УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2004 года по МПК G09G3/14 G09G3/28 G09G3/32 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для отображения информации на дискретных матричных индикаторах.

Известны устройства для отображения информации [1-3], содержащие матричный индикатор, горизонтальная система электродов которого через блок информационных ключей соединена с регистром, информационный и синхронизирующий входы которого являются входами устройства. Вертикальная система электродов матричного индикатора соединена с выходами блока ключевых элементов развертки, информационные выходы которых соединены с выходами дешифратора развертки. Информационные входы этого дешифратора соединены с выходами счетчика развертки. Устройство включает в себя также преобразователи уровней сигналов кадровой и строчной синхронизации, соединенные с входами счетчика развертки.

В известных устройствах при пропадании тактовых импульсов, осуществляющих последовательное переключение электродов индикатора, сбоях или “останове” счетчика развертки защита элементов отображения матричных индикаторов от “выгорания” осуществляется за счет анализа выходных сигналов дешифраторов или включения R-C цепочек [1]. Если дополнительно необходимо обеспечить защиту элементов индикаторов при нарушении последовательности подключения элементов индикатора, то осуществляют анализ токов во вспомогательных цепях (делителях напряжения), коммутируемых ключевыми элементами блока развертки [2].

Недостатками указанных устройств является то, что решение о формировании сигналов защиты принимается на основе анализа состояния вспомогательных цепей или сигналов в них и не контролируются значения токов, протекающих непосредственно через ключевые элементы. В связи с этим невозможна защита индикаторов и самих ключевых элементов от “выгорания” при возникновении токов, превышающих критические значения. Следует отметить, что практическая реализация рассмотренных устройств весьма сложна, так как содержит большое число элементов [3], либо при практической реализации их необходимо вводить дополнительно. Например, в устройство [2] помимо элементов, указанных на схеме, необходимо ввести изолированный источник питания, обеспечивающий работу формирователей, и преобразователь уровней напряжения (блок ключей 5 этого устройства коммутирует напряжения другого источника).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для отображения информации [4], содержащее матричный индикатор, горизонтальная система электродов которого через блок информационных ключей соединена с регистром, информационный и синхронизирующий входы которого являются входами устройства. Вертикальная система электродов матричного индикатора соединена с выходами блока ключевых элементов развертки, информационные выходы которых соединены с выходами дешифратора развертки, информационные входы дешифратора соединены с выходами счетчика развертки. Выход первого формирователя соединен с первым входом преобразователя уровня напряжения. Преобразователь уровней сигналов кадровой синхронизации, содержащийся в устройстве, соединен с входом установки нуля счетчика развертки. Кроме того, в устройство входят преобразователь уровней сигналов кадровой синхронизации и источник напряжения.

В известном техническом решении [4] сбои в развертывании изображений определяются обработкой (интегрированием) сигналов делителей напряжения, которые коммутируются ключевыми элементами, то есть это устройство также не позволяет осуществлять защиту индикаторов и самих ключевых элементов от выгорания при возникновении токов, превышающих критические значения. Кроме того, использование интегрирующих цепочек приводит к возникновению значительных задержек (до секунд) определения момента возникновения отказа, что также может вызвать отказ индикатора. При возникновении любого из перечисленных выше отказов (сбоев) в устройстве [4] изображение на индикаторе пропадает, и поэтому затруднена идентификация типа отказа. Это является недостатками прототипа.

