DE29801381U1

DE29801381U1 - Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor (UFP) für Industriesteuerungen

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Publication number: DE29801381U1
Application number: DE29801381U
Authority: DE
Original assignee: Unipo Electronic Verwaltung &
Current assignee: Unipo De GmbH
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2008-01-30

Description

Antrag auf Eintragung eines Gebrauchsmusters: .* "I' ^&Uacgr; ·..·""; ..**..'

Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für Industriesteuerungen

Aktenzeichen: 298 01 381.9

Beschreibung

Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für Industriesteuerungen mit analogen und digitalen Videoschnittstellen.

Stand der Technik

In den Steuerungen vieler Industriemaschinen (z.B. Dreh-, Fräs-, Werkzeugmaschinen, etc.) wurden bisher Monitore mit Bildröhren (CRT) eingesetzt. Bildröhren werden in jüngster Zeit aber in immer mehr Anwendungen durch Flachbildschirme in verschiedenen technologischen Ausführungen abgelöst. Dadurch verändert sich die Verfügbarkeit bei den bisher eingesetzten CRT-Bildröhren. Deren Herstellung wird insbesondere bei den durch Flachbildschirme abgedeckten Größen mehr und mehr eingeschränkt oder gar aufgegeben. Die Ansteuerung der Flachbildschirme unterscheidet sich grundsätzlich von der Ansteuerung eines Monitors mit CRT-Bildröhre wie folgt:

Die Ansteuerung von Flachbildschirmen der verschiedenen Technologien (z.Zt. vorwiegend LCD-Displays in STN- bzw. TFT-Technologie, Plasma-Display etc.) erfolgt digital und zwar in der Regel, bedingt durch die Standardisierung bei PC-Anwendungen, mit vorgegebenen, standardisierten Steuersignalen (gegenwärtig VGA-Mode etc.).

Demgegenüber werden als Ansteuerung der Bildröhren-Monitore die unterschiedlichsten Ansteuersignale verwendet (z.B. Sync on green, Composite Sync etc.). Deshalb ist es notwendig, diese von einer Steuerung bereitgestellten, unterschiedlichen analogen Videosignale in einem Schnittstellenmodul (Interface) für die Ansteuerung des Flachbildschirmes zu digitalisieren.

Weiterhin benötigen die Flachbildschirme zusätzliche Steuersignale, die nicht über die Monitor-Schnittstelle übertragen werden. Diese Steuersignale müssen ebenfalls, da eine Eingriff in die Steuerung nicht möglich ist, von der Interface-Elektronik aus den verfügbaren analogen Videosignalen generiert und nachgebildet werden.

Zwar ist die Digitalisierung von analogen Videosignalen und die nachfolgende Darstellung auf Flachbildschirmen (z. B. LCD-Displays) für Flachbildschirm-Monitore bereits von verschiedenen Firmen realisiert (UNIPO, Fujitsu, Eizo, Sharp, NEC.) worden und somit Stand der Technik.

Aber die Anpassungen sind dabei individuell und auf wenige unterschiedliche VGA-Eingangssignale, respektive Auflösungen (z. B. VGA: 640x480, S-VGA: 800x600, XGA: 1024x768, neuerdings auch SXGA: 1280x1024), wie sie vorwiegend bei Video/Graphik-Karten im PC-Bereich vorliegen, beschränkt geblieben/Darüber hinaus fand vorwiegend eine Anpassung nur auf digitale Aktiv-Mätrix-Displays (TFT) und auf einzelne Größen (Bildschirmdiagonalen) von Displays statt.

UNlPO Verwaltung+Vertrieb GmbH&Co KG, 64720 Michelstadt, Pelarstaße 21, Telefon: 06061/7040, Fax: 06061/704160, Sitz: Michelstadt - HRA 451 AG Michelstadt,

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Aufgabenstellung

Individuelle Sonderlösungen als anwendungsspezifische Hardware-Entwicklungen existieren bisher somit nur für einige Anpassungen nicht-VGA-konformer Video-Signale an Flachbildschirm-Displays. Jedoch ist nach dem bisherigen Kenntnisstand kein flexibles, universell an verschiedenen nicht-VGA-konformen Videomodi einsetzbares Gerät bekannt, das darüber hinaus die Möglichkeit bietet, daß eine möglichst große Zahl von Flachbildschirmen verschiedener Hersteller Technologien und Entwicklungsstufen angesteuert werden können.

