ИНДИКАТОР ЦИФРОВОЙ СЕГМЕНТНЫЙ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ОТОБРАЖЕНИЕМ ЗНАКОВ Российский патент 2007 года по МПК G09G3/04 

Предлагаемое изобретение относится к цифровым индикаторным устройствам и средствам отображения информации.

Индикатор цифровой сегментный с параллельным отображением знаков может найти применение во всех средствах отображения цифровой информации, в которых требуется увеличение информационной емкости индикаторных устройств без увеличения их габаритных размеров.

При выборе индикатора пользователя чаще всего интересует совокупность таких его характеристик, как габаритные размеры, информационная емкость, возможность изменения габаритных размеров знака, цветность изображения. Наименьшие габаритные размеры цифрового знака, при сохранении разрешающей способности восприятия, равной разрешающей способности восприятия верхней или нижней половины семипозиционного знака арабской цифры, соответствуют четырехпозиционному отображению десятичных цифр. На фиг.1а (код «А») и фиг.1б (код «У-10») представлены два варианта четырехпозиционного отображения десятичных цифр /1/. Обычно на информационном поле одноразрядного сегментного индикатора, имеющего одно знакоместо, отображается один цифровой знак, определяемый в основном габаритными размерами индикатора. Информационная емкость такого индикатора определяется количеством отображаемой информации и, естественно, не превышает одного разряда. Увеличить информационную емкость индикаторов можно только за счет многоразрядности индикатора, которая предполагает увеличение количества фиксированных знакомест в последовательном отображении разрядов от младшего разряда, расположенного справа по строке, как принято в арабской письменности, к старшему разряду. Увеличение информационной емкости влечет за собой увеличение габаритных размеров индикаторных устройств. Цифровой информационной емкостью матричного индикатора, если позволяет его формат матрицы, можно управлять, если информационное поле, предназначенное для отображения цифрового знака одного формата матрицы, позволяет воспроизвести, по крайней мере, два знака с меньшим форматом матрицы. Такой возможностью обладает матричный индикатор КИПГО2А-8×8Л /2 - стр.353/, типа КИ13-1. Выводы у него в количестве 16 шт. (фиг.1в) расположены с обратной стороны корпуса (фиг.1в). Индикатор КИПГО2А-8×8Л предназначен для отображения сложной информации в виде знаков, букв и символов. Цифровые знаки на лицевой стороне индикатора отображаются в самом распространенном формате матрицы 5×7 точек (фиг.1г). Однако формат матрицы индикатора 8×8 точек позволяет увеличить цифровую информационную емкость его и воспроизвести два цифровых знака (фиг.1д) одновременно, но только в формате матрицы 3×5 точек с невысоким качеством отображения /3 - стр.113/.

Двухцветные одноразрядные цифровые индикаторы типа КИПЦ02 /2 - стр.39/ с управляемым цветом свечения увеличивают функциональные возможности индикатора, но не увеличивают информационную емкость последнего.

Целью предлагаемого изобретения является:

1) увеличение информационной емкости цифрового индикатора без увеличения его габаритных размеров;

2) увеличение разрешающей способности восприятия цифровой информации;

3) увеличение функциональных возможностей цифрового индикатора.

Указанная цель достигается тем, что, применяя четырехпозиционное (фиг.1а, фиг.1б) отображение десятичных цифр, осуществляя визуальное кодирование размером и цветностью цифровых знаков, возможно, используя габаритные размеры стандартного корпуса полупроводникового матричного индикатора, представить на информационном поле его одновременно до трех разрядов цифровой информации.

Формат матричного индикатора КИПГО2А-8×8Л допускает параллельное воспроизведение двух цифровых четырехпозиционных знаков (код «А» или код «У»). Один цифровой знак с максимальным угловым размером на таком индикаторе занимает все информационное поле его по периферии (фиг.1е) в формате матрицы 8×8 точек. Другой цифровой знак, с меньшим угловым размером, в формате матрицы, например, 4×4 точки, можно расположить на том же информационном поле, предназначенном для отображения первого цифрового знака. Угловое расстояние между двумя знаками не ниже углового предела разрешения /4 - стр.1094/, при котором отображения двух знаков сливаются (фиг.1е). Угловой размер по вертикали знака в формате матрицы 4×4 точки равен угловому размеру по вертикали верхней половины арабского цифрового знака в формате матрицы 5×7 точек. Угловое расстояние по горизонтали между точками превышает аналогичное угловое расстояние по горизонтали в арабском цифровом знаке в формате матрицы 3×5 точек в два раза.