Изобретение решает задачу повышения надежности работы устройства для отображения информации за счет включения датчиков тока непосредственно в цепи коммутации электродов матричного индикатора, анализа значений этих токов и формирования необходимых управляющих сигналов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство для отображения информации дополнительно включены генератор импульсов, счетчик, дешифратор, первый, второй и третий датчики тока, триггер, схемы определения последовательности подключения электродов и превышения максимально допустимого тока, второй формирователь. Выход схемы определения последовательности подключения электродов подключен к входу первого формирователя, а выход преобразователя уровня напряжения соединен с входом установки регистра. Выводы четных и нечетных ключевых элементов блока ключевых элементов развертки объединены в две группы и подключены соответственно к первым выводам первого и второго датчиков тока и входам схемы определения последовательности подключения электродов. Вторые выводы первого и второго датчиков тока и первый вывод третьего датчика тока соединены и подключены к схеме обнаружения превышения максимально допустимого тока, второй вывод третьего датчика тока подключен к источнику напряжения. Выход преобразователя уровней сигналов строчной синхронизации соединен входом установки нуля счетчика, другой вход установки нуля счетчика соединен с преобразователем уровня сигналов кадровой синхронизации. Выход генератора импульсов соединен с входом счетчика, а его выходы с входами дешифратора. Выходы дешифратора подключены к первому стробирующему входу дешифратора развертки, счетному входу счетчика развертки, входу установки триггера в ноль и стробирующим входам схем определения последовательности подключения электродов и превышения максимально допустимого тока и входу второго формирователя. Вход схемы определения последовательности подключения электродов соединен с младшим разрядом счетчика развертки, выход схемы обнаружения максимально допустимого тока соединен с входом установки триггера в единицу, выход которого соединен со вторым стробирующим входом дешифратора развертки, а выход второго формирователя соединен со вторым входом преобразователя уровня напряжения.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, показал, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию “новизна” по действующему законодательству. Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Функциональная схема предлагаемого устройства для отображения информации показана на чертеже.

Устройство содержит матричный индикатор 1, блок 2 информационных ключей, регистр 3, блок 4 ключевых элементов развертки, дешифратор 5 развертки, счетчик 6 развертки, генератор 7 импульсов, счетчик 8, дешифратор 9, первый, второй и третий датчики 10, 11, 12 тока, схему 13 определения последовательности подключения электродов, схему 14 обнаружения максимально допустимого тока, источник 15 напряжения, триггер 16, преобразователь 17 уровней напряжения, преобразователи 18, 19 уровней напряжения соответственно сигналов тактовой и кадровой синхронизации, первый и второй формирователи 20, 21. Горизонтальная система электродов матричного индикатора 1 через блок информационных ключей соединена с регистром 3, информационный и синхронизирующий входы которого являются входами устройства. Вертикальная система электродов матричного индикатора 1 соединена с выходами блока 4 ключевых элементов развертки, информационные входы которых соединены с выходами дешифратора 5 развертки, информационные входы которого соединены с выходами счетчика 6 развертки. Первый формирователь 20 выходом соединен с первым входом преобразователя 17 уровней напряжения, выход которого соединен с входом установки регистра 3. Преобразователь 19 уровней сигналов кадровой синхронизации выходом соединен с входом установки нуля счетчика 6 развертки. Выход схемы 13 определения последовательности подключения электродов подключен к входу первого формирователя 20. Выводы четных и нечетных ключевых элементов блока 4 ключевых элементов развертки объединены в две группы и подключены соответственно к первым выводам первого и второго датчиков 10, 11 тока и к первому и второму входам схемы 13 определения последовательности подключения электродов. Вторые выводы первого и второго датчиков тока 10, 11 и первый вывод третьего датчика 12 тока соединены и подключены к входу схемы 14 обнаружения максимально допустимого тока, второй вывод третьего датчика 12 тока подключен к источнику 15 напряжения. Выход преобразователя 19 уровней сигналов тактовой синхронизации соединен входом установки нуля счетчика 8, другой вход установки нуля счетчика 8 соединен с преобразователем 19 уровней сигналов кадровой синхронизации. Выход генератора 7 импульсов соединен с входом счетчика 8, выходы которого соединены с входами дешифратора 9, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно к первому стробирующему входу дешифратора 5 развертки, счетному входу счетчика 6 развертки, входу установки триггера 16 в ноль, стробирующим входам схемы 13 определения последовательности подключения электродов и схемы 14 обнаружения максимально допустимого тока и входу второго формирователя 21. Третий вход схемы 13 определения последовательности подключения электродов соединен с младшим разрядом счетчика 6 развертки. Выход схемы 14 обнаружения максимально допустимого тока соединен с входом установки триггера 16 в единицу, выход которого соединен со вторым стробирующим входом дешифратора 5 развертки. Выход второго формирователя 21 соединен со вторым входом преобразователя 17 уровней напряжения.

