Аналоговые и цифровые индикаторы
В аналоговых ИП в качестве индикаторов, как правило, используют электромеханические (стрелочные) измерительные механизмы (ИМ). ИМ воспринимает энергию измеряемого сигнала и преобразует ее в угловое перемещение некоторой подвижной части, жестко связанной с указателем. Все известные электромеханические ИМ работают на принципе использования энергии электромагнитного поля.
Для визуального отсчитывания значений измеряемой величины в электромеханических ИМ используют отсчетные устройства, состоящие из шкалы и указателя. На шкалы отсчетного устройства наносятся отметки в виде коротких линий, интервал между которыми называют делением шкалы. Отметки шкалы, снабженные числами, называют числовыми отметками шкалы. Наименьшее значение измеряемой величины, указанное на шкале, называют начальным значением шкалы, наибольшее — конечным. Шкалы могут быть равномерными и неравномерными. Диапазон измерений определяют по начальному и конечному значениям шкалы.
В зависимости от способа преобразования электромагнитной энергии в механическую различают следующие системы ИМ: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические. Основные сравнительные характеристики указанных ИМ представлены в табл. 1.2. Более подробно с устройством и принципами работы различных электромеханических ИМ можно ознакомиться в [4].
Характеристики электромеханических измерительных механизмов
Тип измерительного механизма
Магнитоэлектрический — МЭИМ (взаимодействие магитных полей постоянного магнита и проводника (рамки) с током)
S — площадь рамки; п — число витков рамки;
В — магнитная индукция; к — противодействующий момент (постоянный коэффициент); а — угол поворота указателя
Электромагнитный — ЭМ ИМ (взаимодействие магнитного поля проводника с током и ферромагнитного сердечника)
L — индуктивность катушки; / — ток в катушке
Электродинамический — ЭДИМ (взаимодействие магнитных полей двух проводников с током)
/, — ток в подвижной катушке;
/2 — ток в неподвижной катушке;
Л/,, — взаимная индуктивность между катушками
Электростатический — ЭСИМ (взаимодействие двух заряженных электродов)
U — напряжение между электродами; С — емкость между электродами
Достоинства МЭИМ: высокая чувствительность (до 3-10“ 11 А); высокая точность (до класса 0,1); малое потребление мощности от измеряемой цепи (10″ 5 ..Л0 _6 Вт); линейность преобразования (шкала МЭИМ равномерная); малая чувствительность к изменениям температуры окружающей среды и внешним магнитным полям.
Недостатки МЭИМ: сравнительная сложность устройства; опасность перегрузок; возможность прямого использования только в цепях постоянного тока.
МЭИМ используют в качестве вольтметров, амперметров и гальванометров постоянного и переменного токов (в последнем случае с преобразованием переменного тока в постоянный), а также в качестве выходного показывающего прибора в электронных измерительных устройствах для измерения различных физических величин.
Достоинства ЭМ ИМ: простота конструкции; способность выдерживать большие нагрузки; возможность прямого измерения постоянного и переменного токов.
Недостатки ЭМИМ: малая чувствительность; значительное потребление мощности от измеряемой цепи (до 1 Вт); нелинейность шкалы (сжата в начале и растянута в конце); сильное влияние внешних магнитных полей; малая точность, объясняемая наличием ферромагнитного сердечника, в котором возникают вихревые токи и магнитный гистерезис.
ЭМИМ широко применяют для измерения напряжений и токов в сильноточных цепях постоянного и переменного токов промышленной частоты.
Достоинства ЭДИМ: возможность использования не только для измерения напряжений и токов, но и для измерения мощности постоянного и переменного токов; малая погрешность, так как в механизме нет железа.
Недостатки ЭДИМ: большая потребляемая мощность; малая чувствительность; сложность конструкции; нелинейность шкалы; влияние температуры и внешнего магнитного поля.
Достоинства ЭСИМ: большие пределы измерений напряжения; большое входное сопротивление; малое потребление мощности от измеряемой цепи (на постоянном токе мощность не потребляется); широкий диапазон измеряемых напряжений (до 30 МГц).
