Единственная линия порта ввода-вывода микроконтроллера управляет шкальным индикатором

Шкальный индикатор экономит линии ввода вывода процессора.

В конструкции измерительных устройств с цифровым дисплеем может присутствовать дополнительный дисплей для отображения измеряемого параметра в аналоговом виде. Шкальный индикатор это простой графический индикатор, обеспечивающий легкое сравнение текущего уровня с максимальным уровнем измеряемого сигнала. Но стандартное решение на основе микроконтроллера требует использования как минимум одного 8-битного порта ввода-вывода для управления 8-сегментным шкальным светодиодным индикатором.

Альтернативой служат некоторые микропроцессоры, имеющие ШИМ (широтно-импульсная модуляция) выход. Вы можете уменьшить число требуемых линий ввода-вывода, используя ШИМ выход для управления микросхемой драйвера шкального индикатора LM3914 компании National Semiconductors или аналогичной. При работе программа микроконтроллера управляет ШИМ выходом таким образом, чтобы среднее напряжение, подаваемое на LM3914, зажигало требуемое количество сегментов на индикаторе.

Схема на Рис.1 устраняет ограничения двух предыдущих решений и использует только одну линию порта для управления 8-сегментным шкальным индикатором. Данная конструкция не использует ШИМ выход и поэтому может быть использована с любым микроконтроллером. В соответствии с временной диаграммой на Рис.2, всякий раз, когда необходимо обновить состояние шкального индикатора, программное обеспечение контроллера выдает последовательность импульсов через его выходной порт. Первый импульс имеет длительность T1, которая больше, чем длительность импульса T2, вырабатываемого микросхемой одновибратора IC1, 74123 или аналогичной. Вы так же подаете эти импульсы на элемент 2И-НЕ IC3, 7400 или аналогичный, который совместно с IC1 образует детектор длительности импульса. Используйте формулы из технического описания IC1 для выбора номиналов C1 и R1, обеспечивающих величину длительности выходного импульса T2 приблизительно 1,5мс. Длительность импульсов T1 и T3 составляет около 3 и 1мс, соответственно.

Выходной сигнал микросхемы IC3 имеет низкий уровень на время T1–T2, и этот импульс очищает IC2, 8-битный сдвиговый регистр с последовательным вводом параллельным выводом данных. Сброс переводит все выходы IC2 в низкий уровень и зажигает все сегменты шкального индикатора (с LED1 по LED8).

Для включения N сегментов шкального индикатора, микроконтроллер немедленно выдает последовательность (8–N) импульсов длительностью T3 через выходную линию порта. Так как длительность импульсов менее чем T2, выход элемента 2И-НЕ остается в высоком состоянии, и поэтому они не вызывают сброс регистра IC2. Положительный фронт каждого выходного импульса микроконтроллера приводит к загрузке высокого уровня в один из выходов микросхемы IC2.

Заметьте, что выход QA сдвигового регистра IC2 подключен к старшему сегменту шкального индикатора. Таким образом, первый импульс выключит самый старший сегмент. Начиная со старшего, (8–N) импульсов выключат 8–N сегментов, и включенными останутся N сегментов, начиная с самого младшего. Использование такой инверсной логики позволяет использовать способность выходов сдвигового регистра принимать больше тока, чем выдавать – 8 мА против 0,4 мА, соответственно, и это обеспечивает более яркое свечение шкального индикатора без использования выходных буферов. На Рис.2 показана временная диаграмма, отражающая включение пяти из восьми сегментов индикатора.

Если в микроконтроллере имеется еще одна свободная линия вывода, вы можете обойтись без микросхем одновибратора IC1 и элемента 2И-НЕ IC3 и использовать эту линию для очистки сдвигового регистра, выдавая ноль, как только потребуется обновить состояние шкального индикатора. Для получения большего разрешения, вы можете добавить сегменты к шкальному индикатору последовательно, соединяя сдвиговые регистры. Для включения N сегментов индикатора, включающего M сегментов, первый выходной порт выдает M–N импульсов на тактовый вход сдвиговых регистров.

Данное решение подходит в случае дефицита линий ввода-вывода, например, при использовании микроконтроллеров в компактных корпусах или, если вам необходимо модифицировать шкальный индикатор, добавляя дополнительную плату в конструкцию.