Работа устройства для отображения информации сводится к следующему.

Очередной цикл воспроизведения изображения начинается в момент поступления очередного импульса тактовой (столбцовой) синхронизации на вход преобразователя 18 уровней напряжений тактовой синхронизации. По фронту этого сигнала счетчик 8, определяющий последовательность работы узлов устройства в каждом интервале подключения очередного столбца, устанавливается в нулевое состояние. Так как на вход счетчика поступают импульсы генератора 7 импульсов, то состояние счетчика 8 увеличивается и через некоторое время на втором выходе дешифратора 9 формируется импульс, осуществляющий переключение в очередное состояние счетчика 6 развертки. Последовательно изменяющиеся состояния счетчика 6 развертки декодируется дешифратором 5 развертки и при формировании сигнала разрешения, поступающего на первый стробирующий вход дешифратора 5 развертки с выхода дешифратора 9, замыкается очередной ключевой элемент блока 4 ключевых элементов развертки, обеспечивая подключение к очередному вертикальному электроду матричного индикатора 1 напряжение от источника 15 напряжения.

К этому времени входными сигналами устройства (“Информ” и “Си”) в регистр 3 записана информация, определяющая изображение, воспроизводимое на очередном подключаемом столбце. Необходимые ключи блока 2 информационных ключей открываются, и на соответствующие горизонтальные электроды матричного индикатора 1 подается напряжение, которое в сумме с напряжением от источника 15 напряжения обеспечивает зажигание (высвечивание) необходимых элементов матричного индикатора 1. Если на индикаторе воспроизводится изображение с несколькими градациями яркости, то далее в регистр 3 будет записана информация, соответствующая следующей градации яркости воспроизводимого изображения. Необходимые ключи блока 2 информационных ключей остаются открытыми, на соответствующих горизонтальных электродах матричного индикатора 1 поддерживается управляющее напряжение, следовательно, поддерживается свечение элементов отображения, участвующих в синтезе изображения со следующей градацией и т.д. Этот процесс продолжается до высвечивания элементов изображения с максимальной яркостью или до окончания формирования изображения, который определяется срезом импульса на первом стробирующем входе дешифратора 5 развертки. При этом ключевой элемент блока 4 ключевых элементов развертки, соответствующий текущему состоянию счетчика 6 развертки, закрывается. Таким образом, текущий вертикальный электрод матричного индикатора 1, как и все другие, оказывается отключенным от источника 15 напряжения. В практических схемах в это время на все вертикальные электроды подается напряжение, приблизительно равное половине напряжения источника 15 напряжения, которое формируется в ключевых элементах блока 4 ключевых элементов развертки от источника 15 напряжения и необходимо для их работы (уменьшается мощность, потребляемая при открытом ключевом элементе, и время перехода в открытое состояние). К моменту размыкания очередного ключевого элемента блока 4 ключевых элементов развертки в закрытом состоянии оказываются и ключевые элементы блока 2 информационных ключей.

