CH671846A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur statischen Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeige, die mehrere Segmente und eine gemeinsame Rückelektrode aufweist, unter Verwendung eines Mikroprozessors, der die anzuzeigenden Daten seriell ausgibt, und unter Verwendung eines Seriell/Parallel-Wandlers, der die anzuzeigenden Daten für jedes Segment der Flüssigkristallanzeige statisch zur Verfügung stellt.

Verfahren dieser Art sind allgemein bekannt. Der Begriff «statische Ansteuerung» wird dabei als Gegensatz zum Multiplexbetrieb benutzt. Die statische Ansteuerung bringt gegenüber der Multiplex-Ansteuerung den Vorteil eines besseren Kontrastes und eines grösseren Einblickwinkeis ; nachteilig ist jedoch, dass der Ausfall einzelner Bauelemente oder Verbindungen innerhalb der Ansteuerelektronik zu einem Ausfall einzelner Segmente führen kann, so dass z. B. bei 7-Segment-Ziffernanzeigen falsche Zahlen entstehen können. Bekannte Verfahren, um dies zu verhindern, wie sie z. B. in der europäischen Patentanmeldung 0 011234 beschrieben sind, basieren immer auf einem Multiplexbetrieb.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, das auch bei statischer Ansteuerung der Flüssigkristall-Segmente eine Funktionsfehler-Erkennbarkeit ermöglicht.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die anzuzeigenden Daten alle 0,05 Sekunden bis 0,5 Sekunden neu vom Mikroprozessor ausgegeben werden und dass die Daten für die einzelnen Segmente und für die Rückelektrode bei jeder zweiten Datenausgabe invertiert werden.

Die Erfindung nutzt also die Tatsache aus, dass Flüssigkristallanzeigen z. B. sowohl bei positivem Potential am Segment und Null-Potential an der Rückelektrode als auch bei Null-Potential am Segment und positivem Potential an der Rückelektrode ihre optische Durchlässigkeit gegenüber dem spannungslosen Zustand verändern. Wird nun zyklisch zwischen diesen beiden Ansteuerungen umgeschaltet, so merkt der Betrachter davon nichts, vorausgesetzt, dass alle Bauelemente und Verbindungen in Ordnung sind. Ist jedoch beispielsweise ein Speicher-Flip-Flop im Anzeigespeicher defekt, so wird dies Segment nur bei jedem zweiten Anzeigezyklus aktiviert, es wird also blinken. Dies Blinken ist leicht erkennbar und fällt jedem Betrachter sofort auf, besonders wenn es im Frequenzbereich von einigen Hertz liegt. Vorzugsweise wird daher die Dauer eines Anzeigezyklusses mit 0,1 Sekunde gewählt, so dass sich im Fehlerfall eine Blinkfrequenz von 5 Hz ergibt. Diese Blinkfrequenz darf bei Messgeräten, die sowieso zyklisch neue Messwerte anzeigen, wie z. B. Zähler, Digitalvoltmeter oder Waagen, nicht mit der Messwertfolgefrequenz übereinstimmen, da sonst z. B. bei einer 7-Segment-Anzeige der Ausfall des linken unteren Segmentes nicht vom Schwanken des Messwertes zwischen 8 und 9 unterschieden werden kann.

Üblicherweise wird bei einer Flüssigkristallanzeige die Ansteuerung der einzelnen Segmente und der Rückelektrode mit einer Taktfrequenz von 30 bis 100 Hz, meist ca. 40 Hz, invertiert. In diesem Fall wird vorteilhafterweise zusammen mit der Invertierung der Anzeigedaten bei j eder zweiten Datenausgabe auch der Takt der Wechselspannungsansteue-rung invertiert, um beim Wechsel der Ansteuerung eine längere Periode an den Segmenten zu vermeiden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Prinzip der Erfindung in einem Flussdiagramm,

Fig. 2 das zum Flussdiagramm in Fig. 1 gehörige Blockschaltbild,

Fig. 3 eine 7-Segment-Ziffer,

Fig. 4 ein Flussdiagramm für eine Wechselspannungsan-steuerung einer Flüssigkristallanzeige,

Fig. 5 das zum Flussdiagramm in Fig. 4 gehörige Blockschaltbild und

Fig. 6 ein Impulsdiagramm für das Blockschaltbild in Fig. 5.

