DE10355609B3

DE10355609B3 - Anordnung zur Ansteuerung von Beleuchtungseinrichtungen eines elektronischen Gerätes

Info

Publication number: DE10355609B3
Application number: DE10355609A
Authority: DE
Inventors: Oliver Nell
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2023-11-29

Abstract

Eine Anordnung zur Ansteuerung von Beleuchtungseinrichtungen eines elektrinischen Gerätes enthält einen Mikrocontroller, einen mit dem Mikrocontroller verbundenen Grafiktreiberbaustein zur Ansteuerung einer grafischen Anzeigeeinheit, mindestens eine Hinterleuchtungseinrichtung zur Hinterleuchtung der grafischen Anzeigeeinheit sowie mindestens eine zur Funktionsbeleuchtung des elektronischen Gerätes dienende Funktionsbeleuchtungseinrichtung. Der Mikrocontroller weist weiterhin einen Ausgangt zur Vorgabe der Helligkeit mindestens einer der Beleuchtungseinrichtungen auf. Erfindungsgemäß wird der Mittelwert eines zur Spannungsversorgung sowohl der Hinterleuchtungs- als auch der Funktionsbeleuchtungseinrichtungen dienenden Potentials über den Ausgang des Mikrocontrollers zur Vorgabe der Helligkeit eingestellt und es werden über den Grafiktreiberbaustein Ein- und Ausschaltbefehle an beide Arten von Beleuchtungseinrichtungen ausgegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ansteuerung von Beleuchtungseinrichtungen eines elektronischen Gerätes mit einem Mikrocontroller, einem mit dem Mikrocontroller verbundenen Grafiktreiberbaustein zur Ansteuerung einer grafischen Anzeigeeinheit, mindestens einer Hinterleuchtungseinrichtung zur Hinterleuchtung der grafischen Anzeigeeinheit sowie mindestens einer zur Funktionsbeleuchtung des elektronischen Gerätes dienenden Funktionsbeleuchtungseinrichtung, wobei der Mikrocontroller einen Ausgang zur Vorgabe der Helligkeit mindestens einer der Beleuchtungseinrichtungen aufweist.

Elektronische Geräte mit einer hinterleuchteten grafischen Anzeigeeinheit sowie einer Funktionsbeleuchtung zur Anzeige der aktuell eingestellten bzw. vom Benutzer ausgewählten Funktionen des Gerätes sind heutzutage weit verbreitet. Insbesondere im Automobilbereich werden an derartige Geräte, die beispielsweise zur Bedienung und Steuerung von Klimaanlagen, Navigations- oder Multimediasystemen dienen, hohe Anforderungen hinsichtlich niedriger Kosten und geringen Platzbedarfs gestellt.

Aus der DE-19845135-A1 sind beispielsweise ein Schalter und eine Schalteranordnung bekannt, die in einem Bedienfeld eines Kraftfahrzeuges verwendet werden und über eine Funktions- und/oder Symbolbeleuchtung verfügen.

In "Das Geheimnis der brillanten Bilder" von D. Nurzad aus Mechatronik F&M, Carl Hanser Verlag, Jahrg. 110(2002)10, S. 28-32 werden Treibertechnologien für weiße LEDs zur Hintergrundbeleuchtung von Farbdisplays und Tastaturen, insbesondere in Mobiltelefonen, beschrieben. Zur Realisierung einer Dimmerfunktion wird ein Transistor zwischen Masse und den Ka thoden der LEDs angeordnet und durch ein PWM-Signal angesteuert.

In "Lighting Management for Multimedia Displays" von J. Latvala aus Power Electronics Technology, October 2003, S. 30-33 (http://powerelectronics.com/images/archive/310PET22.pdf) ist ein über eine Datenleitung gesteuerter Beleuchtungs-Managementbaustein mit integrierten Treibern für weiße und RGB-LEDs offenbart.

Bei bekannten Geräten kommuniziert der Mikrocontroller mit einem Grafiktreiberbaustein, welcher eine grafische Anzeigeeinheit ansteuert und in vielen Fällen zusätzlich eine Tastenmatrix ausliest. Die Hinterleuchtung der Anzeigeeinheit sowie die Funktionsbeleuchtung des elektronischen Gerätes werden beispielsweise über kleine Glühbirnen oder Leuchtdioden (LED), welche über jeweils einen Vorwiderstand an eine Versorgungsspannung angeschlossen sind, realisiert. Zusätzlich ist insbesondere bei Geräten für den Fahrzeugeinsatz eine Suchbeleuchtung vorgesehen, welche ein leichtes Auffinden der Bedienelemente des Gerätes bei Dunkelheit und schlechten Lichtverhältnissen ermöglicht. Auch die Suchbeleuchtung kann beispielsweise mit LEDs verwirklicht sein.

