ИНДИКАТОР ЦИФРОВОЙ СЕГМЕНТНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ Российский патент 2007 года по МПК G12B11/00 G09F9/302 

Предлагаемое изобретение относится к средствам отображения информации (СОИ), значительную область применения которых представляют цифровые знакосинтезирующие (ЗСИ) индикаторы.

Индикатор цифровой сегментный универсальный может найти применение во всех средствах отображения информации: измерительных приборах для отображения электрических и неэлектрических величин, счетно-вычислительных машинах, в медицинских приборах с цифровым отсчетом и т.д.

Развитие систем автоматического сбора и обработки информации, систем программного управления, телеметрии, вычислительной техники, контрольно-измерительной, регистрирующей аппаратуры и других устройств привело к созданию широкой номенклатуры ЗСИ различных типов. Они представляют собой наиболее эффективный и перспективный класс приборов электронной техники, предназначенный для преобразования электрических сигналов в видимые изображения, воспроизводящих информацию в удобной для зрительного восприятия форме.

ЗСИ позволяют в синтезированном виде высветить арабские цифры от 0 до 9, одну-две децимальные точки, а также отдельные буквы русского и латинского алфавита. Однако рекомендуется использовать ЗСИ только для цифровой информации [1], т.к. необходимые форматы букв не выдерживаются, часть их имеет сходные начертания с цифрами, что может привести к ошибкам восприятия информации.

Отображение чисто цифровой информации необходимо в различных устройствах вычислительной и измерительной техники. Это наиболее массовые типы ЗСИ, которые строятся либо путем компоновки одноразрядных приборов, представляющие собой разнообразные миниатюрные конструкции (наручные часы, секундомеры), либо в виде готовых многоразрядных табло (например, калькуляторы), либо в виде крупногабаритных настенных экранов большой площади и табло стадионов.

Области применения ЗСИ разнообразны и практически неограниченны, особенно когда экономичность и малые габариты являются решающим фактором. К недостаткам, например, полупроводниковых ЗСИ (ПП ЗСИ) следует отнести: относительно высокое энергопотребление и высокую стоимость [1].

Для расширения областей применения ЗСИ необходимо добиться снижения потребляемой мощности (особенно полупроводниковых ЗСИ), снизить общую стоимость их с учетом схем управления элементами (сегментами) индикаторов.

Целью предлагаемого изобретения является: 1. увеличение визуальной информационной емкости стандартного конструктивного цифрового сегментного индикатора; 2, уменьшение затрат на изготовление, уменьшение габаритов и энергопотребления в расчете на один десятичный разряд конструктивного цифрового сегментного индикатора; 3. возможность любой установки конструктивного цифрового сегментного индикатора на плоскости: горизонтальное или вертикальное.

Указанная цель достигается тем, что, применяя 4-сегментное визуальное отображение десятичных цифр, возможно, на одном стандартном конструктивном цифровом сегментном индикаторе, предназначенном для отображения одного десятичного разряда, отобразить два разряда десятичных цифр.

Для этого сравним габаритные размеры цифровых знаков двух ЗСИ (фиг.1а, фиг.1б): АЛС324А (габаритный размер знака в мм - 4,9×7,5) и АЛС334 (габаритный размер знака в мм - 5,2×12,0), применяемых с одним и тем же стандартным пластмассовым корпусом типа КИ5-4 (фиг.2а, фиг.2б, фиг.2к) с гибкими плоскими выводами в количестве 14 штук, расположенными с задней стороны корпуса [2].

Для этих типов ЗСИ минимальный размер знака по ширине равен 4,9 мм (АЛС324А), максимальный - 5,2 мм (АЛС334); минимальный размер знака по высоте равен 7,5 мм (АЛС324А), максимальный - 12,0 мм (АЛС334).

Для наглядности сопоставления габаритных размеров знаков указанных двух типов ЗСИ на одном и том же стандартном корпусе приведем габаритные размеры знаков к удобным сравнительным с ними величинам, кратным 1 мм. Это облегчит выполнение чертежей, на которых габаритные размеры знаков будут отображены в целых единицах длины, а информационное поле ЗСИ будет проквантовано единичными площадками (1 мм² или условными единицами - клеточками информационного поля индикатора), которые помогут сопоставить размеры знаков без проставления размеров. При этом размеры ширины и высоты сопоставляемых знаков не должны выходить за рамки минимальных и максимальных размеров знаков (ширины 4,9-5,2 и высоты 7,0-12,0) указанных выше ЗСИ [2].

