УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИКАЦИИ С УВЕЛИЧЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ЕМКОСТЬЮ Российский патент 2005 года по МПК H03M7/12 G09F9/302 

Изобретение относится к вычислительной технике и системе отображения цифровой информации.

Устройство для индикации с увеличенной информационной емкостью может найти применение во всех средствах отображения цифровой информации: измерительных приборах, часах различного назначения, калькуляторах и т.д., т.е. в тех приборах цифрового визуального отсчета величин, в которых разрядность шкалы прибора необходимо увеличить без увеличения ее размеров, или же требуется уменьшить габариты прибора за счет размеров цифрового индикатора, сократив число знакомест последнего.

Известно, что в настоящее время выпускается достаточно большое количество различных форматов знакосинтезирующих цифровых индикаторов. По суммарной оценке технологичности производства (а следовательно, и стоимости), привычности написания цифр и простоте схемных решений для управления был выбран семисегментный формат (фиг.1а) цифровых индикаторов /1/.

Семисегментные индикаторы применяются в основном для отображения десяти арабских цифр (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) высвечиванием семи элементов индикатора (а, b, с, d, e, f, g). В этом случае управление элементами индикатора (фиг.2а) осуществляется от преобразователя двоично-десятичного четырехразрядного кода, например, кода 8-4-2-1, (фиг.3а) в семипозиционный двоично-десятичный код (фиг.4б), визуально отображаемый на индикаторе арабскими цифрами в семисегментном формате.

Если же не ограничивать выходную информацию двоично-десятичным счетчиком, а подать на вход преобразователя кода (например, на микросхеме К514ИД2) информацию от полной емкости четырехразрядного счетчика /2/, т.е. на 16 единиц, то можно высветить уже 15 цифровых символов (фиг.1б), хотя пять последних высвечиваемых символов (от 10 до 14) не отвечают ни привычности начертания, ни логичности отображаемым величинам. Однако такой вариант представления 15 цифровых знаков на семисегментном индикаторе все же используется для увеличения цифровой информационной емкости последнего.

По мере усовершенствования индикаторов увеличивалась их информационная емкость (фиг.1д). Так, например, на простейшем индикаторе АЛС313А-5 используются семь элементов управления, на индикаторе АЛС314А - уже восемь элементов управления, и, следовательно, имеется возможность показать с помощью децимальной точки дополнительную информацию. На индикаторе ИПЦ02А-1/7КЛ, имеющем два цвета отображения и децимальную точку, информационная емкость еще выше. В зависимости от схемы подключения индикатор излучает зеленый или красный цвет. Красный цвет может означать, например, высоту, а зеленый - дальность, или цифры зеленого цвета индицируют безопасный режим работы, красный - аварийный /2/. Для управления элементами такого индикатора требуется, помимо семи основных связей с преобразователем двоично-десятичного кода (например, кода 8-4-2-1), необходимых для отображения цифровых знаков, еще три дополнительных связи для прохождения сигналов управление точкой и цветом (стр.69 - /2/).

Целью предлагаемого изобретения является: увеличение визуальной информационной емкости цифровых устройств, уменьшение затрат на изготовление, уменьшение габаритов и энергопотребления.

Указанная цель достигается тем, что преобразование двоично-десятичного кода (например, кода 8-4-2-1) на выходе двоично-десятичного счетчика осуществляется в четырехпозиционный код "А" или код "У-10" (фиг.4а), визуальная индикация которых представлена на фиг.2в и фиг.2г.

Код "А" - это код, визуальная индикация цифровых символов которого представляет собой подобие элементам арабской цифровой симолики (фиг.5). Так, например, цифровые знаки чисел 2 и 5 (фиг.5а) отличаются друг от друга разворотом на плоскости в 180° (арабские цифры 2 и 5 зеркально симметричны относительно горизонтальной оси). Отображения чисел 6 и 9 (для арабских цифр и новых символов) подчиняются одному и тому же закону симметрии - разворот на плоскости в 180° одного знака дает отображение другого (фиг.5б). Арабская цифра 3 совместно со своим зеркальным отображением относительно вертикальной оси отображают цифру 8. При отображении чисел 3 и 8 новыми цифровыми символами последние зеркально симметричны относительно вертикальной оси (фиг.5в). Отображение чисел 0, 1 и 7 арабскими и новыми символами соответствуют друг другу.

