DE2935192C3 - Matrixsteuerschaltung für einen Oszillographenwiedergabeschirm mit einem Flüssigkristall - Google Patents
Matrixsteuerschaltung für einen Oszillographenwiedergabeschirm mit einem FlüssigkristallInfo
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Description
Matrixsteuerschaltungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art werden oft zum
Wiedergeben linienförmiger Figuren an einem Wiedergabeschirm verwendet, wobei eine Vielzahl von Reihen
und Spalten zum Erreichen einer ausreichenden Bildschärfe, beispielsweise je über hundert, erforderlich
ist.
Eine solche Matrixsteuerschaltung ist aus dem Artikel von Alt und Pleshko, IEEE Transactions on Electron
Devices, ED-21,147 (1947), bekannt.
Dabei können alle Kreuzungen von Reihen und Spalten entsprechenden Wiedergabeelementen unabhängig
voneinander angesteuert werden, ohne daß für jedes Wiedergabeelement eine einzelne Steuerschaltung
erforderlich ist. In dem genannten Artikel wird dargelegt, daß der erzielbare Kontrast schnell abnimmt,
wenn die Anzahl in Zeitmultiplex anzusteuernder Linien groß wird, was aus der Formel für das Verhältnis der
quadratischen Mittelwerte (root-mean-square, RMS) der Spannungen an den Elementen in dem EIN- bzw.
AUS-Zustand hervorgeht:
worin η die Anzahl angesteuerter Linien ist. Durch diese
Kontrastverringerung ist es ohne Sondermaßnahmen nicht möglich, mehr als etwa fünf Linien anzusteuern,
wobei das Verhältnis der quadratischen Mittelwerte etwa 1,6 beträgt
Zwar ist es möglich, durch Verwendung einer Zweifrequenzsteuerung diese Anzahl auf 100 oder mehr
zu vergrößern, aber dann treten eine Anzahl anderer Nachteile auf, wie die Notwendigkeit der Verwendung
gut stabilisierter Speisespannungen und einer stabilen Umgebungstemperatur, während außerdem ein erhöhter
Energieverbrauch auftritt.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Matrixsteuerschaltung für einen Wiedergabeschirm mit einer
Vielzahl von Wiedergabeelementen zum Wiedergeben von Oszillographenbildern, wie linienförmigen Figuren
mit einer ausreichenden Bildschärfe und einem ausreichenden Kontrast zu schaffen, ohne daß dies kostspielige
Maßnahmen erfordert.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In vielen Fällen werden die SpaJtenerregungsimpulse
und die Reihenwahlimpulse dieselbe Polarität aufweisen, wodurch die Spannung an einem EIN-geschalteten
Wiedergabeelement Null ist oder wenigstens viel niedriger als die effektive Spannung an einem
AUS-geschalteten Element. Abhängig von der Wiedergabe mit einem Flüssigkristall mit gekreuzten oder
parallelen Lichtpolarisatoren in Reflexion oder Transmission in Übertragung mit hellen Bildpunkten auf
einem dunklen Hintergrund oder umgekehrt, und abhängig von dem verwendeten Kristalltyp kann es
erwünscht sein, daß VCm> Vaus ist, wobei V der
Effektivwert einer Spannung ist.
Eine günstige Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Matrixsteuerschaltung weist dazu das Kennzeichen
auf, daß die Spaltenerregungsimpulse und die Reihenwahlimpulse dieselbe Amplitude und eine entgegengesetzte
Polarität aufweisen.
Zum Wiedergeben von zeitabhängigen Erscheinungen an einem Oszillographenwiedergabeschirm wird die
Zeitskala im allgemeinen nicht der für die Wiedergabe erwünschten Zeitreihenfolge der Ansteuerung entsprechen.
Eine weitere Ausführungsform weist dazu das Kennzeichen auf, daß die Steuerschaltung einen
Pufferspeicher zum Speichern der wiederzugebenden Information enthält, dessen Adresseneingänge mit
Ausgängen der Reihenwahlschaltung gekoppelt sind zum synchron zu der Reihenwahl Auslesen der
Information und wobei Leseausgänge mit der Spaltenerregungsschaltung zum Erzeugen von Spaltenerregungsimpulsen
gekoppelt sind.