Aufgrund des langlebigen Einsatzes von Maschinen und den dazugehörigen Steuerungen sowie der langen Entwicklungszyklen für heue Steuerungsgenerationen ist damit zu rechnen, daß nur bei Neuentwicklungen von Steuerungen die implementierten Video-Schnittstellen schnell und umfassend dem PC-Standard angeglichen werden.

Umgekehrt verhindert auch die Tatsache, daß bei &ldquor;alten" Steuerungsgenerationen praktisch jeder Bildschirm mit unterschiedlichen Video-Modi angesteuert wurde, daß die bisher eingesetzten CRT-Monitore problemlos durch Flachbildschirm-Monitore ersetzbar sind.

Darüber hinaus bietet im Hinblick auf die Arbeitsplatzergonomie und die Umweltverträglichkeit der Einsatz moderner Flachbildschirme weitere Vorteile. So wird bei der Äbstrahlung von Röntgenstrahlen und magnetischen Feldern, der Bildgeometrie und der Einbautiefe gegenüber den bisher eingesetzten CRT-Monitören eine wesentliche Verbesserung erreicht.

Es ist somit zu erwarten, daß - über den Ersatzbedarf hinaus - mit der angemeldeten Problemlösung auch in anderen Anwendungsbereichen der CRT-Bildröhren verstärkt Flachbildschirme eingesetzt werden. Zumindestens ist, da die Lebenszyklen der im Feld eingesetzten Maschinen, Anlagen und deren Steuerungen diejenigen der bisher eingesetzten CRT-Bildschirme bei weitem übersteigen, ein hoher Ersatzbedarf zu erwarten ist.

Problemlösung

Der angemeldeten Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß ein außerordentlich flexibles und universelles Interface erforderlich ist, um einen Flachbildschirm mit Digitalschnittstelle an eine analoge Video-Schnittstelle mit beliebigen, weit von den standardisierten VGA-Modi abweichenden Videosignalen anschließen zu können, ohne daß es notwendig ist, hardwareseitige Anpassungen an der Video-Schnittstelle, dem Interface oder an der Ansteuerung des Flachbildschirms vornehmen zu müssen.

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Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für lndus*trie*steueriingen Aktenzeichen: 298 01 381.9

Dieses Problem wird mit den Maßnahmen der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet; daß das flexible, intelligente Interface-System mit dem Kernstück eines frei programmierbaren Halbleiter-Bauelements (Video-FPGA) es ermöglicht, einen Flachbildschirm mit digitaler Standardschnittstelle an eine beliebige analoge Monitor-Schnittstelle mit unterschiedlichen, beliebigen und nicht standardisierten Video-Modi anzuschließen. '

Dabei geht die Zahl und Art der darstellbaren Video-Modi weit über diejenige hinaus, die durch die im wesentlichen auf standardisierte Modi abgestimmte Konstruktion der Flachbildschirme möglich sind.

Neu an der Entwicklung ist, daß das entwickelte Gerät insbesondere im Industriebereich universell einsetzbar ist und dazu keine Sonderentwicklungen oder dafür erforderliche Hardware-Anpassungen für die speziellen analogen Video-Signale mehr erfolgen müssen.

Neu ist, daß ein integrierter, elektronischer Halbleiterbaustein (Video-FPGA-Modul) im Gerät die Video-Eingangssignale automatisch erkennt und richtig umsetzt. Das FPGA-Modul unterscheidet selbsttätig zwischen unterschiedlichen Eingangssignalen und wählt automatisch den richtigen Darstellungsmodus aus, so daß der Anwender in der Regel keine Anpassung mehr vornehmen muß.