Недостатки ЭСИМ: малая чувствительность; изменение емкости в процессе измерения; нелинейность шкалы; влияние внешнего электрического поля.
В зависимости от конструкции ЭСИМ применяют для измерения напряжений маломощных цепей в широком диапазоне частот, а также в цепях высокого напряжения для измерения напряжения до сотен киловольт без добавочных сопротивлений.
В настоящее время в качестве индикаторов в ИП широко используются цифровые индикаторы, отличающиеся используемым физическим явлением свечения и способом получения десятичного знака (цифры).
По способу получения знака различают сегментные, матричные и электродные индикаторы.
Сегментные индикаторы (рис. 1.26, а) имеют обычно семи- или десятисегментную конструкцию (минимум семь сегментов). Принцип подсветки (высвечивания) каждого сегмента определяется используемым в индикаторе физическим явлением. В современных индикаторах ИП это могут быть электрооптический эффект в твердом теле, в жидких кристаллах, катодолюминисцентные и др.
Рис. 1.26. Цифровые индикаторы: а — семисегментный; 6 — матричный
Матричные индикаторы (рис. 1.26, б) содержат матрицу подсвечиваемых ячеек. Каждая ячейка может быть реализована на основе светодиодов, на жидких кристаллах или иным методом.
В электродных индикаторах отображающими цифрами являются цифры, выполненные конструктивно из металлической сетки, которые располагаются в баллоне с инертным газом.
В зависимости от используемого физического явления различают следующие используемые на практике индикаторы: газоразрядные, на светоизлучающих диодах, на жидких кристаллах.
Конструктивно газоразрядные индикаторы выполнены в виде стеклянного баллона, наполненного инертным газом (неоном). Внутри баллона имеется несколько (десять) катодов, выполненных из тонкой металлической сетки в форме цифр (0, 1. 9) и расположенных пакетом один над другим. Роль анода выполняет сетка, охватывающая пакет катодов. Если между анодом и одним из катодов приложено достаточное напряжение (150. 200 В), то вокруг катода возникает оранжево-красное свечение (тлеющий разряд), имеющее форму цифры. Из изложенного следует, что по способу получения знака газоразрядные индикаторы — это электродные индикаторы. Достоинство газоразрядных индикаторов — контрастное изображение цифр. Основной недостаток — высокое напряжение зажигания.
Индикаторы на светоизлучающих диодах относятся к классу элек- тролюминесцентных индикаторов. Кроме электролюминесцентных индикаторов, на светоизлучающих диодах применяют также люми- нофорные и катодолюминесцентные индикаторы.
Индикаторные ячейки на светоизлучающих диодах представляют собой р-п переходы из карбида кремния (или фосфида гелия). При пропускании тока в прямом направлении в процессе рекомбинации неосновных носителей выделяется энергия в виде фотонов, т.е. излучается свет. Свечение может быть желтым, красным, зеленым. По способу получения знака индикаторы на светоизлучающих диодах реализуют обычно по сегментному или матричному варианту. Достоинства: низкое напряжение, высокая яркость. Недостаток таких индикаторов — большая удельная мощность (до 8 мВт/мм 2 ).
Принцип действия жидкокристаллических индикаторов основан на изменении оптических свойств жидких кристаллов под воздействием электрического поля. Такие индикаторы работают в отраженном свете, они сами свет не излучают, т. е. являются пассивными.
Жидкий кристалл (ЖК) в индикаторах размещается между двумя стеклянными пластинами в зазоре примерно 10 мкм. Пластинки покрыты электропроводящей пленкой, образующей электроды. При подаче на электроды переменного напряжения изменяется показатель преломления или коэффициент поляризации (в зависимости от вещества). Характеристики индикаторов на ЖК совместимы с выходными характеристиками низковольтных маломощных транзисторов интегральных микросхем, что является одним из главных достоинств таких индикаторов. Второе достоинство — малая потребляемая мощность. В отличие от всех других индикаторов, в ЖК индикаторах чем выше внешняя освещенность, тем больше яркостный контраст. Недостатки: значительная инерционность (до 0,5 с); ограниченный диапазон рабочих температур.
Индикаторные элементы на жидких кристаллах реализуют обычно в сегментном исполнении.