Максимальное число отдельных участков на единицу поверхности, имеющих достаточный для их восприятия контраст, определяет разрешающую способность индикатора /3 - стр.21/. Разрешающую способность восприятия цифровых знаков матричного индикатора легко определить по точечным элементам отображения. Ее можно выразить величиной отношения общего числа точек, представляющих формат матрицы, отображающей знак, к числу точек, представляющих собственно знак. Чем больше величина этого отношения, тем больше разрешающая способность восприятия знака. На фиг.1ж представлен формат матрицы при отображении верхней (или нижней) половины знака в формате матрицы 3×5 точек (фиг.1д). Величина отношения числа точек формата матрицы верхней половины знака (9) к тому же числу точек (9), когда отображенного на данном формате матрицы знака нет, равна 1 (фиг.1ж). На фиг.1з отображена верхняя половина знака в формате матрицы 3×5 точек (фиг.1д), разрешающая способность восприятия которого (9:8) в относительных единицах больше 1 и равна 1,13. Разрешающая способность восприятия цифры 8 (15:13=1,15) в формате матрицы 3×5 уже выше (фиг.1и), а цифры 0 (15:12=1,25) еще выше (фиг.1к). Разрешающие способности восприятия верхней половины знака цифры 8 (20:14=1,43), цифры 8 (35:23=1,52) и цифры 0 (35:20=1,75) в формате матрицы 5×7 точек представлены на фиг.1л, фиг.1м, фиг.1н соответственно.

Отобразив на матричном индикаторе четырехпозиционный цифровой знак 0 в коде «А» или в коде «У», максимальный габаритный размер которого соответствует формату матрицы 8×8 точек (фиг.1п), замечаем, что разрешающая способность восприятия этого знака 0 (2,28) значительно выше разрешающей способности восприятия арабского цифрового знака 0 (1,75) в формате матрицы 5×7 точек. Разрешающая способность восприятия (1,33) меньшего цифрового четырехпозиционного знака 0 в формате матрицы 4×4 точки (фиг.1о) выше разрешающей способности восприятия (1,25) цифрового арабского знака 0 в формате матрицы 3×5 точек (фиг.1к).

Разрешающая способность восприятия (1,60) двух параллельно отображаемых знаков (фиг.1р) оказалась больше разрешающей способности восприятия двух последовательно отображаемых знаков (1,35) в формате матрицы 3×5 точек (фиг.1 с), расположенных на таком же информационном поле индикатора. Угловое расстояние между четырехпозиционными знаками (фиг.1р) равно угловому расстоянию между знаками арабских цифр (фиг.1с) и не выходит за пределы углового предела разрешения.

Увеличить разрешающую способность восприятия индикатора с параллельным отображением знаков поможет кодирование их цветом (фиг.2а).

Заменой матричного отображения знаков сегментными отображениями (фиг.2б) значительно снижается усталость оператора при длительной работе с индикаторами /5 - стр.106/. Габаритные размеры знаков сегментного индикатора соответствуют габаритным размерам матричного индикатора в форматах матриц 4×4 и 8×8 точек соответственно. При этом ширина сегментов каждого знака равна диаметру точечного элемента матричного индикатора - 0,95 мм.

При последовательном классическом чтении информации, например, на двухразрядном индикаторе взгляд перемещается слева направо от одного разряда к другому. При этом меняется и горизонтальный угол обзора знаков. Параллельно отображаемая цифровая информация на индикаторе (фиг.2б), когда горизонтальный и вертикальный углы обзора для отображаемых знаков индикатора не меняются, прочитывается оператором одним взглядом. Скорость чтения параллельно отображаемой цифровой информации может возрасти.

На фиг.3 показан пример размещения двухразрядных индикаторов с параллельным отображением знаков на информационном поле средства отображения (СО) цифровой информации. Рассматриваемый индикатор выделен на информационном поле СО цифровой информации утолщенными линиями. При параллельном отображении разрядов горизонтальный угол обзора α₂ как для одного знака /6 - стр.102/, так и для другого с произвольной точки (3) наблюдения индикатора под углом α₁ СО (средства отображения) один и тот же. При фронтальном наблюдении СО (точка наблюдения 2) угол обзора α₃ индикатора для знаков двух разрядов индикатора также один и тот же. На фиг.4 аналогично показаны вертикальные углы обзора. Вертикальные углы обзора знаков двух разрядов индикатора α₂ при наблюдении СО под углом α₁ (точка наблюдения 3) и α₃ при фронтальном наблюдении СО (точка наблюдения 2) для двух разрядов индикатора также одни и те же.