Neu ist weiterhin, daß die über die konventionelle Monitorschnittstelle nicht verfügbaren, aber für die Ansteuerung des Standard-Flachbildschirms notwendigen Steuersignale von dem Video-FPGA-Modul nachgebildet werden.

Neu ist die Integration von FPGA-Technologie als eine technische Innovation in dieser Anwendung.

Neu ist darüber hinaus, daß dies die Flexibilität von Video-Interfaces steigert, weil es nicht mehr notwendig ist, die Hardware zu ändern oder die Konfiguration von PLD Bausteinen (Programmable Logic Devices) anzupassen, sobald andere Analog-Eingangssignale umzusetzen sind oder andere Flachbildschirme eingesetzt werden.

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Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für Indus'triesteuerungen Aktenzeichen: 298 01 381.9

Neu ist, daß die asynchrone Behandlung von Schreib- und Lese-Zugriff auf den Datenspeicher selbständig und getrennt realisiert ist.

Neu als ein entscheidender, innovativer Schritt ist es, daß die Schaltung der Video - Schnittstelle weitestgehend im FPGA abgebildet und nicht mit diskreten Elektronik - Bauelementen aufgebaut werden muß. Alle wesentlichen &ldquor;intelligenten" Funktionen und die Digitaltechnik sind in diesem FPGA-Baustein untergebracht.

Neu ist weiterhin, um die geforderte Flexibilität des Gerätes zu erreichen, der erfinderische Schritt, die Zwischenspeicherung des digitalisierten Bildes in zwei RAM - Speicherbänken (Emulation eines Dual-Port-Memory), sowie die asynchrone Art der Speicher-Belegung (Lesen) und des Speicher-Zugriffs (Schreiben). Dadurch wird es möglich, ein kleineres Bild-Format in Höhe und Breite zu verändern, und so an die Größe des Displays anzupassen.

Weiterbildungen der Erfindung

Eine grundsätzliche Ausgestaltung der Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 2 bestimmt.

Eine Weiterbildung dieser Erfindung ist darüber hinaus gegeben in der Art, daß

• statt eines frei programmierbaren FPGÄ-Bausteins ein fest konfiguriertes ASIC Halbleiter-Bauelement (ASIC= application specific integrated circuit) eingesetzt wird, das es ermöglicht, bei großen Stückzahlen Kosten zu sparen.

• sowohl aktive (z.B. TFT= thin film transistor) als auch passive (z.B. STN=) Display-Typen angesteuert werden können. Dies ermöglicht gerade bei den preiswerteren Display-Technologien weitere Kostenersparnisse, wobei allerdings der Aufwand für die Ansteuerung des Displays steigt.

• Flachbildschirme unterschiedlicher Größen, Typen und Hersteller angeschlossen werden können. Dabei erfolgt die Anpassung / Auswahl ausschließlich softwareseitig, d.h. keine

• Änderungen an der Hardware sind nötig. Dies ermöglicht eine der Anwendung folgende, kostengünstige Auswahl des Flachbildschirmes.

• eine Darstellung von Interlaced-Formaten realisiert wird. Damit wird eine Darstellung zusätzlicher, spezieller VGA-Formate möglich.

• das Bild eingefroren werden kann (Schnappschuß). Damit ist es möglich in besonderen Anwendungsfällen, z.B im medizinischen Einsatzbereich, interessante Momentaufnahmen zu speichern.

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Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für IndusViesteuerungen Aktenzeichen: 298 01 381.9

• die Anzeige der im Microcontroller abgelegten, veränderbaren Parameter über ein spezielles On-Screen-Menü vorgenommen wird. Dies ermöglicht es, daß das Textdisplay der separaten, integrierten Bedieneinheit eingespart werden kann.

• die Eingabe der Parameter-Änderungen über ein dem Flachbildschirm vorgesetztes Touch-Screen vorgenommen werden kann. Dies ermöglicht die Ersparnis einer separaten oder integrierten taktilen Bedieneinheit (Tastatur).

• das Gehäuse und die Frontplatte des Flachbildschirm-Monitors mechanisch verändert werden. Dies erlaubt eine optimale Anpassung an den für Einbau/Montage verfügbaren Platz.

