DE3032078A1

DE3032078A1 - Ueberwachungseinrichtung fuer eine mehrstellige, zeitmultiplexgesteuerte ziffern-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE3032078A1
Application number: DE19803032078
Authority: DE
Inventors: Heinz 7250 Leonberg Böhmler
Original assignee: ANTON KOUKAL INDUSTRIEELEKTRON
Current assignee: ANTON KOUKAL INDUSTRIEELEKTRON
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1980-08-26
Publication date: 1982-04-08

Description

UBERWACHUNGSEINRICHTUNG FUR EINE MEHRSTELLIGE, ZEITMULTIPLEX-
GESTEUERTE ZIFFERN-ANZEIGEVORRICHTENG.
Die Erfindung betrifft eine Uberwachungseinrichtung für eine mehrstellige,Zeitmultiplex-gesteuerte Ziffern-Anzeigevorrichtung,bei der zur Darstellung der einzelnen Stellenwert-Ziffern Sieben-Segrr.ent-Anzeigen vorgesehen sind und mit den weiteren, im Oberbegriff des Patentsanspruchs 1 genannten Merkmalen.
Die bekannten 7-Segment-Anzeigen haben sieben balkelnförmicje Segmente a-g;als elektrisch in einen leuchtenden oder Illit dem umgebenden Ziffernfeld kontrastierenden Zustand steuerbare Segment-Elemente werden üblicherweise Leuchtdioden (LED) oder flüssig-Kristall-Zellen verwendet.Im folgenden sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit vorausgesetzt,daß als Segmentelemente LED's vorgesehen sind,und daß jeder Segment-Balken durch eine einzige LED mit länglich-rechteckiger Leuchtfläche realisiert sei.Die Verhältnisse bei flüssig-Kristall-7-Segment-Anzeigen liegen analog.
Wenn alle sieben Segmente einer zur Darstellung einer einzigen Ziffer benutzten Anzeiyc ].euchten,zeiyt diese die Zahl acht.
Sind nur die Elemente a-d und das mittlere wagrechte Element g angesteuert,so wird die Ziffer drei angezeicht.Leuchten nur die Elemente b und c,so wird eine eins dargestellt(bezüglich der Bezeichnung a-g der einzelnen Segment-Elemente vergleiche z.B.U.Iietze und Ch.Shenk,Halbleiter-Schaltungstechnik,3.Auflage,Springer- Verlag,1976,S.587).
Ein teil der 7-Segment-Anzeigen besteht darin,daß bei einem Fehler,z.B.bei Ausfall des Elements a,das den oberen Querballven einer im 7-SecJment-Fornlat dargestellten ziffer bildet,eine Pseudo-Anzeige entstehen kann,die nicht notwendigerweise als falsch erkennbal- ist.Bei einem Ausfall des Segment-Elements a erscheint wenn die Ziffer 7 angezeigt werden soll,die Ziffer 1,weil nur die Segment-Elemente a und b le#chten.Ebenso erscheint bei Ausfall des Elements g anstelle einer anzuzeigenden 8 eine Nitl und bei Ausfall der Segment-Elemente f oder b anstelle einer 9 eine 3 bzw.anstelle einer 9 eine 5.Wegen dieser nicht erkennbaren Fehlermöglichkeiten können 7-Segmen!L-Anzeigen für Anzeigevorrichtungent,bei denen es auf absolute Sicherheit des angezeigten Wertes ankommt, z.B. bei Waagen oder bei hochgenauen Meßinstrumenten oder dgl.,vielfach nicht verwendet werden, und es müssen dann z.B. Glimmröhren-Anzeigen verwendet werden, die aber meist eine 190 V-Gleichspannungsversorgung benötigen, sodaß bei Batterie-gespeisten Geräten zusätzlich ein Wandler erforderlich ist. Außerdem sind Glimmröhren erschütterungsempfindlich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher,eine Überwachungseinrichtung für Anzeigevorrichtungen der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige Erkennung einer Fehlfunktion der Anzeigeelemente ermöglicht und insoweit auch den Einsatzbereich üblicher 7-Segment-Anzeigen erweitert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale in Verbindung mit einer Zeitmultiplex-gesteuerten Anzeigevorrichtung auf einfache Weise gelöst.
Die erfindungsgemäße überwachungseinrichtung hat dadurch zumindest die folgenden funktionellen und baulichen Vorteile: Der als Indikator für eine Fehlfunktion der Anzeigevorrichtung ausgenutzte,mittels der Fensterdiskriminatoren überwachte Spannungspegel an der gemeinsamen Mittelanzapfung der einander entsprechenden Segmentelemente und des mit diesen verbundenen Vorwiderstandes,der zwischen die Segment-elemente und den zugeordneten Steuerausgang des Format-Wandlers geschaltet ist, ist ein Parameter,der auf praktisch alle in der Schaltungsanordnung der Anzeigevorrichtung möglichen Fehler(z,B.T-Curzschluß der Segment-Diode,Kurzschluß des Vorwiderstandes,Unterbrechung des Diodenstromes,Fehlfunktion des elektronischen Schalters,über den die Versorgungsspannung der gemeinsamen Anschlußelektrode der jeweiligen 7-Segment-Anzeigen zugeführt ist und Fehlfunktion eines Ausgangsgliedes des Wandlers)mit einer signifikanten Abweichung vom Sollwert reagiert und dadurch eine sehr zuverlässige Fehlererkennung gewährleistet.
Der zur Fehlererkennung erforderliche schaltungstechnische Aufwand - sieben Fensterdiskriminatoren und eine diesen nachgeschaltete logische Verknüpfungsschalung - ist beschränkt und im wesentlichen unabhängig von der Stellenzahl,d.h.der Merhaufwand für die Uberwachungseinrichtung fällt umso weniger ins Gewicht,je mehr Stellen-Anzeigen im Rahmen einer Anzeigenvorrichtung zu überwachen sind.