Частота импульсов генератора 7 импульсов и структура счетчик 8 - дешифратор 9 выбраны таким образом, чтобы к моменту поступления очередного импульса “Такт” на преобразователь 18 уровней сигналов тактовой синхронизации и, следовательно, на вход установки нуля счетчика 8 процесс формирования изображения, относящегося к очередному вертикальному электроду, был завершен. Далее очередной импульс “Такт” установит счетчик 8 в нулевое состояние, импульсами генератора 7 импульсов состояние счетчика 8 будет увеличиваться, выходными сигналами дешифратора 9 изменен выходной код счетчика 6 развертки, в регистр 3 записана информация, определяющая изображение на очередном вертикальном электроде, замкнут очередной ключевой элемент блока развертки 4, и, следовательно, будет сформировано изображение, относящееся к этому вертикальному электроду. При нормальном функционировании устройства рассмотренный процесс повторяется для всех вертикальных электродов. При поступлении на преобразователь 19 уровней сигналов кадровой синхронизации напряжения очередного импульса “Кадр” подтверждается нулевое состояние счетчика 8 и счетчика 6 развертки. Если во время формирования предыдущего кадра изображения произошел сбой в работе счетчика 6 развертки и/или счетчика 8, то очередной импульс “Кадр” установит их в состояние “0” (в общем случае установка счетчика 8 в состояние “0” производится импульсами “Такт”, поступающими одновременно с импульсами “Кадр”, однако при задержке последнего производится повторная установка счетчика 8). Далее процесс формирования изображения периодически повторяется. Развертывание изображения может быть обычным, т.е. при последовательном подключении вертикальных электродов матричного индикатора 1, реверсивным или другим.

Ток ключевых элементов блока 4 ключевых элементов развертки проходит через первый, второй и третий датчики 10, 11 и 12 тока. Если ток ключевого элемента блока 4 ключевых элементов развертки превышает допустимый уровень, то на выходе третьего датчика 12 тока формируется сигнал, на основе которого схема 14 обнаружения максимально допустимого тока генерирует сигнал установки триггера 16 в состояние “1”. Выходной сигнал последнего, поступая на второй стробирующий вход дешифратора 5 развертки, отменяет формирование управляющего сигнала, открывающего очередной ключевой элемент блока 4 ключевых элементов развертки, до окончания времени подключения текущего вертикального электрода, и соответствующий ключевой элемент указанного блока 4 выключается. Восстановление состояния триггера 16 (установка в “0”) происходит сигналами с третьего выхода дешифратора 9 перед замыканием очередного ключа блока 4 ключевых элементов развертки (счетчик 8 находится в одном из начальных состояний).

Токи четных и нечетных ключевых элементов блока 4 ключевых элементов развертки от источника 15 напряжения проходят и через первый и второй датчики 10, 11 тока. При нормальном функционировании устройства ток протекает через один из датчиков 10 или 11 тока, и его выходное напряжение (практически не зависящее от числа горящих элементов отображения) поступает на первый или второй входы схемы 13 определения последовательности подключения электродов. На третий вход указанной схемы 13 поступает сигнал с младшего разряда счетчика 6 развертки. Если состояние младшего разряда счетчика 6 развертки соответствует выходным сигналам датчиков 10 или 11 тока, то при поступлении импульса с выхода дешифратора 9 сигнал на выходе указанной схемы 13 будет равен логическому нулю и работа устройства не изменяется. Стробирование указанной схемы 13 выходным сигналом дешифратора 9 позволяет исключить возможные ложные срабатывания при переходных процессах в ключевых элементах блока 4 ключевых элементов развертки.

Если состояние младшего разряда счетчика 6 развертки не соответствует выходному сигналу датчиков 10 или 11 тока, например, из-за отказа ключевого элемента блока 4 ключевых элементов развертки, будет постоянно подключен один из вертикальных электродов либо произойдет обрыв вывода ключевого элемента, то при поступлении импульса с выхода дешифратора 9 на выходе схемы 13 определения последовательности подключения электродов будет установлена логическая единица. Тогда выходной сигнал первого формирователя 20 через преобразователь 17 уровней напряжения установит регистр 2 в некоторое состояние, обеспечивающее воспроизведение изображения, позволяющее идентифицировать данный вид отказа. В простейшем случае первый формирователь 20 представляет собой интегрирующую цепочку. Постоянная времени интегрирования (порог, при котором срабатывает первый формирователь 20) может быть установлена равной, например, половине времени формирования кадра. В других случаях это может быть интегратор, который устанавливается в исходное состояние сигналами кадровой синхронизации. Кроме того, выходной сигнал первого формирователя 20 может быть подан на изменение состояния источников питания.

