одноразрядный блок цифровой индикации.

Что собой представляют и как работают знакосинтезирующие индикаторы? Из всего разнообразия индикаторов, отображающих логические состояния счетчиков импульсов, наибольшую популярность у радиолюбителей-конструкторов получили газоразрядные цифровые индикаторы, каждый элемент у которых представляет собой самостоятельную цифру, и семиэлементные индикаторы, цифры в которых образуются различным сочетанием светящих элементов-полос.

Внешний вид, цоколевка и условное графическое обозначение одного из газоразрядных индикаторов серии ИН - индикатора ИН8 - показаны на рис. 1.

Рис. 1 Газоразрядный индикатор ИН8

В стеклянном баллоне, наполненном неоном (наполнение обозначают черной точкой), на тонких металлических стойках размещены одна за другой (пакетом) проволочные электроды в форме цифр от 0 до 9. Эти электроды - катоды индикатора, которые обозначают на схеме небольшими кружками с выводами от них. Форму н размеры цифр делают такими, чтобы те из них. которые находятся впереди, возможно меньше перекрывали собой расположенные сзади.

Функцию анода выполняет тонкая сетка, размещенная перед пакетом цифр, через которую, хорошо видно свечение всех катодов цифр. От всех катодов и анода сделаны гибкие проволочные выводы, нумерация которых идет в направлении движения часовой стрелки (если смотреть на них со стороны дна баллона), как показано на рис. 1,б. Другой вариант схемного обозначения индикатора представлен на рис. 1,в.

Принцип действия такого индикатора следующий. На анод подают довольно большое напряжение (около 200 В) от плюсового вывода источника постоянного тока. При подключении к минусовому выводу источника одного из катодов вблизи этого катода возникает тлеющий электрический разряд, оранжево-красное свечение которого повторяет форму включенного знака цифрового индикатора.

В блоке цифровой индикации подключение катодов-цифр к общему (минусовому) проводнику источника питания устройства выполняет дешифратор. Примером может служить блок, собранный по схеме на рис. 2. Его образуют дешифратор DD1 и газоразрядный индикатор HG1.

Рис. 2 Опыт с газоразрядным индикатором

Микросхема К155ИД1 представляет собой двоично-десятичный дешифратор с "высоковольтным" выходом, т. е. рассчитанным на совместную работу с цифровым газоразрядным индикатором. У дешифратора четыре адресных входа, которые подключают непосредственно к выходам счетчика, работающего в весовом коде 1-2-4-8, и десять выходов, которые соединяют с катодами цифрового индикатора. Дешифратор преобразует выходные сигналы счетчика в сигналы кода десятичной системы счисления, которые включают свечение соответствующих катодов-цифр индикатора.

Монтаж и опытную проверку деталей и устройства в целом ведите в такой последовательности. Сначала укрепите на макетной плате только газоразрядный индикатор ИН8, предварительно надев на его проволочные выводы изолирующие ПВХ трубки. Рядом смонтируйте диод VD1, выполняющий в блоке функцию однополупериодного выпрямителя, питающего анодную цепь индикатора, и резистор R1, ограничивающий ток в этой цепи. Источником переменного напряжения может быть непосредственно электроосветительная сеть, но лучше, с точки зрения электробезопасности, использовать для этой цели вторичную обмотку сетевого трансформатора блока питания лампового радиовещательного приемника. Один из выводов обмотки подключите к аноду диода VD1, а к другому подпаяйте отрезок провода в резиновой или поливинилхлоридной изоляции. Свободный конец провода зачистите от изоляции и, включив трансформатор в электросеть, касайтесь им поочередно выводов 10, 1, 2, 3 и т. д. до вывода 9 индикатора. При этом в такой же последовательности должны светить цифры 0, 1, 2, .... 9. Проверку проводите с особой осторожностью, чтобы не попасть под высокое напряжение.

