DE2057553A1 - Schaltungsanordnung zur Darstellung von Kurven auf einem Bildschirm - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Darstellung von Kurven auf einem BildschirmInfo
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Description
Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart
S. Blixt - D.M. Andersson 1-1
INTERInATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
Schaltungsanordnung zur Darstellung von Kurven auf einem Bildschirm
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur
Darstellung von Kurven, wobei jede Kurve dargestellt werden kann durch eine erste Variable y als Funktion einer zweiten
Variablen x; die bildliche Darstellung geschieht auf einem Bildschirm, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, auf dem
ein Lichtpunkt, dessen Intensität mit einem Videosignal moduliert werden kann, gleichzeitig in zwei verschiedenen
Richtungen mit verschiedenen Abierikgeschwindigkeiten (Ablenkfrequenzen) über den Bildschirm geführt wird, so daß, ähnlich
wie bei einem Fernsehsystem, ein Zeilenraster entsteht; dabei fallen die Ablenkrichtungen mit der positiven oder negativen
x-Richtung und der positiven oder negativen y-Riehtung zusammen; diese bilden also ein Koordinatensystem, in dem die Kurvenform
dargestellt werden soll.
Zur graphischen Darstellung von Kurven auf Bildschirmen hat
man zumeist Geräte verwendet, die auf dem Prinzip der direkten
Strahlablenkung arbeiten, wobei der Elektronenstrahl einer Kathodenstrahlröhre zuerst sum Ausgangspunkt der zu zeichnenden
Kurve geführt wird und dann weiter der Kurvenform exakt folgend
so abgelenkt wird, als ob er von Hand gezeichnet worden wäre. Die Ablenkung erfolgt in Schritten in x- und in y-Richtung.
Ktz/Gr-
b, Oktober YJ(O
109823/1891 ·/·
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Geräte dieser Art sind auch zur Darstellung alphanumerischer Informationen auf Bildschirmen geeignet. Jedoch sind derartige
Geräte recht kompliziert hinsichtlich Auslegung und Funktion, wodurch die Fabrikationskosten auch ziemlich hoch werden.
Ein nach den Prinzipien der Erfindung gebautes Gerät ist wesentlich billiger; es ist leicht anzuwenden bei Schaltungen
zur bildlichen Darstellung von alphanumerischen Informationen, so daß die gesamte Apparatur wesentlich billiger in der
Herstellung wird.
Die Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art enthält eine ihr zugeordnete Einrichtung, die in digitaler Form
Funktionswerte (y-Werte) oder Differenzen von Funktionswerten nacheinander ausgibt, die einer gewissen Anzahl von
aufeinanderfolgenden x-Werten entsprechen; gleichzeitig damit wird der Lichtpunkt in x-Richtung entsprechend abgelenkt;
mit dieser Einrichtung ist ein Rechner funktionell verbunden, dem die aufeinanderfolgend gelieferten Funktionswerte oder deren Differenzen eingegeben werden, um für
äquidistante, zur Erreichung der gewünschten guten Auflösung 1η der x-Richtung nahe genug beieinanderliegende
x-Koordinatenwerte die entsprechenden y-Werte zu liefern; mit dem Rechner ist eine Vergleichsschaltung verbunden, die
einen Vergleich der errechneten y-Werte mit der zur Zeit bestehenden Lage des Lichtpunktes in der y-Richtung ausführt,
bzw. die angibt, welche Stellung ein mit der Vergleichsschaltung verbundener Zähler erreicht hat; daraufhin wird
ein Videosignal bereitgestellt, das zur Darstellung einer kontinuierlichen Kurvenform geeignet ist, beispielsweise so,
daß der betreffende Punkt heil aufleuchtet, wenn seine Lage in der y-Rlchtung mit dem zuletzt bereitgestellten y-Wert
übereinstimmt oder zwischen dem letzten und dem unmittelbar vorher bereitgestellten y-Worfc liegt.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausfülirungsbeispiels und
anhand von Zeichnungen erläutert; die einzelnen Figuren stellen dar:
Pig« 1 eine Kurvenform auf einem Bildschirm;
Fig» 2 Einzelheiten der Kurvenform der Fig. 1
stark vergrößert;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung
zur Darstellung von Kurvenformen und/oder alphanumerischen Daten;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
Das in Fig. 1 dargestellte Bild veranschaulicht Kurven auf
dem Bildschirm, wie sie bei Überwachung der Körperfunktionen von Patienten in Krankenhäusern vorkommen. Das Bild enthält
sowohl graphische Darstellungen als auch alphanumerische Daten. Das im Bild dargestellte Hechteck A ist 1x1 cm;
es ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt und dient der Erläuterung der Einzelheiten der Bildentstehung.