У новых (условно назовем их ИПЦ-А-1/7К, ИПЦ-Б-1/7К), предлагаемых для рассмотрения цифровых знаков ЗСИ габаритными размерами знаков будут: 5,0×8,0 и 5,0×12 (фиг.1а, фиг.1б, фиг.1ж, фиг.1з) соответственно.

Величины отношений ширины знака к высоте (для ИПЦ-А-1/7К равно 0,63:1, а для ИПЦ-Б-1/7К 0,42:1) не выходят за пределы максимальной (0,67:1 - для АЛС330В) и минимальной (0,39:1 - для ИВЛ2-8/12) величин (фиг.1а, фиг.1б).

При четырехсегментном отображении десятичных цифр (фиг.2м), когда рассматривается только нижняя или верхняя половина (фиг.1д) семисегментного знака (фиг.1г), эффективный угловой размер их остается тем же самым, но геометрический размер по высоте оказывается в два раза меньшим. Отношения ширины такого четырехсегментного знака к высоте приведены во II колонке таблицы (фиг.1а, фиг.1б), а сами, условно названные знаки (ИПЦ-А-2/4К, ИПЦ-Б-2/4К) показаны на фиг.1к и фиг.1л, габаритные размеры цифровых знаков которых 5,0×6,0 и 5,0×4,0 соответственно. Цифровые величины отношений ширины четырехсегментного знака к его высоте изменились (1,25:1 и 0,83:1) по сравнению с семисегментным отображением, но они не выходят за рамки предельных значений этих величин (1,34:1 и 0,78:1) для верхних или нижних половин семисегментного знака (колонка II таблицы) приведенных для сравнения ЗСИ АЛС330В и ИВЛ2-8/12 соответственно.

Визуально не изменились ни ширина знака, ни половина прежней (семисегментной) его высоты. Появилась лишь возможность уменьшить напряжение зрения для глаз при определении только одной нижней (или верхней) половины семисегментного знака, при отсутствии верхней (или нижней) его половины, одна из которых теперь отсутствует в четырехсегментном отображении десятичных цифр.

На фиг.1в приведен пример индикатора ИВЛ1-8/12, занимающего среднее положение между сравниваемыми индикаторами (АЛС330А и ИВЛ2-8/12), у которого отношение ширины знака к его высоте равно 0,5:1. Эквивалентом такого индикатора с таким же отношением ширины знака к высоте на корпусе КИ5-4 может быть представлен семисегментный индикатор, условно названный ИПЦ-В-1/7К (фиг.1в, фиг.1и) и производный от него четырехсегментный индикатор ИПЦ-В-2/4 с отношением ширины знака к высоте равным 1,0:1 (фиг.1в, фиг.1м, фиг.1п). Такое же отношение ширины знака к высоте и у верхней или нижней половины семисегментного знака ИВЛ1-8/12.

При повороте фиг.1к (ИПЦ-А-2/4К) на 90 градусов ширина знака (ИПЦ-А*-2/4К) стала меньше его высоты (фиг.1н) и теперь параметр во II колонке фиг.1а таблицы (0,8:1) - отношение ширины знака к высоте - не должен быть ниже наименьшей величины из приведенных для сравнения ЗСИ. Из таблицы видим, что наименьшее (0,78:1) значение «отношение ширины знака к его половинной высоте» (колонка II таблицы - фиг.1б) у ЗСИ ИВЛ2-8/12.

При повороте фиг.1м (ИПЦ-В-2/4К) на 90 градусов ширина знака (ИПЦ-Б*-2/4К) стала больше его высоты (фиг.1п) и теперь параметр во II колонке фиг.1б таблицы (1,2:1) - отношение ширины знака к высоте - не должен быть выше наибольшей величины из приведенных для сравнения ЗСИ. Из таблицы видим, что наибольшее (1,34:1) значение «отношение ширины знака к его половинной высоте» (колонка II таблицы - фиг.1а) у АЛС330В.

Таким образом, приведенные габаритные размеры новых знаков не превышают габаритные размеры знаков, применяемых со стандартным корпусом КИ5-4, а отношение ширины этих четырехсегментных знаков к высоте не выходят за допустимые пределы отношений ширины знака к четырехсегментной половине его высоты сравниваемых семисегментных знаков (фиг.1а, фиг.1б - колонка II таблицы).