Darstellung und gewerblicher Nutzen der Erfindung

Der universell und flexibel einsetzbare Flachbildschirm-Monitor ist sowohl als moderne Visualisierungseinheit in neuen Anlagen, als auch als Ersatzgerät für bereits im Einsatz befindliche CRT-Monitore gewerblich anwendbar. Die kompakte Einheit des Flachbildschirm-Monitors ist so gestaltet, daß sie ohne größeren Montageaufwand an Stelle eines bisherigen CRT-Monitors eingebaut werden kann und der rauhen Arbeitsumgebung in industriellen Fertigungsanlagen standhält.

Das Gerät wird eingesetzt in Bedieneinheiten für die Visualisierung von Prozessen und Daten. Es wird industrielle Anwendung erfahren in Visualisierungssystemen mit hohen Anforderungen an Verläßlichkeit und Qualität, wie sie derzeit von CRT-Monitoren in Mensch - Maschine - Schnittstellen bei Werkzeugmaschinen, in verketteten Transferanlagen, an Überwachungsgeräten im medizinischen Einsatz sowie bei High-End-Anwendungen im Büro-Bereich erfüllt werden müssen.

Mit dem Video-FPGA-Modul ist eine standardisierte Schnittstelle zwischen einer großen Zahl von bisher realisierten analogen Video-Modi einerseits und einer größtmöglichen Art und Zahl von kommerziellen, digitalen Flachbiidschirmen andererseits entwickelt worden.

Das Video-FPGA-Modul erkennt das Video-Format an seiner Eingangs-Schnittstelle automatisch und stellt die entsprechenden Parameter aus seinem Speicher ein. Das digitalisierte Video-Signal wird durch einen Speicher geleitet, um das Timing der Signale, die zum Display gesendet werden, unabhängig vom Timing der Eingangssignale zu halten. Das ist insbesondere dann notwendig, wenn die Bildgröße verändert werden soll.

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Damit der Monitor in der Lage ist, sich auf viele verschiedene Video-Quellen automatisch einzustellen, ist es notwendig eine große Zahl von Parametern verändern zu können. Darüber hinaus lassen sich die Parameter vom Benutzer menügeführt verändern und optimieren. Für diese Aufgabe ist zusätzlich ein Microcontroller in Kombination mit einem kleinen Text-Display in das Gerät integrierbar.

Nahezu der komplette Bereich der digitalen Logik der Video-Schnittstelle wurde in den FPGA-Baustein integriert. Der Microcontroller, ebenso wie das Memory für den Video-Speicher wurde zunächst aus Kosten- und Platzgründen nicht in den FPGA integriert.

Der analoge Teil des Designs, bestehend aus Video-Verstärker und A/D-Converter wurde dagegen aus prinzipiellen technischen Gründen nicht in das FPGA integriert.

Ebenso wurden Eingangspuffer und Ausgangstreiber als zerstörungsgefährdete Teile in diskreter Schaltungstechnik aufgebaut, um späteren Service-Aufwand zu minimieren.

Ausführungsbeispiel (Abbildung 1):

Ein konkretes technisch realisiertes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand des Blockdiagramms in Abbildung 1 erläutert.

Der universell einsetzbare Flachbildschirm-Monitor für Industriesteuerungen besteht aus folgenden Elementen:

• Netzteil

• analoge Video-Schnittstelle (6 und 7)

• Analoger Videoverstärker (8)

• Analog-Digital-Wandler (11)

• Schwarzwert- und Verstärkungsregelung (25)

• Quarz-Oszillator als interner Frequenz-Generator für Microcontroller und FPGA- Zeitglieder

• FPGA-Halbleiter-Baustein (5)

• serielles EPROM zum Programmieren/Konfigurieren des FPGA-Bausteins

• Microcontroller (22)

• Flash-Speicher für Microcontroller-Prögramm und Parameter (23)