Meistens ist ein sogenannter Zwei- oder Mehrkanaloszillograph erwünscht, Eine andere günstige Ausführungsform
weist dazu das Kennzeichen auf, daß der Pufferspeicher mindestens zwei Speicherstellen je
Spalte enthält zum gleichzeitigen Wiedergeben min-
H) destens zweier Erscheinungen am Oszillographenwiedergabeschirm.
Eine Anzahl besonderer Ausführungsformen entsprechend
den Ansprüchen 5 bis einschließlich 11 wird bei der Figurbeschreibung eingehend beschrieben.
Den jeweiligen Ausführungsformen gemein ist, daß die Tatsache ausgenutzt wird, daß bei der Wiedergabe
linienförmiger Bilder nur eine geringe Anzahl Wiedergabeelemente je Spalte ElN-gesteuert wird, wobei das
Bild linienweise (»vertikal«) statt spaltenweise (»horizontal«) abgetastet wird. In einem Wiedergabegerät mit
π Linien L und k Spalten K entsprechen die Linien
beispielsweise der Amplitude eines wiederzugebenden Signals und die Spalten einer diesem Signal zugeordneten
Zeitskala. Die Linien werden nacheinander in einer Periode T mit Impulsen mit einer Länge T/n und mit
einer Spannung V abgetastet. Wenn bestimmte Wiedergabeelemente z. B. an den Kreuzungen der
Linien /mft Spalten/und k in den EIN-Zustand gebracht
werden müssen, wird gleichzeitig mit dem Impuls an der Linie ι den Spalten j und k ein Impuls mit derselben
Zeitdauer und entweder einer Spannung Köder einer Spannung — Vzugeführt
Während einer Periodendauer T bekommen die AUS-Elemente zweimal einen Impuls mit der Amplilu-
s> de V und die EIN-Elemente im ersten Fall eine
Spannung 0 und im zweiten Fall einmal einen Impuls mit einer Spannung 2 V.
Im ersten Fall ist das mittlere Quadrat der Spannungen:
vj„ = 0 und Vjn = — ■ V2
η
η
so daß die EIN-Spannung und die AUS-Spannung des 4) anzuwendenden elektrooptischen Effektes ein beliebiges
Verhältnis haben dürfen und Vderart gewählt wird, daß die AUS-Spannung niedriger ist als V - flln.
Im zweiten Fall wird
Im zweiten Fall wird
Kl = — (2K)2 = — · V2 und K2 m = — · V2.
η η η
Nun wird
Im ersten Fall wird nun
V2 =
y2
=
V1
und der anzuwendende elektrooptische Effekt muß folglich dasselbe oder ein kleineres EIN-AUS-Spannungsverhältnis
haben, um brauchbar zu sein. Dies ist u. a. bei verzwirnd nematischen Kristallen der Fall.
Wenn ρ Elemente einer Spalte angesteuert werden
müssen zum Wiedergeben beispielsweise zweier linienförmiger Bilder oder einer Lissajoux-Figur, bekommen
die EIN- und AUS-Elemente alle p—\ Impulse mit der
Spannung I V !zusätzlich.
V2 -
r aus —
2 + (P- D
und folglich:
V- =
V-
K1.
/7+3
Davon ausgehend, daß ein Verhältnis von etwa 1 :1,6 einen ausreichenden Kontrast ergibt, siehe den genannten
Artikel, sind Werte von p=1, 2 oder 3 noch brauchbar ohne weitere Sondermaßnahmen.
Im zweiten Fall wird auf analoge Weise folgendes erhalten:
V2
(^1 = JL±_L . v1-n
P + 3
/i+l
/i+l
so daß mit p=2 ein Verhältnis von etwa 1 :1,3 erreicht
wird, was noch gerade brauchbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Wiedergabeschirms,
F i g. 2 ein Matrixbild des Inhaltes eines einfachen Pufferspeichers,
F i g. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Matrixsteuerschaltung
mit einem Schieberegisterpufferspeicher,
F i g. 4 ein Zeitdiagramm einer Schaltungsanordnung nach F i g. 3,
F i g. 5 ein vereinfachtes Schaltbild einer Matrixsteuerschaltung mit Spalten-Zählerschaltungen als Pufferspeicher,
F i g. 6 ein Zeitdiagramm einer Schaltungsanordnung nach F i g. 5.