Das Flussdiagramm in Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung als Befehlsabfolge für den Mikroprozessor: Die Anzeigedaten werden vom Mikroprozessor aus dem Anzeigespeicher übernommen und seriell an den Seriell/Parallel-Wandler ausgegeben. Der Seriell/Parallel-Wandler stellt diese Daten dann parallel für die einzelnen Segmente zur Verfügung. Gleichzeitig legt der Mikroprozessor die Rückelektrode auf Null-Potential und behält diesen Zustand 0,1 Sekunde lang bei. In dieser Zeit werden alle Segmente optisch aktiviert, die eine logische «1» als Anzeigedaten besitzen und damit auf dem Potential der Versorgungsspannung Vdd liegen. Nach Ablauf der 0,1 Sekunden übernimmt der Mikroprozessor die Anzeigedaten erneut aus dem Anzeigespeicher, invertiert diese Daten und gibt sie seriell an den Seriell/Parallel-Wandler aus. Gleichzeitig legt der Mikroprozessor die Rückelektrode auf das Potential von Vdd und behält diesen Zustand ebenfalls 0,1 Sekunde lang bei. Dadurch werden in dieser Zeit alle Segmente optisch aktiviert, die eine logische «0» als Anzeigedaten besitzen. Wegen der Invertierung der Anzeigedaten sind dies genau dieselben Segmente, die während der ersten 0,1 Sekunden optisch aktiviert wurden.

Eine mögliche Schaltung zur Realisierung dieses Ablaufes ist in Fig. 2 als Blockschaltbild gezeigt. Der Mikroprozessor 1 gibt die Anzeigedaten am Ausgang 11 seriell aus. Bei der ersten Ausgabe steht das Flip-Flop 5 beispielsweise so, dass der Ausgang Q aktiviert ist und damit das Tor 2 geöffnet ist. Dadurch gelangen die Anzeigedaten vom Ausgang 11 des Mikroprozessors direkt in den Dateneingang 13 des Schieberegisters 6. Der zu den seriellen Daten gehörende Datentakt gelangt vom Ausgang 10 des Mikroprozessors direkt auf den Schiebeeingang 14 des Schieberegisters und steuert so die

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serielle Datenübertragung in das Schieberegister. Nach Abschluss der Datenübertragung gibt der Mikroprozessor einen kurzen Impuls am Ausgang 12 ab und veranlasst damit den Speicher 7, die parallel anliegenden Daten des Schieberegisters 6 zu übernehmen und an die Segmente (Anschlüsse 16) der Flüssigkristallanzeige 8 weiterzuleiten. Schieberegister 6 und Speicher 7 bilden zusammen den Seriell/Parallel-Wandler. Durch den Impuls am Ausgang 12 des Mikroprozessors wird weiter das Flip-Flop 5 umgeworfen, der Ausgang Q geht auf Null-Potential und damit wird auch die Rückelektrode (Anschluss 15) der Flüssigkristallanzeige 8 auf Null Volt gelegt ; gleichzeitig wird das Tor 2 geschlossen und das Tor 3 geöffnet, so dass bei der folgenden Übertragung von Anzeigedaten vom Ausgang 11 des Mikroprozessors zum Dateneingang 13 des Schieberegisters 6 der Inverter 4 eingeschaltet wird. Die Übertragung der Anzeigedaten kann in dieser Schaltung zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der Wartezeit von 0,1 Sekunde erfolgen. Am Ende der Wartezeit von 0,1 Sekunden erscheint wieder ein kurzer Impuls am Ausgang 12 des Mikroprozessors 1, der den Speicher 7 veranlasst, die neuen, invertierten Anzeigedaten vom Schieberegister 6 zu übernehmen und an die Segmente der Flüssigkristallanzeige weiterzuleiten; gleichzeitig fällt das Flip-Flop 5 um, der Ausgang Q geht auf Vdd, so dass an der Rückelektrode der Flüssigkristallanzeige 8 das Potential von Vdd anliegt. Dadurch werden sowohl die Potentiale der Segmente als auch das Potential der Rückelektrode invertiert, so dass wieder an denselben Segmenten eine Potentialdifferenz anliegt, diese Segmente also optisch aktiviert werden.