Код "У-10" (код "У"гла поворота вала) - это код, визуальная индикация цифровых символов которого соответствует функциональной зависимости числа зажженных сегментов индикатора и их пространственного расположения относительно друг друга от величины числа. Эта функциональная зависимость выражается в том, что чем больше величина числа отображаемая символом, тем большее число зажженных сегментов имеет цифровой знак или же при одном и том же числе зажженных сегментов тот символ отображает большее число, положение которого повернуто на угол кратный 90° по часовой стрелке (фиг.6б) по отношению к символам, отображающим числа, пространственное положение которых принято за нулевое (0°). Такими символами являются символы, отображающие числа 2 (для двухсегментных чисел) и 3 (для трехсегмеитных чисел). Если все арабские цифры абстрактны по отношению к отображаемым величинам, то уже при отображениях чисел в коде "А" (фиг.6а) видна частичная функциональная зависимость от числа сегментов и их пространственного положения (2, 4, 5, 7 и 3, 6, 8, 9), а в коде "У-10" функциональная зависимость от числа зажженных сегментов (фиг.6б) и пространственного их положения проявлена в полной мере (2, 3,4, 5 и 6, 7, 8, 9). К положительным качеством нового представления чисел следует отнести и тот факт, что эти числа можно отображать либо с эффективным угловым размером (фиг.1в0, фиг.1в2) равным эффективному угловому размеру арабских цифр (при этом размеры новых цифровых символов в два раза меньше по высоте арабских цифр), либо с эффективным угловым размером (фиг.1в1), в два раза большим, чем эффективный угловой размер арабских цифр /1/, при котором размер по высоте новых символов и арабских цифр один и тот же.

Отображение новых символов в четырехпозиционном коде на семисегментном индикаторе, таким образом, может быть осуществлено либо с использованием шести его элементов (а, b, с, d, e, f), когда сегменты b, с и e, f высвечиваются одновременно (фиг.1в1), либо с использованием четырех нижних (а, d, g, f) или верхних (g, с, d, e) элементов индикатора (фиг.1в0, фиг.1в2). Отсюда видно, что преобразование двоично-десятичной информации в четырехпозиционный код позволяет осуществить визуальное кодирование десятичной информации, как пространственным расположением, так и размером, что дает возможность увеличить информационную емкость одного знакоместа индикатора до тридцати десятичных единиц на одном знакоместе (0-9, 10-19, 20-29) с применением всего лишь десяти однотипных цифровых символов (фиг.1в0, фиг.1в1, фиг.1в2), а применяя 7-позиционный код для отображения этой же информации на семисегментном индикаторе, потребовалось бы два знакоместа.

Дальнейшее увеличение информационной емкости индикатора достигается кодированием визуальной цифровой информации, например, точкой (фиг.1г0, фиг.1г1, фиг.1г2), что позволит индицировать на одном знакоместе до шестидесяти десятичных единиц.