Sind mehrere Funktionen des Gerätes anzuzeigen, d.h. besteht die Funktionsbeleuchtung aus mehreren Beleuchtungseinrichtungen, so wird ein Schieberegister zwischen dem Mikrocontroller und der Funktionsbeleuchtung eingesetzt. Der Mikrocontroller speichert in dem Schieberegister die als nächstes einzustellende Ein-/Ausschaltverteilung der Funktionsbeleuchtungseinrichtungen und gibt sie gleichzeitig für alle frei. Zur Einstellung der Helligkeit dienen vom Mikrocontroller ausgegebene, pulsweitenmodulierte Signale. Im Fall der Hinterleuchtungseinrichtungen für die Anzeigeeinheit und der Suchbeleuchtungseinrichtungen beeinflussen die PWM-Signale die Höhe der Ausgangsspannung von je einem Schalttransistor pro Beleuchtungsart. Die Ausgänge der Schalttransistoren werden di rekt mit den Beleuchtungseinrichtungen verbunden. Zur Einstellung der Helligkeit der Funktionsbeleuchtung wird ein weiteres PWM-Signal als Eingang auf das Schieberegister gegeben. Damit sind also insgesamt mindestens drei PWM-Ausgänge am Mikrocontroller erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber der bekannten Ausführung verbesserte Anordnung zur Ansteuerung von Beleuchtungseinrichtungen eines elektronischen Gerätes anzugeben unter Berücksichtigung der Kosten- und Bauraumproblematik.

Die Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Anordnung gelöst, bei der die mindestens eine Hinterleuchtungseinrichtung und die mindestens eine Funktionsbeleuchtungseinrichtung mit ein und demselben Potential zur Spannungsversorgung verbunden sind, dessen Mittelwert über den Ausgang zur Vorgabe der Helligkeit eingestellt wird, und bei der über den Grafiktreiberbaustein Ein- und Ausschaltbefehle an die mindestens eine Hinterleuchtungseinrichtung und die mindestens eine Funktionsbeleuchtungseinrichtung ausgebbar sind.

Durch die Ankoppelung mehrerer oder sogar aller im elektronischen Gerät vorhandenen Beleuchtungseinrichtungen an ein und dieselbe, veränderbare Versorgungsspannung kann deren Helligkeit über nur ein einziges Steuersignal des Mikrocontrollers eingestellt werden. Gegenüber der bekannten Ausführung wird also die Helligkeit zentral und nicht mehr für jede Art von Beleuchtungseinrichtung einzeln gesteuert. Da nur noch ein einziges Steuersignal erzeugt wird, reduzieren sich die mit den rechteckförmigen PWM-Signalen verbundenen EMV-Probleme innerhalb des elektronischen Gerätes. Aufgrund der geringeren Anzahl an benötigten PWM-Ausgängen kann außerdem ein preiswerterer Mikrocontroller verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Lösung zieht des Weiteren eine Trennung der Helligkeitssteuerung von dem Ein- und Ausschalten der Beleuchtungseinrichtungen nach sich. Die Funktion der Ausgabe von Ein- und Ausschaltbefehlen sowohl an die Hinterleuchtungseinrichtungen als auch an die Funktionsbeleuchtungseinrichtungen wird erfindungsgemäß vom Grafiktreiberbaustein übernommen. Gegenüber der bekannten Lösung entfällt damit das Schieberegister-IC und demzufolge auch die im Mikrocontroller erforderliche Schnittstelle zur Ansteuerung desselben. Auch dies reduziert wieder die mit dem Mikrocontroller verbundenen Kosten.

Die eigentliche Vorgabe der Schaltzustände erfolgt dabei nach wie vor über den Mikrocontroller, welcher die als nächstes einzustellende Verteilung der Ein-/Ausschaltzustände an den Grafiktreiberbaustein weitergibt. Dieser Datenaustausch wird über dieselbe Kommunikationsschnittstelle vorgenommen wie die übrige Datenübertragung zwischen Grafiktreiberbaustein und Mikrocontroller. Der Bedarf an unterschiedlichen Ausgabeschnittstellen am Mikrocontroller und folglich der Kommunikationsaufwand wird demnach reduziert, weshalb den verbliebenen Aufgaben und Prozessen mehr Rechenkapazitäten des Mikrocontrollers zur Verfügung stehen. Dadurch könnte beispielsweise die zeitliche Ablaufsteuerung (Timing) der Prozesse vereinfacht werden. Ebenso gut erlaubt der Wegfall des Schieberegisters jedoch auch eine Verkleinerung des Mikrocontrollers.