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Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für InduVtriesteueVungen Aktenzeichen: 298 01 381.9

zwei PLL-Chips (Phase Locked Loop) zur Erzeugung separater Takte für Schreib- und Lese-Vorgänge (19 und 20)
zwei Speicherbänke mit RAM-Modulen (15 und 16)

Bedieneinheit mit Text-Display (2x16 Zeichen) zur menügesteuerten Auswahl und Änderung von Einstellungen (4)
Display-Treiber (18)

digitale Schnittstelle zum Flachbildschirm (26)
Flachbildschirm (z.B. TFT-Display) (3)

Beschreibung des Aufbaus (Abbildung 2):

Der FPGA-Baustein mit fast der gesamten, integrierten digitalen Logik ist dazu in sechs funktionale Einheiten (33, 35, 39, 45, 49 und 50) gemäß Abbildung 2 aufgeteilt:

1. Microcontroller-Interface (MCI) (49)

Dieses Modul stellt die Verbindung her zwischen dem Microcontroller und den verbleibenden Funktionseinheiten des FPGA (5). Es setzt die Register in den anderen Funktionseinheiten des FPGA auf Anweisung des Microcontrollers (22) und versorgt den Microcontroller mit Informationen aus den verschiedenen Funktionseinheiten des FPGA. Die Schnittstelle (48) ist als PC-Bus realisiert, also als ein standardisierter Zwei-Draht-Bus. Der Microcontroller funktioniert als Bus-Master, das FPGA als Slave. Die übertragenen Bytes werden mit 8bit-Adressen adressiert. Je 256 Lese- und Schreib-Register (46 bzw. 47) stehen zur Verfügung.

2. Input Interface (INI) (45)

2.1 Sync Identification (Sync-Signal-Erkennung)

Diese Funktionseinheit überwacht mit Timern die Sync-Eingänge (43 und 44). Die getrennten Sync-Signale werden gleichgerichtet, ihr Vorhandensein und ihre Polarität erkannt und die Werte in Register geschrieben. Falls ein Composite Sync am Eingang anliegt, werden Hsync- und Vsync-Signale aus dem Composite Sync erzeugt. Der Microcontroller (22) kann zwischen den beiden Sync-Quellen umschalten.

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Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für Industriesteuerungen

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2.2 Clock Erzeugung (Taktrückgewinnung für Eingangsseite)

Außer dem Clock, der für den Microcontroller (22) das MEMI (35), das I²C Interface und die Timer erforderlich ist, werden zwei weitere Clock-Signale benötigt. Eines dieser Clock-Signale (I_CLK) wird für den Eingangsbereich benutzt, der aus dem A/D-Converter und der MWU besteht. Das andere Clock-Signal (O_CLK) wird für den Ausgangsbereich benötigt, der aus MRU und dem Display besteht. Die Clock-Signale werden mittels PLL-Chips (19 und 20) aus dem Hsync-Signal generiert. Die Anzahl der Clock- Zyklen zwischen zwei Hsync-Signalen wird durch den Microcontroller mittels einiger FPGA-Register bestimmt. Das I_CLK-Signal wird im INI (45) erzeugt, das O_CLK-Signal im DPI (50).

2.3 Identifikation des Video-Formats (Auflösung, Interlaced, Sync on Green, ...)

Die Informationen über Polarität und das Vorhandensein von Hsync- und Vsync- Signalen sind bereits in einem Register gespeichert und können dazu benutzt werden, das Video-Format zu bestimmen. Die Anzahl von Hsync-Signalen zwischen zwei Vsync-Signalen wird gezählt und in einem FPGA-Register abgelegt. Die Zeit zwischen zwei Hsync-Signalen wird ebenfalls gemessen und abgespeichert. Das Zeitintervall zwischen Hsync und dem ersten Video-Signal in allen Zeilen wird gemessen, ebenfalls das Intervall zwischen dem Vsync-Signal und der ersten Zeile mit einem Video-Signal; die Werte beider Intervalle werden in Register geschrieben. Außerdem wird ermittelt, ob ein Bild oder ein leerer Bildschirm (Blank Screen Format) dargestellt wird.