In Fig. 3 ist als Beispiel für die Flüssigkristallanzeige 8 eine 7-Segment-Ziffer gezeigt. Die Segmente 17a.... 17g sind als leitende Elektroden auf einer vorderen Glasplatte 8' aufgedampft und mit Anschlüssen 16a.... 16g am Rand leitend verbunden; die Rückelektrode befindet sich auf der hinteren Glasplatte 8" und ist bei 15 kontaktiert. Zwischen den beiden Glasplatten befindet sich die nematische Flüssigkeit, deren optische Durchlässigkeit sich beim Anlegen einer Potentialdifferenz ändert. Flüssigkristallanzeigen dieser Art sind allgemein bekannt, so dass hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.

Durch das im vorstehenden beschriebene Verfahren zur Ansteuerung der Flüssigkristallanzeige werden Fehler im Schieberegister 6, im Speicher 7 und weitgehend auch Fehler bei den Zuleitungen zu den einzelnen Segmenten 17a.... 17g vom Betrachter durch Blinken des entsprechenden Segmentes erkannt. Liegt beispielsweise ein Segment dauernd auf einem festen Potential, beispielsweise weil ein Speicher-Flip-Flop im Speicher 7 ausgefallen ist, so führt dies wegen des wechselnden Potentials der Rückelektrode zu einem Blinken dieses Segmentes. Liegt die Rückelektrode auf festem Potential, so blinkt die ganze anzuzeigende Zahl.

Auch Kurzschlüsse auf den Zuleitungen, die zu einem konstanten Potential des zugehörigen Segmentes führen, äussern sich genauso durch Blinken. Nur Leitungsunterbrechungen werden nicht erkannt, da sie unabhängig vom Potential der Gegenelektrode zu einem Ausfall dieses Segmentes führen. Um diese Fehler zu erkennen ist aber bereits der bekannte «8er-Check», der alle Segmente aktiviert, eingeführt. Alle Fehler, die noch innerhalb der seriellen Datenverarbeitung auftreten - also vor dem Schieberegister 6 -, führen wegen der seriellen Verarbeitung im allgemeinen zu einem totalen Ausfall der Daten. Parallele Strukturen innerhalb des Mikroprozessors - wie z. B. Speicher - werden im allgemeinen durch Prüfbits oder andere bekannte Verfahren gesichert, so dass durch das beschriebene Verfahren ein lückenloser Schutz vor nicht erkennbaren Fehlfunktionen erreicht wird.

Das Blinken der Anzeige wird vom Beobachter am deutlichsten wahrgenommen, wenn die Blinkfrequenz bei etwa 5

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Hz liegt. Vorzugsweise liegt also die Dauer eines Anzeigezy-klusses bei 0,1 Sekunden, d. h. dass jeweils 0,1 Sekunde lang das invertierte und das nicht invertierte Potential anliegt. Aber auch Frequenzen bis zu 10 Hz herauf und bis zu 1 Hz herunter werden erkannt, d. h. die invertierten und die nicht invertierten Potentiale können zwischen 0,05 und 0, 5 Sekunden anliegen.

In Fig. 2 sind der Deutlichkeit halber das Flip-Flop 5, der Inverter 4 und die Tore 2 und 3 als diskrete Bauelemente ausserhalb des Mikroprozessors 1 gezeichnet. Selbstverständlich können deren Funktionen auch softwaremässig innerhalb des Mikroprozessors realisiert werden, so dass der Mikroprozessor auch den Bereich 1 ' mit umfassen kann, wie es in Fig. 2 gepunktelt angedeutet ist.