In Fig. 1 ist ein Wiedergabeschirm 1 auf schematische
Weise mit / Linien Lo bis einschließlich L1: \ als
(horizontale) erste Erregungselektroden 2 und kSpalten
Kn bis einschließlich Kk-\ als (vertikale) zweite Erregungselektroden 3 dargestellt.
Die Kreuzungen 4 stellen Wiedergabeelemer.te i, j
dar. wobei die Elemente 5, 6, 7 und 8 umkreist sind um anzugeben, daß beispielsweise diese Elemente in einen
EIN-Zustand gebracht werden müssen, um eine Kurve 9 annähernd wiederzugeben.
Durch eine nicht dargestellte Reihenwahlschaltung werden die ersten Erregungselektroden L einzeln in
zyklischer Reihenfolge erregt, während eine ebenfalls nicht dargestellte Spaltenerregungsschaltung die Spalten
10, 11 gleichzeitig mit der Erregung der Reihe 12 und die Spalten 13, 14 gleichzeitig mit der Reihe 15
erregt.
F i g. 2 zeigt einen einfachen Pufferspeicher 21 mit derselben Matrixstruktur wie die des Wiedergabeschirms
mit Ar Adressierungseingängen 22, Ao bis
einschließlich A*_i, und /Bitlinien 23, Vo bis einschließlich
V;_i, in welchem Speicher an jeder beliebigen Bitstelle 24 eine »1« dadurch geschrieben werden kann,
daß gleichzeitig der dieser Bitstelle zugeordnete Adresseneingang und Bitleitung erregt werden. Dies
kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß eine wiederzugebende Erscheinung periodisch abgetastet wird und
die dabei gefundene Amplitude mit einem Analog-Digital-Wandler
zu den /Ausgängen derart kodiert werden, daß die Erregung eines höher numerierten Ausgangs
einer höheren Amplitude entspricht und die eines niedriger numerierten Ausgangs einer niedrigeren
Amplitude. Gleichzeitig mit der ersten Abtastung wird der Adresseneingang Ao erregt, mit der zweiten A\ usw.
Auf diese Weise entsteht an den Bitstellen 25,26,27 und
28 in diesem Beispiel eine »1«, die übrigen Bitstellen sind eine »0«.
ίο Zum Wiedergeben eines Musters am Wiedergabeschirm
werden die Bitleitungen Vobis einschließlich V/_i nacheinander erregt, gleichzeitig mit der Erregung der
entsprechenden Reihen Lo bis einschließlich L/_i, wobei an den Ausleseleitungen Oa bis einschließlich Ok-\ eine
ι-, »1 «-Spannung erscheint für jede »1 «-Bitstelle einer Bitlcitur.g. Dadurch, daß die Ausgänge O- mit den
entsprechenden Spalten K1 gekoppelt werden, entsteht
dann das gewünschte Bild am Wiedergabeschirm.
Für den eingangs genannten zweiten Fall mit :o Vem>
V„us kann gewünschtenfalls ein Pufferspeichertyp
gewählt werden mit Ausleseleitungen OO bis einschließlich
O'k-u an denen eine »O«-Spannung erscheint für
jede »!«-Bitstelle einer Bitleitung. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Pufferspeicher mit einer »0«
einzuschreiben für jeden gewünschten Bildpunkt und alle übrigen Stellen mit einer »1«.
Bevor eine neue Abtastung durchgeführt wird, wird der ganze Pufferspeicher gelöscht, d. h. alle Bitstelien
auf »AUS« gebracht.
Die Ausleseperiode wird im allgemeinen eine andere Dauer haben als die Periode der Abtastung.