Перенесем габаритные размеры (5,0×8,0 и 5,0×12,0) семисегментных знаков (фиг.1ж, фиг.1з), условно названных ЗСИ (ИПЦ-А-1/7К и ИПЦ-В-1/7К) на корпус КИ5-4 (фиг.2а, фиг.2б). Ширина цифровых знаков у них одинакова, а высота различна (фиг.2в, фиг.2 г). Габаритные размеры (5,0×12,0) цифрового знака ЗСИ ИПЦ-Б-1/7К (фиг.1з, фиг.2г) позволяют разместить два цифровых знака ЗСИ ИПЦ-А-2/4К (фиг.2е), габаритные размеры каждого из которых равны 5,0×4,0 (фиг.1к), оставляя промежуток между ними в 4,0 мм. Разрешающая способность восприятия двух четырехсегментных знаков (фиг.2д, фиг.2е), не хуже разрешающей способности восприятия одного семисегментного знака (фиг.2в). Габаритные размеры двух четырехсегментных знаков (фиг.2д, фиг.2е) не превышают габаритные размеры одного семисегментного знака АЛС334 на том же корпусе КИ5-4 (фиг.2г).

Для увеличения размеров знаков, например, по высоте (при вертикальном расположении индикатора), за счет только расстояния между знаками, можно применить двухцветное (для каждого разряда свой цвет) отображение (фиг.2л). И чем больший будет цветовой контраст между этими цветами, тем ближе мы можем расположить эти знаки, тем больший будет размер этих знаков по высоте, ограниченный лишь размерами корпуса индикатора.

Если теперь повернуть корпус КИ5-4 на 90 градусов (по часовой или против часовой стрелки), то изменится лишь отношение ширины знака к высоте (фиг.2и), которое, однако, как видно из вышеизложенного, не выходит из допустимых, для сравниваемых индикаторов, пределов. Возможность установки индикатора как в горизонтальное, так и вертикальное рабочее положение создает условие универсальности компоновки таких индикаторов в многоразрядных индикаторных устройствах.

Используя для компоновки (фиг.3), например, три индикатора цифрового сегментного универсального можно более свободно распоряжаться размерами информационного поля, предоставленного для размещения цифровых ЗСИ, располагая их либо вертикально (фиг.3а), либо горизонтально (фиг.3б). К тому же, для некоторых операторов благоприятнее опознание цифр, у которых ширина знака меньше его высоты (фиг.3а), тогда как для других операторов наоборот благоприятнее опознание цифр, когда ширина знака больше его высоты (фиг.3б). Таким образом, и с точки зрения эргономики, выбор горизонтального или вертикального положения создает благоприятное условие для работы с цифровой информацией.

На фиг.3в показана компоновка из трех двухцветных универсальных цифровых индикаторов, у которых ширина знака равна его высоте. Увеличенные размеры цифровых знаков по высоте в сравнении с цифровыми знаками одноцветного индикатора (фиг.3б) объясняются применением различных цветов для двух рядом по вертикали стоящих знаков. На таком индикаторе воспроизводятся либо две трехразрядные различные цифровые информации, каждая из которых отображается своим цветом, либо одна - с увеличенным числом разрядов и построчным чтением ее.

Для управления семисегментного индикатора (АЛС321, АЛС324А, АЛС338, АЛС334) с децимальной точкой (фиг.4в) используются 10 из 14 [2] управляющих выводов (фиг.4а), расположенных на корпусе КИ5-4. Для управления двумя разрядами четырехсегментного индикатора (фиг.4г) с децимальными точками потребовалось лишь два дополнительных (десятый и одиннадцатый) вывода (фиг.4б). Неиспользованными остались еще два вывода: третий и пятый.

Чтобы свободно размещать четырехсегментный индикатор с децимальной точкой на плоскости как в горизонтальном, так и вертикальном положении, следует децимальную точку расположить в центре информационного поля, занимаемого знаком (фиг.2е, фиг.2и). Такое расположение децимальной точки в границах отображения цифрового знака можно увидеть [2], например, в индикаторах АЛСЗ 11, АЛС329, АЛС33О, ИВЛ1-8/12 и др.

Сигналы управления (Фиг.5 - a1, b1, c1, d1) элементами одного разряда (например, первого) индикатора (фиг.4г - верхний цифровой знак) поступают через управляющие выводы (фиг.5б) его (14, 13, 2, 1 соответственно) на одноименные сегменты (A1, B1, C1, D1), при установке последнего в вертикальное рабочее положение (фиг.4г, фиг.5б). При установке индикатора в горизонтальное (фиг.4д) рабочее положение (при повороте его на 90 градусов против часовой стрелки) сигналы управления (a1, b1, c1, d1) должны быть подключены к его управляющим выводам 13, 2, 1, 14, соответственно для высвечивания сегментов (B1, C1, D1, A1). Подключение может быть выполнено при монтаже, в зависимости от рабочего положения индикатора по таблице (фиг.5а), либо осуществлено через схему управления знаковыми элементами индикатора (фиг.5б).

