Матричный индикатор


Матричный индикатор — устройство отображения информации, элементы отображения которого сгруппированы по строкам и столбцам. Матричный индикатор относится к знакосинтезирующим цифро-буквенным индикаторам и  предназначен для отображения информации в виде букв, цифр, математических и специальных знаков, знаков препинания, мнемонических символов. Матричным индикатором считается устройство, объединенное в законченном конструктиве - корпусе. В отличие от мониторов, дисплеев или экранов, матричным индикатором принято считать устройство с относительно небольшим количеством пикселей, или устройство, предназначенное для вывода одного или нескольких символов, хотя граница довольно размыта.

Внешний вид индикатора

Исходя из определения, матричный индикатор имеет два и более рядов и два и более столбцов однотипных элементов отображения (точек, пикселей) с индивидуальным управлением. Практическое применение имеют матричные индикаторы 5 х 7, 5 х 8, 8 х 8 и более пикселей. Форма пикселя обычно - круглая, но встречаются квадратные, а также структурированные пиксели. Цвет пикселя определяется используемой технологией изготовления индикатора. Выпускаются монохромные (одноцветные) и многоцветные индикаторы. Распространение имеют светодиодные, люминисцентные, OLED, PLED, а также - блинкерные индикаторы. В дальнейшем остановимся на светодиодных матричных индикаторах, как наиболее распространенных.

Матричный индикатор 5 х 7  Матричный индикатор 5 х 8  Матричный индикатор 8 х 8

Корпус светодиодного матричного индикатора изготавливается из пластика, внутри - печатная плата с установленными светодиодами, чаще SMD типа. Корпус полностью залит компаундом. Пиксели оформлены в виде окошек, заполненных полупрозрачным светорассеивающим материалом. Большинство матричных индикаторов изготавливается таким образом, чтобы можно было установить их рядом друг с другом, с получением непрерывного графического поля.

Светодиодный матричный индикатор. Принцип работы

Матричный индикатор должен позволять управление каждым пикселем индикатора. Применяется два распространенных метода управления - статический и динамический (мультиплексный, растровый).

Статический способ управления

При статическом способе используется непосредственное управление каждым пикселом матрицы. Каждый элемент изображения имеет ячейку памяти и светодиодный драйвер. Такая схема включения используется в матрицах с большим размером пиксела, когда мощность и стоимость драйвера значительна. Кроме того, статическая схема включения применяется в устройствах с высокими требованиями к электромагнитному излучению.

Динамический способ управления индикатором

Для упрощения схемы управления, а также, для снижения количества выводов индикатора, используется динамический способ управления. Динамический способ подразумевает поочередное включение различных групп элементов отображения со скоростью, превышающей время реакции человеческого глаза. Несмотря на то, что изображение на индикаторе при таком способе управления в каждый момент времени неполное, глаз человека интегрирует его и видит целостную картинку. На похожем принципе формируется изображение на экране телевизора с ЭЛТ.

Схема матричного индикатора                      Схема матричного индикатора

Рассмотрим, для примера, светодиодный монохромный матричный индикатор 5 х 7 пикселей. Для реализации динамического способа управления, все светодиоды в рядах объединяются по катодам, а в столбцах - по анодам. Видна экономия выводов индикатора - вместо 70 выводов получилось 12. На аноды последовательно подаются положительные периоды напряжения (фазы), на катоды подается отрицательнй сигнал (код). Для формирования полного изображения, необходимо для каждого столбца (фазы) последовательно установить соответствующий скан-код. Так для индикатора на пять столбцов по семь пикселей в столбце, необходимо установить для каждой из пяти фаз код из семи линий (бит). Весь цикл обработки индикатора должен уложиться в 20 мс (50 Гц) или менее, для того, чтобы кантинка на индикаторе была устойчивой и дрожание изображения было незаметным. С учетом возможных биений яркости, возникающих на фоне работы люминесцентных ламп освещения, частоту обновления желательно увеличить до 100 и более Гц.

В рассмотренном варианте все светодиоды в рядах объединяются по катодам. Существует вариант исполнения матричных индикаторов, в которых светодиоды в рядах объединяются по анодам. Маленькие матричные индикаторы имеют по одному светодиоду в пикселе. При увеличении размеров, в пикселе может быть установлено несколько светодиодов, включенных последовательно. Таким образом, улучшается равномерность свечения и повышается яркость пикселей.

Матричные индикаторы могут быть больших размеров, с количеством рядов и столбцов, значительно превышающих рассмотренный вариант. Однако, увеличивать скважность в соответствии с количеством столбцов не всегда возможно. Для светодиодных матричных индикаторов скважность редко делают более 16. Это ограничение задается производителем матричных индикаторов в виде ограничения максимально допустимого импульсного тока для каждого пиксела.

Управление яркостью изображения на индикаторе

Светодиод - малоинерционный прибор индикации, поэтому чаще всего яркостью свечения светодиодов управляют с помощью диммирования - снижения яркости при быстром мигании с различной скважностью. Яркость светодиода, видимая глазом, практически пропорциональна длительности его горения в таком режиме. Чем больше скважность - тем меньше яркость. В динамических схемах индикации, когда светодиоды в индикаторе уже зажигаются с определенной скважностью, процесс управления яркостью накладывается на процесс обновления (сканирования) экрана и частота переключения значительно повышается. Так для управления рассмотренным выше одноцветным индикатором с 256 уровнями яркости, частота сканирования увеличивается в 256 раз.

Многоцветные матричные индикаторы

Для того, чтобы изготовить многоцветный матричный индикатор, в каждый пиксель устанавливают два и более разноцветных светодиода. Выводы фазы (колонки) в таких матрицах подключаются к анодам всех светодиодов в колонке, а код подается отдельно на ряды первого, второго, и далее, цветов. Если в индикатор установлены светодиоды трех цветов (R - красный, G - зеленый, B - синий), такой индикатор называется полноцветным. С помощью таких индикаторов создаются полноцветные графические табло, которые способны работать в True-Color режиме (24 бит на пиксел).

Светодиодный матричный индикатор. Применение

Матричные индикаторы применяются для отображения цифро-буквенной информации в различных областях человеческой деятельности. Например, индикатор 5 х7 пикселей, позволяет изобразить все символы латинского и русского алфавитов в достаточно узнаваемом виде. Причем, изображаются как прописные, так и строчные символы.

Матричные символы

Матричные светодиодные индикаторы применяются в виде единичных символьных индикаторов, либо в виде неперывных графических полей различной размерности. Так, например, из индикаторов 5 х 7 пикселей может быть изготовлено табло с размером 7 х 30 пикселей для отображения символьной строки не более шести символов. Матричные индикаторы с размерами 8 х 8 пикселей применяются для изготовления непрерывных графических экранов или табло бегущая строка. Выбор размерности 8 х 8 пикселей обусловлен размером байта и номенклатурой выпускаемых драйверов светодиодов. На таких экранах возможно отображение графических картинок, многострочной символьной информации. А при использовании полноцветных индикаторов, создаются графические видео экраны - уличные телевизоры.

Литература

1. Н.И. Вуколов, А.Н. Михайлов. Знакосинтезирующие индикаторы / под ред. В.П. Балашова. — М.: Радио и связь, 1987. — 592 с.
2. Лисицын Б.Л. Низковольтные индикаторы: Справочник. — М.: Радио и связь, 1985. — 136 с.
3. ГОСТ 25066–91 Индикаторы знакосинтезирующие. Термины, определения и буквенные обозначения.

Статья опубликована в Википедии.

Далее о корпусах светодиодов >>>