аналоговые индикаторы
аналоговые индикаторы: Индикаторы, на которых изображено состояние в виде функции длины, угла или другого параметра. У оптических индикаторов информация может быть представлена в виде функции движения стрелки, длины бруса или сравнимых величин. В акустических указателях информация может быть функцией высоты тона или громкости звука. В тактильных индикаторах может быть представлена информация как функция колебаний установки с индикаторами (частота и амплитуда) или изменения ее положения;
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .
Полезное
Смотреть что такое «аналоговые индикаторы» в других словарях:
Индикаторы газоразрядные — газонаполненные приборы для визуального воспроизведения информации. В И. г. используется главным образом свечение катодной области тлеющего разряда (См. Тлеющий разряд). Они имеют высокую надёжность, долговечность (до 10 000 ч), большую… … Большая советская энциклопедия
ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ — газоразрядные приборы, действие к рых осн. на возникновении оптич. излучения при прохождении электрич. тока через газ; предназначены для визуального воспроизведения информации. В Г. и. обычно используется излучение катодной области или положит.… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ГОСТ Р 51341-99: Безопасность машин. Эргономические требования по конструированию средств отображения информации и органов управления. Часть 2. Средства отображения информации — Терминология ГОСТ Р 51341 99: Безопасность машин. Эргономические требования по конструированию средств отображения информации и органов управления. Часть 2. Средства отображения информации оригинал документа: аналоговые индикаторы: Индикаторы, на … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Як-141 — Як 141 … Википедия
Спидометр — (от англ. speed скорость) измерительный прибор для определения мгновенной скорости движения транспортного средства … Википедия
напряжение — 3.10 напряжение: Отношение растягивающего усилия к площади поперечного сечения звена при его номинальных размерах. Источник: ГОСТ 30188 97: Цепи грузоподъемные калиброванные высокопрочные. Технические условия … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
время — 3.3.4 время tE (time tE): время нагрева начальным пусковым переменным током IА обмотки ротора или статора от температуры, достигаемой в номинальном режиме работы, до допустимой температуры при максимальной температуре окружающей среды. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ток — ((continuous) current carrying capacity ampacity (US)): Максимальное значение электрического тока, который может протекать длительно по проводнику, устройству или аппарату при определенных условиях без превышения определенного значения их… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Показывающее устройство — Показывающее устройство[источник не указан 44 дня] (англ. indicating device, не путать с индикатором) совокупность элементов средства измерений, которые обеспечивают визуальное восприятие значений измеряемой величины или… … Википедия
Индикатор — (Indicator) Индикатор это информационная система, вещество, прибор, устройство, отображающий изменения какого либо параметра Индикаторы графиков валютного рынка форекс, какие они бывают и где их можно скачать? Описание индикаторов MACD,… … Энциклопедия инвестора
Семисегментный индикатор
Существуют такие параметры, для которых было бы удобнее выдавать объективную информацию, чем просто индикацию. Например, температура воздуха на улице или время на будильнике. Да, все это можно было бы сделать на светящихся лампочках или светодиодах. Один градус — один горящий светодиод или лампочка и тд. Но считать эти светлячки — ну уж нет! Но, как говорится, самые простые решения — самые надежные. Поэтому, долго не думая, разработчики взяли простые светодиодные полосы и расставили их в нужном порядке.
Семисегментные индикаторы
С появлением светодиодов ситуация кардинально изменилась в лучшую сторону. Светодиоды сами по себе потребляют маленький ток. Если расставить их в нужном положении, то можно высвечивать абсолютно любую информацию. Для того, чтобы высветить все арабские цифры, достаточно всего семь светящихся светодиодных полос — сегментов, выставленных определенным образом:
Почти ко всем таким семисегментным индикаторам добавляют также и восьмой сегмент — точку, для того, чтобы можно было показать целое и дробное значение какого-либо параметра
По идее у нас получается восьми сегментный индикатор, но по-старинке его также называют семисегментным.
Что получается в итоге? Каждая полоска на семисегментном индикаторе засвечивается светодиодом или группой светодиодов. В результате, засветив определенные сегменты, мы можем вывести цифру от 0 и до 9, а также буквы и символы.