Eine spezielle Anpassung der für den Multiplex-Betrieb der Anzeigevorrichtung vorgesehenen Schaltungseinheit an die Uberwachungseinrichtung und umgekehrt ist nicht erforderlich,sodaß die letztere auch als Zusatzeinrichtung für bereits vorhandene Mutliplex-gesteuerte Anzeigevorrichtungen realisiert werden kann.
Die Einstellung der Diskriminatorfenster gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 hat den Vorteil,daß einerseits relativ kleine Abweichungen des überwachten Spannungspegels von dessen Sollwert zu einer zuverlässigen behlererkennung bzw. -anzeige führen,daß aber andereseits relativ hohe Streuungen der Kenndaten der zur Realisierung der Anzeigevorrichtung benutzten Bauelemente hingenommen und somit entsprechend billige Bauelemente hierfür verwendet werden können.
Durch die Merkmale des Anspruchs 3 ist eine besonders einfache Gestaltung der den Fensterdiskriminatoren nachgeschalteten Verknüpfungsschaltnng zur Erzeugung des Fehler-Anzeigesignals angegeben.
Durch die weitere Ausgestaltung dieser Verknüpfungsschaltung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 wird zuverlässig ausgeschlossen,daß mit Umschaltvorgängen verknüpfte,auch bei an sich fehlerloser Funktion der Anzeigevorrichtung auftretende kurzzeitige Spannungsimpulse eine Fehlfunktion der Anzeigevorrichtung vortäuschen können.
Die durch die Merkmale des Anspruchs 5 angegebene Gestaltung eines in Verbindung mit der vorerwähnten speziellen Verknüpfungsschaltung benutzbaren Verzögerungsgliedes hat den Vorzug,daß sowohl die Verzögerungszeit wie auch die Impulsdauer der vom Verzögerungsglied ausgesandten Spannungsimpulse auf einfache Weise definiert vorgegeben werden können,wofür durch die Merkmale des Anspruchs 6 in der Praxis erpropte und eine zuverlässige Funktion der Überwachungseinrichtung gewährleistete Werte der Einstell-Parameter angegeben sind.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.Es zeigen: Fig.1 Ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen obere wachungseinrichtung für eine 4-stellige Anzeigevorrichtung mit einer der Anzahl der Segmentelementen entsprechenden Anzahl von Fensterdiskriminatoren, Fig.2 Einzelheiten der überwachungseinrichtung gemäß Fig.1 für ein ausgewähltes Segment-Element einer zur Darstellung einer Stellen-Ziffer vorgesehenen 7-Segment-LED-Anzeige, Fig.3 ein Schaubild zur Erläuterung der Funktion der im Rahmen der Einrichtung gemäß Fig.1 vorgesehenen Fenster-Diskriminatoren und Fig.4 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Anzeigc-Vorrichtung mit Uberwachungs-Einrichtung gemäß Fig.1.
Die im Rahmen des Blockschaltbildes der Fig.1,auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei,dargestellte Anzeigevorrichtung 10 umfaßt vier 7-Segment-LED-Anzeigen ii-14,mit denen im 7-Segment-Format die einzelnen Stellenwerte einer 4-stelligen Zahl darstellbar sind,die z.B.im Zählerstand eines vier Zähldekaden 16-19 umfassenden Binärzählers 20 entspricht, wobei die jeweiligen Stellenwert-Informationen an den Ausgängen A, B,C und D der einzelnen Zähldekaden 16-19 in B C D - kodierter Form als Hoch- und Niedrig-Pegel-Spannungssignalkombinationen anstehen.
Die Anzeigevorrichtung 10 wird im Zeitmultiplex-Verfahren betrieben,derart,daß die den einzelnen Stellen zugeordneten 7-Segment-Anzeigen 11-12 in zeitperiodischer Reihenfolge nacheinande# angesteuert werden,wobei die zur Darstellung der jeweils anzuzeigenden Ziffer angesteuerten Leuchtdionden(LED's)der jeweiligen Anzeige 11,12,13 oder 14 gleichzeitig aufleuchten.Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Stellen-Ansteuerung über die gemeinsame Anode der zur Darstellung der balkenförmigen Ziffernsegmente a-g vorgesehenen Leuchtdioden(LED's)21;die Ansteuerung der ziffernbildgerechten Segmentkombination erfolgt über die individuellen Kathoden der LED's 21.Zur Umkodierung der im B C D-Code vorliegenden Zählerstands-Information auf das Anzeigeformat ist ein B C D/7-Segment-Formatwandler 22 vorgesehen,der an seinen den Ausgängen A-D der Zähldekaden 16-19 entsprechenden Eingängen A-D in der für den Multiplex-Betrieb vorgesehenen zeitlichen Reihenfolge die jeweiligen Stellenwert-Spannungssignalkombinationen empfängt und an seinen den einzelnen Leuchtdioden 21 der jeweiligen 7-Segment-Anzeigen 21 zugeordneten Ausgängen a-g die für die Ansteuerung der die Anzeige vermittelnden LED's erforderlichen Niedrig-Pegel-Steuerspannungssignale abgibt.DieKathoden bzw.
Steuereingänge a-g der einander entsprechenden Segment-Dioden der vier 7-Segment-Anzeigen 11-14 sind über je eine Sammelleitung 23-29 untereinander und über je einen Vorwiderstand R 31-R37 mit dem zugeordneten Steuerausgang a,b,...bzw.g des B C D/7-Segment-Formatwandlers 22 verbunden.Während eines jeden Anzeige-Zeitintervalls liegen somit die für die Darstellung einer bestimmten Ziffer erforderlichen Ausgangssignale des B C D/7-Segment-Formatwandlers an den Eingängen a-g jeder der 7-Segment-Anzeigen 11- 14 an,wobei aber nur diejenige Anzeige 11,12,13 oder 14 in den diese Ziffer anzeigenden Zustand gesteuert ist,an deren gemeinsamer Anorde ihrer Leuchtdioden 21 auch gleichzeitig das Stellen-Steuersignal angelegt ist.