Durch die erfindungsgemäße Lösung entfallen des Weiteren einige der Bauteile, die zur Verarbeitung der unterschiedlichen Helligkeitssignale dienten, wie beispielsweise die Schalttransistoren. Dies vereinfacht wiederum die Gestaltung der Leiterplatte.

Bevorzugt wird die zentrale Helligkeitssteuerung über ein PWM-Signal des Mikrocontrollers vorgenommen. Durch die Änderung der Pulsweite des Signals wird der Mittelwert der resultierenden Spannung verändert. Dieses veränderliche Signal wird an die Basis eines Schalttransistors gelegt, welcher zwischen das Potential zur Spannungsversorgung und eine Spannungsquelle geschaltet ist. Auf diese Weise wird mit einer Änderung der Basisspannung des Schalttransistors eine entsprechende Änderung der Versorgungsspannung und damit der Helligkeit aller angeschlossenen Beleuchtungseinrichtungen bewirkt.

Durch die mit der erfindungsgemäßen Lösung erreichte Trennung zwischen der Helligkeitssteuerung und der Vorgabe der Schaltzustände wird es möglich, die Ein-/Ausschaltbefehle auf einem für alle Beleuchtungseinrichtungen gleichen Weg umzusetzen. Eine besonders vorteilhafte Lösung besteht in der Verwendung von Schaltern, welche in einem gemeinsamen Feld bzw. IC zusammengefasst sind und über digitale Ausgänge des Grafiktreiberbausteins angesteuert werden.

Als Schalterfeld kommt heute bevorzugt ein Transistorfeld (Transistor-Array) zum Einsatz, welches in Form eines integrierten Bausteins erhältlich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung verdeutlicht. Es zeigen:
1 eine bekannte Anordnung zur Ansteuerung von Beleuchtungseinrichtungen eines elektronischen Gerätes;
2 eine bekannte Anordnung von LEDs innerhalb der Anordnung aus 1;
3 eine spezielle Ausführung einer erfindungsgemäßen Ansteuerung von Beleuchtungseinrichtungen.
1 zeigt eine bekannte Anordnung mit einem Mikrocontroller 1, einem mit dem Mikrocontroller über eine Datenleitung bzw. einen Datenbus 12 verbundenen Grafiktreiberbaustein 2, welcher zur Ansteuerung einer Anzeigeeinheit 3 und zur Auswertung einer Tastenmatrix 13 dient. In dem elektronischen Gerät sind des weiteren vorhanden eine Anzahl x an Hinterleuchtungseinrichtungen 4 zur Hinterleuchtung der Anzeigeeinheit 3, eine Anzahl y an Suchbeleuchtungseinrichtungen 11 zur Realisierung einer Nacht- und Suchbeleuchtung und eine Anzahl z an Funktionsbeleuchtungseinrichtungen 5 für die Anzeige verschiedener Funktionen des Gerätes. In allen Fällen handelt es sich bei den Beleuchtungseinrichtungen (4, 5, 11) um LEDs.
Diese sind, wie in 2 zu sehen, in der Hauptsache parallel zueinander verschaltet, wobei in dem speziellen Beispiel innerhalb des dritten Parallelzweiges zwei einzelne LEDs 19 und 20 in Reihe geschaltet sind. Alle Parallelzweige sind jeweils mit einem Vorwiderstand 14 versehen und an eine Spannungsversorgung U_V angebunden. 2 zeigt beispielhaft die Verschaltung von insgesamt vier LEDs (x=4) zur Hintergrundbeleuchtung. Die LEDs zur Hintergrundbeleuchtung und die LEDs zur Suchbeleuchtung sind jeweils mit dem Kollektor eines Schalttransistors 15 verbunden, dessen Basis mit einem PWM-Ausgang 6 des Mikrocontrollers 1 verbunden ist (1 und 2). Die PWM-Ausgänge 6 dienen der Entlastung des Mikrocont rollers von der Signalerzeugung dahingehend, dass der Mikrocontroller lediglich die Höhe der gewünschten Ausgangsspannung in Prozent von der maximalen Ausgangsspannung angibt und die PWM-Ausgänge 6 daraufhin selbsttätig ein Rechtecksignal mit dem erforderlichen Zeitmuster (Verhältnis der Einschalt- zur Ausschaltzeitdauer) erzeugen.
Wie in 1 weiterhin dargestellt ist, liefert ein dritter PWM-Ausgang 6 des Mikrocontrollers 1 ein Eingangssignal an ein Schieberegister 16. Über eine Kommunikationsschnittstelle 17 sendet der Mikrocontroller 1 Informationen über die als nächstes einzustellende Ein-/Ausschaltverteilung der Funktionsbeleuchtungseinrichtungen 5 an das Schieberegister 16, welches über z Verbindungsleitungen mit den Kathoden der z Funktionsbeleuchtungs-LEDs verbunden ist.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung. Die LEDs der Anzeigenhinterleuchtung, der Suchbeleuchtung und der Funktionsbeleuchtung sind sämtlich auf ein und dasselbe Potential 7 zur Spannungsversorgung gelegt. Die Höhe dieses Potentials wird über die Basisspannung des Transistors 8 beeinflusst, welcher zwischen das Potential 7 und die Spannungsquelle 9 (Versorgungsspannung U_V) geschaltet ist. Die Basisspannung wiederum wird über den Transistor 18 bestimmt, an dessen Basis ein vom Mikrocontroller 1 erzeugtes PWM-Signal anliegt. Der npn-Transistor 18 dient im Prinzip zur Vorzeichenumkehr der an den pnp-Transistor 8 anzulegenden Basisspannung.
Neben dem PWM-Ausgang 6 benötigt der Mikrocontroller 1 nur noch eine weitere Schnittstelle, um alle LEDs vollständig anzusteuern. Diese Schnittstelle ist die ohnehin vorhandene Kommunikationsschnittstelle zum Grafiktreiberbaustein. Über die an diese Schnittstelle angeschlossene Datenleitung 12 liefert der Mikrocontroller 1 die als nächstes einzustellende Ein-/Ausschaltverteilung an den Grafiktreiberbaustein 2. Dieser weist einen Datenausgang A mit mehreren digitalen An schlusspins auf, über welchen ein als Transistorfeld ausgeführtes Schalterfeld 10 angesteuert wird. Vom Transistorfeld gehen x Verbindungsleitungen an die x LEDs der Hinterleuchtung der Anzeigeeinheit, weitere y Verbindungsleitungen an die y LEDs der Suchbeleuchtung sowie z Verbindungsleitungen an die z LEDs der Funktionsbeleuchtung. Der Mikrocontroller 1 ist also in der Lage, über nur zwei Ausgänge sämtliche Beleuchtungseinrichtungen 4, 5 und 11 des elektronischen Gerätes ein- und auszuschalten sowie nach Bedarf zu dimmen.