2.4 Einstellung des Abtast-Zeitpunktes

Es ist sehr wichtig, jeden Pixel zum richtigen Zeitpunkt zu digitalisieren (sample), um eine gute Bildqualität zu erzielen. Die optimale Position liegt im Zentrum eines analogen Pixelsignals. Falls der Sample-Punkt an oder nahe der Grenze zweier Pixel liegt, kann ein Jitter bewirken, daß zufällig der eine oder der andere Bildpunkt abgetastet wird. Falls der eine Pixel schwarz und der andere weiß ist, wird das Ergebnis ein Flimmern des dargestellten Bildpunkts sein, was kein sehr schönes Bild ergibt. Der Abtastzeitpunkt kann mit einer programmierbaren Verzögerungsstrecke im FPGA eingestellt werden. Um eine solche automatische Einstellung zu ermöglichen, wird die erste positive Flanke einer jeden Zeile des Analogsignals mit der negativen Flanke des Taktes, der die Ad-Wandler ansteuert verglichen. Die Ergebnisse werden über eine ganze Bildseite gemittelt und in ein Register geschrieben. Dieses Register kann vom Microcontroller benutzt werden, um den Abtastzeitpunkt automatisch einzustellen.

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2.5 Einstellung des Video-Verstärkers

Verstärkung und Offset des verwendeten Video-Verstärkers (8) können eingestellt werden. Der Offset wird eingestellt, indem nach jedem Hsync das digitalisierte Analog-Signal daraufhin überprüft wird, ob es positiv oder negativ ist. Falls es über dem Null-Level liegt, wird der Offset herabgesetzt, falls es unter dem Null-Level liegt, wird es erhöht. Zur Einstellung der Verstärkung wird der A/D-Converter an jedem Bildpunkt auf einen Overflow überprüft. Falls ein Overflow vorliegt, wird der Verstärkungsfaktor des Video-Verstärkers reduziert. Falls über ein gesamtes Bild kein Overflow erfolgt, wird der Gain leicht erhöht. Diese Regelung erfolgt sehr langsam, so daß auch bewegte Bilder nicht flimmern.

3. Memory Write Unit (MWU) (33)

Diese Speicher-Schreib-Einheit speichert die digitalisierten Daten über das MEMI (35) in den Speicher. Auf dem Board sind 2.3 Mbytes RAM (15 und 16) verfügbar. Die MWU generiert die Adressen, in die die Daten gespeichert werden. Wegen des schwarzen Rahmens um den sichtbaren Teil des Bildes wird nicht das gesamte Bild gespeichert, sondern nur ein ausgewählter Bereich. Dieser Bereich kann vom Microcontroller definiert werden. Die MWU erfüllt folgende Funktionen:

• Bild stauchen

• Speicher beschreiben

4. Memory Read Unit (MRU) (39)

Diese Speicher-Lese-Einheit liest die Videodaten aus dem Speicher über das MEMI aus und leitet sie weiter zum Display. Die MRU generiert die Adressen, aus denen die Daten gelesen werden. Start und Stop des Lesevorgangs werden vom Display Interface (DPI) (50) kontrolliert. Das MRU kann einzelne Spalten und Zeilen auch öfter als einmal lesen. Dies kann zum Expandieren von Bildern mit niedriger Auflösung auf volle Bildschirmgröße benutzt werden. Durch mehrere Register des Microcontrollers werden die Expansionsparameter gesetzt.

5. Memory Interface (MEMI) (35)

Das Speicher-Interface koordiniert das Umschalten vom kompletten Speicher-Bus, wodurch ein Dual-Port-Memory emuliert wird.

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Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für InduVtrie'steueYungen

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6. Display Interface (DPI) (50)

6.1. Clock Erzeugung (Taktgewinnung für Ausgangsteil)

Das Clock-Signal (O_CLK) für den Ausgangsteil der Schaltung wird im DPI erzeugt. Dies erfolgt auf ähnliche Weise wie die Erzeugung des I_CLK-Signals im INI. 6.2 Anpassung des Systems an den Display-Typ

Die Anpassung des Systems, d.h. eine Konfiguration des FPGA an verschiedene Display-Typen durch den Microcontrollers, ist zunächst nicht realisiert, weil ein größerer und teuerer FPGA dafür eingesetzt werden müßte. Die Konfiguration wird derzeit mit Konstanten im FPGA-Design realisiert.