При отображении дробных десятичных чисел на сегментном индикаторе должно быть предусмотрено отображение децимальной точки. Ее можно расположить на самом знаке, на каждом позиционном элементе отображения знака. Такое расположение децимальной точки не занимает дополнительного места на информационном поле индикатора. Децимальная точка выявляется на знаке не высвечиванием, а ее погашением. Она выявляется на последнем знаке целого числа, после которого отображается дробная его часть.

На табло, состоящем из корпусов трех индикаторов с параллельным воспроизведением двухцветных (или одноцветных) знаков, отображены две (при последовательном чтении) трехразрядные (фиг.2г, фиг.2д, фиг.2е) или три (при параллельном чтении) двухразрядные информации. Наибольший габаритный размер знаков на корпусах трех индикаторов (последовательное чтение) отображает число 981 красным цветом свечения. Наименьший габаритный размер знаков на корпусах трех индикаторов отображает число 3,14 синим цветом свечения. На этом же табло при отображении трех двухразрядных информаций (параллельное чтение) на фиг.2г, фиг.2д и фиг.2е можно прочесть числа 3,9-18-41 соответственно. Индикаторы с параллельным воспроизведением информации и параллельном чтении ее должны быть разнесены друг от друга.

Габаритный размер информационного поля одноцветного индикатора КИПГО2А-8×8Л не позволяет увеличить информационную емкость до трех разрядов. При цветовом кодировании знаков сегментного индикатора появляется возможность увеличить информационную емкость индикатора до трех разрядов. Максимальной контрастностью между цветами (красный, желтый, синий) с использованием светофильтров /5 - стр.163/ можно дополнительно увеличить разрешающую способность восприятия знаков (фиг.2в). На табло (фиг.2ж, фиг.2з, фиг.2и), состоящем из корпусов трех индикаторов с параллельным отображением трехцветных знаков, отображены три числа 981-254-3,14 (красным, желтым и синим цветами свечения). Цифровая информация записана в коде «А» - фиг.1а. При параллельном чтении цифровой информации на каждом из индикаторов отображены числа 3,29-158-441 соответственно (фиг.2ж, фиг.2з, фиг.2и).

Конструктивно точечный элемент отображения (децимальная точка) располагается на каждом позиционном элементе отображения всех индицируемых знаков. Каждый позиционный элемент отображения знака индикатора представляет собой сочетание трех элементов отображения: два одинаковых по размерам линейных элемента отображения (фиг.5а, фиг.5б, фиг.5в - два «полусегмента» с одинаковыми обозначениями, например, а1 и a1, b1 и b1, с1 и c1, d1 и d1), между которыми располагается точечный элемент отображения - децимальная точка (е1, е2, е3). Ширина «полусегментов» определяет и ширину точечного элемента отображения, а его линейный размер может иметь величину в соответствии с линейными размерами «полусегментов» знака. Чем меньше габаритный размер знака, чем меньше линейный размер «полусегментов» знака, тем меньше может быть линейный размер децимальной точки. На большом формате отображаемого знака (фиг.5а) децимальная точка имеет габаритный размер 0,95×0,95 мм в соответствии с применяемым форматом матричного индикатора. На среднем формате отображаемого знака (фиг.5б) размер децимальной точки по горизонтали, для горизонтальных позиционных элементов отображения (а2-е2-а2, с2-е2-с2), и по вертикали, для вертикальных позиционных элементов отображения (b2-e2-b2, d2-e2-d2), может быть снижен до 0,75 мм с целью увеличения линейных элементов отображения (а2, b2, с2, d2). На самом малом формате отображаемого знака (фиг.5в) размер децимальной точки (е3) может быть еще снижен, скажем, до 0,55 мм, с той же целью - увеличения размера по горизонтали и вертикали линейных элементов отображения знака. Изменение линейного размера децимальной точки в соответствии с габаритными размерами знака приведет к улучшению эргономических параметров последнего, не допуская уменьшения линейных размеров «полусегментов» самого малого знака до линейного размера децимальной точки.

Пример управления индикаторами с параллельным отображением знаков на три разряда представлен на структурной схеме (фиг.6). Каждый формат знаков индикатора на три разряда, кодированный своим цветом, индицирует тот или иной измеряемый параметр объекта. Ограниченное число выводов, имеющихся на корпусе КИ13-1, определяет для индикатора с параллельным воспроизведением знаков мультиплексный режим управления элементами отображения. Для этого все одноименные выводы (только по буквенной индексации) от позиционных элементов отображения (а1, а2, а3 - b1, b2, b3 - с1, с2, с3 - d1, d2, d3 - e1, e2, е3), независимо от цифрового индекса, всех форматов знаков (фиг.5а, фиг.5б, фиг.5в) индикатора и всех разрядов (фиг.5г, фиг.5д, фиг.5е) соединены параллельно (вывод 1 - для индекса а, вывод 2 - для индекса b, вывод 6 - для индекса с, вывод 5 - для индекса d) и подключены (фиг.6) к соответствующим выходам формирователя тока (ФТ).

