Индикатор фазы схема — самоделкин — сделай сам своими руками — схемы. Схемы индикатора напряжения на светодиодах

Когда проводятся ремонтные и электромонтажные работы, часто появляется необходимость в быстрой проверке на наличие напряжения на отдельных участках и элементах электрической цепи. Также довольно часто возникают случаи, когда срочно нужно убедиться, если ли надёжный контакт между разными элементами (частями) электрической цепи. Самый простой способ для таких проверок, это специальные индикаторы фаз, которые знакомы каждому, даже абсолютно далёкому от электрики человеку. Также часто используются устройства, позволяющие «прозванивать» цепь, они также называются пробниками

.
Пробник
– достаточно удобная вещь. Он почти не занимает места, а также довольно прост и надёжен в эксплуатации.
Индикатор фазы
, обычно, выглядит как обычная отвертка с простейшим электрическим щупом. Индикаторная цепь состоит из последовательных включённых резисторов и неоновой лампочки. При измерении цепи на наличие фазы, следует подключить и собственное сопротивление человека, прикоснувшись пальцем к контакту, что находится на ручке отвёртки. Ниже приводятся 3 варианта схем индикаторной отвёртки.

Схема индикатора фазы на ЖК

Стоит отдельно отметить несколько особенностей, о которых обязательно стоит помнить, работая с индикаторной отвёрткой:

При некоторых определённых условиях нулевой рабочий провод может оказаться под напряжением, и поэтому не следует прикасаться к нему при работе с цепью. Убедиться в том, что напряжение на проводе отсутствует, можно довольно просто, достаточно использовать индикаторную отвёртку.

Бывают случаи, когда индикатор оказывается неисправен (примеров много, но, допустим, перегорела лампочка), и тогда он покажет вам отсутствующее напряжение. Поэтому мы призываем к осторожности – будьте внимательны, и всегда проверяйте индикатор перед работой на участках, где напряжение заведомо присутствует.

Индикаторная отвёртка нужна лишь для того, что определить, есть ли фаза (потенциал) на определённом участке цепи, и это никак не может говорить нам о том, что на цепи присутствует рабочее напряжение между землёй и фазой. В том случае, если провод «земляного» индикатора обрывается (допустим, повреждается), индикатор обязательно покажет вам присутствие фазы, но при этом сама цепь всё равно остаётся разорванной.

Также обратите внимание, что стоит особенно внимательно работать при ярком солнечном освещении (допустим под прямыми солнечными лучами). При таком освещении неоновый свет лампочки почти не разглядеть, и поэтому можно легко ошибиться, определяя, присутствует ли фазное напряжение.

Перед тем, как начать работать с патроном люстры или любого другого осветительного прибора в вашей квартире, не полагайтесь на выключатель освещения (раз клавиша внизу – значит обязательно «выключено»), а всегда проверяйте наличие напряжения индикаторной отвёрткой. Для этого стоит проверить центральную клемму патрона и контакт, который соединяется с цоколем лампы.

Но есть куда более функциональный пробник электрика. Это двухполосный индикатор напряжения, благодаря которому можно проверить не только наличие или отсутствие напряжения между различными частями, а также между «землёй» и частями. В отличие от обыкновенной индикаторной отвертки, у двухполосного индикатора присутствует вспомогательный щуп, соединённый с основным блоком при помощи метрового шнура. Этот щуп нужен для возможности определения напряжения между точками цепи.

Говоря о пробниках, стоит, пожалуй, отнести сюда также и простейшее , которое состоит из соединённой батарейки и лампочка. Старое название этого прибора – «Аркашка». С помощью такого достаточно несложного приспособления можно «прозвонить» абсолютно любой исследуемый участок цепи. Допустим, это может пригодиться, когда нужно удостовериться, что в электрической цепи нет обрывов.

До нашего времени дожила также нестареющая контрольная лампа

. К слову, она запрещена нормами
ПУЭ
. Но при этом на сегодняшний день многие специалисты научились обходить эти требования, используя в устройстве лампочку меньшей мощности (15 Вт, как в швейном машинке или холодильнике), которая помещена в специальный прозрачный футляр.
Измерительная техника
При электромонтажных работах зачастую требуется индикатор фазы. Ранее в таких устройствах применялись газоразрядные индикаторные лампы, сегодня вместо них можно использовать светодиоды повышенной яркости свечения, которые заметно светятся при токе в несколько десятков микроампер. Обеспечить гальваническую развязку может ёмкостная связь индикатора с рукой пользователя.

Схема предлагаемого индикатора фазы показана на рис. 1. Фазное напряжение

Поступает на диодный мост VD1 через токоограничивающий резистор R1 и конструктивный конденсатор CR. Выпрямленное напряжение подаётся на светодиод HL1, и он светится, показывая тем самым, что проверяемый провод действительно фазный. Индикатор смонтирован в пластмассовом корпусе авторучки подходящего размера. Конденсатор Ск образован свёрнутым в цилиндр и приклеенным к внутренней поверхности корпуса куском алюминиевой фольги и рукой пользователя. Диэлектрической прокладкой конденсатора служит стенка корпуса.

Вариант конструкции индикатора показан на рис. 2. В наконечник 2 корпуса авторучки вставляют штырь (щуп) 1 — металлический стержень диаметром 1,5…2 и длиной 20…25 мм, к которому припаян токоограничиваю-щий резистор 4 (R1). Стержень закрепляют в наконечнике эпоксидным клеем 3. Взамен кнопки (или внутри неё) в колпачке корпуса 8 устанавливают све-тодиод 9, к выводам которого припаян диодный мост 7.

Один из свободных выводов диодного моста соединяют тонким изолироно в три раза больше внутреннего диаметра корпуса 5, а длина — на 10.15 мм короче длины его внутренней цилиндрической части. Для обеспечения надёжного контакта конец провода зачищают на длине 30.40 мм, несколько раз обёртывают краем фольги и плотно зажимают плоскогубцами. Затем фольгу сворачивают в цилиндр и приклеивают к внутренней поверхности корпуса.

При подборе корпуса следует выбрать тот, у которого диаметр больше, а стенки тоньше — это обеспечит большую ёмкость конструктивного конденсатора. Для увеличения его ёмкости корпус индикатора следует держать в руке возможно плотнее, от этого будет зависеть яркость свечения светодиода.

Ток, протекающий через конденсатор Ск в этой конструкции, очень мал (всего несколько микроампер), поэтому далеко не всякий светодиод будет заметно светиться. Чтобы сделать индикацию более заметной без увеличения тока через устройство, в него можно ввести релаксационный генератор на основе симметричного динисто-ра DB3 или аналогичного (рис. 3). В этом случае при касании фазного провода щупом сначала заряжается конденсатор С1, а когда напряжение на нём достигает примерно 35 В, динистор открывается и через светодиод протекает импульс тока, вызывая вспышку света, которая хорошо заметна. Частота вспышек зависит от ёмкости конденсаторов Ск и С1: с увеличением ёмкости первого из них она увеличивается, а второго — снижается. Детали генератора монтируют непосредственно на выводах диодного моста.