Die für dieses einfache Beispiel erforderliche Steuerlogik kann von einem Sachverständigen leicht
entworfen werden. Die tatsächliche Ausführung wird dabei eine Wahl aus einer Vielzahl möglicher Abwandlungen
sein. Diesen Möglichkeiten gemein wird jedoch sein, daß eine Vielzahl von Torschaltungen erfordert
wird und insbesondere auch eine Vielzahl von Verbindungen mit dem Pufferspeicher.
Vorzugsweise wird jedoch ein anderer Pufferspeichertyp mit wesentlich weniger Adresseneingängen,
Schreibeingängen oder Leseausgängen verwendet werden. Davon werden untenstehend zwei Beispiele
ausgearbeitet. Die Einzelheiten dieser Ausarbeitungen sind für die Erfindung nicht kennzeichnend, wohl jedoch
die allgemeine Struktur. Auch hier gilt wieder, daß für die Ausarbeitung der Einzelheiten aus einer Vielzahl an
sich bekannter Abwandlungen gewählt werden kann.
F i g. 3 zeigt eine Matrixsteueranordnung mit einer Reihenwahlschaltung 30, einem Pufferspeicher 50 und
einer Spaltenerregungsschaltung 70.
In dem Beispiel ist übersichtlichtkeitshalber l=k=8
gewählt worden, aber im allgemeinen werden für /und k viel größere Werte verwendet werden, oft gleich oder
fast gleich höheren Potenzen von 2, wie /=127 und it= 256 oder ähnliches. Die als Beispiel dargestellten
Schaltungsanordnungen werden dann auf entsprechende Weise ausgebaut
Das Ganze wird mit einem zentralen Taktsignal CK am Leiter 90 angesteuert, welches Signal von einem
Wahlschalter 92 eines festen Taktsignaloszillators 94 (CLK) oder von einem »Sampling-Clock«-Eingang 96
(SC) herrührt
Aus CK wird durch Frequenzteilung ein sekundäres Taktsignal CAk abgeleitet mit Hilfe eines it-Stellungenzählers
98 (Tk), in diesem Beispiel mit Hilfe eines 8-SteIlungenzählers, der mit Hilfe von 3 Bit-Flip-Flopschaltungen
infolge aufeinanderfolgender Impulse CK
die Stellungen »0« bis einschließlich »7« (000 bis einschließlich 111) in zyklischer Reihenfolge durchläuft.
Das Taktsignal CK wird einem Zählereingang 100 zugeführt, das Ausgangssignal erscheint an einem
Übertragungsausgang 102 (carry-output) des Zählers 98. Für den Zähler kann eine binäre Zählerschaltung
verwendet werden mit einer Struktur wie die einer Signetics-54193-Zählerschaltung (siehe Philips Data
Handbook Logic - TTL1978, Seite 340).
Die Reihenwahlschaltung enthält in diesem Beispiel einen Reihenzähler 31 (Ti) mit / möglichen Stellungen,
hier also einen 8-Stellungenzähler. Für den Zähler 31
kann ein ähnlicher Typ verwendet werden wie für 7*. Die Reihenwahlschaltung enthält weiterhin ein 1-Bit-Schieberegister
32, hier wieder 8 Bits, dessen Ausgänge SL0 bis einschließlich SL1 mit den entsprechenden ersten
Erregungselektroden Lo bis einschließlich Lj gekoppelt
sind. Ein Eingang 33 des Schieberegisters 32 ist mit einem Übertragungsausgang (»carry output« CAi) 34
des Zählers 31 verbunden. Der Zählereingang 35 (»count-up« CU) und der Takteingang 36 des Schieberegisters
32 sind zusammen mit dem Ausgang 102 des Ar-Stellungenzählers 98 verbunden. Der Zählerausgang
34 ist im allgemeinen hoch (»1«), so daß am Ende des Taktsignals dem ersten Bit des Schieberegisters 37 eine
»1« zugeführt wird, die bei jedem nachfolgenden Taktimpuls weiterschiebt. Nur am Ende der Zählerstellung
111 wird C4/=»0« und danach SL7 = »0«, welcher
Wert ebenfalls danach weiterschiebt.