Funktionsdarstellung:

Einen besonderen erfinderischen Schritt stellt die getrennte, asynchrone Behandlung von Schreib- und Lese-Zugriff auf den Datenspeicher dar. Daher soll besonders die Funktion des Speicher-Interface (MEMI) (35) erläutert werden:

Der Video-Speicher ist in zwei Speicherbänken aus RAM-Modulen organisiert. Jede Bank besteht aus 393216 Worten ä 24-bit und ist (derzeit) in 384 Zeilen und 1024 Spalten unterteilt. Das MEMI schaltet zwischen diesen beiden Bänken um, wodurch ein &ldquor;Dual-Port-Memory,, emuliert wird. Während das MWU (33) die erste Hälfte des Bildes in Bank 1 schreibt, liest das MRU (39) die zweite Hälfte des Bildes aus der Bank 2. In der Bildmitte wird zwischen den beiden Bänke umgeschaltet, d. h. die Funktionen werden getauscht: Die MWU schreibt nun in Bank 2 und die MRU ließt aus Bank 1 .

MWU und MRU können jeweils nur auf eine der beiden Bänke zugreifen, was vom MEMI durch ein Umschalten des Daten- und Adress-Busses (36 und 37 sowie 3 und 38) erreicht wird. Diese Methode ermöglicht es nun, den Eingangs- und Ausgangsteil des Video-FPGA-Moduls asynchron zu betreiben. Dies ist nötig wegen der unterschiedlichen Taktfrequenzen für Lese- und Schreibvorgänge, wenn das Datenformat verändert (z.B. das Ausgangsbild gestreckt) wird.

Der Umschaltvorgang wird von einer &ldquor;state machine,, (Zustands-Steuerwerk) kontrolliert, die im MEMI implementiert ist. Es ist möglich, unterschiedliche state machines zu aktivieren, so kann z.B. die Bildfolge-Frequenz auf dem Flachbildschirm reduziert werden auf einen Wert von 2/3 der Eingangsfrequenz, wodurch eingangsseitig Bildfolge-Frequenzen bis 90 Hz möglich werden. State machines für andere Frequenzen und für Interlaced Formate sind ebenfalls möglich. Die jeweils aktive state machine wird vom Microcontroller ausgewählt.

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Schutzansprüche I:

Flachbildschirm-Monitor für Industriesteuerungen,

dadurch gekennzeichnet, daß

• ein Flachbildschirm mit digitaler Standardschnittstelle, marktüblicher Bildpunkt- (pixel) und Farbauflösung über ein Video-FPGA-Modul [FPGA= Field Programmable Gate Array) als Interface an eine beliebige Monitor-Analogschnittstelle angeschlossen werden kann;

• der Anschluß an viele unterschiedliche Analog-Signalquellen mit automatischer Erkennung und Wiedereinstellung der Videoformate erfolgen kann;

• die über die konventionelle Monitor-Schnittstelle nicht verfügbaren, aber für die Ansteuerung des Standard-Flachbildschirms notwendigen Steuersignale von dem integrierten Video-FPGA-Modul nachgebildet werden;

• sowohl monochrome Bilder, Bilder mit Graustufen, als auch farbige Bilder automatisch erkannt und richtig dargestellt werden;

• eine automatische.Bildschirmdunkelschaltung die Lebensdauer des Flachbildschirm-Monitors verlängert;

• der Benutzer auch selbst Anpassungen der Einstellungen des Flachbildschirm-Monitors an einer separaten, integrierten Bedieneinheit vornehmen kann;

• das Video-FPGA-Modul mit dem Flachbildschirm in einem Gehäuse integriert ist;

• der Monitor sehr kompakt und flach ist und so eine geringe Einbautiefe aufweist;

• der Monitor durch die Displaytechnik eine geringe elektrische Leistungsaufnahme hat, die Bilddarstellung unverzerrt und flimmerfrei ist, sowie die Strahlenbelastung extrem gering ist.