In Fig. 3 ist das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
die in Verbindung mit einem bekannten System zur Darstellung alphanumerischer Daten arbeitet, dargestellt;
die zusätzliche Einrichtung ist in dem gestrichelt gezeichneten Rechteck enthalten. Die Bezugszahlen 1, 2
und 3 beziehen sich auf einen dynamischen Pufferspeicher, dem eine magnetostriktive Verzögerungsleitung in Form einer
Schleife zugeordnet ist, deren Enden über ein Schieberegister 3 so verbunden sind, daß die im Speicher jeweils
enthaltenen Informationen aus dem Schieberegister 3 durch , Taktimpulse einer zentral gelegenen Steuereinheit 4 abgefragt
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werden können. Es kann also die Zeileninformation., die auf
einem Fernsehschirm darzustellen ist, in den Zeilen von Speichern 5 und 6 eingespeichert werden, die als Schieberegister
ausgebildet sind. Der Speicher 5 ist für alphanumerische Daten, der Speicher 6 für Informationen zur
graphischen Darstellung vorgesehen. Die in den Speichern 5 und 6 gespeicherten Daten können in diesen zyklisch umlaufen.
Die im Speicher 5 gespeicherten alphanumerischen Daten werden über einen Symbolgenerator 7 einem Mischer 8 eingegeben,
in dem diese Daten graphischen Informationen zugeordnet werden, die dann auf dem Bildschirm wiedergegeben
werden.
Der Speicher 6 ist vom gleichen Typ wie der Speicher 5· Dem Speicher 6 ist ein Rechner 9 und eine Vergleichslogik 10,
beide hintereinander geschaltet, nachgeschaltet und mit dem Mischer 8 verbunden. Ein Zähler 11 für die vertikale Lage
ist zwischen die Steuereinheit 4 und die Vergleichslogik 10 geschaltet; eine Geräteeinheit 12 zur Erzeugung eines Bezugsdiagrammes
kann zwischen den Speicher 6 und den Mischer 8 geschaltet sein.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist zur Erzeugung einer Kurvenform nur eine Informationsmenge erforderlich, die
einer einzigen Zeile Text entspricht. Diese Informationsmenge wird in den Speicher 6 eingespeichert und dort so lange
gespeichert, bis alle verfügbaren Pegel durchlaufen worden sind, oder bis neue Informationen in den Speicher 6 eingeh
speichert worden sind; die neue Information wird zur Aufzeichnung einer neuen Kurvenform verwendet, die unter
die erste geschrieben wird. Die Information besteht aus 80 Binärwörtern mit je 7 Bit. Ein Binärwort kann reserviert
werden, um die entsprechende Zeile als graphische Information zu identifizieren; weiterhin können noch
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Binärwörter reserviert werden,, um Maßstabfaktoren anzugeben,
Lage der Koordinatenachsen etc. Alle 80 Binärwörter können
während jeder horizontalen Ablenkung herausgelesen werden, wobei der Speicher 6 mit 1/8 der Taktfrequenz der Steuereinheit
4 beaufschlagt wird. Diejenigen Binärwörter in einer Zeile, die der Beschreibung der Kurvenform dienen, bestehen
aus einem binären 7-Bit-Code für die Funktionswerte in den entsprechenden BinärwortStellungen. Normalerweise können
jedoch nicht? alle .128 Kombinationen der 7 Bit verwendet
werden. Die Nummern Null bis J51 sind für die Symbolaufzeichnung
reserviert. Um einen Kurvenzug zu unterbrechen, oder um Teile davon zu löschen,,kann die Nummer J52 verwendet
werden, die einen Zwischenraum im ASCII-Coder anzeigt. Normalerweise wird die Nummer 127 auch nicht benutzt. Die
erlaubten Funktionswerte sind also die Nummern 33 bis 126,
also im ganzen 94 Werte.