Работа схемы управления. При вертикальном рабочем положении индикатора (фиг.4г) на вход «верт. уст.» схемы управления (фиг.5б) подается логическая «1», разрешающая прохождению сигналов управления а1, b1, с1, d1 на управляющие выводы индикатора 14, 13, 2, 1 и сегменты А1, B1, C1, D1 (фиг.4б) соответственно. На вход «гориз. уст.» схемы управления в данном случае подан логический «0». При горизонтальном рабочем положении индикатора (фиг.4д) на вход «гориз. уст.» схемы управления (фиг.5б) подается логическая «1», разрешающая прохождению сигналов управления a1, b1, c1, d1 на управляющие выводы индикатора 13, 2, 1, 14 и сегменты B1, C1, D1, A1 соответственно. На вход «верт. уст.» схемы управления в данном случае подан логический «0». В схеме применены логические элементы «И-НЕ» с открытым коллекторным выходом.

Высвечивание комбинаций сегментов первых разрядов (A1, B1, C1, D1) индикатора при вертикальном (фиг.4г) и горизонтальном (фиг.4д) рабочих положениях его для символов, например, отображающих эквиваленты арабских цифр 2 и 4 будет следующим:

2 - В1, С1; 4 - C1, D1 - вертикальное рабочее положение индикатора (фиг.4е);

2 - С1, D1; 4 - D1, А1 - горизонтальное рабочее положение индикатора (фиг.4ж).

Таким образом, информационная эффективность использования корпуса КИ5-4 увеличилась в два раза, технологические затраты, габаритные размеры цифровых знаков и энергопотребление двухразрядного индикатора при этом остались почти теми же, как и при использовании корпуса КИ5-4 для одного цифрового разряда. К тому же появилась возможность располагать такой индикатор как в горизонтальном, так и вертикальном положениях. Семисегментные цифровые индикаторы располагаются на плоскости только в вертикальном положении.

Литература

1. Н.И.Вуколов, А.Н.Михайлов. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. Москва: Радио и связь. 1987 г.

2. Б.Л.Лисицын. Отечественные приборы индикации и их зарубежные аналоги. Москва: Радио и связь. 1993 г.

Изобретение относится к технике отображения цифровой информации. Его использование в приборах цифрового визуального отсчета измеряемых величин позволяет получить в виде увеличения информационной емкости стандартного цифрового семисегментного индикатора с одного десятичного разряда до двух десятичных разрядов. Рабочее положение индикатора на плоскости может быть любое: горизонтальное или вертикальное. Технический результат достигается благодаря тому, что для визуального отсчета десятичной цифровой информации используется четырехсегментный индикатор, позволяющий уменьшить габаритные размеры десятичного знака, при сохранении разрешающей способности его воспроизведения. 5 ил.

Индикатор цифровой сегментный универсальный, содержащий четырехсегментные знаки с децимальными точками, предназначенные для отображения цифровой информации, при этом индикатор может занимать любое рабочее положение на плоскости: вертикальное или горизонтальное, отличающийся тем, что при переходе индикатора из вертикального рабочего положения в горизонтальное рабочее положение в плоскости его установки изменяется отношение линейного размера горизонтального сегмента к линейному размеру вертикального сегмента, определяющее отношение ширины знака к его высоте от значения А/В (где А - линейный размер горизонтального сегмента, В - линейный размер вертикального сегмента - фиг.4 г), при вертикальном рабочем положении индикатора до значения В/А (где В - линейный размер горизонтального сегмента, А - линейный размер вертикального сегмента - фиг.4д) при горизонтальном рабочем положении индикатора, а сигналы управления a1, b1, c1, d1 и а2, b2, c2, d2 поступают и при вертикальном (выводы 14, 13, 2, 1 и 10, 8, 7, 6) и при горизонтальном, при повороте в плоскости его установки на 90° против часовой стрелки (выводы 13, 2, 1, 14 и 8, 7, 6, 10), при рабочих положениях индикатора (фиг.5а, фиг.4г, фиг.4д), на верхний горизонтальный, правый вертикальный, нижний горизонтальный, левый вертикальный сегменты первого и второго разрядов соответственно, при этом децимальная точка расположена в центре симметрии информационного поля каждого знакоместа.