Дальнейшее увеличение яркости светового сигнала возможно за счёт увеличения тока через светодиод. Для этого конденсатор Ск заменяют резисторами R1, R3 (рис. 4) и устанавливают на внешней поверхности корпуса индикатора электрически соединённый с первым из них контакт E1 (желательно из металла с нержавеющим покрытием). Фольга в этом случае не понадобится, релаксационный генератор на динисторе VS1 можно оставить или исключить (т. е. подключить светодиод непосредственно к выводам диодного моста). Внешний вид индикатора показан на рис. 5.

В устройстве применены резисторы МЛТ, С2-23, конденсаторы — керамические К10-17в. Симметричный динис-тор DB3 можно найти в вышедшей из строя компактной люминесцентной лампе (КЛЛ), из неё же можно извлечь диоды 1N4007 для сборки выпрямительного моста взамен указанного на схеме. Светодиод — любой повышенной яркости свечения в корпусе диаметром 3.5 мм. Его следует подобрать по яркости свечения при малом токе. Для этого имеющиеся светодио-ды поочерёдно подключают к источнику питания напряжением 12 В через резистор сопротивлением 100 кОм и выбирают экземпляр с максимальной яркостью.

Или выключателя в квартире необходимо иметь под рукой фазовый индикатор. Указанные устройства между собой отличаются по мощности генератора. Также у моделей имеется своя частота и пороговое сопротивление. На рынке представлено довольно много фазовых индикаторов.

Производятся они с двумя, тремя зажимами. Скважность импульсов у моделей не превышает 90 %. При выборе модификации важно обращать внимание на класс защиты. Для того чтобы больше узнать о фазовых индикаторах, необходимо рассмотреть схему прибора.

Самодельная модификация

При необходимости светодиодный индикатор фазы можно сделать самостоятельно. В первую очередь для этого подбирается качественный проводной генератор. Показатель выходного напряжения у него должен составлять не менее 12 В. Также для сборки устройства потребуется демпфер. На рынке представлены различные типы, и по чувствительности они довольно сильно отличаются. Если рассматривать простую модель, то элемент целесообразнее подбирать с резистором. Микроконтроллер для фазового индикатора потребуется многоканально типа. В конце работы фиксируется светодиод, а также зажимы.

Пассивные индикаторы напряжения и тока: особенности функционирования

Вторым признаком классификации индикаторов является их деление на активные и пассивные устройства. В основу положены функциональные особенности инструментов. К пассивным следует отнести приборы, отличающиеся такими характеристиками:

1. Несложные. Однополюсные, состоят из одного корпуса с размещенными в нем элементами.
2. Ограниченный функционал. Единственное, что показывает индикаторная отвертка такого типа, – есть ли напряжение в определенной точке электроцепи.
3. Непрофессиональный инструмент. Чаще применяется в быту, для электриков неприемлем в силу отсутствия возможностей обеспечить необходимое обследование состояния электропроводящих кабелей.

Преимущество данных индикаторов состоит в том, что при определении наличия напряжения не нужен ноль, его роль выполняет человек, в руках у которого оказывается отвертка-индикатор. Особенность ее устройства заключается еще и в том, что резистор, в силу значительной сопротивляемости, не определяет наличия напряжения ниже 50 вольт.

Понять, как найти фазу индикаторной отверткой подобного типа, труда не представляет. Жалом следует коснуться проводника, а рукой нажать на пластину на корпусе устройства. При наличии напряжения неоновая лампочка засветится.

Отзывы потребителей о модели Extech DV25

Указанные фазовые индикаторы производятся с тремя зажимами. В данном случае точность измерения очень высокая. Генератор в устройстве используется проводного типа. Максимальный параметр перегрузки равняется 3,3 А. Датчик у модели установлен только один. Если верить специалистам, то повышенной влажности он не боится. Для защиты устройства от перепадов напряжения установлены конденсаторы.

Для бытового использования модель подходит идеально. Однако важно отметить, что проводники используются небольшой длины. Для определения фазы в силовом щитке модель не подходит однозначно. Как утверждают специалисты, батарейка используется малой мощности, и хватает ее только на три часа работы. Купить представленный индикатор фазы на рынке можно по цене от 6500 руб.

Как проверить фазу без индикаторной отвертки

Как определить фазу без индикатора? Существует несколько способов. Они подчас являются единственной возможностью, позволяющей правильно установить выключатель или заменить подгоревшую розетку.

Первый из них – самый быстрый, простой и надежный. Он основан на визуальном осмотре проводов. Дело в том, что разноцветная оплетка неслучайна. Именно цвет указывает на нейтральность или нахождение под фазой жилы. Запомнить соответствие сложно, да и не нужно. При необходимости стоит просто заглянуть в маркировочную таблицу.

Второй вариант позволяет установить наличие напряжения при помощи все той же контрольки. Один провод следует прикрепить к очищенному до блеска металлу системы отопления, а другим дотронуться до жил, где нужно определить фазу. Если коснуться жилы под напряжением – лампочка загорится. При отсутствии под рукой лампы накаливания можно воспользоваться неонкой.

Третий способ, подсказывающий, как найти фазу без индикаторной отвертки, может вызвать улыбку, так как схема включает…картошку. Кроме того, понадобятся два проводка длиной около 50 см и резистор 1 МОм. Один кабель нужно присоединить к металлу отопления, вторым прощупать интересующую жилу. Концы проводов необходимо вставить в разрез картошки. Если через несколько минут появились следы потемнения, значит, жила фазная. Если нет, то определился ноль. Стоит заметить, что период выдерживания должен быть 5, максимум – 10 минут. До истечения крайнего временного порога выводы делать не стоит.

Мнение об устройствах Extech DV30

Указанный индикатор фаз (световой) очень простой в использовании. Всего у него имеется три зажима. В данном случае генератор установлен на 3 А. Если верить специалистам, то конденсаторы используются высокого качества. Всего у модели предусмотрено два датчика. Таким образом, скорость определения фазы очень высокая. Допустимый уровень влажности равняется только 33 %.

Конденсатор в устройстве установлен емкостного типа. Рабочая частота фазового датчика равняется 500 Гц. В свою очередь пороговое сопротивление составляет 20 Ом. Для работы с силовыми щитками модель не подходит. Однако при проведении в квартире ремонта может сильно помочь. Также важно отметить, что у модели предусмотрена функция калибровки. Купить этот индикатор фазы на рынке можно за 6 тыс. руб.