Генератор тактирующих импульсов (ГТИ) является синхронизирующим звеном схемы. Если на вход сканирующего устройства поступает сигнал управления, определяющий индикацию измеряемого объекта, например, наибольшими габаритными размерами знаков (первый измеряемый параметр), то /5 - стр.95/ срабатывают два устройства - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), хранящее кодовую информацию в виде четырехразрядного двоично-десятичного кода (ДДК) для всех трех разрядов первого параметра объекта в момент измерения, и сканирующее устройство выбора цифрового знака. ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) выдает на информационные входы дешифратора четырехразрядный двоично-десятичный код (ДДК) для цифры первого разряда первого измеряемого параметра. Преобразованная дешифратором информация в виде четырехпозиционного кода с выходов (ФТ) формирователя токов (1, 2, 6, 5) поступает на соответствующие одноименные (по буквенному обозначению) сегменты (фиг.5г, фиг.5д, фиг.5е) всех цифр всех разрядов и всех измеряемых параметров (фиг.6). Сканирующее устройство подключает через формирователь тока цифрового знака общий вывод 16 (фиг.5д) цифры первого разряда первого измеряемого параметра (фиг.6, вывод 16-1). При первом тактовом импульсе только первая цифра (первый разряд) первого измеряемого параметра и индицируется. По второму тактовому импульсу ГТИ подключает на информационные входы дешифратора информацию о втором разряде первого измеряемого параметра, а сканирующее устройство через формирователь тока цифрового знака подключает (вывод 16-2) только вторую цифру первого измеряемого параметра. Цикл последовательного управления цифрами первого измеряемого параметра продолжается. Если на вход сканирующего устройства поступает сигнал управления, определяющий индикацию измеряемого объекта, например, средними габаритными размерами знаков (второй измеряемый параметр), то сканирующее устройство подключает с поступлением тактовых импульсов через формирователь тока цифрового знака последовательно цифры первого, второго и третьего разрядов (выводы 15-1, 15-2 и 15-3 второго измеряемого параметра). Высвечивание цифровых знаков к этому времени уже подготовлено входными данными (ОЗУ, ДДК, дешифратором и формирователем тока - ФТ). В данный момент индицируются цифры второго измеряемого параметра. В такой же последовательности индицируются цифровые знаки при работе схемы при измерении третьего параметра объекта. При необходимости индикации дробных десятичных значений параметров поступающие на схему управления (фиг.5, фиг.6) данные должны содержать информацию о включении децимальной точки (ДТ). Сигнал наличия ДТ дает разрешение на запоминание децимальной точки оперативным запоминающим устройством (ОЗУ ДТ). Все выводы от точечного элемента отображения с индексом е всех позиционных элементов отображения знака и всех разрядов объединены и подключены к выводу 12.

Децимальная точка выявляется на том знаке и в тот синхронизированный с тактовыми импульсами момент, когда должен высветиться соответствующий знак с децимальной точкой, после которого уже отображается дробная часть числа. Децимальная точка выявляется на соответствующем знаке отключением питания с вывода 12 (фиг.6) и, соответственно, погашением элементов отображения е1, е2, е3 в нужный момент при измерении того или иного параметра объекта (вывод 12 с ОЗУ ДТ).