При применении двухцветного индикатора с децимальной точкой (например, ИПЦ02А-1/7КЛ) максимальная информационная емкость индикатора увеличивается до ста двадцати десятичных единиц (фиг.7, фиг.8а) на одном знакоместе. В этом случае счетчик старшего разряда должен иметь емкость заполнения на двенадцать единиц счета, а емкость счетчика младшего разряда - десять единиц счета. Визуальное отображение сжатой цифровой информации на индикаторе может быть осуществлено как в коде “А”, так и в коде “У-10” (фиг.8б). Обычно на четырехразрядном индикаторе можно отобразить цифровую информацию в объеме 9999 единиц десятичного разряда, а применяя метод визуального сжатия на каждом знакоместе такого индикатора до 100 единиц десятичного разряда, можно увеличить информационную емкость такого индикатора с 9999 (фиг.9а) до 99999999 (фиг.9б) единиц десятичного разряда. Для отображения времени в часах (десятки и единицы часов, десятки и единицы минут) обычно используются четыре знакоместа (фиг.9в). При использовании визуального способа сжатия достаточно использовать всего два знакоместа одноцветного знакосинтезирующего индикатора с децимальной точкой, а два других знакоместа исключить, либо использовать для другой информации (фиг.9г). На фиг.10а показана индикация единиц и десятков часов на одном знакоместе семисегментного индикатора: 1) отображения времени от 0 до 9 часов с использованием четырех нижних сегментов; 2) отображения от 10 до 19 часов использованы 6 сегментов с увеличенным угловым размером цифровых символов; 3) для отображения времени от 20 до 23 часов использованы четыре верхних сегмента. На фиг.10б показано использование семисегментного индикатора для отображения времени в минутах: от 0 до 29 минут без включения децимальной точки (подобно отображению единиц и десятков часов на фиг.10а), а от 30 до 59 минут применена децимальная точка. На фиг.10в показана реальная индикация единиц и десятков часов, единиц и десятков минут с использованием визуального способа сжатия, рассчитанная на два знакоместа в электронных часах.

Описание работы схемы устройства для индикации с увеличенной информационной емкостью (фиг.2б, фиг.11, фиг.12, фиг.13).

При поступлении на вход счетчика младшего разряда десяти счетных импульсов (фиг.2б) каждому состоянию счетчика будет соответствовать одна из десяти комбинаций (фиг.4а) кода “А” (или кода “У-10”), отображаемых нижними сегментами (с, d, e, g) индикатора (фиг.12а-Z1) в соответствии с преобразованием кода 8-4-2-1 (или иного двоично-десятичного кода) в четырехпозиционный код “А” (или код “У-10”) управления элементами формирования цифровых символов. Зажигание только нижних (с, d, е, g) сегментов индикатора ИПЦ02А-1/7КЛ объясняется тем, что на вход Z1 преобразователя кода младшего разряда поступает разрешающий сигнал логической “1” (фиг.3) с выхода (Z1) преобразователя кода (фиг.13) старшего разряда при исходном состоянии счетчика старшего разряда. Логическая "1" является разрешающей для прохождения комбинаций с выхода (Y1, Y2, Y3, Y4) преобразователя кода младшего разряда (фиг.11а) через логические схемы С, D, Е, G (фиг.11б) на одноименные элементы индикатора (фиг.12б). Индикация десяти цифровых символов в коде "А" с помощью нижних сегментов с, d, е, g представлена на фиг.12в (верхние два ряда новых цифр).

При поступлении на вход счетчика младшего разряда второго десятка счетных импульсов (фиг.2б), каждому состоянию счетчика будет соответствовать одна из десяти комбинаций (фиг.4а) кода “А” (или кода “У-10”), отображаемых шестью сегментами (а, b, с, d, e, f) индикатора (фиг.12а-Z2) в соответствии с преобразованием кода 8-4-2-1 (или иного двоично-десятичного кода) в четырехпозиционный код "А" (или код "У-10") управления элементами формирования цифровых символов. Зажигание шести сегментов индикатора ИПЦ02А-1/7Кл объясняется тем, что на вход Z2 преобразователя кода младшего разряда поступает разрешающий сигнал логической "1" (фиг.3) с выхода (Z2) преобразователя кода (фиг.13) старшего разряда после прихода на вход счетчика старшего разряда первого счетного импульса со счетного выхода счетчика младшего разряда, отсчитавшего 10 счетных единиц. Логическая "1" является разрешающей для прохождения комбинаций с выхода (Y1, Y2, Y3, Y4) преобразователя кода младшего разряда (фиг.11а) через логические схемы В, С, А, Е, F, D (фиг.116) на одноименные элементы индикатора. Логические элементы В, С и Е, F соединены по схеме параллельно, т.к. каждый из аргументов Y1 и Y3 выходной функции преобразователя поступает сразу на два соответствующих логических элемента И-НЕ. Индикация десяти цифровых символов в коде “А” с помощью сегментов а, b, с, d, е, f представлена на фиг.12в (средние два ряда новых цифр).