Схемы измерительных приборов

Этот раздел посвящен измерительному и вспомогательному оборудованию которое необходимо для радиолюбительской лаборатории или мастерской: различные генераторы, измерители ESR, вспомогательное оборудование необходимое телемастеру, самодельные приборы и так далее…

Самодельные измерительные приборы

Приставка к мультиметру для измерения ESR конденсаторовESR-метр из китайского стрелочного прибораПростой испытатель транзисторов (проверка h21э)простой генератор на ОУГенераторы звуковых частотАктивный щуп для осциллографаДвухлучевой осциллограф из однолучевогоПростой измеритель ESR с питанием 1,5VИзмеритель RCLПрибор для проверки параметров аккумуляторовПрибор для измерения индуктивностиПрибор для проверки конденсаторовПрибор для проверки электролитических конденсаторовЛогический пробник с семисегментным индикаторомПрибор для определения межвитковых замыканийПрибор для проверки полевых транзисторовИндикатор плохих контактовИзмеритель емкости конденсаторов на операционном усилителеКак измерить электромагнитное излучение мультиметромИндикатор электрического поляЧастотомер на микроконтроллере ATtiny2313Измеритель длины изделийИзмеритель идентичности веществРезонансный частотомерОсциллограф из телевизораСамодельный счетчик ГейгераРеле в качестве генератораГенератор синусоидального сигнала на логических микросхемахСветодиодный осциллографИзмеритель емкости и индуктивностиLC измеритель на простой логикеРадиолюбительские приборы для измерения индуктивностисчётчик Гейгера из неоновой лампыИндикатор высокочастотного излученияМетодика проверки дросселя или индуктивности на насыщениеПортативный прибор для измерения сопротивлений и емкостиВолномер FM диапазонаДетектор наличия аудио сигналаПробник транзисторов со светодиодной индикациейЛогический щуп-пробникВысокочастотный генератор (до 15 мГц)Генератор импульсов треугольной и прямоугольной формыНесложный транзисторный генератор звуковой частотыПрибор для проверки транзисторов и диодов без выпаиванияСветодиодный испытатель транзисторовУниверсальный измерительный приборИзмеритель нелинейных искаженийЧастотомер- измеритель емкостиМилливольтметр переменного токаИскровой дефектоскопПрибор для измерения влажности, температуры и освещенности почвыШирокополосный генератор шумаФункциональный генератор на XR2206Лабораторный генератор звуковой частотыПрибор для определения параметров стабилитронаПростейший генератор для ремонта телевизоровПростейший Ом-метрПрибор для проверки оксидных конденсаторов без выпаиванияИзмеритель емкости конденсаторовДоработка авометра Ц435Щуп-генератор для проверки радиоприемного трактаПробник универсальныйСветозвуковой пробникФункциональный генератор с электронной перестройкой частотыГенератор ЗЧ на микросхеме К174УН7Генератор тональных импульсовИзмеритель емкости- приставка к мультиметру DT-830B (М-830В)Измеритель емкости аккумуляторовГенератор-пробник для проверки трактов ПЧ и ЗЧЧастотомер из радиоприемникаПрибор для проверки пультовПрибор для проверки работоспособности кварцевых резонаторовГенератор функциональныйЛогический щуп без источника питанияИспытатель операционных усилителейМикровольтметр для проверки аудиоустройствЦифровой вольтметр со светодиодным индикаторомГенератор периодических импульсовГенератор НЧ на основе К174УН7Индикатор напряжения с автоматическим переключением пределов измеренийФазометрГенератор частоты 50 ГцЛогический пробник с цифровой индикацией

Схемы промышленных приборов

Ц4317МПрибор Ц4326Прибор Ц4342Прибор Ц4353Mastech М266F (C) схемаMastech MS2001Mastech m932мультиметр Mastech MY6013Мультиметр Mastech MY61 схемаМультиметр Mastech MY62мультиметр Mastech MY63мультиметр Mastech MY64мультиметр Mastech MY65мультиметр Mastech MY68мультиметр Mastech M300мультиметр Mastech M320мультиметр Mastech M3900Мультиметр М830мультиметр MASTECH M-832мультиметр MASTECH M-838мультиметр MASTECH M-890мультиметр MASTECH MAS-830, 830Lмультиметр MASTECH MAS-838мультиметр MASTECH M 93 (93А)Мультиметр DT9208A схема и характеристикимультиметр MASTECH M 9502мультиметр MASTECH MS 8220 схемамультиметр MASTECH MS 8221 схемамультиметр MASTECH MS 8222 схемаМультиметры APPA107, APPA207 схемаОсциллограф ОМЛ-2МОсциллограф ЛО-70Телетест Ласпи ТТ-03Генератор ГЗ-118Осциллограф ВМ556АОсциллограф С1-64Осциллограф С1-49Осциллограф С1-71Осциллограф С1-73Осциллограф С1-96Осциллограф С1-103Осциллограф С1-131Авометр (тестер) Ц20. Схема, доработки

Описание моделей Extech DV45

Этот фазовый индикатор в последнее время пользуется большим спросом. В первую очередь специалисты отмечают его компактность. В данном случае держатель используется с резиновой подкладкой. Всего у модели имеется два зажима. Генератор в устройстве применяется на 4 А. Рабочая частота фазового индикатора равняется 550 Гц. Как утверждают специалисты, модель способна переносить большие токовые нагрузки.

Для профессионалов она подходит отлично. Конденсаторы в устройстве применяются импульсного типа. Также важно упомянуть о качественной батарейке. Минимальная допустимая температура представленного фазового индикатора составляет -20 градусов. Влажности указанное устройство не боится. Купить модель в магазине можно за 7200 руб.

Тестер. Правила эксплуатации

Когда и как пользоваться индикаторной отверткой правильно, какие существует требования к личной безопасности пользователя?

Перед проверкой скрытой электропроводки следует обесточить помещение. Оголенные электропровода, проверять только тестером, не следует к ним прикасаться руками или проводниками. Нельзя использовать прибор во влажных помещениях, проверять исправность электрических цепей сырыми руками, будет ощутим проходящий через тело ток.

На корпусе инструмента не должно быть трещин, щелей и других повреждений. Если есть даже незначительные повреждения, устройство требуется заменить. Чинить поврежденный тестер не выгодно, покупка нового обойдется дешевле.

Отзывы потребителей о модели LUXEON EWR-5000

Указанный фазовый индикатор отзывы от покупателей получает хорошие. Для бытового использования прибор подходит идеально. Всего у модели предусмотрено три зажима. Генератор у нее используется проводного типа, а параметр перегрузки элемента равняется 3,5 А. Конденсаторы для защиты прибора используются оперативного типа. Всего у модели установлено два датчика. Параметр пороговой чувствительности равняется 5 мВ. Рабочая частота модификации не превышает 560 Гц.

Минимальная допустимая температура фазового датчика находится на уровне -20 градусов. Если верить специалистам, то светодиод в устройстве перегорает редко. Также к преимуществам модели следует отнести высокую емкость батареи. В автономном режиме она способна проработать более 10 часов. Цена на представленный фазовый датчик колеблется в районе 6500 руб.

Типы индикаторов напряжения: однополюсные и двухполюсные устройства

Современная промышленность выпускает большое количество различных индикаторов. Определенной стандартной классификации их не существует. По особенностям технического устройства приборы можно разделить на однополюсные и двухполюсные, а также выделяют пассивные и активные изделия. В разделе речь пойдет о классификации по первому признаку.

Однополюсные индикаторы. К данному виду относятся простейшие устройства, схема конструкции которых описана выше: в основе – жало и неоновая лампа для индикации. Более совершенные однополюсные приборы имеют светодиодную лампу, питание от батареек, звуковой сигнал – дополнительно к свечению лампы. По принципу работы такие индикаторы идентичны простейшим устройствам, но появляется возможность прозвонки проводов.

Наиболее продвинутые однополюсные модели имеют сложное устройство, хотя принцип работы сохраняется. Дополнительно к уже перечисленным функциям у них добавляется способность определения обрыва скрытых проводов, находящихся под слоем штукатурки.

Двухполюсный вид индикаторных отверток отличается тем, что имеет не один, а два корпуса. Каждый выполнен из диэлектрического материала, имеет подсветку – неоновую или светодиодную лампу. Некоторые устройства оснащены звуковым сигналом. Два корпуса соединяются проводом, длина которого обычно не превышает 1 м, оба имеют жало. Такие приборы считаются профессиональными, применяются для проверки присутствия тока между двумя контактами. Среди двухполюсных есть модели, которые определяют не только наличие напряжения, но и его величину.