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Universell einsetzbarer Flachbildschirm-Monitor für Industriesteuerungen Aktenzeichen: 298 01 381.9

Schutzansprüche Il _1:

Integriertes Video-FPGA-Modul nach Anspruch I

dadurch gekennzeichnet, daß

• dieses Modul das Eingangssignal automatisch erkennt und von analoger Video-Ansteuerung auf digitale Flachbildschirm-Technik umsetzt,

• die Zahl der umsetzbaren analogen Video-Signale sehr groß ist und nicht auf die verschiedenen VGA-Formate beschränkt ist,

• dieses Modul eine automatische Erkennung oder Nachbildung des Synchronisations-Signales vornimmt,

• dieses Modul eine automatische Erkennung und Einstellung von verschiedenen gespeicherten Video-Modi durchführt,

• dieses Modul prinzipiell eine automatische Einstellung auch bei einem vorher unbekannten Video-Mode durchführen kann,

• von diesem Modul eine automatische Einstellung des Abtastzeitpunktes des analogen Eingangssignals vorgenommen wird, die aber auch manuell veränderbar ist,

• von diesem Modul eine automatische Einstellung des Schwarzwertes und des Kontrasts am Eingangssignal vorgenommen wird, die aber auch manuell veränderbar sind,

• im Modul die Bilddaten in einem Speicherbereich zwischengespeichert werden,

• eine flexible Speicherverwaltung von 512kByte bis 2.3MByte RAM gewährleistet ist,

• eine optimierte Bildspeicherung und Speicherverwaltung in getrennten Speicher-Bänken realisiert wird,

• im Modul für den Zweck einer Änderung des Datenformats ein getrennter und asynchroner Ablauf von Signal-Input und Signal-Output realisiert ist,

• mit diesem Modul eine flexible, programmierbare Expansion von kleineren Video-Formaten am Eingang auf die volle nutzbare Größe des Displays durch Einfügen von Spalten und/oder Zeilen ermöglicht wird,

• mit diesem Modul am Display Auflösungen von bis zu 1024x768 Pixel dargestellt werden können,

• mit diesem Modul 16 Millionen Farben am Display dargestellt werden können,

• das grüne Video-Eingangssignal als Grau-Wert bei Schwarz/Weiß-Wiedergabe dargestellt werden kann,

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Schutzansprüche Il _2:

Integriertes Video-FPGA-Modul nach Anspruch I

dadurch gekennzeichnet, daß

• von diesem Modul prinzipiell eine automatische Einstellung der vertikalen und horizontalen Bildposition vorgenommen werden kann, die auch manuell veränderbar ist,

• mit diesem Modul eine programmierbare Verringerung der Bildfolge-Frequenz am Display auf 2/3 durchgeführt werden kann, wodurch eingangsseitig Bildfolge-Frequenzen bis 90Hz möglich werden,

• eine menügesteuerte Änderung voreingestellter Parameter über Tipptasten an einer separaten integrierten Bedieneinheit mit einem Text-Display (2x16 Zeichen) vorgenommen werden kann,

• die durch Anpassung der Einstellungen veränderten Parameter in einem Speicher abgelegt werden können,

• von dem Modul ein &ldquor;blank screen,, automatisch erkannt wird,

• als Bildschirmschoner die Hintergrund-Beleuchtung des Displays und das Display ausgeschaltet werden.

UNlPO Verwattung+Vertrieb GmbH&Co KG, 64720 Michelstadt, Pelarstaße 21, Telefon: 06061/7040, Fax: 06061/704160, Sitz: Michelstadt - HRA 451 AG Michelstadt,

Geschäftsführer: Werner Muschik + Gisela Muschik

C;\ArbeitNeu\Patent\ufpSchA.ctoc -AZ: 298 01 381.9- Seite: 3von 3