При поступлении на вход счетчика младшего разряда третьего десятка счетных импульсов (фиг.2б) каждому состоянию счетчика будет соответствовать одна из десяти комбинаций (фиг.4а) кода “А” (или кода “У-10”), отображаемых верхними (a, b, g, f) сегментами индикатора (фиг.11б-Z3) в соответствии с преобразованием кода 8-4-2-1 (или иного двоично-десятичного кода) в четырехпозиционный код "А" (или "У"-10) управления элементами формирования цифровых символов. Зажигание только верхних сегментов индикатора ИПЦ02А-1/7Кл объясняется тем, что на вход Z3 преобразователя кода младшего разряда поступает разрешающий сигнал логической "1" (фиг.3) с выхода (Z3) преобразователя кода (фиг.13) старшего разряда после прихода на вход счетчика старшего разряда второго счетного импульса со счетного выхода счетчика младшего разряда, отсчитавшего 20 счетных единиц. Логическая "1" является разрешающей для прохождения комбинаций с выхода (Y1, Y2, Y3, Y4) преобразователя кода младшего разряда (фиг.11а) через логические схемы В, А, G, F, (фиг.11б) на одноименные элементы индикатора. Индикация десяти цифровых символов в коде “А” с помощью верхних сегментов а, b, g, f представлена на фиг.12в (нижние два ряда цифр).

В том же самом порядке (четыре нижних сегмента, затем шесть сегментов полного знака и далее четыре верхних сегмента) будут высвечиваться элементы формирования цифровых символов индикатора при поступлении следующих тридцати импульсов на вход счетчика младшего разряда. Отличительной особенностью новой информации будет высвечивание децимальной точки (фиг.1г0, фиг.1г1, фиг.1г2) при отображении любого цифрового символа, позволяющей увеличить визуальную емкость индикатора с тридцати десятичных единиц на одном знакоместе (без децимальной точки) до шестидесяти (при использовании децимальной точки).

Формирование сигнала управления децимальной точкой ДТ (фиг.12б) на выходе Z4 преобразователя кода старшего разряда (фиг.13) обусловлено сменой логической “1” на логический “0” в разряде Z4 (фиг.3).

При поступлении на вход счетчика младшего разряда следующих шестидесяти импульсов вся визуальная информация на индикаторе будет подобна предыдущим шестидесяти импульсам. Изменится лишь только цвет излучения сегментов индикатора с зеленого (ЗЦ) на красный (КЦ), вследствие того, что произойдет смена логической “1” на логический “0” в разряде для комбинаций 6, 7, 8, 9 (10, 11) на выходе преобразователя двоично-десятичного (или двоично-двенадцатиричного) кода старшего разряда. Появление логического нуля на выходе Z5 преобразователя старшего разряда исключает зеленое свечение индикатора, и для того, чтобы появилось свечение красного цвета, в схему (фиг.13) включен дополнительный инвертор, на выходе Z6 которого появляется сигнал включения красного цвета (КЦ).

Визуальное сжатие цифровой информации может быть осуществлено при данной схеме устройства для индикации от двух до двенадцати раз в зависимости от емкости счетчика и схемы преобразователя кода старшего разряда (на фиг.13 представлена схема преобразователя кода старшего разряда с учетом емкости счетчика старшего разряда на 10 единиц счета). При сжатии в шесть раз не потребуется кодирование визуальной информации цветом (фиг.10б - минуты), а при сжатии в три раза нет необходимости в кодировании визуальной информации точкой (фиг.10а - часы). Построение схемы, состоящей из счетчика старшего разряда и преобразователя кода старшего разряда, позволяет осуществить управление индикатором с любым коэффициентом сжатия визуальной информации от 2 до 12 раз. Это хорошо демонстрируется на диаграмме работы преобразователя кода старшего разряда (фиг.3б).

