В основе матричного шифратора лежит матрица из проводников, в узлах которой находятся одиночные ОУ контактного или бесконтактного типа. Функциональная схема матричного шифратора показана на рис. 3.9. Принцип работы шифратора заключается в следующем. В исходном положении, когда не нажата ни одна клавиша, с горизонтальных выходов матрицы снимаются сигналы «единичного» уровня, формируемые с помощью резисторов R1...R8. Эти сигналы собираются сборкой СБ, на выходе которой получается сигнал «нулевого» уровня. Нажатие любой клавиши в таком состоянии не меняет уровней выходного сигнала. Для работы шифратора необходимо организовать последовательное сканирование вертикальных столбцов матрицы с помощью сигнала «нулевого» уровня.
Эта операция выполняется активным устройством путем последовательной подачи сигналов D1...D8. В этом случае при нажатии любой клавиши на входах матрицы получим код, в котором один из разрядов имеет «нулевое» значение, со сборки СБ снимется «единичный» сигнал «Гот.», который воспринимается исполнительным устройством как сигнал нажатия какой то клавиши. Исполнительное устройство считывает код с выходов матрицы, дополняет его входным кодом матрицы, получая, таким образом, промежуточный код нажатой клавиши.
+5в R1 “А”
&
 |
«ГОТ»
 | |||||
| | |||||
| | |||||
| | |||||
 | |||||
R8 “К”
 |
D0 Q0
D1 Q1
D2 Q2
D3 Q3
D4 Q4
D5 Q5
D6 Q6
D7 Q7
Рис. 1.15. Функциональная схема матричного шифратора клавиатуры.
Например, при нажатии клавиши «Р» с выходов матрицы снимется код 11110111, но только в том случае если на входе матрицы будет установлен код 11011111. Соединяя эти два кода, получим код: 1101111111110111, который и может служить адресом шифратора на ПЗУ или входом перекодировочной таблицы при программном преобразовании промежуточного кода. Как следует из принципа работы число клавиш в таких клавиатурах равно числу узлов матрицы, следовательно, при разрядности входов и выходов матрицы, равной 8 можно включить до 256 клавиш, что значительно превышает потребности УЧПУ. Однако число линий связи матричных клавиатур с исполнительными устройствами больше чем в линейных шифраторах. В приведенной на рис.4.10 схеме необходимое число линий связи составляет 17. Это число можно существенно сократить, если, например, для сканирования столбцов матрицы установить дешифратор 3х8, как показано на рис. 3.10. Число линий связи в этом случае сократится до 12. Существенным недостатком таких шифраторов является тот факт, что для его работы необходимо постоянно сканировать столбцы каким либо активным устройством: счетчиком с генератором тактовых импульсов, микропроцессором или основным вычислителем УЧПУ при наличии достаточных у него ресурсов.
 |  | ||||
 | |||||
R1
 |
.
. R8
 |
DS Q0
D0
D1
D2 Рис. 1.16. Фрагмент матричного
шифратора со встроенным
Q6
дешифратором столбцов.
Современные клавиатуры УЧПУ и компьютеров представляют собой автономные, функционально законченные блоки, соединяемые с УЧПУ с помощью каналов связи с минимальным числом сигнальных линий
Устройства индикации. (УИ).
Устройства индикации предназначены для отображения визуальной информации о состоянии управляемого оборудования и используемой оператором или наладчиком. Основными требованиями к УИ являются:
- надежность работы,
эффективность индикации ( размеры знаков, угол обзора, мощность излучения, цвет, КПД и т.д.),
объем одновременно индицируемой информации,
безопасность,
ремонтопригодность.
В настоящее время существует большое число индикаторов [ 1 ] , различающихся по принципу работы, конструктивному исполнению и другим параметрам. На рис. 3.17. приведена краткая классификация УИ, используемых в устройствах ЧПУ. УИ делятся на две группы: одиночные и групповые. Как и в случае с органами управления, к одиночным индикаторам относятся такие, в которых каждый светящийся элемент управляется с использованием отдельной сигнальной линии в канале связи индикатора с УЧПУ.
К групповым индикаторам (дисплеям) относятся такие, в которых управление идет по ограниченному числу сигнальных линий, а увеличение объема индицируемой информации производится за счет соответствующей шифрации информации с последующим декодированием. Рассмотрим подробнее устройство и принцип работы некоторых УИ.
Устройства индикации в УЧПУ
 |
Одиночные устройства Групповые устройства (дисплеи)
 |  |
Одноэлектродные Многоэлектродные Однострочные Многострочные
 |  |  | |||
Накальные Газоразряд. Полупров. Газоразряд Полупров. Газоразряд ЭЛТ
ЖКИ
Точечные Линейчатые Символьные Матричные
Рис. 1.17. Классификация устройств индикации УЧПУ.
Одиночные индикаторы.