Затем на макетной панели смонтируйте дешифратор К155ИД1 и соедините его выходные выводы с соответствующими входными выводами индикатора. Получится одноразрядный блок цифровой индикации. Включите источники питания (постоянного и переменного тока) и, соблюдая осторожность, подайте на все четыре соединенные вместе входы дешифратора напряжение низкого уровня. В индикаторе должна светить цифра 0. Далее сигнал низкого уровня подайте поочередно на соединенные между собой выводы 4, 7 и 6; 4, 7 и 3; 4 и 7; 4, 6 и 3; 4 и 6; 4 и 3; 4; 7, 6 и 3; 7 и 6. Неназванные выводы оставляйте свободными, что эквивалентно подаче на них напряжения высокого уровня. Индикатор должен индицировать последовательно цифры от 1 до 9.
Так, имитируя двоичный код на адресных входах дешифратора, вы испытаете в действии блок цифровой индикации, пригодный для работы в приборах и устройствах на микросхемах серии К 155.

Опытную проверку блока цифровой индикации можно продолжить. Например, разместить на плате еще счетчик К155ИЕ2 и соединить его выходы с соответствующими адресными входами дешифратора. После этого надо подать на вход С1 счетчика от генератора серию импульсов, следующих с частотой 1 ... 3 Гц. Как на это должен реагировать индикатор? Индицировать циклично цифры от О до 9. Да, одноразрядный счетчик импульсов считает до 9, переполняется и тут же начинает с 0 отсчитывать следующую десятку входных импульсов.

Можно ли в таком блоке использовать другие газоразрядные индикаторы серии ИН? Разумеется, можно. Например, ИН8-2 или ИН14. Но у них несколько иная цоколевка. В индикаторе ИН8-2, кроме известных нам цифр, имеется знак разделительная запятая, а в индикаторе ИН14-два таких знака. Впрочем, распознать цоколевку этих индикаторов можно, не прибегая к справочной литературе. Дело в том, что через стеклянный баллон индикатора нетрудно рассмотреть внутренние стойки и выводы катодов-цифр и таким образом найти вывод анода. Если теперь на вывод этого электрода индикатора подать положительное напряжение, а другими выводами поочередно касаться отрицательного проводника того же источника постоянного (или пульсирующего) напряжения, то светящиеся цифры или другие знаки укажут вам на соответствующие им выводы индикатора. Это- тоже познавательный опыт.

Семиэлементные индикаторы, которые могут быть вакуумными или полупроводниковыми, объединяет принцип синтезирования знаков цифровой или буквенной информации. Эти знаки в каждом разряде образуют семь светящих элементов-полос, расположенных в виде прямой или слегка наклоненной вправо восьмерки. Стандартное обозначение элементов таких индикаторов и индицируемые ими цифры от 0 до 9 показаны на рис. 3.

Рис. 3 Элементы газразрядного индикатора

Как правило, индицирование того или иного знака происходит путем гашения ненужных для данного знака элементов. Так, например, для индицирования цифры 0 гасят только элемент g, для цифры 4 - элементы a, d и е.
Семиэлементные индикаторы позволяют также индицировать некоторые прописные (заглавные) буквы русского или латинского алфавита. Для индикации буквы А, например, надо погасить элемент d, для индикации буквы Б - погасить элемент b и т. д.

Внешний вид и варианты условного графического обозначения одного из вакуумных люминесцентных индикаторов серии ИВ-индикатора ИВ6 (или ИВЗА) показаны на рис. 4.

Рис. 4 Вакуумный люминесцентный индикатор ИВ6 (ИВЗА)

Индикатор представляет собой электронную лампу, содержащую катод - нить прямого накала, управляющую сетку, семь анодов-элементов знака, расположенных в одной плоскости, и еще один анод-разделительную точку. На нить накала (выводы 7 и 8) подают постоянное или пульсирующее напряжение 0,8... ...1,5 В (в зависимости от типа индикатора), на сетку (вывод 9) и аноды-элементы (выводы 1-6, 10)-постоянное напряжение 20... 25 В. Раскаленная нить накала испускает электроны, которые устремляются к положительно заряженной сетке, в большинстве своем пролетают сквозь нее и, бомбардируя аноды-элементы, заставляют светиться нанесенный на них слой люминофора.