Таким образом, достигнута поставленная цель предлагаемого изобретения: увеличена информационная емкость семисегментаого индикатора, позволяющая использовать одноразрядный десятичный индикатор вместо двухразрядного или - индикатор на одно знакоместо вместо индикатора на два знакоместа. К тому же информационная емкость одноразрядного индикатора может быть увеличена до 120 единиц десятичного разряда. В этом случае необходимо выполнить счетчик старшего разряда с коэффициентом счета, равным 12, и синтезировать к нему соответствующий преобразователь кода по таблице истинности, представленной на фиг.3а. Габаритные размеры устройств для индикации сокращаются за счет уменьшения в 2 раза числа знакомест требуемой по условиям разработки разрядности цифровой шкалы прибора (фиг.10в). К тому же сокращается число линий связи между электронной частью прибора и индикаторной. В прототипе на фиг.1а число линий связи на два индикатора равно 20, а в предлагаемой схеме их лишь 13. Электронное обеспечение схемы устройства для индикации с увеличенной информационной емкостью не превышает ни по размеру, ни по сложности аналогичного устройства прототипа. Поэтому уменьшение затрат на изготовление, уменьшение габаритов и уменьшение энергопотребления в устройствах для индикации с увеличенной информационной емкостью происходит, в основном, только за счет уменьшения числа знакомест индикаторных устройств.

ЛИТЕРАТУРА

1. ВУКОЛОВ Н.И., МИХАЙЛОВ А.Н. ЗНАКОСИНТЕЗИРУЮЩИЕ ИНДИКАТОРЫ. СПРАВОЧНИК. МОСКВА. "РАДИО И СВЯЗЬ". 1987.

2. Н.Н.ВАСЕРИН, Н.К.ДАДЕРКО, Г.А.ПРОКОФЬЕВ. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ. МОСКВА. "ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ". 1991.

Изобретение относится к технике отображения цифровой информации. Его использование в приборах цифрового визуального отсчета измеряемых величин позволяет получить технический результат в виде увеличения информационной емкости цифрового индикатора до ста и даже ста двадцати десятичных единиц на одном знакоместе. Устройство содержит счетчики младшего и старшего разрядов, преобразователи кода младшего и старшего разрядов и семисегментный индикатор. Технический результат достигается благодаря тому, что преобразователь кода младшего разряда предназначен для преобразования состояния счетчика младшего разряда в четырехпозиционный код “А” или в четырехпозиционный код “У-10”, отображаемые на семисегментном индикаторе знаками согласно фиг. 8, а преобразователь кода старшего разряда предназначен для выдачи управляющих сигналов на преобразователь кода младшего разряда для управления высвечиванием соответствующих групп сегментов семисегментного индикатора и для выдачи управляющих сигналов на вывод децимальной точки и на аноды зеленого цвета свечения и красного цвета свечения семисегментного индикатора. 13 ил.

Устройство для индикации с увеличенной информационной емкостью, содержащее связанные счетчик младшего разряда и счетчик старшего разряда, подключенные соответственно к преобразователю кода младшего разряда и преобразователю кода старшего разряда, выходы преобразователя кода младшего разряда соединены с соответствующими входами семисегментного индикатора, отличающееся тем, что преобразователь кода младшего разряда предназначен для преобразования состояний счетчика младшего разряда в четырехпозиционный код “А” или в четырехпозиционный код “У-10”, отображаемые на семисегментном индикаторе знаками согласно фиг. 8, а преобразователь кода старшего разряда предназначен для выдачи управляющих сигналов на преобразователь кода младшего разряда для управления высвечиванием соответствующих групп сегментов семисегментного индикатора и для выдачи управляющих сигналов на вывод децимальной точки и на аноды зеленого цвета свечения и красного цвета свечения семисегментного индикатора.