Среди одиночных индикаторов довольно широкое распространение получили накальные индикаторы. Они применяются в основном для индикации медленно меняющихся процессов, обладают большой светоотдачей, поэтому используются в цепях с большими токами и напряжениями, а также при значительном удалении индикатора от места нахождения оператора или наладчика. Цвет свечения индикаторов обычно белый, а нужный цвет достигается использованием соответствующих светофильтров. Крупным недостатком накальных индикаторов является их низкая живучесть, что требует их частой замены, критичны они также и к вибрациям. Схема включения накальных индикаторов зависит главным образом от мощности используемого индикатора. . На рис.3.18. показаны некоторые схемы включения накальных индикаторов. В УЧПУ накальные индикаторы применяются для сигнализации наличия сетевого питания, подсветки табло и в других случаях требующих большой мощности излучения. Накальные индикаторы всегда являются одноэлектродными, т.е. имеющими в одном конструктивном корпусе один светящийся элемент.
Е пит. Е пит. Е пит. Е пит. Е пит.
а. б. в. г . д
.
 | ||||||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||||
 | | |||||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||||
 |  |  | ||||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||||
 |  | |||||||||||||||||||
Рис. 1.18. Схемы включения накальных УИ.
а. Е пит. до 30 в. I до 20 ма. б. Е пит. до 100в. I до 100 ма. в. Е пит. до 300в. I до 2а.
г. Е пит. до 220 в. I до 10а. д. Е пит. до 220в. I до 5а.
Более разнообразными свойствами обладают газоразрядные индикаторы, принцип действия которых основан на возникновении электрического разряда в газовом промежутке под действием приложенного напряжения. Данные индикаторы бывают как одноэлектродные, так и многоэлектродные. В последнем случае световой вид отображаемой информации соответствует конструктивному виду электрода или составляется из отдельных геометрических фигур, например, отрезков прямых линий. На рис. 3.19 показана схема включения точечного газоразрядного индикатора.
Газоразрядные индикаторы по сравнению с накальными имеют малый ток потребления, имеют большой ресурс работы, но имеют один существенный недостаток - требуют приложения большого (не менее 180 вольт) напряжения для возникновения разряда и несколько меньшее, но достаточно высокое (до 150 вольт) поддерживающее напряжение, поэтому чаще всего такие индикаторы применяются в цепях с высокими напряжениями, например, для индикации наличия сетевого питания УЧПУ. Газоразрядные индикаторы имеют очень малые токи потребления до 10...15 ма, поэтому в цепи индикатора обязательно устанавливается балластный резистор, величина сопротивления которого рассчитывается по формуле:
R = Uвх / Iмах (ом)
где: Uвх - величина входного напряжения на индикаторе, вольт, Iмах - предельно допустимое значение тока через данный индикатор по паспорту, ампер. Для управления газоразрядными УИ из-за высокого напряжения применяют либо реле, либо специальные высоковольтные транзисторы.
Для индикации в цепях с низкими уровнями сигналов более эффективными являются полупроводниковые УИ, в частности, светодиодные. На рис. 3.20. показан способ включения светодиодного индикатора. . Напряжение питания таких индикаторов лежит в пределах 2,5 ... 10 вольт, и также как и в газоразрядных требуется малый ток (10...20 ма), поэтому в цепи индикатора обязательно наличие балластного резистора, рассчитываемого по той же формуле.
R б R б
+ Е пит.
 | |||||||||
 |  | ||||||||
 |  | ||||||||
U сигн. &
 |
Рис. 1.19 Схема включения Рис. 1.20 Схема включения
Газоразрядного индикатора. Светодиодного индикатора.
Для увеличения объема индицируемой информации в одиночных индикаторах широко применяются многоэлектродные УИ, из которых наибольшее распространение получили газоразрядные и светодиодные индикаторы.
Из газоразрядных УИ чаще всего применяются символьные газоразрядные индикаторы типа ИН4, ИН14 и аналогичные им. Для их включения разработаны специальные дешифраторы с высоковольтными усилителями в интегральном исполнении, например, микросхемы К155ИД1, К511ИД1 и др. На рис.3.21 показана схема включения индикатора типа ИН14. Этот индикатор представляет собой многокатодный газоразрядный прибор с одним анодом. Все катоды по форме соответствуют очертаниям индицируемых символов - цифр, включая и десятичную точку.
К155ИД1 ИН14Б
 | |||||
 | | ||||
0
1 1
2
2 3
4 + 200 в.
4 5
6
8 7
8
9
Рис. 1.21. Схема включения символьного газоразрядного индикатора.
Существуют также индикаторы с очертаниями букв и специальных знаков. Поскольку включен всегда может быть только один катод, то достаточно установить один ограничивающий резистор в цепи анода. Управление катодами (подача на них напряжения низкого уровня) осуществляется с помощью специального дешифратора (микросхема К155ИД1), на вход которого подается четырехразрядный двоичный код ТТЛ - уровня. Подобная индикация может применяться в устройствах ЧПУ для индикации любой буквенно-цифровой информации, например, величины координаты, значения подачи, номера инструмента и т.п. Данные индикаторы обладают достаточно большой светоотдачей и высокой надежностью работы, однако как все газоразрядные приборы требуют высокого напряжения для своей работы.