Мнение об устройствах LUXEON EWR-5010

Этот индикатор чередования фаз продается на два зажима. Функция автоматической калибровки у него имеется. Также к преимуществам устройства важно отнести компактность. Держатель у модели используется с системой защиты. Конденсаторы установлены импульсного типа. Всего у модели предусмотрено два датчика. Таким образом, скорость определения фазы очень высокая.

Также важно упомянуть об их чувствительности. Указанный параметр составляет не менее 5,3 мВ. Рабочая частота, в свою очередь, находится на уровне 650 Гц. Минимальная допустимая температура фазового индикатора составляет -25 градусов. Зажимы в устройстве используются высокого качества. Также специалисты отмечают прочность проводников. Микроконтроллер в данном случае отсутствует. Купить этот фазовый индикатор в наше время можно по цене от 7200 руб.

Зачем нужен регулятор оборотов

Регулятор оборотов двигателя, частотный преобразователь – это прибор на мощном транзисторе, который необходим для того, чтобы инвертировать напряжение, а также обеспечить плавную остановку и пуск асинхронного двигателя при помощи ШИМ. ШИМ – широко-импульсное управление электрическими приспособлениями. Его применяют для создания определенной синусоиды переменного и постоянного тока.

Фото – мощный регулятор для асинхронного двигателя

Самый простой пример преобразователя – это обычный стабилизатор напряжения. Но у обсуждаемого прибора гораздо больший спектр работы и мощность.

Частотные преобразователи используются в любом устройстве, которое питается от электрической энергии. Регуляторы обеспечивают чрезвычайно точный электрический моторный контроль, так что скорость двигателя можно изменять в меньшую или большую сторону, поддерживать обороты на нужном уровне и защищать приборы от резких оборотов. При этом электродвигателем используется только энергия, необходимая для работы, вместо того, чтобы запускать его на полной мощности.

Фото – регулятор оборотов двигателя постоянного тока

Зачем нужен регулятор оборотов асинхронного электродвигателя:

1. Для экономии электроэнергии. Контролируя скорость мотора, плавность его пуска и остановки, силы и частоты оборотов, можно добиться значительной экономии личных средств. В качестве примера, снижение скорости на 20% может дать экономию энергии в размере 50%.
2. Преобразователь частоты может использоваться для контроля температуры процесса, давления или без использования отдельного контроллера;
3. Не требуется дополнительного контроллера для плавного пуска;
4. Значительно снижаются расходы на техническое обслуживание.

Устройство часто используется для сварочного аппарата (в основном для полуавтоматов), электрической печки, ряда бытовых приборов (пылесоса, швейной машинки, радио, стиральной машины), домашнего отопителя, различных судомоделей и т.д.

Фото – шим контроллер оборотов

Описание моделей LUXEON EWR-5033

Этот индикатор фаз имеет массу преимуществ. В первую очередь важно отметить, что у него установлены очень удобные зажимы. Для работы с силовыми установками модель подходит хорошо. Допустимый уровень влажности устройства равняется 45 %. Конденсаторы у модели используются импульсного типа.

Также к преимуществам модификации следует отнести качественный датчик. Генератор в фазовом индикаторе используется на 3 А. Для бытового использования модель также подходит. Однако важно отметить, что стоит она на рынке довольно дорого. В среднем цена на индикатор фаз колеблется в районе 8300 руб.

В любой технике в качестве отображения режимов работы используют светодиоды. Причины очевидны – низкая стоимость, сверхмалое энергопотребление, высокая надёжность. Поскольку схемы индикаторов очень просты, нет необходимости в покупке фабричных изделий.

Из обилия схем, для изготовления указателя напряжения на светодиодах своими руками, можно подобрать наиболее оптимальный вариант. Индикатор можно собрать за пару минут из самых распространённых радиоэлементов.

Все подобные схемы по назначению делят на индикаторы напряжения и индикаторы тока.

Рассмотрим простейший вариант – проверка фазы.

Эта схема представляет собой световой индикатор тока, которым оснащают некоторые отвёртки. Такое устройство даже не требует внешнего питания, поскольку разность потенциала между фазовым проводом и воздухом или рукой достаточна для свечения диода.

Для отображения сетевого напряжения, например, проверки наличия тока в разъёме розетки, схема ещё проще.

Простейший индикатор тока на светодиодах 220В собирается на ёмкостном сопротивлении для ограничения тока светодиода и диода для защиты от обратной полуволны.

Назначение элементов и принцип работы

Вариант для автомобиля Простая схема для индикации напряжения бортовой сети автомобиля и заряда аккумулятора. Для повышения чувствительности в качестве антенны может быть использован отрезок изолированного провода или телескопическая антенна. Как пример приведем простейшую схему на контроллере ATMega

Индикатор для микросхем (логический пробник)

Если возникает необходимость проверить работоспособность микросхемы, поможет в этом простейший пробник с тремя устойчивыми состояниями. При отсутствии сигнала (обрыв цепи) диоды не горят. При наличии логического ноля на контакте возникает напряжение около 0,5 В, которое открывает транзистор Т1, при логической единице (около 2,4В) открывается транзистор Т2.

Такая селективность достигается, благодаря различным параметрам используемых транзисторов. У КТ315Б напряжение открытия 0,4-0,5В, у КТ203Б – 1В. При необходимости можно заменить транзисторы другими с аналогичными параметрами.

Управление светодиодными индикаторами с помощью регистров сдвига с токовым выходом

Речь в этой статье пойдет о цифровых или цифробуквенных дисплеях для индикации различных показаний, которые часто так и называют индикаторами. Здесь мы остановимся только на одной их разновидности — светодиодных (LED) семисегментных индикаторах и нюансах обращения с ними. На мой взгляд, одна из самых древних разновидностей дисплеев незаслуженно отставлена на периферию разработок, хотя по многим параметрам (контрасту, читаемости, минимальной неиспользуемой площади окна, надежности и долговечности, наконец) LED-семисегментники дают фору любым другим разновидностям, включая ближайших конкурентов в виде OLED.

Их самый главный очевидный недостаток — ограниченное количество доступных символов. Если не изощряться, то фактически это только цифры и небольшое количество значков, вроде минуса, градуса или буквы Е. В некоторой части этот недостаток преодолим, если принять в рассмотрение 14- и 16-сегментные разновидности. Кроме того, его можно обойти практически полностью, если вспомнить про матричные LED-индикаторы. Но матричные индикаторы и управление ими — предмет отдельного разговора, здесь мы поведем речь только о семисегментных. В существенной части небольших проектов и любительского и профессионального уровня — часах, метеодатчиках, различных измерителях — и требуется отображать только цифры и значок минус, так что их возможностей вполне хватает.

Странно, но про семисегментные LED-индикаторы толковой литературы не так и много. Имеющаяся в основном делится на три части — либо это древние громоздкие схемы динамической индикации на базе счетчиков и дешифраторов, либо учебные примеры применения Arduino с одним-единственным разрядом, либо применение готовых модулей (о недостатках и ограничениях последних см. далее). Мы же постараемся рассмотреть, как построить на более-менее современной базе универсальный узел управления любыми такими индикаторами, не ограничивая себя готовыми решениями.