Die den Zeitmultiplex-Betrieb vermittelnde Steuerungseinrichtung ist im dargestellten,speziellen Ausführungsbeispiel im einzelnen wie folgt realisiert,wobei zur Erläuterung der Zeitmultiplex-Steuerungseinrichtung auch auf die Fig.4 Bezug genommen wird: Zentraler Bestandteil dieser Zeitmultiplex-Steuerungseinrichtung ist ein frei laufender Frequenzgenerator 38,der mit einer Frequenz von z.B.10 kHz eine in der Fig.4 durch den Impulszug 39 repräsentierte Rechteckspannung erzeugt,deren Tastverhältnis (Impulsdauer tR zu Periodendauer TR)etwa 1/2 beträgt.Weiter ist ein die Ausgangs-Spannungsimpulse 39 empfangender und durch deren abfallende Flanken angesteuerter Address-Zähler 40 vorgesehen,der eine der Anzahl der 7-Segment-Anzeigen 11-14 bzw.
der Zähldekaden 16-19 entsprechende Anzahl - beim dargestellten Ausführungsbeispiel vier - individuelle Address-Ausgänge 41-44 hat.Dieser Address-Zähler 40 zählt die in Folge empfangenen Rechteck-Spannungsimpulse 39 des Takt-Frequenzgenerators 38, wobei er im Takt der empfangenen Rechteck-Impulse 39 fortlaufend von eins bis vier zählt und als für den jeweiligen Zählerstand charakteristisches Ausgangssignal an je einem seiner dem diesbezüglichen Zählerstand zugeordneten Ausgänge 41,42,43 oder 44 einen iloch-Pegel-Spannungsimpuls abgibt,dessen Impulsdauer der Periodendauer T des Frequenzgenerator-Ausgangssignals 39 entspricht,und dessen Wiederholungsfrequenz 1/4 der Taktfrequenz beträgt.Den Zählerständen 1,2,3 und 4 des Addresszählers 40 entsprechen somit jeweils Hoch-Pegel-Ausgangsspannungen an den Ausgängen 41,42,43 bzw.44.Die zeitliche Folge der Zählerstands- Ausgangssignale des Addresszählers 40 in Relation zu den sie auslösenden Ausgangs impulsen 39 des Frequenzgenerators 38 ist in der Fig.4,auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, durch die Impulszüge 46-49 wiedergegeben.
Mit diesen Ausgangssignalen 46-49 des Addresszählers 40 wird sowohl die Eingabe der binären Stellenwert-Information aus den einzelnen Zähldekaden 16-19 in den B C D/7-Segment-Formatwandler 22 und damit die dem Ziffernbild entsprechende Ansteuerung der Leuchtdioden 21 der 7-Segment-Anzeigen 11-14,wie auch die Auswahl derjenigen Anzeige 10,11,12,13 oder 14,die zur Anzeige des jeweiligen Stellenwertes vorgesehen ist,taktsynchron gesteuert.
Ein zur seriellen Eingabe der an den Binär-Ausgängen A-D der einzelnen Zähldekaden 16-19 vorliegenden Stellenwert-Informationen vorgesehener Multiplexer,der insgesamt mit 50 bezeichnet ist,hat vier Steuereingänge 51-54,die über je eine Steuerleitung 56-59 mit einem der Ausgänge 41-44 des Addresszählers 40 verbunden sind und einen Satz von Binär-Aüsgängen A - D,die über die B C D - Hauptleitungen 61-64 mit den entsprechenden Eingängen A-D des Formatwandlers 22 verbunden sind.Die Ausgänge A-D des Multiplexers 50 bzw.die entsprechenden Eingänge des formatwandlers 22 sind über je einen 22 k-Widerstand 60 mit der Schaltungsmasse verbunden.Beim dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Multiplexer 50 zwei UND/ODER-Auswahlglieder(AND/OR - select-gates)66 und 67,die über je zwei der Zählerstands-Ausgangssignale 46 und 47 bzw.48 und 49 des Addresszählers 40 ansteuerbar sind und mit je zweien der Zähldekaden 16 und 17 bzw.18 und 19 funktionell derart gekoppelt sind,daß bei Vorliegen des einen oder anderen Hoch-Pegel-Ausgangssignals des Addresszählers 40 die B C D - Stellenwert-Information der einen oder der anderen Zähldekade 16 oder 17 bzw.18 oder 19 auf den gemeinsamen Satz von Ausgängen A-D des jeweiligen Auswahlgliedes 66 bzw.67 gegeben wird.Über in Durchlassrichtung gepolte Dioden D1 - D4 und D6 - D9 sind die Ausgänge A-D des ersten und des zweiten Auswahlgliedes 66 und 67 mit den B C D-Hauptleitungen 61-64 verbunden und gegeneinander entkoppelt.