SL7 = »0« während der Zählerstellung 000 und
folglich erhält L7 während dieser Zeit einen negativ verlaufenden Impuls. 5Lo = »0« während der Zählerstellung
001 usw. In der Figur ist vorausgesetzt, daß der Zähler in der Stellung 110 (»6«) steht und während
dieser Zeit ist also SLs = »0« und alle übrigen SL,=»1«.
Der Pufferspeicher 50 enthält π Schieberegister,
wobei η folgt aus:
In dem gewählten Beispiel sind drei Schieberegister für 8 Leitungen ausreichend, jedes Schieberegister ist 8
Bit lang. In jeweils drei entsprechenden Bits, von jedem der drei Schieberegister eins, ist die Amplitude bei einer
Abtastung in digitaler Form vorhanden, so daß insgesamt 8 Amplituden gespeichert sind. So stellt in
dem dargestellten Zustand der Inhalt der Elemente 51, 52, 53 mit der binären Zahl 5 die Amplitude des
Abtastwertes Mo dar, auf gleiche Weise werden die Abtastwerte Mq (q=\ ... 7) in den durch Sq.o bis
einschließlich Sq2 angegebenen Bits gefunden.
Ein Ausgang 54 eines Schieberegisters wird über einen Schalter 55 zum Eingang 56 dieses Schieberegisters
zurückgeführt. AiIe Schieberegister des Pufferspeichers
schieben ihren Inhalt auf Befehl des Taktsignals zum Takteingang 57 des Pufferspeichers weiter.
Übersichtlichkeitshalber ist das Taktsignal nur für das
Schieberegisterbit 58 (Sn) dargestellt, aber steuert in Wirklichkeit alle Bits gleichzeitig, so daß alle Abtastwerte
von links nach rechts gehend umlaufen.
Dadurch, daß der Zähler 98 ein 8-Stellungenzähler ist,
läuft der ganze Inhalt genau einmal während jeder einzelnen Zählerstellung des Zählers 31 um.
Neue Amplitudenwerte können dem Schieberegister zugeführt werden, und zwar dadurch, daß die Schalter
55,59,60 und 92 umgeschaltet werden. Nun können bei
aufeinanderfolgenden Impulsen des Abtasttaktsignals 96 aufeinanderfolgende Amplitudendarstellungen der
Abtastpuffereingänge 61.62 und 63 in die Schieberegister übernommen werden. Die Abtastpuffereingänge
sind dazu beispielsweise mit entsprechenden Ausgängen eines nicht dargestellten Analog-Digital-Wandlers gekoppelt.
Nach Zyklus von in diesem Fall 8 Abtasttaktimpulsen ist der digitale Wert des ersten Abtastwertes Mo
an die Bitstellen So., angelangt und vom achten Abtastwert M1 an die Bitstellen S1J (i=0, 1 oder 2).
Danach werden die Schalt^ rückgestellt, bis eine
nachfolgende Abtastung erfolgt.
to Die Ausgänge 64, 65, 66 der linkesten Bits der drei Schieberegister, S72 bzw. S1I und S7o bilden die
Leseausgänge des Pufferspeichers.
Die Ausgänge 64, 65 und 66 des Pufferspeichers sind mit entsprechenden ersten Eingängen 80, 81 bzw. 82
einer Vergleichsschaltung 83 verbunden, von der zweite Eingänge 84, 85 und 86 mit entsprechenden Ausgängen
87,88 bzw. 89 des Reihenzählers 31 verbunden sind. Ein Vergleichsausgang 93 der Vergleichsschaltung 83 ist mit
einem Signaleingang 91 der Spaltenerregungsschaltung
2ü 70 verbunden.
Ein vollständiger 8-Stellungenlauf der Pufferspeicherschieberegister
dauert ebenso lang wie 8 Taktimpulsperioden des Taktsignals CK am Leiter 90 und folglich
ebenso lang wie nur eine Zählerstellung des Reihenzählers 31. Alle 8 Abtastwerte, die in digitaler Form im
Pufferspeicher gespeichert sind, gelangen nacheinander an die Elemente S70, S11 und S12 mit den Ausgängen 66,
65 bzw. 64.