Недостатки готовых 7-сегментных модулей

Сначала давайте разделаемся с готовыми модулями. Встречаются модули, построенные либо просто на сдвиговом регистре типа 74HC595 (что не слишком удобный вариант), либо на специальных микросхемах-драйверах TM1637 (интерфейс I2C) или MAX7219/MAX7221 (интерфейс SPI). Удобство применения таких драйверов в том, что они сами организуют динамическую индикацию, вам об этом заботиться не надо. Потому такие модули популярны в сочетании с Arduino — схема подключения предельно проста, а об остальном позаботятся готовые библиотеки. Драйверы MAX7219/MAX7221 ко всему еще имеют кучу удобных опций, что разнообразит составление программы управления, не особо ее усложняя. Почему-то львиная часть таких модулей выпускается в конфигурации «для часов» (с дополнительным двоеточием посередке), но несложно приобрести и обычные с десятичными точками и даже восьмиразрядные.

Однако недостаток готовых модулей на этой основе заключается в весьма ограниченном ассортименте конфигураций самих индикаторов. Это связано в основном с нежеланием производителей затовариваться различными версиями одного и того же устройства, которые, возможно, никогда не будут востребованы — например, сочетание шести типоразмеров индикаторов различной высоты знака (в пределах 0,3 – 0,8 дюйма) с шестью цветами свечения (красный, зеленый, желтый, янтарный, синий, белый) дает 36 разновидностей на выбор, что, конечно, не потянет ни один реальный продавец. Даже на Ali найдете хорошо, если три-четыре основных цвета и пару разновидностей по высоте, в вариантах выбора «побольше» и «поменьше». В отечественных интернет-магазинах выбор еще больше ограничен.

И еще малый выбор связан с тем, что драйверы рассчитаны на 5-вольтовое питание, тогда как крупные индикаторы (высота знака 1 дюйм и более) требуют управления более высоким напряжением. Причем просто дополнить перечисленные выше удобные микросхемы-драйверы преобразователями уровня непросто — если попробовать это сделать (для чего потребуется «нарастить» управление и разрядами и сегментами), то схема получается чересчур громоздкой, и само применение этих драйверов вырождается, проще применить другие решения. Если я не ошибаюсь, готовые модули с цифрами большого размера вообще никто не решается производить.

Хочешь сделать хорошо — сделай сам

Далее я предлагаю универсальное решение для любых типоразмеров индикаторов. Конечно, это не готовый модуль — придется повозиться с изготовлением. Зато вы не ограничены фактически ничем, и сможете выбирать индикаторы желаемого цвета и размера с минимальными изменениями в схеме или вовсе без них. Трудности переместятся скорее в задачу достать нужный тип любимого цвета — полупроводниковый кризис затронул и эту отрасль, и предлагаемый ассортимент резко скукожился.

Схема предлагаемого решения не содержит загромождающих ее токозадающих резисторов (которые еще надо довольно тщательно подбирать под напряжение питания), и максимально экономична в отношении остальных компонентов. Причем общее питание схемы может быть любым вплоть до 16-17 вольт без изменений в схеме, даже нестабилизированным. Нижняя граница зависит от применяемого контроллера и индикаторов и мы о ее выборе еще поговорим. Заметим сразу, что решение легко масштабируется для теоретически любого количества разрядов (в зависимости от выбранного варианта — об этом также см. далее), и нет принципиальных проблем в его доработке для матричных индикаторов.

Но давайте обо всем по порядку.

Светодиодный драйвер MBI5167

В основе всех вариантов решений, предлагаемых далее, лежит очень удобная микросхема — драйвер линейки из 8 светодиодов MBI5167. Довольно толковый пересказ сведений из даташита можете найти здесь. Приобретение MBI5167 — не проблема, но по указанной ссылке можно найти и заменяющие его аналоги. Выпускается микросхема в двух вариантах планарного корпуса (с шагом 1,27 и 0,64 мм), потому для проб на обычной макетной плате придется приобретать переходник на шаг 2,54.

MBI5167 представляет собой объединение в одном устройстве сразу трех функций: обычного 8-разрядного сдвигового регистра, регистра-защелки его параллельных выходов и линейки раздельных токовых драйверов, к которым подключаются светодиоды. При этом выходы защелки являются управляющими сигналами для токовых драйверов: если в соответствующей позиции стоит единица – драйвер включен (светодиод горит), если ноль — выключен (светодиод гаснет). Напряжение питания светодиода, подключенного к токовому выходу, может быть любым (вплоть до 17 вольт), лишь бы оно превышало прямое падение напряжения на этом светодиоде.

Сказанное иллюстрируется рисунком выше, который представляет собой копию блок-схемы из даташита с переведенными на русский язык пояснениями. Выходы драйвера воспринимают втекающий ток, то есть их следует подключать к катодам светодиодов. Так что все дальнейшие рекомендации предполагают применение индикаторов с общим анодом.

Разводка выводов MBI5167 представлена на рисунке слева. До подключения необходимо сначала решить, какой именно ток вы хотите задать через выходы. Для задания тока служит вывод, обозначенный как R-EXT (вывод 15 микросхемы). Между этим выводом и «землей» подключается резистор Rext (показан на рисунке). Ток через каждый из выводов OUT определяется по формуле: Iout (мА) = 18,6/Rext (кОм). То есть для тока 5 мА нужен резистор 3,74 кОм, 10 мА — 1,87 кОм, для тока 20 мА — 976 Ом (приведены ближайшие к расчетным значения из 1-процентного ряда). Конечно, с такой точностью выдерживать номиналы не имеет смысла (погрешность самих источников тока равна ±3%), так что вполне подойдут 5-процентные резисторы 3,6, 1,8 и 1 кОм.

При составлении схемы придется проверять тепловыделение микросхемы, ведь лишнее напряжение сверх падения на светодиоде сегмента будет падать на источнике тока, а это заставит микросхему MBI5167 нагреваться. Сразу скажем, что для усредненных значений тока в пределах 10 мА и напряжении питания светодиода вплоть до 15 вольт это безопасно. В самом деле, примем грубо, что падение на светодиоде равно 2 вольта. Тогда при питании светодиода, равном 15 вольт, на каждом источнике тока будет падать 13 вольт, при токе 10 мА это приведет к выделению 130 мВт тепла. На семь сегментов это почти ровно ватт, а даташит уверяет, что предельная величина тепловыделения для MBI5167 составляет около 1,5 ватт. Но, как видите, это почти предельные величины, баз запаса, их превышение нежелательно. И если захочется увеличить яркость, то придется уже изобретать более низковольтный источник.

Схема и программа для тестирования MBI5167

Для питания индикаторов с одним светодиодом на сегмент (до 0,8 дюйма включительно) при применении MBI5167 достаточно нестабилизированного питания 3-5 вольт, с двумя (1-1,5 дюйма) — 7-9 вольт. Возможностей MBI5167 с запасом хватит до пяти-шести светодиодов на сегмент (трехдюймовые индикаторы и более, прямое падение — до 12 вольт, нестабилизированное питание — около 15 вольт). Ну, наверное, для уличных табло надо индикаторы еще крупнее, но там и решения применяются явно иные.