Weiter sind die Ausgänge 41-44 des Addresszählers 40 nit dem Eingang je eines Inverters 71-74 verbunden.Mit den Inverter-Ausgangssignalen,die den in der Fig.4 durch die Impulszüge 76-79 wiedergegebenen Zeitverlauf haben,ist je ein,in der Fig.1 durch die basisgesteuerten PNP-Transisitoren Tr11-Tri4 veranschaulichter,in praxi als Darlington-Stufe realisierter elektronsicher Schalter ansteuerbar,über den für die Zeitspanne, in der am Ausgang des jeweiligen Inverters 71,72,73 oder 74 bzw.des mit diesem verbundenen Addresszähler-Ausgangs 41-44 ein Niedrig- bzw.ein Hoch-Pegel-Signal ansteht,die positive Betriebsspannung (z.B.+5V) als S#Pllen-Auswahlsignal (Digit-Spannung) an der gemeinsamen Anode der Segment-LED's 21 der jeweils anzusteuernden Anzeige 11,12,13 oder 14 anliegt.
die in Verbindung mit der Anzeigevorrichtung 10 insoweit erläuterte Multiplex-Steuereinrichtung arbeitet wie folgt: Sooft am Ausgang 41 des Addresszählers 40 das für dessen 1-Zählerstand charakteristische Hoch-Pegel-Ausgangssignal 46 ansteht,wird die an den Binär-Ausgängen A-D der Zähldekade 16 für die niedrigste Stelle vorliegende,vier Bit-Signale umfassende Stellenwert-Information parallel auf die entsprechenden Eingänge A-D des Format-Wandlers 22 gegeben.Solange diese 4-Bit-Informationssignale an diesen Eingängen A-D anstehen,erzeugt der Format-Wandler 22 an seinen Ausgängen a-g die für die ziffernbildgerechte Ansteuerung der Anzeige 10 geeignete Niedrig-Pegel-Steuersignale, die jedoch nicht nur an den Kathoden der LED's dieser Anzeige 10 sondern auch an den Kathoden der LED's der weiteren Anzeigen 12-14 anstehen.Da von den elektronischen Schaltern Tri1-Tr14 mit demselben Ausgangssignal 46 des Addresszählers 40 nur der erste elektronische Schalter Triol in seinen leitenden Zustand gesteuert und somit die positive Betriebsspannung nur an der gemeinsamen Anode der LED's der ersten Anzeige 10 anliegt,leuchtet nur diese Anzeige in dem dem Zählerstand der ersten Zähldekade 16 entsprechenden 7-Segment-Ziffernbild auf.Ebenso leichten die anzeigen 12,13 und 14 für die 101-,102,und 103-Stelle in dem den Stellenwert-Inhalt der zugeordneten Zähldekaden 17,18 und 19 wiedergebenden Ziffernbild auf,wenn an den weiteren Ausgängen 42,43 und 44 des Address-Zählers die 2-,2-,und 4-Zählerstands-Ausgangssignale 47,48 bzw.49 anstehen.Der zeitliche Verlauf der Spannung an den gemeinsamen Anoden der einzelnen Stellenwert-Anzeigen 11-14 entspricht dem durch die Impulse züge 46-49 der Fig.4 wiedergegebenen Verlauf der Ausgangsspannungen an den Ausgängen 41-44 des Addresszählers 40.
Wie einleitend bereits erwähnt,können im Rahmen der vorstehend erläuterten Multiplex-Steuereinrichtung und/oder der Anzeigevorrichtung 10 auftretende Fehler,z.B.eine Fehlfunktion der elektronsichen Schalter Tr11-Tr14 oder eine defekte Segment-LED 21 dazu führen,daß eines oder mehrere der als Leuchtdioden 21 realisierten Anzeigesegmente a-g nicht mehr in den leuchtenden Zustand steuerbar ist und dadurch Pseudoanzeigen entstehen können,die,weil sie einem möglichen Ziffernbild entsprechen,bei bloßer Betrachtung der Anzeig nicht als falsch erkannt werden können.Sollte bei korrekter Funktion der Anzeigvorrichtung 10 z.B.die Zahl 7 989 zur Anzeige gebracht werden,so würde statt dessen,wenn bei der niedrigsten Stellenanzeige 11 das Segment b, bei der nächsten Anzeige 12 das Segment g,bei der dritten Anzeige 13 das Segment f und bei der vierten Anzeige 14 das Segment a gleichzeitig ausfielen die Zahl 1 305 angezeigt werden.
Um sicherzustellen,daß eine solche Pseudoanzeige als falsch erkannt wird,ist eine insgesamt mit 80 bezeichnete überwachungseinrichtung vorgesehen,die aus dem Vergleich von an charakteristischen Punkten der Schaltung gemäß Fig.1 überwachten Werten der sich im Betrieb der Vorrichtung 10 einstellenden Spannungen mit für eine korrekte Funktion der Anzeigevorrichtung 10 charakteristischen Sollwerten dieser Spannungen im Falle einer Fehlfunktion ein Fehlersignal erzeugt,das in geeigneter Weise zur Anzeige des Fehlers,z.B.durch Auslösen eines Alarms oder durch Dunkelsteuerung sämtlicher Anzeigen 11-14 ausgenutzt werden kann.
Die überwachungseinrichtung 80 enthält insgesamt sieben Fensterdiskriminatoren 81-87,deren Eingänge in der aus der Fig.1 ersichtlichen Weise mit je einer der Sammelleitungen 23-29 verbunden sind,die ihrerseits die Kathoden 88(vgl.Fig.2)derjenigen Leuchtdioden 21 miteinander verbinden,die bei den verschiedenen 7-Segment-Anzeigen 11-14 zur Darstellung jeweils desselben Ziffernsegments a,b,... bzw.g vorgesehen sind.Diese Fensterdiskriminatoren 81-87,die als kommerzielle IC-Bausteine erhältlich sind,haben die Eigenschaft,an ihrem Ausgang ein Hoch-Pegel-Signal abzugeben,solange der Pegel ihrer Eingangsspannung höher ist als ein unterer Spannungs-Grenzwert,die sogenannte untere Fensterkante 89 und gleichzeitig niedriger als ein oberer Spannungs-Grenzwert,die sogenannte obere Fensterkante 91; liegt der Eingangssignalpegel höher als die obere Fensterkante 91 oder niedriger als die untere Fensterkante 89,so ist das Ausgangssignal der Fensterdiskriminatoren 81-87 ein Niedrig-Pegel-Signal Durch geeignete Beschaltung der Fensterdiskriminatoren 81-87 können deren untere und obere Fensterkanten 89 bzw.91 und damit auch deren Mittelwert,die sogenannte Fenstermitte 92 auf definierte Eingangs-Spannungspegel eingestellt werden(vgl.Fig.3).
