В любительских конструкциях (да и не только любительских) в большинстве случаев возникает необходимость вывода различной информации в наглядном виде. Иногда для этого хватает обычного светодиода, а иногда требуется что то более серьезное, включая передачу информации на ПК.
Сегодняшняя статья представляет собой небольшой обзор компонентов и устройств, которые чаще всего используются для автономного отображения информации в различных устройствах. С кратким описание работы некоторых из них.
Статья ориентирована на начинающих любителей. Она не претендует на полное и всестороннее освещение вопроса. Это именно небольшой обзор самых распространенных вариантов.
Но давайте обо всем по порядку.
Единичные индикаторы
Раньше это были в основном разнообразные лампочки: накаливания, неоновые (включая лампы с люминофором).
Сегодня в большинстве случаев это светодиоды.
Причем эти источники света могут подсвечивать какой либо символ. Или могут быть выполнены в виде какого либо символа.
Характерным отличием таких индикаторов является то, что их видимый образ невозможно изменить. Их можно только включить или выключить. Возможность плавной регулировки яркости ситуации не изменяет, так как видимый образ остается неизменным.
К единичным индикаторам относятся и различные мнемонические индикаторы и подсвечиваемые таблички, если отображаемую ими информацию изменить нельзя.
Символьные индикаторы
Позволяют изменять отображаемую в виде целостных символов информацию. В качестве примера можно привести классические газоразрядные лампы, которые отображают цифры от 0 до 9. Или различные наборы символов, вроде Hz или %. Фактически, такие индикаторы можно рассматривать как объединение в одном модуле нескольких единичных индикаторов. Совсем не обязательно газоразрядных.
Целостный символ это символ, вид которого изменить нельзя. Его можно только включить (отобразить) или выключить. Например, внешний вид цифр газоразрядного индикатора изменить нельзя, но можно изменить отображаемую информацию выключив один символ и включив другой.
Характерной особенностью таких индикаторов является один или несколько общих выводов, которые объединяют отображаемые символы в группы. Например, в газоразрядных цифровых индикаторах общим является анод.
Если общих выводов нет, то индикатор, строго говоря, является просто набором единичных индикаторов, а не символьным индикатором. Хотя о терминологии тут можно и поспорить.
Другой характерной особенностью является то, что отображаемые символы или группы символов объединены семантически или функционально. Так в газоразрядном цифровом индикаторе объединяющим фактором является то, что он отображает все десятичные цифры, которые могут составлять один разряд числа. Панель, отображающая текущий режим работы и состояние магнитофона (воспроизведение, запись, ускоренное воспроизведение, переметка, и т.д) тоже может являться символьным индикатором.
Функциональное (семантическое) объединение отображаемых символов дает возможность задавать отображаемый индикатором символ с помощью "кода состояния", с точки зрения устройства в целом. А это позволяет уменьшить количество соединений между устройством и модулем отображения информации. Но требует установки в модуле отображения дешифраторов.
Во многих случаях на символьных дисплеях может отображаться лишь один символ из набора. Но могут быть и исключения. Например, кратковременная пауза в воспроизведении (для магнитофона) может отображаться одновременно светящимися символами воспроизведения и паузы.
Несколько символьных индикаторов могут быть объединены в символьный дисплей. Пример такого дисплея можно увидеть в электронных часах на газоразрядных лампах.
Сегментные индикаторы (знакосинтезирующие)
В таких индикаторах можно не только изменять отображаемую информацию, но и менять внешний вид символов, которые теперь состоят из отдельных цельных фрагментов - сегментов. Но вот внешний вид сегментов изменить нельзя. Если в индикаторе нет, например, сегмента в виде части окружности, то отобразить его нет возможности.
Примером являются классические светодиодные 7-сегментные индикаторы. Хотя количество сегментов может быть и иным.
Здесь показаны два светодиодных индикатора, люминесцентный и жидкокристаллический.