На анод- разделительную точку (вывод 11) подают такое же, как на другие электроды индикатора, напряжение, но не через дешифратор, а от генератора импульсов. В электронных часах, например, такая точка, мигающая с частотой 1 Гц, отделяет показания минут текущего времени от показаний часов.

У индикатора ИВ6 (или ИВЗА) 12 гибких проволочных выводов, отсчет которых ведут по часовой стрелке (если смотреть на них снизу). Ключом для отсчета служит укороченный свободный вывод 12.

Практика показывает, что знаки индикаторов ИВ6 и ИВЗА достаточно ярко светят и при более низком напряжении на сетке и анодах-элементах. Поэтому радиолюбители часто используют их в конструкциях на микросхемах серии К176. Примером тому может стать узел цифровой индикации, схема которого показана на рис. 5.

Рис. 5 Узел цифровой индикации

В нем нить накала индикатора HG1 питается от одного элемента G1 с напряжением 1,5 В, а его сетка, аноды-элементы и микросхема DD1 -от батареи GB1 с напряжением 9 В. Анод-точка индикатора не используется, поэтому на схеме узла не показана.

Микросхема К176ИЕ4 (DD1) представляет собой объединенные в одном корпусе декадный счетчик импульсов (символ СТ2) и преобразователь (т. е. дешифратор) ее состояний в двоичном коде в сигналы управления семиэлементным индикатором (символ DC). Счетные импульсы подают на вход С. Справа - выходы а - g, соответствующие адресным входам а - g индикатора. Триггеры счетчика устанавливаются в нулевое состояние при подаче напряжения высокого уровня на вход R, что эквивалентно разрыву цепи (кнопкой SB1) между выводом 5 и общим проводом. Переключаются триггеры спадом положительных импульсов на входе С.

Во время работы устройства на выходах a-g счетчика-дешифратора формируются сигналы, обеспечивающие на индикаторе свечение цифр, соответствующих логическому состоянию счетчика. Выход Р (вывод 2) микросхемы - выход переноса, на котором спад импульса высокого уровня формируется в момент перехода счетчика из состояния 9 в состояние 0.
Проверить работоспособность такого блока цифровой индикации можно в том же порядке, как предыдущего блока. Сначала па макетной панели разместите только индикатор. На нить накала подайте напряжение от одного элемента 332 или 343, а на выводы сетки и анодов-элементов, соединив их вместе, - от двух батарей 3336. При этом должна светить цифра 8. Если теперь отключить вывод 1 индикатора, то цифра 8 превратится в 6. Так, обесточивая один за другим аноды-элементы индикатора, вы сможете синтезировать все цифры индикатора, а заодно уточнить его цоколевку.

Затем на макетной панели смонтируйте микросхему К176ИЕ4, соедините ее выходы с соответствующими выводами индикатора, вход S (вывод 6) -с общим проводом и подайте от генератора на вход С (вывод 4) импульсы, следующие с частотой 1 ... 2 Гц. Теперь индикатор будет последовательно циклами высвечивать цифры от 0 до 9. Для перевода показаний индикатора на нуль надо на вход R (вывод 5) микросхемы подать напряжение высокого уровня либо разорвать цепь между выводом 5 и общим проводом.

Полупроводниковый семиэлементный цифро-буквенный индикатор образуют 7 светодиодов, имеющих форму полос, которые, как и в вакуумных люминесцентных индикаторах, расположены в одной плоскости "восьмеркой"(рис. 6).

Рис. 6 Семиэлементный цифро-буквенный индикатор

Пропуская прямой ток через один или группу соответствующих светодиодов-элементов, получают светящееся изображение цифры или буквы.

По способу соединения электродов светодиодов и полярности включения питания различают индикаторы двух групп: с общим катодом и с общим анодом. У индикаторов первой группы соединены между собой катоды всех светодиодов (рис. 6, а), а у индикаторов второй группы - аноды всех светодиодов (рис. 6, б). Для управления индикаторами с общим катодом на входные (анодные) выводы подают напряжение положительной полярности, а для управления индикаторами с общим анодом - отрицательной полярности по отношению к общему проводу.