Выход из строя элементов устройства при пропадании или задержке импульсов “Такт” предотвращается следующим образом. Емкость счетчика 8 (при определенной частоте импульсов генератора 7 импульсов) выбрана больше, чем нормально необходимая для формирования изображения при подключении каждого вертикального электрода. Если очередной импульс “Такт” не поступит через время, равное времени подключения катода (поступит позже или пропадет совсем), то счетчик 8 будет продолжать считать дальше и на шестом выходе дешифратора 9 формируется выходной сигнал. Помимо очевидного увеличения длительности подключения вертикальных электродов, которое вызовет снижение яркости воспроизводимого изображения (хотя изображение в этом случае формируется не синхронизированными сигналами), на шестом выходе дешифратора 9 будет сформирован сигнал, который, поступая на второй формирователь 21, в конечном счете, обеспечит изменение состояния регистра 3, обеспечивающее воспроизведение некоторого тестового изображения. Схема второго формирователя 21 совпадает со схемой первого формирователя 20 и в простейших случаях может также представлять собой интегрирующую цепочку, возможно с разным временем заряда и разряда емкости.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности работы устройства для отображения информации, так как позволяет исключить коммутацию через ключевые элементы тока, превышающего номинальные значения, обнаруживать выход из строя ключевых элементов развертки, сбои, “останов” счетчика блока развертки, что исключает “выгорание” элементов отображения индикатора. При возникновении сбоев синхронизации (задержке или пропадании импульсов “Такт”) идентификацию неисправности можно осуществлять по воспроизводимому изображению, причем последующие зависимые отказы матричного индикатора исключены.

Предложенное устройство проверено экспериментально при воспроизведении изображения на газоразрядных матричных индикаторах ИГГ21-18×24М2. Частота развертки 650 Гц, т.е. суммарное время подключения каждого столбца ≅85 мкс. Первый, второй и третий датчики 10, 11, 12 тока выполнены на основе резисторов, зашунтированных двумя последовательно включенными диодами. В первом и втором датчиках 10, 11 тока сопротивление резисторов устанавливалось около 100 Ом, в третьем датчике 12 тока - доли ома. Первый и второй формирователи 20, 21 выполнены на основе интегрирующих цепочек с постоянной времени заряда, примерно равной половине времени формирования кадра. Время разряда интегрирующих цепочек в несколько раз превышало время заряда. Работа схемы 13 определения последовательности подключения электродов соответствовала логическим выражениям

Нчкат and or Четкат and Счраз(0) or Четкат and Нчкат, а также and ,

где Нчкат, Четкат - выходные сигналы первого и второго датчиков 10, 11 тока, подключенных к четным и нечетным катодам, Счраз(0) - выходной сигнал младшего разряда счетчика 6 развертки. Черта над идентификатором означает инверсное состояние сигнала. Первое логическое выражение соответствует отказам ключевых элементов типа “короткое замыкание” и случаям несоответствия значений счетчика 6 развертки состояниям ключевых элементов, второе - отказам типа “обрыв”. Для повышения помехозащищенности при реализации практических узлов определения отказов использовалось мажоритарное резервирование.

Моделирование отказов осуществлялось отключением импульса “Такт”, замыканием стока и истока транзисторов (в ключевых элементах блока 4 ключевых элементов развертки), отключением выхода ключевого элемента, подключением выходов ключевых элементов указанного блока 4 к положительному выводу источника 15 напряжения. При отключении импульса “Такт” на экране воспроизводилось изображение “светового шума” с меньшей яркостью. При моделировании отказа транзистора тестовое изображение (засвеченные и погашенные строки) воспроизводилось через время, равное ≈1000 мкс. Исследования надежности формирования изображения проводились при воспроизведении растра, шахматного поля и знаковых изображений. Во всех случаях предлагаемое устройство обеспечивало надежную работу.

Источники информации

1. Свиязов А.А. Устройство для отображения информации. Авторское свидетельство СССР №1316029, Kл. G 09 F 3/28.