Сегментные индикаторы тоже могут объединяться в многоразрядные дисплеи. Пример такого дисплея можно увидеть в цифровом мультиметре.
Для сегментных дисплеев в большинстве случаев нужен знакогенератор (дешифратор), который формирует наборы работающих сегментов для получения требуемого изображения.
Матричные индикаторы (знакосинтезирующие)
В этих индикаторах изображение формируется не из готовых фрагментов, а из отдельных точек - пикселей. Размер, форма, количество точек могут различаться. Но все отображаемые символы будут состоять из из некоторого числа светящихся (включенных) точек.
Я привел иллюстрацию светодиодного матричного индикатора, но они могут быть и другими, например, газоразрядным (плазменными, в том числе). Причем такие индикаторы могут быть собраны и из единичных индикаторов.
В матричных индикаторах элементы отображения (пиксели) включаются между выводами строк и столбцов
То есть, что бы включить один элемент нужно падать правильные сигналы на выводы соответствующего столбца и соответствующей строки. А для полноценного отображения символа, состоящего из отдельных пикселей, нам уже нужно использовать развертку. То есть, мы должны поочередно работать с каждой строкой (или столбцом)такого индикатора, включая в ней нужные пиксели. Другими словами, обязательна динамическая индикация.
То есть, увеличение возможностей ведет и к усложнению работы с индикатором. Единичный индикатор можно было просто включить/выключить. Символьный уже мог потребовать дешифратора, хотя еще позволял работать в режиме включить/выключить. Сегментные индикаторы почти всегда требуют дешифратора (или даже знаконегератора). А матричные не только требуют использования знакогенератора, но и использования развертки (динамической индикации).
Матричные индикаторы могут объединяться в дисплеи, которые предназначены для отображения текста или графики. Кстати, матричным индикатором является и печатающая головка матричного принтера. Только вместо светодиодов там установлены соленоиды управляющие положением печатающих игл.
Текстовые (знакосинтезирующие) дисплеи
Являются объединением нескольких матричных индикаторов. Или просто матричным индикатором с большим числом пикселей. С точки зрения возможностей собственно матричной панели, являются графическими. Но с точки зрения организации дисплея в целом, текстовыми знакосинтезирующими.
Все дело в том, что в таких дисплеях отображаемые символы могут находиться лишь в определенных позициях - знакоместах.
Из знакомест формируются строки и столбцы. Как в обычном тексте, например, книге. Знакоместа могут быть жестко определены конструкцией собственно панели. А могут быть и виртуальными, определяемыми схемотехникой или программой.
Я не случайно на иллюстрации написал "экран". Дело в том, что в качестве панели может использоваться и обычный кинескоп (ЭЛТ). Сегодня такое редко встретишь, но было время, когда такие дисплеи были основными использующимися.
Такими текстовыми (знакосинтезирующими) дисплеями сегодня являются, например
Которые могут быть не только жидкокристаллическими. Причем в этих дисплеях, в отличии от ЭЛТ, знакоместа определены физически, конструкцией панелей.
Для вывода информации на такой дисплей нужно задать позицию, строку и столбец, с которой и начнется вывод. Причем сами символы отрисовывать не требуется, нужно просто передать код требуемого символа. Не нужно и заботиться о развертке, дисплей сам обеспечивает все необходимое.
Внешний вид отображаемых символов определяется знакогенератором, который встроен в дисплей. Иногда это может представлять проблему, так как таблица знакогенератора может, например, не иметь русских букв. Спасает ситуацию возможность загрузки своей таблицы (или части таблицы) знакогенератора, если это предусмотрел производитель.
Вот так, но очень упрощенно, выглядит устройство текстового дисплея.
Здесь память (ОЗУ) содержит коды отображаемых символов. Доступ к ОЗУ осуществляется двумя путями. Первый, это собственно запись для вывода на экран, со стороны устройства. Второй, это чтение записанной информации для отображения на экране. Разумеется, это не может осуществляться одновременно. Но с точки зрения устройства, программы пользователя, никаких сложностей не возникает. За это отвечает логика дисплея.