Конструкции полупроводниковых семиэлементных индикаторов весьма разнообразны. Для примера на рис. 7, а и б показаны внешний вид и условное графическое обозначение индикатора серии АЛ304. Индикаторы этой серии с буквенными индексами А, Б и В-с общим катодом, а с буквенными индексами ГиЖ-с общим анодом.

Рис. 7 Семиэлементный цифро-буквенный индикатор АЛ304

Размеры корпуса такого индикатора-5,3Х6,3 мм, размеры знака-2х3 мм, длина выводов-около 6 мм. Через прозрачный корпус нетрудно рассмотреть всю "начинку"индикатора и распознать его цоколевку.

Аналогичную конструкцию имеют и некоторые другие одноразрядные полупроводниковые семиэлементные индикаторы, например, серий АЛС312, АЛС320.

А на рис. 7, в изображена схема блока цифровой индикации, в котором используется индикатор АЛ304Б с общим катодом. Микросхема К514ИД1 (DD1) -дешифратор, предназначенный для совместной работы с семиэлементным индикатором с разъединенными анодами светодиодов. При поступлении на его входы сигналов от счетчика импульсов, работающего в коде 1-2-4-8, индикатор высвечивает логическое состояние счетчика.

Такой блок цифровой индикации может работать в конструкции на микросхемах серии К 155. Если в нем использовать индикатор с общим анодом, например, АЛ304Г, тогда дешифратор должен быть К514ИД2, рассчитанный на совместную работу именно с таким индикатором. Впрочем, если дешифратор этой серии заменить микросхемой К176ИЕ4, то такой блок цифровой индикации можно использовать для работы в устройствах без дополнительного дешифратора.

Теперь-коротко о многоразрядных индикаторах, наиболее широко используемых в микрокалькуляторах, электронных часах и многих других приборах и устройствах цифровой техники повышенной сложности. К их числу относятся, например, индикаторы серий АЛС311, АЛС339, АЛС348. Каждый из них состоит из пяти светодиодных индикаторов, подобных уже знакомым вам индикаторам серии АЛС304 (рис. 7, а), расположенных в корпусе "в строку". Элементы-аноды между собой не имеют никаких электрических связей, поэтому любой разряд, входящий в такой знакосинтезирующий прибор, может работать как самостоятельный одноразрядный семиэлементный индикатор.

Другой пример многоразрядного знакосинтезирующего прибора - вакуумный люминесцентный индикатор ИВЛ 1-7/5, внешний вид которого показан на рис. 8, а.

Рис. 8 Вакуумный люминесцентный индикатор ИВЛ

В его стеклянном корпусе размерами 130Х45 мм, с шестнадцатью гибкими пластинчатыми выводами, расположены "в строку"четыре семиэлементных люминесцентных индикатора-четыре разряда и две разделительные точки, образующие еще один разряд. В обозначении цифра 7 указывает на число элементов в полном разряде, а цифра 5-число разрядов. Катодом служат три нити накала, соединенные параллельно (выводы 1 и 16).

По принципу работы прибор подобен индикатору серии ИВ (см. рис. 4), но одноименные элементы индикаторов 1-го, 2-го, 4-го и 5-го разрядов соединены между собой в группы, и каждая группа имеет отдельный вывод. Сетки всех разрядов и разделительные точки К и Л 3-го разряда индикатора также имеют отдельные выводы.

Индикаторы ИВЛ 1-7/5 наиболее широко используют в промышленных и любительских электронных часах. Но для управления знакосинтезирующими элементами таких или подобных им многоразрядных индикаторов требуется так называемая динамическая система индикации.

На принципиальных схемах индикатор ИВЛ 1-7/5 изображают в виде таблицы, показанной на рис. 8,б Рассматриваемая ее, нетрудно разобраться, какой из выводов индикатора имеет отношение к тем или иным его элементам. Крайние выводы 1 и 16-выводы общего катода прямого накала, 2 и 10 - выводы разделительных точек К и Л третьего разряда, а 3, 6, 9, 11 и 14-самостоятельные выводы сеток пяти разрядов индикатора. Вывод 4 - общий вывод соединенных между собой элементов d, вывод 5 - элементов f, вывод 7-элементов и т.д.