Die durch die im Speicher 6 enthaltenen Informationen
beschriebenen Punkte sind immer auf 80 Binärwortpositionen beschränkt, in der Horizontalen; in der Vertikalen liegen
sie auf 94 verschiedenen Pegeln. Diese Pegel treten bei.
jeder anderen vertikalen Lage (im Halbbild) auf. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltur^gsanordnung wird es ermöglicht,
einen kontinuierlichen Kurvenzug dadurch zu bekommen, daß die einzelnen Punkte mittels gerader Linien verbunden werden.
Diese Linien werden aus Punkten zusammengesetzt, deren Lagen durch Interpolation der gegebenen Werte im Rechner und durch
Vergleich mit den im Zähler 11 für die Vertikalwerte gespeicherten
Werten gewonnen werden. Die Anzahl der so zu gewinnenden Punkte ist nur begrenzt durch die Taktfrequenz
(horizontal) und durch das Fernsehraster (vertikal).
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Bei jedem 8-ten Taktimpuls der Steuereinheit 4 wird ein
neuer Funktionswert an den Rechner 9 geliefert, der aus einer Interpolationsschaltung für den Speicher 6 besteht.
Diese Zahl wird einem Register 13 (Fig. 4) eingegeben, das direkt mit dem Speicher 6 verbunden ist. Die am Ausgang eines
Addierers 14 (Fig. 4) erscheinende Zahl wird einem Register 15 eingegeben, das mit dem Addierer 14 verbunden
ist. Jedoch werden die drei Stellen mit dem geringsten Gewicht im Register 15 (bei jedem achten Taktimpuls)
gleich 100 (binär), d.h. gleich 1/2 gemacht, ohne Rücksicht auf den Addierer 14. Die sieben Stellen mit dem größten
Gewicht des Addierers 14 werden invertiert und dann einem Register 16 eingegeben. Die Schaltung ist nun so ausgeführt
(vgl. Fig. 4), daß ein weiterer Addierer 17 die Zahlen in den Registern 13 und 16 addiert und dann noch zusätzlich
eine 1 dazuzählt (die Übertrag-Konstante ist gleich 1). Der Wert am Übertrag-Ausgang wird invertiert. Der
Addierer 17 liefert eine 8-stellige Binärzahl, die gleich
ist der Differenz der Werte des Registers 13 und dem ganzzahligen Teil des Registers 15 (die sieben Stellen
mit dem höchsten Gewicht). Wenn die Differenz negativ ist, so erhält man diese als Zweier-Komplement. Der Addierer 14
addiert die erhaltene Zahl zu den Stellen geringsten Gewichtes des Registers 15 (das Vorzeichenbit der Differenz
wird expandiert). Das bedeutet eine Verschiebung nach rechts um drei Stellen, d.h. die Differenz wird durch 8 dividiert.
Bei den nächsten 7 folgenden Taktimpulsen wird nur das Register 15 gesetzt. Sein Inhalt wird jedes mal um 1/8
der Differenz zwischen dem Wert im Register 13 und dem Wert des ganzzahligen Teiles im Register 15 geändert. Die
im Register 15 gesetzte Zähl beim Setzen des nächsten Punktionswertes in das Register 13 ist gleich 1/2 plus
der ganzen Zahl, die kurz zuvor im Register 13 gesetzt war.
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Nun wird auch das Einer-Komplement dieser Zahl im Register 16 gesetzt, und es wird eine neue Differenz
errechnet.
Der ganzzahlige Teil des Wertes im Register 15 wird nun
in der Vergleichslogik 18 mit dem Inhalt des Zählers 19
für die vertikale Lage verglichen; der Zähler 19 möge von 127 angefangen abwärts zählen. Es ist nicht ausreichend,
nur zu bestimmen, ob Gleichheit besteht, wenn Lücken im Kurvenzug nicht vorkommen sollen, wenn also die Differenz
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Funktionswerten größer als 8 wird. Es werden zwei Signale a und b in der Weise
gebildet, daß a = 1 ist, wenn der Wert im Zähler 19 für
die vertikale Lage größer ist als der Wert im Register 15,
anderenfalls ist a = o; und es ist b =1, wenn der Wert des Zählers 19 dem des Registers 15 gleich ist; anderenfalls
ist b = o. Bei Jedem Taktimpuls werden die Signale a und b in zwei Flip-Flop-Schaltungen 20 und 21 gespeichert.