Mit Bezug auf eine für die Funktion der überwachungseinrichtung 80 günstige Einstellung der Fenstermitte 92 und der Breite AU der Fensterdiskriminatoren 81-87 sei zunächst auf die Fig.2 verwiesen.Diese zeigt für eine einzelne der im Rahmen der Anzeigevorrichtung 10 vorgesehenen LED's - zum Zweck der Erläuterung sei angenommen,daß dies die zur Darstellung des Segments f in der zweiten Anzeige 12 vorgesehene LED sei - im einzelnen die schaltungsmäßige Verknüpfung dieser LED 21 mit dem zur Ansteuerung ihrer Anode vorgesehenen Stellen-Auswahlschalter Tr12 sowie mit dem in Einzelheiten dargestellten Ausgangsglied Tr22 des Formatwandlers 22.Die weiteren,zur Darstellung der Ziffernsegmente a-e und g vorgesehenen LED's derselben Anzeige 12,die über denselben Stellen-Auswahlschalter Tr12 angesteuert werden und die im Rahmen der anderen Anzeigen 11, 13 und 14 zur Anzeige des entsprechenden Segments f vorgesehenen LED's,an denen gleichzeitig die Ausgangssignale des dargestellten Ausgangsgliedes Tr22 anliegen,sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Das Ausgangsglied Tr22 des Formatwandlers 22 ist als NPN-Transistor ausgebildet,dessen Emitter auf dem Potential der Schaltungsmasse liegt,und dessen Kollektor 94,der den f-Steuerausgang des Formatwandlers 22 bildet,über einen 47k-Widerstand R26 mit dem Pluspol der nicht dargestellten Versorgungs-Spannungsquelle verbunden ist.Der zwischen der Kathode 88 der f-LED 21 und dem f-Steuerausgang des Formatwandlers liegende Vorwiderstand R36 wie auch die entsprechenden Vorwiderstände R31-35 und R37(vgl.Fig.1)betragen 68 Ohm.Die Basis 96 des Schalttransistors Trl2,dessen Kollektor 97 mit der gemeinsamen Anode der im Rahmen einer Anzeige vorgesehenen LED's 21 verbunden ist,und dessen Emitter 98 mit dem Pluspol der Versorgungs-Spannungsquelle(+5V) verbunden ist,ist über einen Vorspannungswiderstand99 ebenfalls mit dem Pluspol der Versorgungs-Spannungsquelle verbunden.Der Wert des Widerstandes 101,über den die Ausgangsimpulse des zugeordneten Inverters 72(vgl.Fig.1)der Basis 96 des PNP-Transistors Tr12 als Stellen-Auswahlsignale zugeleitet werden,beträgt 6,8k.Von einem nicht dargestellten internen Umkodierer erzeugte Hoch-Pegel-Impulse,durch deren Inversion mittels des Ausgangsgliedes Tr22 die Steuer-Ausgangsimpulse des Formatwandlers 22 erzielt werden,sind über einen Vorwiderstand 102 der Basis 103 des Transistors Tr22 zugeführt.Der Eingang des Fensterdiskriminators 82,der zur überwachung der f-Segment-Dioden sämtlicher vier Anzeigen 11-14 der Anzeigevorrichtung 10 dient,ist an die Kathode 88 der f-Anzeigediode bzw. an die mit 104 bezeichnete Mittelanzapfung eines bei fließendem Durchlaßstrom durch diese LED und deren Vorwiderstand R36 gebildeten Spannungsteilers angeschlossen.
Bei ordnungsgemäßer Funktion des als repräsentativ für die Anzeigevorrichtung 10 dargestellten Schaltungsteils gemäß Fig.2 bet#ägt,wenn die LED 21 angesteuert ist,d.h.die Transistoren Tr12 und Tr22 leitend sind,die Spannung Uk an der Mittelanzapfung 104 zwischen der LED 21 und dem vorwiderstand R36 ca.2,4V,entsprechend dem Teilerverhältnis des durch den Schalttransistor Trl2,die LED 21,den 68 Ohm-Vorwiderstand R36 und dem - vernachlässigbaren -Innenwiderstand des Ausgangsgliedes Tr22 des Formatwandlers 22 gebildeten Spannungsteilers.
Durch systematische Versuche,bei denen alle in der Praxis vorkommenden Fehlermöglichkeiten durch Leitungsunterbrechungen und/oder Kurzschluß'Überbrückungen einzelner Schaltungselemente simuliert wurden,ist ermittelt worden,daß die Spannung Uk an der Mittelanzapfung 104 ein Parameter ist,der auf alle denkbaren Fehlermöglichkeiten mit einer signifikanten Änderung reagiert,wie die folgende,als repräsentativ anzusehende Zusammenstellung von Fehlermöglichkeiten und damit verknüpfter Werte der Spannung Uk an der Mittelanzapfung 104 zeigt: 1. Liegt bei der zur Darstellung des f-Segments benutzten LED 21 ein Kurzschluß vor,so beträgt die Spannung Uk 3,6V.
2. ist der Vorwiderstand R36 defekt,d.h.sein Widerstand sehr viel höher als 68 Ohm,so beträgt die Spannung Uk ca.3,4V.
3. ist die LED 21 defekt,d.h.uneterbrochen,so beträgt die Spannung Uk ca.O Volt.
4. ist der Schalttransistor Tr12 defekt oder aufgrund eines Fehlers in seiner Beschaltung nicht mehr in den leitenden Zustand steuerbar,so beträgt die Spannung Uk ebenfalls ca.O Volt.