2. Слепых В.Г., Ахтиманов Н.Л. Устройство для отображения информации на экране газоразрядной индикаторной панели. Авторское свидетельство СССР №1247920, Кл.G 09 F 3/28.

3. Свиязов А.А. Устройство для отображения информации газоразрядной индикаторной панели. Авторское свидетельство СССР №1401513, Кл. G 09 F 3/28.

4. Глубоков Г.Г., Лобан В.И. Матричный газоразрядный индикатор на 10000 элементов индикации с управлением от биполярных микросхем. Электронная техника, сер. 4, Электровакуумные и газоразрядные приборы, 1976, вып.8, с. 43-52.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для отображения информации на дискретных матричных индикаторах. Техническим результатом является повышение надежности работы устройства для отображения информации за счет включения датчиков тока непосредственно в цепи коммутации электродов матричного индикатора, анализа значений этих токов и формирования необходимых управляющих сигналов. Для этого устройство содержит матричный индикатор, блок информационных ключей, регистр, блок ключевых элементов развертки, дешифратор развертки, счетчик развертки, генератор импульсов, счетчик, дешифратор, датчики тока, схему определения последовательности подключения электродов, схему обнаружения максимально допустимого тока, источник напряжения, триггер, преобразователь уровней напряжения, преобразователи уровней напряжения соответственно сигналов тактовой и кадровой синхронизации, формирователи. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для отображения информации, содержащее матричный индикатор, горизонтальная система электродов которого через блок информационных ключей соединена с регистром, информационный и синхронизирующий входы которого являются входами устройства, вертикальная система электродов матричного индикатора соединена с выходами блока ключевых элементов развертки, информационные входы которых соединены с выходами дешифратора развертки, информационные входы которого соединены с выходами счетчика развертки, первый формирователь, выход которого соединен с первым входом преобразователя уровней напряжения, преобразователь уровней сигналов тактовой синхронизации, преобразователь уровней сигналов кадровой синхронизации, выход которого соединен с входом установки нуля счетчика развертки, источник напряжения, отличающееся тем, что введены генератор импульсов, счетчик, дешифратор, первый, второй и третий датчики тока, триггер, схема определения последовательности подключения электродов, схема обнаружения максимально допустимого тока, второй формирователь, выход схемы определения последовательности подключения электродов подключен к входу первого формирователя, выход преобразователя уровней напряжения соединен с входом установки регистра, выводы четных и нечетных ключевых элементов блока ключевых элементов развертки объединены в две группы и подключены соответственно к первым выводам первого и второго датчиков тока и к первому и второму входам схемы определения последовательности подключения электродов, вторые выводы первого и второго датчиков тока и первый вывод третьего датчика тока соединены и подключены к входу схемы обнаружения максимально допустимого тока, второй вывод третьего датчика тока подключен к источнику напряжения, выход преобразователя уровней сигналов тактовой синхронизации соединен с входом установки нуля счетчика, другой вход установки нуля счетчика соединен с преобразователем уровней сигналов кадровой синхронизации, выход генератора импульсов соединен с входом счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого подключены соответственно к первому стробирующему входу дешифратора развертки, счетному входу счетчика развертки, входу установки триггера в ноль, стробирующим входам схемы определения последовательности подключения электродов и схемы обнаружения максимально допустимого тока и входу второго формирователя, третий вход схемы определения последовательности подключения электродов соединен с младшим разрядом счетчика развертки, выход схемы обнаружения максимально допустимого тока соединен с входом установки триггера в единицу, выход которого соединен со вторым стробирующим входом дешифратора развертки, а выход второго формирователя со вторым входом преобразователя уровней напряжения.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый формирователь представляет собой интегрирующую цепочку для изменения состояния источников питания и установки регистра в состояние, обеспечивающее воспроизведение изображения, позволяющее идентифицировать вид отказа.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что второй формирователь выполнен в виде интегрирующей цепочки для изменения состояния регистра, обеспечивающего воспроизведение некоторого текстового изображения.