Zusätzlich zu den Signalen a und b treten nun noch ein
Signal c, das dem vorhergehenden Werte von a gleich ist, und ein Signal d, das dem vorhergehenden Werte von b gleich
ist, auf. Mit Hilfe der Signale a, b, c und d erzeugt nun eine logische Schaltung 22 das endgültige Videosignal an
ihrem Ausgang; dieses Signal ist gleich 1 und 'entspricht weiß, wenn der Wert im Zähler 19 (für die vertikale Lage)
gleich ist dem Werte im Register 15, oder wenn der Wert
im Zähler 19 größer als der Wert im Register 15* aber
kleiner als der vorhergehende Wert im Register 15 ist,
oder wenn der Wert im Zähler 19 kleiner ist als der Wert Im Register 15, aber größer als der vorhergehende Wert
im Register 15; anderenfalls ist das Videosignal gleich Null, was schwarz entspricht.
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Wenn zwei vertikale Lagen pro Pegel erforderlich sind, muß ein Vergleich mit 8 Bits anstatt mit 7 des Zählers 19
ausgeführt werden, weil sonst die Stärke der geschriebenen Kurve in vertikaler Richtung verdoppelt werden würde. Das
zusätzliche Bit wird zu dem linken der 7 Bits addiert (d.h. es ist von geringerem Gewicht als dieses), die
normalerweise mit dem geradzahligen Teil des Wertes im Register 15 verglichen werden. Aus schaltungstechnischen
Gründen wird der Vergleich mit dem entsprechenden zusätzlichen Bit im Register 15 durchgeführt, unter der Annahme, daß
dieses konstant und gleich 1 ist. Um die Form des Videosignals zu verbessern, sollte eine zusätzliche Flip-Flop-Schaltung
verwendet werden. Diese bewirkt eine kurze Verzögerung des Ausgangssignals. In Fig. 2 ist auf diese
Verzögerung nicht Rücksicht genommen worden.
Bei einer Modifikation der Schaltungsanordnung, die oben schon erwähnt worden ist, kann der erste Schritt des
Interpolationsprozesses, d.h. die Subtraktion, in einem Computer durchgeführt werden, wobei dann Funktionswertdifferenzen
anstatt Funktionswerte dem Rechner 9 zugeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel können dann das
Register 16 und der Addierer 17 weggelassen werden. Eine solche Ausgestaltung hat sich bei manchen Anwendungen als
nützlich erwiesen. Der Rechner 9 kann dann auch weniger kompliziert aufgebaut sein, so daß die Herstellungskosten
verbilligt werden können. Es ist noch zu bemerken, daß die durch die Änderung der Konstruktion die dem Computer
übertragene Arbeit keine größere Belastung für diesen darstellt, für den Fall, daß der Computer so ausgelegt ist,
daß er die für die bildliche Darstellung notwendige Arbeit überhaupt zu leisten vermag.