Es versteht sich,daß durch Fertigungstoleranzen bedingte Streuungen der Kenndaten der zur Realisierung der Schaltungsanordnung gemäß Fig.2 verwendeten Bauelemente dazu führen ~daß auch bei korrekter Funktion der Anzeige 10 der Spannungswert Uk an der Mittelanzapfung 104 von Anzeige zu Anzeige bzw.von Anzeigesegment zu Anzeigesegment innerhalb einer Streubreite,die z.B.
zwischen 2,3 und 2,5V liegt variieren kann.Am günstigsten ist es daher,wenn die Fenstermitten 92 der Fensterdiskriminatoren 81-87 auf einen Wert Us = 2,4V als dem Soll-Wert der überwachten Spannung Uk eingestellt werden,und wenn für die Fensterbreite#U ein Wert von ca.0,4V gewählt wird,wobei die unteren Fensterkanten bei ca.2,2 und die oberen Fensterkanten bei ca.2,6V liegen.Bei dieser Einstellung der Fensterdiskriminatoren 81-87 bleibt der für die Fehlererkennung zur Verfügung stehende Variationsbereicli der Spannung Uk,der zwischen 0 und 2,2 bzw.
2,4 und 3,6V liegt,günstig groß,sodaß einerseits auch Fehler, die mit geringeren Anderungen der Spannung Uk als den vorerwähnten verknüpfte Fehler zuverlässig erkannt,andererseits aber auch relativ große Streuungen der Bauelement-Kenndaten hingenommen werden können,ohne daß einen nicht vorhandenen Fehler vortäuschende Fehler-Erkennungssignale erzeugt werden.
Weiter ist im Rahmen der überwachungseinrichtung 80 eine Verknüpfungsschaltung vorgesehen,die aus einer logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der Fensterdiskriminatoren 81-87 und der Segment-Steuerausgangssignale des Formatwandlers 22 bei Auftreten eines Fehlers in der Anzeigevorrichtung 10 ein Fehler-Anzeigesignal erzeugt.
Diese Verknüpfungsschaltung umfaßt sieben 2-Eingangs-NOR-Glieder 111-117,deren einer Eingang mit dem Ausgang je eines der Fensterdiskriminatoren 81-87 über eine Diode D 81-D 87 verbunden ist,die bezüglich der im Falle eines Fehlers erzeugten Niedrig-Pegel-Ausgangsimpulse des jeweiligen Fensterdiskriminators in Durchlaßrichtung gepolt ist.Der jeweils andere Eingang dieser NOR-Glieder 111 - 117 ist mit je einem der Steuerausgänge a-g ebenfalls über eine Diode D 11 - D 17 verbunden,die bezüglich der Niedrig-Pegel-Segment-Steuerausgangssignale des Formatwandlers 32 in Durchlaßrichtung gepolt sind.Weiter ist jeder der beiden Eingänge der NOR-glieder 111-117 über je einen 22k-Widerstand R 81-R 87 bzw.R 111 - R 117 mit dem Pluspol(+5V)der Versorgungs-Spannungsquelle verbunden.über Dioden D 111-D 117, die bezüglich positiver Ausgangsimpulse der NOR-glieder 111-117 in Durchlaßrichtung gepolt sind,sind die Ausgänge der NOR-Glieder mit dem einen Eingang eines 2-Eingangs-NAND-Gliedes 118 verbunden.Mit dem anderen Eingang dieses NAND-Gliedes 118 ist der Ausgang einer monostabilden Kippstufe 119 angeschlossen, deren Eingang über je eine Diode D 41,D 42,D 43 bzw.D 44 mit je einem der Ausgänge 41-44 des Addresszählers 40 und über einen 22k-Widerstand 120 mit der Schaltungsmasse bzw.dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.
Das Ausgangssignal der durch die Anstiegs flanken der Ausgangsimpulse 46-49 des Addresszählers 40 getriggerten monostabilen Kippstufe 119 ist eine in der Fig.4 durch den Impulszug 121 repräsentierte Folge von Rechteckimpulsen 122,deren Anstiegsflanken 123 um eine definierte Verzögerungszeit at gegenüber den Anstiegsflanken der sie auslösenden Zählerstands-Ausgangsimpulse 46-49 des Addresszählers verzögert sind,wobei diese Verzögerungszeit A t ca.25% der Impulsdauer TRder Ausgangsimpulse 46-49 des Addresszählers 40 beträgt und die ImpulsdauerrM der Ausgangsimpulse 122 der monostabilden Kippstufe 119 mit ca.65% der Impulsdauer Tor noch etwas kleiner gewählt ist als die um die Verzögerungszeitspannue b t verminderte Impulsdauer TR. Dadurch wird vermieden,daß weder die Anstiegsflanken 123 der Ausgangsimpulse der monostabilden Kippstufe 122 noch deren abfallende Flanken mit den Impulsflanken der weiteren,im Rahmen der erfindungsgemäßen Einrichtung zu verarbeitenden Impuls-Spannungssignale zusammenfallen.
In Verbindung mit der zeitmuliplexgesteuerten Anzeigevorrichtung 1( arbeitet die erfindungsgemäße überwachungseinrichtung 80 wie folgt: Solange die Vorrichtung 10 korrekt arbeitet und somit keiner der Fensterdiskriminatoren 81-87 ein Niedrig-Pegel-Ausgangssignal abgibt,liegen alle mit den Fensterdiskriminatoren 81-87 gekoppelten Eingänge der NOR-Glieder auf hohem Eingangs-Signalpegel,sodaß,unabhängig davon,ob die NOR-glieder 111-117 an ihrem jeweils anderen Eingang Niedrig-Pegel-Ausgangssignale des Formatwandlers 22 empfangen oder nicht,das Ausgangssignal aller NOR-Glieder 111-113 ein Niedrig-Pegel-Ausgangssignal ist.