Виды семисегментных индикаторов и обозначение на схеме
Существуют одноразрядные, двухразрядные, трехразрядные и четырехразрядные семисегментные индикаторы. Более четырех разрядов я не встречал.
На схемах семисегментный индикатор выглядит примерно вот так:
В действительности же, помимо основных выводов, каждый семисегментный индикатор также имеет общий вывод с общим анодом (ОА) или общим катодом (ОК)
Внутренняя схема семисегментного индикатора с общим анодом будет выглядеть вот так:
а с общим катодом вот так:
Если семисегментный индикатор у нас с общим анодом (ОА), то в схеме мы должны на этот вывод подавать «плюс» питания, а если с общим катодом (ОК) — то «минус» или землю.
Как проверить семисегментный индикатор
У нас имеются в наличии вот такие индикаторы:
Для того, чтобы проверить современный семисегментный индикатор, нам достаточно мультиметра с функцией прозвонки диодов. Для начала ищем общий вывод — это может быть или ОА или ОК. Здесь только методом тыка. Ну а далее проверяем работоспособность остальных сегментов индикатора по схемам выше.
Как вы видите ниже на фото, у нас загорелся проверяемый сегмент. Таким же образом проверяем и другие сегменты. Если все сегменты горят, то такой индикатор целый и его можно использовать в своих разработках.
Иногда напряжения на мультиметре не хватает для проверки сегмента. Поэтому, берем блок питания, и выставляем на нем 5 Вольт. Чтобы ограничить ток через сегмент, проверяем через резистор на 1-2 Килоома.
Таким же образом проверяем индикатор от китайского приемника
В схемах семисегментные индикаторы соединяются с резисторами на каждом выводе
В нашем современном мире семисегментные индикаторы заменяются жидко-кристаллическими индикаторами, которые могут высвечивать абсолютно любую информацию
но для того, чтобы их использовать, нужны определенные навыки в схемотехнике таких устройств. Поэтому, семисегментные индикаторы до сих пор находят применение, благодаря дешевизне и простоте использования.
Логические анализаторы
Широкое использование в современной электронной аппаратуре логических ИМС привело к созданию особых (специальных) измерительных приборов — логических анализаторов (по квалификационной классификации — ЛА), которые, в отличие от осциллографа, позволяют просматривать одновременно несколько десятков сигналов, т.е. логический анализатор является эквивалентом осциллографа, специально приспособленного для проверки ЦИМС.
В логических анализаторах не требуется измерять напряжение контролируемых сигналов: при работе с логическими ИМС достаточно знать в каком состоянии находится конкретный узел (в состоянии логической «1» или логического «О»).
В отличие от осциллографа, показывающего значение напряжения в зависимости от времени, логический анализатор показывает логическое состояние в зависимости от количества прошедших тактовых импульсов. В результате анализаторы проверяют работу логических узлов в режиме реального времени, воспринимая двоичные сигналы и представляя их в форме, удобной для оператора.
Логические анализаторы применяются при разработке, производстве, эксплуатации и ремонте электронной аппаратуры, при отладке средств математического обеспечения приборов и больших информационно-измерительных систем.
Работа логических анализаторов заключается в том, что изменение логических состояний в контрольных точках, переход из одного логического состояния в другое при воздействии внешних сигналов записываются во внутреннюю память анализатора для последующего воспроизведения на экране индикатора в удобной для оператора форме. Наличие в анализаторе внутренней памяти позволяет отслеживать периодические и однократные логические процессы.
В зависимости от наличия внутреннего генератора и вида индикации различают анализаторы логических состояний (АЛС) и анализаторы временных диаграмм (АВД).
АЛС используются для записи во внутреннюю память сигнала, внешнего по отношению к прибору. В качестве такого сигнала чаще используются стимулирующие сигналы, изменяющие логические состояния проверяемых микросхем. В АВД предусмотрено наличие внутреннего тактового генератора, который используется для записи логического состояния в данной точке во внутреннюю память прибора. На рисунке 6.5 приведены структурные схемы анализаторов двух видов.