В цепях с низким уровнем напряжений применяются полупроводниковые, в основном, светодиодные индикаторы двух типов: линейчатые и матричные. На рис. 3.22 Приведена схема индикации на основе семисегментного светодиодного индикатора типа АЛС324. Данный индикатор выполнен по схеме с общим анодом, поэтому в цепях катодов установлены ограничительные резисторы. Резисторы установлены в каждом катоде, так как одновременно могут быть включены два и более катодов. Сегменты представляют собой световые отрезки линий, расположенных определенным образом, из которых можно составить очертания цифр и некоторых букв. В составе индикатора есть также сегмент, отображающий десятичную точку, что позволяет строить индикаторы для отображения информации в привычной десятичной форме. Для управления сегментами также разработаны специальные дешифраторы: на приведенной на рис. 3.22 схеме показан дешифратор типа К514ИД2, предназначенный для работы с семисегментными индикаторами с общим анодом. Дешифратор типа К514ИД1 применяется для работы с индикаторами с общим катодом и раздельными анодами. На вход таких дешифраторов подается четырехразрядный двоичный код.
 |
К514ИД2 АЛС324
1 A A 
A 2 B B
F 4 C C
B 8 D D
G Гаш. E E
F F
E C G G
H
D H H
Анод
Рис.1.22. Принципиальная схема индикатора АЛС324 и схема его включения.
Существуют индикаторы со встроенными дешифраторами, например, индикатор типа 490ИП2 представляет собой семисегментный линейчатый индикатор со встроенным дешифратором, поэтому на входы индикатора подается только питающее напряжение и входной четырехразрядный двоичный код.
Линейчатые индикаторы просты и удобны в управлении, однако качество отображаемых символов, особенно букв, оставляет желать лучшего. Поэтому для более качественного отображения в современных устройствах ЧПУ применяются матричные индикаторы с различным числом строк и столбцов.
На рис.3.23 показан пример матричного светодиодного индикатора с размерами матрицы 7х5, т.е. знакообразующее поле состоит из семи строк и пяти столбцов, составленных из светодиодных точек.
Для уменьшения числа линий управления таким индикатором, формирование изображения в нем производится построчно с большой скоростью переключения строк, что создает у оператора впечатление непрерывного свечения индикатора. На изображенной на рис.3.23 схеме изображение формируется следующим образом. На аноды составляющих строку светодиодов последовательно подается высокий (единичный) потенциал, а на катоды светодиодов, составляющих данную строку, подается код, разряды которого имеют нулевые значения для светящихся точек и единичные - для несветящихся (темных) точек. Часто строки таких индикаторов называют строками разложения, поскольку они являются составляющими строками изображения индицируемого символа. Таким образом, для индикации нужных символов на входы столбцов и строк необходимо подавать сигналы в соответствии с таблицей кодирования каждого символа.
2
 | |||||||||||
 |  |  | | | |||||||
12
3
4
 | |||||||||||
| |  |  |  | | |||||||
11
10
9
7 5 1 8 14 13
Рис. 1.23. Расположение светодиодов и принципиальная схема матричного индикатора типа АЛ306 В…Е.
Фрагмент таблицы кодирования символа «7» приведен в таблице 3.2.
Как видно из рис.3.23 схема управления такими индикаторами сложнее, чем линейчатыми, поэтому матричные индикаторы применяются обычно в составе различного типа дисплеев, устройство которых рассмотрено ниже.
Таблица 3.2.
| Код столбца | Код строки разложения |
| 0000 11110 11110 11101 11011 11011 11011 | 1000000 0100000 0010000 0001000 0000100 0000010 0000001 |
В тех случаях, когда требуется индикация сигнала, не имеющего цифрового значения, применяются простые индикаторы уровня сигнала. На рис. 3.24. показан пример такого индикатора на основе светодиодной сборки АЛС317В. Для управления каждым светодиодом применяются ряд компараторов, настраиваемых с помощью резисторов на различные уровни срабатывания. По мере увеличения уровня сигнала срабатывают соответствующие компараторы, зажигая требуемые светодиоды. Такие индикаторы применяются в тех случаях, когда не требуется высокая точность и дискретность отображения уровня сигнала. Если же требуется отображать сигнал с высокой точностью и малой дискретностью целесообразно сигнал преобразовать в цифровой вид с помощью устройств АЦП, а в дальнейшем применять рассмотренные выше индикаторы.
Uвх К1 R6 D1 +E пит.
 |  | ||
R1 K2 R7 D2 6
 | |||
 | |||
R2 
K3 R8 D3
 |
R3 
K4 R9 D4
1 2 3 4 5
R4 K5 R10 D5
U опорн.
R5
Рис. 1.24 Схема включения и расположение светодиодов индикатора АЛС 317В.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 368.