Demgemäß ist auch das an dem einen,mit den NOR-Gliedern 111-117 gekoppelten Eingang des NAND-Gliedes 118 anstehende Eingangssignal ein Niedrig-Pegel-Signal und das Ausgangssignal dieses NAND-Gliedes 118,unabhängig davon,wie der Pegel an seinem anderen Eingang ist,ein Hoch-Pegel-Signal.Tritt nun im Zeitpunkt tF im Bereich einer der Anzeigedioden 21,die durch Anoden-und Kathoden-Steuersignale mit beispielsweise dem durch die Impulszüge 48 bzw.78 wiedergegebenen Zeitverlauf angesteuert sein möge,ein Fehler auf,sodaß am Eingang des mit der Kathode 88 dieser LED verbundenen Fensterdiskriminators vom Zeitpunkt tF an Hoch-Pegel-Impulse 126 oder Niedrig-Pegelimpulse 127 mit dem durch die Impulszüge 128 bzw.129 der Fig.4 wiedergegebenen Zeitverlauf empfangen werden,so erzeugt der Fensterdiskriminator an seinem Ausgang im Takt dieser empfangenen impulse Niedrig-Pegel-Ausgangssignale 131,deren Zeitverlauf durch den Impulszug 132 der Fig.4 wiedergegeben ist.Das an seinem einen Eingang diese Ausgangsimpulse 131 des Fensterdiskriminators und an seinem anderen Eingang die gliechzeitig erzeugten Steuer-Ausgnagsimpulse des Formatwandlers 22 empfangende NOR-glied erzeugt dann im Takt der an seinen beiden Eingängen empfangenen impulse 126 bzw.127 und 131 Hoch-Pegel-Ausgnagsimpulse, deren Zeitverlauf durch den Impulszug 134 der Fig.4 wiedergegeben ist.
Das durch den Impulszug 136 der Fig.4 wiedergegebene Ausgangssignal des NAND-Gliedes 118,dem als Eingangssignale die Ausgangsimpulse 133 des jeweiligen NOR-gliedes und die Ausgangsimpulse 122 der monostabilden Kippstufe 119 zugeführt sind,ist dann eine Folge von Niedrig-Pegel-Ausgangsimpulsen 137,deren Folgefrequenz mit derjenigen der NOR-Glied-Ausgnagsimpulsen 133 übereinstimmt,deren Einsetzen jedoch gegenüber den NOR-Ausgangsimpulsen 133 um die vorerwähnte Zeitspanne At verzögert ist.
Als Ausgangsstufe der überwachungseinrichtung 80 ist schließlich eine bistabile Kippstufe,z.B.ein RS-Flip-Flop 138 vorgesehen, das durch den ersten,vom NAND-Glied 118 abgegebenen Niedrig-Pegel-Impuls umgesetzt wird und beim Einschalten der Vorrichtung durch das Ausgangssignal einer Netz-Einschaltstufe 139 zurückgesetzt wird.Mit dem mit der abfallenden Flanke des ersten Ausgangsimpulses 137 des NAND-Gliedes von niedrigem auf hohen Signalpegel übergehenden Q-Ausgangssignal 140 des Flip-Flops 138 wird eine Alarmstufe 145 angesteuert,die auf geeignete Weise, z.B.durch Dunkelsteuerung sämtlicher Anzeigen 11-14 ~durch Aufleuchten eines Warnlichts oder Auslösen eines akustischen Signals die erforderliche Fehleranzeige vermittelt.
Es versteht sich,daß die erfindungsgemäße Einrichtung TTL-Technik,wie auch in C-Mos oder in High-Level-Technik,gegebenenfalls auch in gemischter Bauweise mit High-Level- und C-Mos-Bausteinen realisiert werden kann.Ein vom Erfinder erstellter und eingehend getesteter Prototyp war mit Ausnahme des BCD/7-Segment-Formatwandlers mit Bausteinen der Low-Power-Schottky-Serie realisiert.

Claims

PATENTANSPRUCHE K 1.) Überwachungseinrichtung für eine mehrstellige,Zeitmultiplex-gesteuerte Ziffern-Anzeigevorrichtung,bei der zur Darstellung der einzelnen Stellenwert-Ziffern 7-Segment-Anzeigen vorgesehen sind,an deren einzelne Segment-Elemente die Betriebsspannung über individuelle Steuerelektroden(a,b,c,d,e,f,g)und eine für die jeweils 7-Segment-Elemente einer einzelnen Ziffern-Anzeige gemeinsame Gegenelektrode anlegbar ist,wobei die Steuerelektroden entsprechender Segment-elemente miteinander verbunden und über je einen gemeinsamen Vorwiderstand an den zugeordneten Steuerausgang eines Eingabe-Format/7-Segment-Format-Wandlers angeschlossen sind,und wobei innerhalb des jeweiligen Anzeige-Zeitintervalls an den Steuerausgängen des Format-Wandlers die für die anzuzeigende Ziffer geeigneten Steuerspannungs-Signale anstehen und gleichzeitig die gemeinsame Anschlußelektrode der angesteuerten 7-Segment-Anzeige über einen entsprechend dem vorgesehenen Multiplex-Zeittakt in den leitenden Zustand gestveuerten und sonst gesperrten elektronischen Schalter an eine mit dem erforderlichen Durchlaßstrom belastbare Spannungsquelle geeigneter Polarität und geeigneten Pegels angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,daß an die gemeinsame Mittelanzapfung(104)der einander entsprechenden Segment-Elemente(21) und des mit diesen verbundenen Vorwiderstandes(R31-R37)der Eingang je eines Fensterdiskriminators (81-87) angeschlossen ist,dessen Ausgangssignalpegel für innerhalb und außerhalb seines Eingangsfenster-Spannungsintervalls liegende Eingangssignalpegel verschieden ist,daß die eine Fensterkante des jeweiligen Fensterdiskriminators(81-87)auf einen zwischen dem Soll-Wert des Betriebsspannungspegels an der gemeinsamen Anschlußelektrode der Segment-Elemente (21) und dem Soll-Wert der Betriebsspannung an der Mittelanzapfung(104 liegenden und von diesen Soll-Werten signifikant verschiedenen und die andere Fensterkante auf einem zwischen dem Soll-Wert des Spannungspegels an der Mittelanzapfung(104) und dem Soll-Wert des Steuerspannungs-Pegels an dem jeweiligen Steuerausgang des Formatwandlers(22)liegenden und von diesen beiden Soll-Werten signifikant verschiedenen Signalpegel eingestellt sind,und daß eine auf die Steuer-Ausgangssignale des Formatwandlers(22)und die Ausgangssignale der Fensterdiskriminatoren (81-87) ansprechende logische Verknüpfungsschaltung vorgesehen ist,die ein Fehlersignal erzeugt,wenn der Ausgangssignalpegel mindestens eines der an die momentan angesteuerten Segmente angeschlossenen Fensterdiskriminatoren von dem für das Vorliegen des Soll-Betriebsspannungspegels charakteristischen Wert abweicht.
2. überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Wiederstandswert der Vorwiderstände (R31-R37)etwa gleich dem Durchlaßwiderstand der einzelnen mit dem Vorwiderstand verbundenen Segment-Elemente (21 )gewählt ist,daß die Fenstermitte(92)des jeweiligen Diskriminatorfensters auf den Soll-Wert Us der Betriebsspannung an der Mittelanzapfung(104)zwischen dem jeweiligen Vorwiderstand(R31-R37)und den mit diesem verbundenen Segment-Elementen(21)eingestellt ist,und daß die Fensterbreite v U des Diskriminatorfensters(89,91> etwa 1/6 des Spannungsabfalls über dem angesteuerten Segment-Element (21) beträgt.
3. überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß das Ausgangssignal der Fensterdiskriminatoren(81-87),wenn bei angesteuertem Segment-Element der Sanungseyel an der jeweils überwachten Mittelanzapfung(104)dem Soll-Wert Us entspricht,ein I-Ioch-Pegel(lligh-)-Signal und das zugeordnete Steuer-Ausgangssignal des Eingabeformat/7-Segment-Format-Wandlers (22) ein Niedrig-Pegel(Low-)-Signal ist,daß die Verknüpfungsschaltung(80) sieben 2-Eingangs-NOR-Glieder(111-117)umfaßt,deren erstem Eingang das Ausgangssignal des jeweils zugeordneten Fensterdiskriminators (81-87) zugeführt ist und deren zweitem Eingang das zugeordnete Steuersignal des Formatwandlers(22)zugeführt ist,und daß an den jeweils zweiten Eingang der NOR-Glieder(111-117)über einen Widerstand(R111-R117),der erheblich größer ist als der Ausgangswiderstand des Formatwandlers (22)eine Hoch-Pegel-Gleichspannung angelegt ist.
4. Uberwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß die Ausgänge der NOR-Glieder(111-117)über in Durchlaßrichtung gepolte Entkopplungsdioden(D111-D117)mit dem einen Eingang eines 2-Eingangs-NAND-Gliedes(118) verbunden sind,das als zweites Eingangssignal ein gegenüber dem Multiplex-Zeittakt zeitlich verzögertes Hoch-Pegel-Ausgangssignal eines Zeitverzögerungsgliedes(i19)empfängt, und das eine durch einen Wechsel des Signalpegels am Ausgang des NAND-Gliedes(118)setzbarc,im gesetzten Zustand ein als Alarm-Signal ausnutzbares Ausgnagssignal erzeugende Kippstufe(138)vorgesehen ist,die durch ein beim Einschalten der Einrichtung erzeugtes Reset-Signal in den setzbaren Zustand gelangt.
5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß zur Steuerung des Multiplexbetriebes der Anzeigevorrichtung(iO)ein durch die jeweils eine Flanke der Ausgangsimpulse eines Taktgenerators(38) angesteuerter Addresszähler(40)vorgesehen ist,dessen Address Ausgangsimpulse(46-49)die zeitliche Reihenfolge des Einschaltzustandes der eltkronischen Schalter (Tr1-Tr4)über den die gemeinsamen Anschluß elektroden der einzelnen 7-Segment-Anzeigen mit der Spannungs-Versorgungsquelle verbindbar sind,sowie die damit korrelierte Ansteuerung des Format-Wandlers(22)mit dem für die jeweils darzustellende Ziffer charakteristischen Eingabe-Format-Impulskombinationen steuern,und daß ein Zeitverzögerungsglied eine ebenfalls durch die Address-Ausgangsimpulse(46-49) des Address-Zählers(40)angesteuerte monostabile Kippstufe (119) vorgesehen ist,deren positive Ausgangsimpulse(122) gegenüber den Flanken der Address-Ausgangsimpulse(46-49) um eine vorgebbare Zeitspanne h t,die kleiner ist als die Dauer der Address-Ausgangsimpulse,verzögert einsetzen,und deren Dauer TM um ca.10 - 208 kleiner ist als die um die Verzögerungszeitspanne At verminderte Impulsdauer TRder Address-Zähler-Ausgangsimpulse(46-49).
6. überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch yekennzeichnet,daß bei einer Taktfrequenz von 10 kz und einer Impulsdauer T der Address-Zähler-Ausgangsimpulse von loo fls die Verzögerungszeitspanne t t ca.25 und die Impulsdauer der Ausgangsimpulse(122)der monostabilen Kippstufe(119)ca.65 ts betragen.