Конечно, для индикаторов малых размеров (до 0,8 дюйма) можно и не городить отдельное питание, просто подключив Uи к тем же 5 вольтам, но тогда, наоборот, это питание должно быть хорошо стабилизировано, чтобы броски при переключении сегментов не повлияли на работу контроллера (качества встроенного стабилизатора Arduino может не хватать!). И не забудьте проверить в соответствии с выбранным током через сегмент, выдержит ли 100-миллиамперный стабилизатор подключения 7-8 сегментов, или придется ставить что-то помощнее.

Коды для семисегментного индикатора представлены на рисунке выше. Отметим, что на схеме сегмент a индикатора подключен к младшему биту выходов регистра (OUT0). Потому при обычном порядке написания кода слева направо от a к g (как в таблице), его придется проталкивать через регистр младшим битом вперед. Десятичная точка при этом оказывается в самом младшем бите кода (бите 0), но в старшем выводе регистра (OUT7). То есть коды всех цифр будут содержать нули в младшем разряде, а для засветки точки надо при выводе просто приплюсовать к нужному коду единицу.

Arduino-программа для вывода одной цифры в один разряд носит название Shift_out_7seg_1dig. Вы найдете ее в архиве по ссылке в конце статьи. У Arduino задействованы выводы 10 (данные – dataPin), 11 (перезапись – latchPin) и 12 (такты – clockPin). Вывод данных осуществляется с помощью штатной функции shiftOut().

А теперь перейдем к многоразрядным индикаторам, что гораздо интереснее.

Статическая индикация

Вы будете удивлены, но для построения простейшей статической индикации, причем на индикаторах любого размера, больше ничего не требуется. Каждый семисегментный разряд подключается катодами сегментов к отдельной микросхеме MBI5167. Их удобно соединить в одну длинную линейку, подключив вход SDI следующего разряда к выходу SDO предыдущего. Тогда для управления всей линейкой достаточно трех выводов контроллера: для подачи последовательных данных на вход SDI первого разряда, для подачи тактовых импульсов (входы CLK всех микросхем объединяются) и для подачи импульса перезаписи на входы LE (которые тоже объединяются между собой). Так как микросхема довольно шустрая (подача тактов на вход CLK – до 25 МГц, что на пару порядков превышает частоту, например, шины I2C), то даже с учетом замедленной скорости работы Arduino-функции shiftOut(), никаких задержек при обновлении данных вы не заметите. Скорость вывода с помощью функции shiftOut() (о чем нет никаких официальных сведений!) примерно соответствует реальной скорости переключения вывода с применением digitalWrite() (см. разборки по этому поводу в моей книге, а также в книге Монка). Тактовая частота по выводу CLK получается около 75 кГц, значит передача целого байта займет где-то 120 мкс, с учетом импульса перезаписи по выводу LE.

Сказанное иллюстрируется схемой выше, где показано подключение четырех разрядов. Если подобная схема делается с конкретной целью индикации значения температуры в пределах 99,9 градусов по абсолютной величине, то ее можно упростить, если сократить основную часть до трех разрядов, а значок градуса (сегменты a-b-f-g) засветить в четвертом разряде постоянно с помощью подобранных резисторов. Для знака минус в любом случае не имеет смысла ставить целый индикатор (так как знак плюс все равно получить на семигментниках невозможно) — его можно сформировать отдельно с помощью плоского светодиода с подобранной под цвет индикатора длиной волны (не забудьте закрасить у такого светодиода боковые грани черным маркером). То же самое относится к двоеточию в часах, которое для мигания просто запитывается от отдельного вывода контроллера (не забывайте про подбор цвета!).

Схема будет потреблять достаточно большой ток. Обычно можно считать, что необходимый и достаточный ток через один сегмент составляет 5 мА, тогда через четыре разряда по семь сегментов каждый в экстремальном случае (все восьмерки) потечет суммарный ток 5´7´4 = 140 мА. При 10 мА на сегмент он составит уже 280 мА, не считая десятичных точек. Что не такая уж и маленькая величина для маломощных устройств и она может создать проблемы с тепловыделением внутри корпуса. И при сохранении подобранной яркости исправить это с переходом на динамическую индикацию не получится (о динамической индикации см. далее).

Главный недостаток этой схемы — большое число межсоединений, что усложняет и удорожает плату. При традиционных статических схемах с управлением хоть от счетчиков с дешифраторами, хоть непосредственно от выводов контролера, этот недостаток был решающим: в самом деле, для управления 7-ю сегментами в 4-х разрядах по отдельности нужно 28 свободных выводов контроллера. Замена на динамическую индикацию резко уменьшает число управляющих линий — для 4-х разрядов их потребуется уже всего 11 (7 – для сегментов и 4 для разрядов), поэтому там динамический вариант безусловно выигрывал. Способ с регистром сдвига делает ситуацию с управляющими линиями обратной — как мы увидим, для динамической индикации выводов потребуется больше, хотя в сумме и не слишком много. Но в статическом варианте никуда не деваются индивидуальные соединения регистров MBI5167 с катодами каждого из индикаторов, что все равно оставляет плату достаточно громоздкой. А, главное, сдвоенные-строенные-счетвереные индикаторы (которые могут быть и дешевле и компактней отдельных одноразрядных, и, кроме того, резко упрощают разводку платы) здесь применить не получится, они рассчитаны на динамический вариант.

Напоминаю, что ссылка на архив с тестовыми программами для Arduino — в конце статьи. Нужная демо-программа статической индикации носит название Shift_out_7seg_4dig_static, подключение соответствует схеме выше. Вопрос источника данных и их обработки здесь игнорируется, программа просто отображает последовательные цифры — сначала 1234, в следующем цикле 5678.

Динамическая индикация и ее особенности

Динамическая индикация прежде всего позволяет снизить аппаратурные затраты: вместо сдвигового регистра (или дешифратора с защелкой в традиционных схемах без контроллера), устанавливаемого на каждый разряд отдельно, здесь нужен один регистр на все разряды. Уменьшается и число соединений на плате — так как все одноименные сегменты разных разрядов объединяются, то можно просто взять сдвоенные, строенные или счетверенные варианты, где соединения сегментов уже выполнены внутри единого корпуса. Мы не будем здесь касаться вышеупомянутого случая применения готовых драйверов типа MAX7219/MAX7221 или TM1637 — они, конечно, позволяют снизить число необходимых выводов контроллера до минимума (так как организуют динамическую индикацию сами по себе), но, как мы говорили, удобно их применение только в пределах 5-вольтового питания индикаторов.

Платой за упомянутые упрощения, во-первых, служит увеличение количества управляющих соединений: теперь надо не только разместить семисегментный код в регистре, но и в нужный момент запитать нужный разряд. Для четырех разрядов это четыре дополнительных линии. Обычно больше 8-ми разрядов динамическую индикацию не делают — если нужно большее количество, просто ставят параллельно еще один такой же модуль. Ограничение тут связано не только с управляющими линиями — при увеличении числа разрядов падает коэффициент заполнения (относительное время свечения каждого из разрядов), что для сохранения яркости заставляет увеличивать мгновенный ток через сегмент, а это нельзя делать беспредельно (подробности см. далее).