Claims

Anordnung zur Ansteuerung von Beleuchtungseinrichtungen eines elektronischen Gerätes mit – einem Mikrocontroller (1), – einem mit dem Mikrocontroller (1) verbundenen Grafiktreiberbaustein (2) zur Ansteuerung einer grafischen Anzeigeeinheit (3), – mindestens einer Hinterleuchtungseinrichtung (4) zur Hinterleuchtung der grafischen Anzeigeeinheit (3) sowie – mindestens einer zur Funktionsbeleuchtung des elektronischen Gerätes dienenden Funktionsbeleuchtungseinrichtung (5), wobei – der Mikrocontroller (1) einen Ausgang (6) zur Vorgabe der Helligkeit mindestens einer der Beleuchtungseinrichtungen aufweist, – die mindestens eine Hinterleuchtungseinrichtung (4) und die mindestens eine Funktionsbeleuchtungseinrichtung (5) mit ein und demselben Potential zur Spannungsversorgung (7) verbunden sind, dessen Mittelwert über den Ausgang (6) zur Vorgabe der Helligkeit eingestellt wird, und – über den Grafiktreiberbaustein (2) Ein- und Ausschaltbefehle an die mindestens eine Hinterleuchtungseinrichtung (4) und die mindestens eine Funktionsbeleuchtungseinrichtung (5) ausgebbar sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (6) zur Vorgabe der Helligkeit mit der Basis eines Schalttransistors (8) verbunden ist, welcher zwischen das Potential zur Spannungsversorgung (7) und eine Spannungsquelle (9) geschaltet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hinter leuchtungseinrichtung (4) und die mindestens eine Funktionsbeleuchtungseinrichtung (5) mit jeweils einem Ausgang eines zu einem Schalterfeld (10) gehörenden elektronischen Schalters verbunden sind und dass die zugehörigen Eingänge der elektronischen Schalter mit jeweils einem digitalen Ausgang des Grafiktreiberbausteins (2) verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalterfeld (10) ein Transistorfeld ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zur Suchbeleuchtung des Gerätes dienende Suchbeleuchtungseinrichtung (11) ebenso verschaltet ist wie die mindestens eine Hinterleuchtungseinrichtung (4) und die mindestens eine Funktionsbeleuchtungseinrichtung (5).