Eine Ausgestaltung der Ansteuerung der Flüssigkristallanzeige mit Wechselspannungsansteuerung ist in Fig. 4 in Form eines Flussdiagramms der Anweisungen an den Mikroprozessor und in Fig. 5 als Blockschaltbild einer möglichen Realisierung dargestellt. Die anzuzeigenden Daten werden vom Mikroprozessor 21 wieder aus dem Anzeigespeicher übernommen, seriell ausgegeben und in das Schieberegister 26 übertragen. Während des ersten Anzeigezyklusses stehe das Flip-Flop 25 so, dass der Ausgang Q aktiviert ist, so dass das Tor 22 geöffnet ist und die Anzeigedaten ohne Invertierung in das Schieberegister 26 gelangen. In der Ausgestaltung nach Fig. 4 und 5 ist dabei vorausgesetzt, dass auch das Potential für die Rückelektrode als ein Datenbit - beispielsweise als letztes - seriell mit in das Schieberegister 26 überschrieben wird. Nach dem Ende der Datenübertragung erscheint ein kurzer Impuls am Ausgang 35 des Mikroprozessors 21, der den Speicher 27 zur Übernahme der Daten vom Schieberegister 26 veranlasst. Gleichzeitig wird das Flip-Flop 25 umgeworfen, das Tor 22 wird gesperrt und statt dessen das Tor 23 geöffnet, so dass bei der nächsten Übertragung der Anzeigedaten der Inverter 24 eingeschaltet wird. Das Flip-Flop 25 öffnet weiterhin das Tor 30, so dass eine Impulsfolge mit einer Folgefrequenz von etwa 40 Hz vom Ausgang 33 des Mikroprozessors 21 über das Tor 30 zum Eingang 34 eines Umschalters 28 gelangt. Diese Impulsfolge schaltet zyklisch die Wechselschalter 29 um, so dass sowohl die Potentiale der Segmente als auch das Potential der Rückelektrode zyklisch umgeschaltet werden. Liegen z. B. die_Ausgängepi, Q2 und Qn auf Vdd und damit die Ausgänge Qi, Q2 und Qn auf Null, so liegt in der gezeichneten Stellung der Wechselschalter 29 am Anschluss 16a des Segmentes 17a (siehe dazu auch Fig. 3) die Spannung Vdd an, am Anschluss 16b des Segmentes 17b Null-Potential und an der Rückelektrode 15 die Spannung Vdd. Dadurch wird das Segment 17b optisch aktiviert, das Segment 17a jedoch nicht. Schaltet der Wechselschalter 29 um, so liegt am Anschluss 16a des Segmentes 17a Null-Potential, am Anschluss 16b des Segmentes 17b die Spannung Vdd und an der Rückelektrode 15 Null-Potential. Wieder ist also das Segment 17b optisch aktiviert, da sein Anschluss 16b eine Potentialdifferenz zur Rückelektrode 15 aufweist, und das Segment 17a bleibt optisch inaktiv. Das zyklische Umlegen der Wechselschalter 29 ändert also die optische Aktivierung der einzelnen Segmente nicht und dient nur dazu, in der nematischen Flüssigkeit der Flüssigkristallanzeige Polarisationserscheinungen zu verhindern.

Der eben beschriebene Zustand mit dem vorgegebenen Dateninhalt des Speichers 27 und dem zyklischen Umschalten der Wechselschalter 29 wird gemäss dem Flussdiagramm in Fig. 4 0,1 Sekunde lang beibehalten. Irgendwann innerhalb dieser 0,1 Sekunde gibt der Mikroprozessor 21 wieder seriell die Anzeigedaten aus, die dieses Mal aber über den Inverter 24 und das Tor 23 laufen, also invertiert im Schieberegister 26 ankommen. Mit dem Erscheinen des Impulses auf dem Ausgang 35 des Mikroprozessors 21

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werden die invertierten Daten in den Speicher 27 übernommen. In dem oben angeführten Beispiel würden in diesem zweiten Anzeigezyklus also die Ausgänge Qi, Q2 und Qn auf Null liegen und die Ausgänge Qi, Q2 und Qn auf Vdd. Damit wird wieder das Segment 17b optisch aktiviert, da es jeweils gegenüber der Rückelektrode 15 ein anderes Potential aufweist, während das Segment 17a optisch inaktiv bleibt, da es jeweils das gleiche Potential wie die Rückelektrode aufweist. Weiter ist nun in Fig. 5 durch die andere Stellung des Flip-Flops 25 im zweiten Anzeigezyklus das Tor 30 geschlossen und statt dessen das Tor 31 geöffnet, so dass die Impulsfolge vom Ausgang 33 des Mikroprozessors über den Inverter 32 zum Eingang 34 des Umschalters 28 gelangt. Da alle Impulse im Mikroprozessor 21 aus demselben hochfrequenten Takt hergeleitet werden, sind auch die Impulse auf den Ausgängen 33 und 35 miteinander synchronisiert. Beginnen also z. B. im ersten Anzeigezyklus die Wechselschalter 29 in der in Fig. 5 gezeichneten Stellung und enden in der entgegengesetzten Stellung, so beginnen sie im zweiten Anzeigezyklus mit der in Fig. 5 nicht gezeichneten Stellung und enden mit der in Fig. 5 gezeichneten Stellung.