Во-вторых, для управления разрядами понадобятся ключи, в общем случае (при повышенном напряжении питания индикаторов) — снабженные еще и преобразователями уровня. В простейшем случае ключами (для индикаторов с общим анодом, напоминаю) могут служить pnp-транзисторы, подключенные эмиттером к питанию. Преобразователями уровня могут служить любые маломощные npn-транзисторы, коллекторная цепь которых управляет включением pnp-ключа, а базовая управляется контроллером. Соответствующая схема показана на рисунке.

Транзисторы в этой схеме могут быть любые, только надо учесть, что pnp-ключ управляет суммарным током всех сегментов, а здесь он для достижения той же яркости может в разы превышать оптимальные для статического варианта 5-10 мА на сегмент (см. далее раздел «О яркости индикаторов»). Иными словами, для четырех разрядов pnp-транзистор VT2 должен выбираться с допустимым током не менее 0,5-0,6 А. Указанный на схеме BC327 этому условию удовлетворяет, но если у вас завалялись отечественные, то придется ставить уже что-то из средней мощности — КТ814/816 или еще лучше, КТ973. При маленьких индикаторах и питании 5 В, равным питанию контроллера, преобразователь уровня на npn-транзисторе VT1 можно исключить для упрощения схемы, но не забудьте, что логику управления разрядами при этом необходимо инвертировать: включенному разряду будет соответствовать логический ноль на выходе контроллера.

Схема с биполярными транзисторами самый дешевый вариант, но не самый лучший — во-первых, велики потери на ключах (и из-за падения напряжения и из-за медленного их запирания), во-вторых, биполярные транзисторы требуют, как видите из схемы, соответствующих резисторов, так что схема окажется довольно громоздкой.

Замечу, что у меня вот уже более 20 лет успешно работают настольные часы с индикаторами в дюйм высотой, где ключи управления и разрядами и сегментами сделаны на советских биполярных транзисторах (которые мне тогда не стоили ничего вообще — как устаревшие, они были списаны при какой-то очередной инвентаризации). Ничего с ними не происходит, так что схемы вполне рабочие. Но помню, как я мучился, впаивая в плату миллион выводных резисторов МЛТ, которые вместе с транзисторами заняли полплаты. Конечно, при наличии драйверов-дешифраторов с токовым выходом сейчас о ключах управления сегментами заботиться не нужно, да и SMD-компоненты заняли бы втрое меньшую площадь, но зачем все это, если есть более современные решения?

MOSFET’ы в качестве ключей куда удобнее, тем более в низкочастотных схемах, где мы вполне можем абстрагироваться от динамических потерь. Кроме того, специально для управления этими самыми MOSFET’ами есть необъятный ассортимент штатных преобразователей уровня, роль которых играют MOSFET-драйверы. А если мы еще правильно выберем сам полевик (по минимуму порогового напряжения VGS), то можем забыть про любые потери, независимо от напряжения питания.

Соответствующая схема для четырех разрядов приведена на рисунке. В качестве преобразователей уровня здесь использованы сдвоенные драйверы TC4426A с инвертирующим выходом, удобные для p-канальных транзисторов. Указанные на схеме транзисторы IRFD9014 выпускаются в корпусе типа «усеченный DIP» (DIP-4), который одинаково хорошо годится как для макетирования, так для установки на плату, где он занимает не слишком много места. Разумеется, можно выбрать из миллиона других вариантов, в том числе и более дешевых, только при низких напряжениях питания не забывайте про пороговое напряжение — VGS должно быть не больше 2-3 вольт. Как и в случае биполярных ключей, при одинаковом питании контроллера и индикаторов драйверы TC4426A можно исключить (не забыв при этом инвертировать логику управления разрядами), но я бы не советовал это делать: схема будет работать надежнее, если делать все строго по инструкции. Драйверы не нагружают выходы контроллера, а как альтернатива биполярным преобразователям уровня они просто займут меньше места на плате.

Демо-программа, соответствующая этой схеме, называется Shift_out_7seg_4dig_dinam и ее также можно разыскать в архиве по ссылке в конце текста. Вопрос источника данных и их обработки мы здесь также не принимаем во внимание, программа просто отображает в каждом разряде цифру, соответствующую номеру разряда.

В программе обход разрядов происходит по прерываниям совпадения 8-разрядного Таймера 2. Таймер устанавливается на коэффициент предделителя частоты, равный 1024 (что дает 15625 Гц на входе), с загрузкой в регистр совпадения числа 64 получается частота возникновения прерываний, равная ~244 Гц. Каждый разряд 4-разрядного числа горит в течении 1 периода этой частоты, соответственно, частота обновления каждого разряда и всего дисплея получается ~61 Гц. Этого достаточно, чтобы не воспринимать глазом мерцание индикаторов. Существенно увеличивать частоту переключения тут незачем — нам еще когда-то надо получать данные и преобразовывать их в отдельные цифры, а также, возможно, производить всякие другие действия. Динамическая индикация, осуществляемая с помощью отдельных микросхем-драйверов, примерно на порядок быстрее (у MAX7219/MAX7221 частота сканирования разрядов ~800 Гц), но они заняты только этим и ни на что больше не отвлекаются.

Учтите, что питание индикаторов, как уже говорилось, может быть нестабилизированным, но должно быть снабжено хорошим сглаживающим фильтром — иначе неизбежно возникновение биений между частотой пульсаций питания и частотой переключения разрядов, в результате чего яркость индикаторов будет пульсировать. Статический способ индикации, описанный выше, лишен этого недостатка: в нем отдельное питание разрядов Uи может быть даже несглаженным пульсирующим напряжением прямо с выхода моста.

О возможных перебоях динамической индикации

Операции подготовки и преобразования данных не могут помешать динамической индикации даже в тормозном Arduino, так как операторы языка все равно выполняются на порядки быстрее (единицы-десятки микросекунд в самом худшем случае), чем обновление разрядов дисплея (единицы-десятки миллисекунд). А вот процессы получения данных через последовательные интерфейсы могут тормозить.

Например, скорость штатного TWI (библиотека Wire) по умолчанию устанавливается на уровне 100 Кбит/с, что дает скорость обмена примерно в 1 байт за 100 микросекунд (учитывая всякие «старты» и «аски»), а в реальности еще меньше, так как какое-то время занимает посылка адресов устройств и регистров. Мы можем считать, что, например, чтение полного содержимого регистров часов типа DS1307, состоящего из 7 байт (Секунды: Минуты: Часы: День: День недели: Месяц: Год) займет около 1 миллисекунды. Это сравнимо с периодом нашей частоты переключения разрядов (244 Гц — около ~4 мс), потому нужно довольно внимательно отнестись к правильной организации обмена данными, не сбивающего индикацию. Единичный сбой из-за отложенного прерывания вы не заметите, но если период обновления разрядов дисплея начнет сбиваться регулярно, то изменение или мерцание яркости индикаторов будет заметно на глаз. Причем увеличить скорость обмена (библиотека Wire это позволяет), не всегда возможно: например, каноническая микросхема часов DS1307, как указано в ее описании, «operates in the regular mode (100kHz) only».