Рис. 6.5. Структурные схемы АЛС (а) и АВД (б)
С помощью анализатора сведения о логическом состоянии испытуемого узла на рабочей частоте заносятся во внутреннюю память, преобразуясь в удобный для индикации вид, и отображаются на индикаторе в виде квазивременнбй диаграммы (для АВД) либо в виде таблицы истинности (для АЛС).
В первом случае данные заносятся в память синхронно с изменением логического состояния испытуемого узла, а во втором случае — асинхронно. Поэтому АВД часто называют синхронными анализаторами, а АЛС — асинхронными. На рисунке 6.6 приведен пример информации, отображаемой на индикаторе.
Рис. 6.6. Таблица истинности для АЛС (а) и квазивременная диаграмма для АВД (б)
Чтобы не потерять информацию в АВД, следует ввести запись в память с частотой, в несколько раз превышающей рабочую частоту испытуемого узла. Следовательно, тактовая частота АВД всегда должна быть больше тактовой частоты АЛС. Кроме того, для полного воспроизведения программы изменения логических состояний внутренняя память должна быть заметно больше, чем у АЛС. Например, у наиболее известных моделей АЛС объем памяти составляет 64 бита на канал, а у АВД — 2048 бит на канал.
На начальной стадии проектирования и при отладке аппаратных средств чаще всего используют АВД, которые позволяют оценить относительные задержки между каналами. Благодаря большому объему памяти и специальной схеме детектирования коротких импульсов с помощью АВД можно обнаружить короткие паразитные импульсы, существующие между тактовыми импульсами.
АВД удобен при работе с асинхронными устройствами, например для контроля синхронизации канала общего пользования (КОП).
На завершающей стадии проектирования аппаратной части и при отладке средств математического обеспечения приборов используют АЛС, на индикаторе которого отображается фрагмент программы в двоичном коде. Многие АЛС позволяют отображать информацию не только в двоичном коде, но и в восьмеричном и даже в шестнадцатеричном коде. Ряд АЛС имеют в своем составе дополнительные блоки преобразования информации, что дает возможность видеть на экране индикатора таблицу команд (листинг программы) на языке программирования высокого уровня.
Наряду с рассмотренными анализаторами выпускают специализированные, используемые для решения более узкого круга задач. Например, анализатор ЛА814 позволяет только контролировать прохождение сигнала по КОП. Также имеются анализаторы, позволяющие контролировать прохождение информации по шинам микропроцессоров конкретного типа.
Характеристиками логических анализаторов являются многока- нальность, быстродействие и способ запуска.
Многоканалъность — это количество каналов, ограничиваемое объемом внутренней памяти и габаритами индикатора. Современные анализаторы имеют от двух до ста и более каналов. Использование многоканальных анализаторов удобно при регулировании и ремонте печатных плат с комбинационной и последовательной логикой, к которым относятся регистры, счетчики, сумматоры. Многоканаль- ность анализаторов необходима при проверке плат памяти, разнообразных интерфейсных плат и микропроцессорных устройств, где только адресная шина (ША) занимает 16 и более каналов. Например, для 8-разрядного микропроцессора, имеющего 16-разрядную ША, 8-разрядную шину данных (ШД) и ряд других линий, потребуется не менее чем 32-канальный анализатор.
Быстродействие позволяет избежать потерь информации: испытание устройства будет корректным только в том случае, если оно проводится на рабочей частоте. Следовательно, чем выше быстродействие анализатора, тем лучше. Быстродействие подавляющего большинства АЛ С составляет (10. 20) МГц и выше, что достаточно для современных микропроцессоров. Быстродействие современных АВД достигает 600 МГц с тенденцией дальнейшего роста.
Выбирая АВД по быстродействию, необходимо учитывать тот факт, что все анализаторы имеют возможность генерировать узкие паразитные выбросы, существующие между тактовыми импульсами. Чем выше рабочая частота анализатора, тем более узкие импульсы он способен захватывать. Например, анализатор с частотой 100 МГц способен различать паразитные импульсы длительностью 3. 5 нс, а анализатор с частотой 50 МГц — длительностью 5. 10 нс.