Patentansprüche
4 Bl. Zeichnungen, 4 Fig.
4 Bl. Zeichnungen, 4 Fig.
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Claims (5)
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Patentansprüche\1). Schaltungsanordnung zur Darstellung von Kurvenformen und oder alphanumerischen Daten auf einem Bildschirm, beispielsweise auf dem einer Kathodenstrahlröhre, mittels einer abhängigen Variablen (y) als Funktion einer unabhängigen Variablen (x), bei der ein mit einem Videosignal helligkeitsmodulierter Lichtpunkt gleichzeitig in zwei verschiedenen Richtungen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten (Ablenkfrequenz) über den Bildschirm geführt"wird, um ein Zeilenraster zu erzeugen, wobei die Ablenkrichtungen mit der positiven oder negativen x-Richtung und der positiven oder negativen y-Richtung zusammenfallen und so ein Koordinatensystem bilden, in dem die darzustellenden Informationen auf den Bildschirm geschrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß Speichermittel (6) vorgesehen sind, die ausgangsseitig in digitaler Form zweite Funktionswerte (y-Koordinatenwerte) oder Differenzen von solchen Funktionswerten liefern, die zeitlich*» aufeinanderfolgenden und äquidistanten, zum Zwecke der guten Auflösung in der x-Koordinate entsprechend nahe beieinanderliegenden ersten Funktionswerten (x-Koordinatenwerten) entsprechen, von denen auch die Ablenkspannungen für den Lichtpunkt der Bildröhre abgeleitet werden, daß den Speichermitteln (6) ein Rechner (9) zugeordnet iäb, dem die zeitlich aufeinanderfolgend anfallenden y-Koordinatenwerte oder deren Differenzen eingegeben werden, daß ferner eine funktionell mit dem Rechner (9) verbundene Vergleichslogik (1O1) vorgesehen ist, mittels der die gebildeten y-Koordinatenwerte und die y-Koordinate des bereits vorher geschriebenen Lichtpunktes auf dem Bildschirm miteinander verglichen werden, daß weiterhin die Lage des Lichtpunktes mittels eines Zählers (11) ermitteltV-109823/1691S.Blixt 1 - 1wird, der funktionell und schaltungsmäßig mit der ■Vergleichslogik (10) verbunden ist, und daß schließlich durch Steuerung mit dem Ausgangssignal der Vergleichslogik (10) ein der Helligkeitssteuerung der Bildröhre dienendes Videosignal dann erzeugt wird, wenn die in der Vergßichslogik (10) verglichenen y-Koordinatenwerte genau oder annähernd übereinstimmen. - 2.Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkgeschwindigkeit des Kathodenstrahles. in der x-Koordinate (Zeilenablenkung) größer (Ablenkfrequenz höher) ist als in der y-Koordinate (Bildablenkung) und daß das Speichermittel (6) so ausgebildet ist, daß aus diesem die jeweils angefallenen und auf dem Bildschirm als Kurve darzustellenden y-Koordinatenwerte (oder deren Differenzen) nacheinander während einer jeden Zeilenablenkung herausgelesen werden können, wodurch bewirkt wird, daß eine Mehrzahl von Kurven aufgrund der im Speichermittel (6) gespeicherten Informationen auf den Bildschirm geschrieben werden können, wobei die Informationen im Speichermittel (6) immer dann durch neue ersetzt werden, wenn der Lichtpunkt bei der Bildablenkung (y-Richtung) vorgegebene Pegelwerte passiert.
- 3·Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (9) so ausgebildet ist, daß die vom Speichermittel (6) in Binärform gelieferten Punktionswerte derart ergänzt werden, daß vom Rechner (9) 2n mal mehr Punktionswerte als vom Speichermittel (6) geliefert werden, wobei η eine positiveganze Zahl ist, und daß die Punktionswerte einzeln durch lineare Interpolation zwischen zwei aufeinanderfolgenden aus dem Speichermittel (6) abgelesenen Werten gebildet werden.109823/1691- ii -S. Blixt 1-1
- 4.Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (9) so ausgebildet ist, daß die vom Speiehermittel (6) in Binärform gelieferten Punktionswertdifferenzen einzeln zu dem jeweils vorher entstandenen Wert addiert werden (2 -malige Addition), so daß 2 mal mehr Funktionswerte als vom Speichermittel (6) geliefert werden, wobei η eine positive ganze Zahl ist.
- 5.Schaltungsanordnung nach Anspruch j5> dadurch gekennzeichnet , daß zur Durchführung der Interpolation die Differenz gebildet wird zwischen einem vom Speichermittel (6)gelieferten Funktionswert und dem im Ausgangsregister des Rechners (9) *zum Zeitpunkt der Entnahme des Funktionswertes enthaltenen Wert, daß diese Differenz (binär) durch Verschieben uran Stellen nach rechts durch 2 dividiert wird, daß die so erhaltene Zahl 2n mal in gleichmäßigen Zeitabständen zum Jeweiligen Wert im Ausgangsregister des Rechners (9) addiert wird, wobei das Ausgangsregister des Rechner (9) nach der letzten Addition die zuletzt vom Speichermittel (6) gelieferte Zahl enthält, das (6) gleichzeitig mit der letzten Addition einen neuen Funktionswert bereitstellt.109823/1691
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