Еще хуже дела обстоят с интерфейсом UART. Фиксированные скорости работы из предопределенного ряда значений не всегда позволяют организовать обмен без сбоев на достаточно высокой скорости — слишком велика оказывается ошибка установления битрейта даже при 16-мегагерцовой частоте контроллера. Именно поэтому предпочитаемая «по умолчанию» скорость в различных проектах обычно устанавливается равной 9600 — это компромиссная величина, работающая с достаточной надежностью. Но 9600 бит/с — это вдесятеро меньше, чем у TWI, передача или прием каждого байта занимает около 1 миллисекунды. Увеличить ее, конечно, можно, но без тонких расчетов и оговорок лучше все равно ограничиться величиной 38400, что капитально проблему не решает. То есть при получении данных через UART приходится организацию обмена продумывать очень тщательно.

Вот со скоростью SPI не возникает никаких проблем, обычно все устройства легко поддерживают битрейт 1 МГц и выше. Но уж больно этот интерфейс редок среди обычных источников данных: он все-таки по природе предназначен для обмена в масштабах платы. Потому так или иначе приходится процедуры получения данных тщательно рассчитывать по времени.

О яркости индикаторов

Максимальный допустимый средний ток одного сегмента индикаторов обычных размеров (0,5-1,5 дюйма) примерно соответствует максимальному току сигнальных светодиодов, т.е. составляет около 30 мА. Обычное значение тока непрерывного свечения сегмента, при котором любой индикатор будет хорошо виден — 5-10 мА (для красных поменьше, для желтых и зеленых — побольше). Причем для увеличения видимого контраста цифры не стоит тупо увеличивать ток через нее — напомним, что у драйверов есть свои ограничения на выделяемую мощность, да и у каждого типа индикаторов, кроме предельно допустимого среднего тока, есть еще и предельная рассеиваемая мощность на сегмент, и чем дальше мы от нее отстоим, тем схема окажется долговечнее.

Потому лучший способ улучшения видимости цифры — поместить индикатор под фильтр из дымчатого оргстекла, причем на некотором расстоянии вглубь. Фильтр сделает фон светящегося сегмента даже при обычной молочно-матовой лицевой поверхности корпуса визуально абсолютно черным, и общий контраст увеличится, несмотря на то, что сам фильтр задержит часть излучаемого света. Особенно это важно при разглядывании дисплея издалека, например, в настольных часах или настенной метеостанции. Заметим, что нейтрально-серый дымчатый фильтр наиболее универсален, но если у вас индикаторы одного цвета, то можно подобрать фильтр соответствующего оттенка: скажем, желтые индикаторы лучше смотрятся через коричневое оргстекло (а вот зеленые при этом могут потерять в насыщенности цвета). Можно вместо дымчатого или цветного прозрачного оргстекла, которое достать бывает непросто, воспользоваться пленками-фильтрами, применяемыми в фотографии и театральном деле.

Еще следует учитывать такой нюанс: десятичная точка у индикаторов увеличенного размера обычно отличается от остальных сегментов уменьшенным прямым падением напряжения (например, у индикаторов высотой 1 дюйм сегмент состоит из двух последовательно включенных светодиодов, а десятичная точка — из одного). Потому, если вы хотите десятичную точку засветить отдельно от цифр через резистор, чтобы она не выделалась на фоне цифр или не светила слишком тускло, величину этого резистора придется подгонять индивидуально — скорее всего, рассчитать его точную величину не получится.

При подключении десятичной точки к драйверу с токовым выходом это обстоятельство перестает иметь значение, но зато вылезает досадная ошибка, которую допускают, кажется, абсолютно все производители семисегментников. Круглая точка визуально кажется меньше остальных сегментов (имеющих форму вытянутого параллелограмма или прямоугольника) и при совпадающей яркости теряется на их фоне — издалека и не поймешь, где именно стоит разделитель. Потому совсем не вредно все-таки засветить ее отдельно и подобрать яркость так, чтобы десятичная точка немного выделалась. Эта проблема совершенно отсутствует в разновидностях с запятой вместо точки, или в тех редких случаях, когда точка не круглая, а прямоугольная. Заметим в скобках, что в некоторых ЖК-дисплеях эта проблема стоит еще острее и хоть как-то сгладить ее не получается вообще. Ну не догадываются компании-разработчики дисплеев о необходимости привлекать художников-шрифтовиков (и если бы это было единственное их упущение в части дизайна!).

При динамической индикации на все это накладывается коэффициент заполнения. В нашем случае он равен обратной величине от количества индикаторов (в драйверах типа TM1637 и MAX7219/MAX7221 это не так!). Зависимость видимой яркости от коэффициента заполнения в общем случае нелинейная, но мы можем считать, что в практически значимых пределах она обратно пропорциональна количеству индикаторов. Потому при двух индикаторах подобранный в статическом режиме ток через сегмент следует увеличить вдвое, при четырех — вчетверо. Легко подсчитать, что уже при 4-х индикаторах небольшого размера, если первоначально подобранная величина тока равна 10 мА, мы вроде бы выходим за пределы максимально допустимого тока 30 мА. Но все станет на свои места, если вспомнить, что это максимально допустимый средний ток, а усредненная величина в зависимости от коэффициента заполнения не меняется. Но и пиковый ток, разумеется, ограничен, потому при большом количестве индикаторов для них будет лучше, если вы разделите индикаторы на группы не более 4-5 штук в каждой.

Управление яркостью

У драйверов есть специальные команды управления яркостью, регулирующие относительную длительность включенного состояния разряда. У TM1637 8 градаций яркости, у MAX7219/MAX7221 по 16. В реальности такое количество ступеней совершенно излишнее — обычно имеют значение три величины (низкая-средняя-высокая), но вот сами эти величины для разных типов дисплеев могут отличаться, и еще зависеть от плотности фильтров, устанавливаемых, как мы говорили, для увеличения контраста.

На практике в нашем случае наличие начальной программной регулировки необязательно: проще заранее подобрать значение тока под конкретные условия с помощью токозадающего резистора Rext. Единственный вариант, когда такая регулировка понадобится — необходимость регулировать яркость в зависимости от внешнего освещения. В некоторых случаях это совершенно обязательная функция (дисплеи на торпеде автомобиля, на судовых пультах управления — во избежание засветки поля зрения и отражения в лобовых стеклах в ночных условиях), да и просто нередко хочется приглушить яркость настольных часов ночью.

В случае статической индикации чисто программной регулировки не добиться, придется переключать токозадающие резисторы Rext во всех разрядах одновременно. Это не очень сложно сделать с помощью КМОП-коммутаторов (например, 74HC4066, старинных 590КН2 или маломощных электронных реле), только довольно сильно загромождает схему.

Тут динамическая индикация выигрывает — вот там никаких проблем с программной регулировкой не существует. Для ее осуществления достаточно в каждом периоде ввести задержку на включение разряда в пределах длительности периода. Расписывать подробно не стоит — практические случаи могут быть самые разные, от ручной установки кнопкой «больше-меньше» до автоматической плавной или ступенчатой регулировки в зависимости от освещенности, измеряемой фотодиодом. Замечу, что в случае ручной регулировки неплохо ввести запоминание установленной яркости в EEPROM, чтобы не приходилось давить на кнопку после каждого перебоя в питании.

А вот и обещанная ссылка на архив с программами (UPD: программа динамической индикации подправлена по справедливым замечаниям Serge78rus). Ассемблерные демо-варианты выкладывать я не стал, кому потребуется управление на низком уровне (оно гораздо гибче и удобнее) — обращайтесь.