Способ запуска — третья характеристика логических анализаторов. Самым простым способом запуска, который использовался в первых анализаторах, является комбинационный запуск (по параллельному коду слова), который позволяет просматривать периодические и непериодические сигналы одновременно по всем каналам. При правильном выборе запускающего слова анализатор дает стабильную картину, так как запуск осуществляется всегда в одном и том же месте проходящей информации. Запускающее слово выбирается так, чтобы оно было единственным в длинной последовательности данных. В целях выявления момента запуска в анализаторах любого типа введен компаратор кодов, в котором сравнивается код приходящей информации и код, вводимый с передней панели. В момент совпадения кодов вырабатывается сигнал, запускающий анализатор. Ввод кода запускающего слова обеспечивается непосредственно с клавиатуры либо с помощью переключателей. Таблица истинности и временная диаграмма при вводе запускающего слова (комбинационный запуск) приведены на рис. 6.7.
При конструировании цифровых устройств, когда имеет место длинная последовательность логических сигналов, возникает необходимость просмотра окна данных, далеко отстоящего от запускающего слова. Такой просмотр обеспечивается цифровой задержкой, которая позволяет
Рис. 6.7. Таблица истинности с временной диаграммой при вводе запускающего слова (комбинационный запуск)
передвигать окна данных на необходимое количество тактовых импульсов. Таблица истинности и временная диаграмма при вводе запускающего слова (запуск с цифровой задержкой) приведены на рис. 6.8.
Рис. 6.8. Таблица истинности с временной диаграммой при вводе запускающего слова (запуск с цифровой задержкой)
Цифровая задержка позволяет также при одном и том же запускающем слове исследовать программу по частям, определив с абсолютной точностью окно данных, которое необходимо для наблюдения. Значение цифровой задержки у анализаторов разных типов колеблется в пределах 10 4 . 10 6 импульсов. Существует связь между длиной запускающего слова и значением цифровой задержки: чем длиннее запускающее слово, тем короче цифровая задержка. Это объясняется тем, что в длинной последовательности данных всегда можно выбрать запускающее слово, отстоящее недалеко от необходимого окна данных.
Наряду с цифровой задержкой в анализаторах реализован режим отрицательной задержки, которая позволяет при пропускании информации через внутреннюю память, с поступлением запускающего слова остановить запись. При этом в памяти сохранится информация, предшествующая моменту запуска. Этот режим можно использовать при отыскании многих неисправностей, когда имеется сбой в одном и том же месте программы. Если в качестве запускающего слова использовать код сбоя, то появляется возможность проанализировать условия, которые этому сбою предшествовали.
При работе с микропроцессорными системами, в которых программа содержит циклы, запускающее слово может повторяться несколько раз. Во многих анализаторах введена возможность задержки запускающего слова на определенное количество слов. В случае необходимости просмотра информации внутри цикла после программного п-го цикла используется задержка запускающего слова. При этом запускающее слово выбирается внутри цикла и вводится задержка на п слов. Окно данных будет указывать информацию внутри цикла после прохождения п циклов программы.
На рисунке 6.9 в условной форме приведены все рассмотренные режимы работы анализатора.
Обобщенная структурная схема анализаторов АЛС и АВД приведена на рис. 6.10. Тактовые импульсы могут быть внутренними и внешними. В зависимости от типа анализатора некоторые узлы структурной схемы могут отсутствовать.
Показанные на схеме узлы имеют следующее назначение:
- • компараторы сортируют информацию на логический «0» и логическую «1»;
- • память записывает информацию с помощью внешнего (АЛС) или внутреннего (АВД) тактового импульса;
- • компаратор кодов сравнивает поступающую информацию с информацией, вводимой с передней панели. При приходе запускающего слова вырабатывается сигнал на устройство запуска;
Рис. 6.9. Режимы работы анализатора: а — начало, после момента запуска;
6 — конец, до момента запуска; в — сдвиг, до и после момента запуска; г — после задержки на п тактовых импульсов; д — после прихода трех запускающих слов; е — после прихода двух запускающих слов и задержки на п тактовых импульсов
Рис. 6.10. Обобщенная структурная схема анализаторов АЛ С и АВД