Адрес ОЗУ формируется из номеров строки и столбца. И в простых дисплеях этот адрес нужно вычислять вручную. А это не всегда выглядит легко и логично
Модуль развертки отвечает за непрерывное отображение информации на экране. За динамическую индикацию. Он извлекает из ОЗУ символ для отображения в очередной позиции экрана и обеспечивает управление экраном для его отображения.
Сигналы "строка" и "столбец" это позиция знакоместа на экране. А вот о сигнале "линия" нужно рассказать отдельно.
Поскольку одно знакоместо состоит из нескольких пикселей собранных в матрицу, определяется точка привязки, с которой и начинается отрисовка символа. В данном случая я показал точку привязки соответствующую левому верхнему углу знакоместа. То есть, символ выводится а своем знакоместе слева направо и сверху вниз.
И точка привязки, и направление вывода могут быть иными. И символ может выводиться не по строкам, а по столбцам. Все это определяется производителем. Но для определенности я выбрал один из часто встречающихся вариантов.
Прочитанный из ОЗУ код очередного отображаемого символа подается на вход знакогенератора. При этом модуль развертки перебирает все строки символа, последовательно отображая их на экране, с помощью сигнала "линия". То есть, "линия" это строка видимого образа символа в пределах знакоместа.
Так как ОЗУ хранит коды символов, а знакогенератор определяет их внешний вид, мы не можем вывести на экран произвольное изображение. Зачастую этого бывает достаточно. Зато такие дисплеи не требуют большого ОЗУ и в целом дешевле графических.
Графические дисплеи
Если мы снимем ограничение на размещение информации на экране только в позициях знакомест, что вполне позволяет матричных характер экрана, то получим классический графический дисплей
На первый взгляд, такой дисплей даже проще текстового, но это не совсем так. Теперь ОЗУ хранит уже всю отображаемую на экране информацию, каждый ее пиксель. А значит объем ОЗУ потребуется гораздо больший. Да и требования к быстродействию существенно возрастают. Особенно, для цветных дисплеев, где каждый пиксель может иметь собственный цвет.
Усложнился и доступ к ОЗУ, так как считывание данных для отображения выполняется постоянно и с большой скоростью. Для записи новых данных может просто не хватать времени, что бы не создавать помехи отображению.
Эти помехи могут вспомнить все, кто работал с CGA дисплеями старых ПК. Там эта проблема решалась записью отображаемых данных только во время обратного хода луча ЭЛТ. В более совершенных дисплеях синхронизация осуществлялась автоматически.
Поэтому ОЗУ графических дисплеев выполняется или двухадресным, что позволяет осуществлять запись и чтение практически одновременно, или имеет дополнительный буфер, который позволяет считывать строку пикселей целиком. На экран выводя данные из этого буфера, а не из ОЗУ, что освобождает время для записи новых данных.
Более подробно рассматривать устройство и работу графических дисплеев я не буду, так как это выходит за рамки сегодняшней статьи. Да и в целом это просто огромная тема, о которой написано множество толстых книг.
Но вот о выводе текстовой информации на графический дисплей рассказать все таки нужно. В редких случаях графические дисплеи имеют встроенный знакогенератор и специальные команды записи текстовых данных. А в большинстве случаев приходится пользоваться внешним знакогенератором, причем чаще всего программным, который и формирует информацию для записи в ОЗУ пикселей.
В простом случае роль программного знакогенератора может выбирать набор изображений символов. Изображение необходимого символа просто копируется в ОЗУ дисплея.
Заключение
Небольшой обзорный рассказ о компонентах и устройствах отображения информации, которые чаще всего используются в любительских конструкциях.
Но сама тема отображения информации не закрыта. К двум уже существующим статьям
Будут добавляться и другие. Как общей (включая теоретическую) направленности, так и посвященные работе с конкретными индикаторами и дисплеями.