Индикатор с параллельным отображением знаков может быть использован также для индикации автоматического процесса при измерении одного параметра объекта со сменой габаритного размера и цвета знака от рабочего режима к аварийному режиму. В этом режиме измеряемая величина параметра объекта может выходить за пределы рабочей величины в ту или иную сторону. Т.е. на контролируемом объекте может создаваться аварийная ситуация, либо при увеличении, либо при уменьшении измеряемой величины параметра объекта. В рабочем режиме вывод 15 общего питания среднего по габаритным размерам знака подключен к источнику питания, и измеряемая величина отображается знаками среднего габаритного размера и желтым цветом. При увеличении измеряемой величины за пределы рабочей величины вывод 16 общего питания наибольшего по габаритным размерам знака подключается к источнику питания (вывод общего питания 15 отключается), и измеряемая величина отображается знаками наибольшего габаритного размера и красным цветом. При уменьшении измеряемой величины за пределы рабочей величины вывод 11 общего питания наименьшего по габаритным размерам знака подключается к источнику питания (вывод общего питания 15 отключается), и измеряемая величина отображается знаками наименьшего габаритного размера и синим цветом. Управление подачей и снятием питания на выводы 15, 16 и 11 осуществляет сканирующее устройство выбора цифрового знака. В остальном схема работает так же, как и при одновременной индикации трех измеряемых величин. Таким образом, переход от «Рабочего режима» работы к «Аварийному режиму I» и «Аварийному режиму II» на цифровом табло индицируется: 1) сменой цифровой величины измеряемого параметра объекта; 2) сменой масштаба отображения знаков; 3) сменой цвета знаков. Такое визуальное изменение на индикаторе обращает повышенное внимание оператора на принятие каких-либо решений в отношении параметров объекта (скорости, объема, высоты, дальности и т.д.) и является сигналом изменения режима работы. Эффективность восприятия информации оператором увеличивается.

Число неиспользованных выводов индикатора в количестве 6 штук позволяет увеличить информационную емкость до 6 цифровых знаков одновременно, но на корпусе индикатора, например, КИПГ03А-8×8К /2 - стр.356/, имеющего габаритные размеры информационного поля в два раза большие.

Литература

1. Патраль А.В. Патент №2249912 на изобретение: «Устройство для индикации с увеличенной информационной емкостью».

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

3. Алиев Т.М., Вигдоров Д.И. Кривошеев В.П. Системы отображения информации. Москва. «Высшая школа». 1988 г.

4. Советский Энциклопедический Словарь. Гл. редактор А.М.Прохоров. Издание третье. Москва. «Советская Энциклопедия». 1985 г.

5. Васерин Н.Н., Дадерко Н.К., Г.А.Прокофьев. Применение полупроводниковых индикаторов. Под ред. Е.С.Липина. Москва. «Энергоатомиздат». 1991 г.

6. Вуколов Н.И., Михайлов А.Н. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. под ред. Балашова В.П. Москва. «Радио и связь». 1987 г.

Изобретение относится к области техники отображения цифровой информации. Технический результат изобретения заключается в увеличении информационной емкости цифрового индикатора и увеличении разрешающей способности восприятия цифровой информации. Технический результат достигается за счет того, что индикатор цифровой сегментный с параллельным отображением знаков содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ), сканирующее устройство выбора цифрового знака, формирователь тока цифрового знака, дешифратор, формирователь тока (ФТ), оперативное запоминающее устройство двоично-десятичного кода (ОЗУ ДДК) и оперативное запоминающее устройство децимальной точки (ОЗУ ДТ). 6 ил.

Индикатор цифровой сегментный с параллельным отображением знаков, оформленный в пластмассовый корпус типа КИ13-1, с выводами, расположенными с обратной стороны корпуса, лицевая сторона которого, состоящая из фиксированных знакомест, кодированных цветом и размером знака, предназначена для отображения в мультиплексном режиме управления цифровой информации от 0 до 9 в четырехпозиционном коде «А» (или коде «У») и децимальной точки, а позиционные элементы знаков состоят из линейных элементов отображения («полусегментов»), между которыми располагается точечный элемент отображения (децимальная точка), отличающийся тем, что в его состав введены генератор тактовых импульсов (ГТИ), сканирующее устройство выбора цифрового знака, формирователь тока цифрового знака, дешифратор, формирователь тока (ФТ), оперативное запоминающее устройство двоично-десятичного кода (ОЗУ ДДК) и оперативное запоминающее устройство децимальной точки (ОЗУ ДТ), причем выход ГТИ соединен со сканирующим устройством выбора цифрового знака, ОЗУ ДДК и ОЗУ ДТ, дешифратор предназначен для приема с выхода ОЗУ ДТ двоично-десятичного кода, преобразования его в четырехпозиционный код и передачи на вход ФТ, выводы одноименных позиционных элементов отображения параллельно соединены и подключены к соответствующим выходам ФТ, что обеспечивает мультиплексный режим управления элементами отображения, вход ОЗУ ДТ, которое содержит информацию о наличии децимальной точки, предназначен для приема сигнала наличия децимальной точки, ОЗУ ДТ соединено с выводами точечных элементов отображения, вход сканирующего устройства выбора цифрового знака предназначен для приема сигнала управления, определяющего индикацию измеряемого объекта, которое, в свою очередь, соединено с формирователем тока цифрового знака, подключенного к общим выводам позиционных элементов отображения.