Durch diese doppelte Invertierung - einmal werden die Anzeigedaten im Speicher 27 invertiert, zum anderen wird die Ansteuerung der Wechselschalter 29 invertiert - ergibt sich an den Anschlüssen 16a.... 16g der Segmente 17a,... 17g, und am Rückanschluss 15 eine Wechselspannung ohne Phasensprung, wie dies in Fig. 6 nochmal im einzelnen gezeigt ist. Die Impulsfolge am Ausgang 33 besteht aus regelmässigen Impulsen, deren Impulsdauer gleich der Dauer der Pausen ist. Der Impuls am Ausgang 35 definiert das Ende des jeweiligen Anzeigezyklusses und den Beginn des nächsten Anzeigezyklusses. Wegen der Invertierung der Anzeigedaten ändert sich das Potential am beispielhaft herausgegriffenen Ausgang Q2 des Speichers 27. Gleichzeitig wird auch die 5 Impulsfolge vom Ausgang 33 invertiert, so dass am Eingang 34 des Umschalters 28 die inverse Impulsfolge erscheint. Beide Invertierungen ergeben am Ausgang des Umschalters 28 wieder eine regelmässige Wechselspannung, wie am Beispiel des Segmentes 17b mit seinem Anschluss 16b und am 10 Beispiel der Rückelektrode 15 gezeigt ist.

In dieser, anhand der Figuren 4 bis 6 erläuterten Ausgestaltung werden wieder Fehler im Schieberegister 26, im Speicher 27 und im Umschalter 28 durch Blinken der betrof-. fenen Segmente oder Ziffern dem Benutzer angezeigt. Fehler 15 auf den Zuleitungen zur Flüssigkristallanzeige, die einen geringeren Kontrast (bei konstantem Potential der Zuleitung) ergeben oder (bei unterbrochener Zuleitung) zum dauerhaften Ausfall des Segmentes führen, werden wieder durch den «8er-Check» erkannt.

20 Wie auch in der ersten Ausgestaltung kann auch in dieser Ausgestaltung nach Fig. 5 der Schaltungsbereich 21 ' softwa-remässig durch den Mikroprozessor 21 realisiert sein.

Die beispielhaft für eine 7-Segment-Ziffer erläuterte Erfin-25 dung ist selbstverständlich auch für beliebig viele 7-Segment-Ziffern oder für alphanumerische Anzeigen - beispielsweise mit Matrix-Darstellung - geeignet. Die Länge des Schieberegisters und die Anzahl der Speicherelemente und gegebenenfalls die Anzahl der Wechselschalter muss nur entsprechend 30 gewählt werden.

4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

671846 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur statischen Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeige, die mehrere Segmente und eine gemeinsame Rückelektrode aufweist, unter Verwendung eines Mikroprozessors, der die anzuzeigenden Daten seriell ausgibt, und unter Verwendung eines Seriell/Parallel-Wandlers, der die anzuzeigenden Daten für jedes Segment der Flüssigkristallanzeige statisch zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass die anzuzeigenden Daten alle 0,05 Sekunden bis 0,5 Sekunden neu vom Mikroprozessor (1,21) ausgegeben werden und dass die Daten für die einzelnen Segmente (17a. ...17g) und für die Rückelektrode (15) bei jeder zweiten Datenausgabe invertiert werden.

2. Verfahren zur statischen Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuerung der einzelnen Segmente und der Rückelektrode mit einer Taktfrequenz von 30 bis 100 Hz invertiert wird (Wechselspan-nungsansteuerung), dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit der Invertierung der Anzeigedaten bei jeder zweiten Datenausgabe auch der Takt der Wechselspannungs-ansteuerung invertiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anzuzeigenden Daten alle 0,1 Sekunden neu vom Mikroprozessor ausgegeben werden.