Sobald die dadurch wiedergegebene Zahl der Stellung des Reihenzählers 31 entspricht (in diesem Fall
der Stellung »6«), erscheint am Vergleichsausgang 93 der Vergleichsschaltung eine »1«. Im dargestellten Fall
erfolgt dies nach dem zweiten bzw. vierten Taktimpuls des vollständigen Umlaufes.
Die Spaltenerregungsschaltung ist mit einem Spaltenschieberegister
71 (SK0 bis einschließlich SK6) und einer
Anzahl Spaltenpuffer-Flip-Flopschaltungen 72 (K0 bis
einschließlich K1) gebildet
Der Eingang 91 der Spaltenerregungsschaltung 70 ist zugleich der Signaleingang des Spaltenschieberegisters 71 am Bit SK6.
Der Eingang 91 der Spaltenerregungsschaltung 70 ist zugleich der Signaleingang des Spaltenschieberegisters 71 am Bit SK6.
Am Anfang des Umlaufes ist der Vergleichsausgang 93 eine »0«, so daß beim ersten der acht Taktimpulse des
Umlaufes in SKt eine »0« gebracht wird. Beim zweiten Taktimpuls wird ebenfalls eine »0« zugeführt, so daß
SK1 = KOk; gleichzeitig erscheint nun an den Eingängen
80, 81 und 82 der Vergleichsschaltung 83 eine »6«, so daß beim dritten Taktimpuls SK7 und SK6=SK5 = »0«
eine »1« zugeführt wird. Nach dem achten Taktimpuls ist die dargestellte Stellung des Spaltenschieberegisters
71 erreicht, die dem zweiten Abtastwert entsprechende »1« ist in das Bit SKi geschrieben, die dem vierten
Äbtastwert entsprechende »i« in SK3 und die übrigen Bits SK sind »0«, ebenso wie der Ausgang 93 der
Vergleichsschaltung.
Diese »0«- und »1 «-Werte werden beim achten Taktimpuls, der mit dem Übertragungsimpuls CAt des
Zählers 98 zusammenfällt, an dessen Ausgang 102 in die entsprechenden Spalten-Puffer-Flip-Flopschaltungen
72 übernommen. Die Spaltenerregungsschaltung zeigt diese Flip-Flopschaltungen noch mit dem Inhalt
100OjX)OO des vorhergehenden Umlaufes gerade vor der Übernahme zu 0101 0000. Diese Übernahme wird
am Ende der Stellung »6« des Reihenzählers 31 vollendet Beim nächsten Taktimpuls gelangt der
Reihenzähler in die Stellung »7«, im Reihenschieberegister wird SLf, eine »0«, so daß während des nächsten
Durchganges die Reihe L6 und die Spalten K\ und K3
zum EIN-Schalten der Wiedergabeelemente 100 bzw.
101, die je die Amplitude »6« darstellen, gleichzeitig erregt sind. In aufeinanderfolgenden Umläufen des
Pufferspeichers werden auf diese Weise alle Amplitudenwerte in ansteigendem Wert nacheinander wiedergegeben.
Gewünschtenfalls können im Wiedergabeschirm links und rechts vertauscht werden.
F i g. 4 erläutert den Lauf der Dingt beim Wiedergeben mit einem Zeitdiagramm einer Anzahl Signale,
wobei die Bezeichnung dieser Signale auf der linken Seite der Figur den Signalbezeichnungen in F i g. 3
entspricht.
Mit dem Pfeil 103 ist der Zeitpunkt angegeben, der dem in F i g. 3 dargestellten Bit-Zustand entspricht.
Für die Schieberegister können ein oder mehrere vom Typ Signetics 8273 verwendet werden, ein
10-Bit-Schieberegister bzw. eine größere integrierte Schaltung mit ähnlichem Aufbau (siehe das obengenannte
Handbook, Seite 573). Viele andere Typen können jedoch ebenfalls verwendet werden, nötigenfalls
mit Anpassungen, die im Bereich des Sachverständigen auf diesem Gebiet liegen.
Im allgemeinen wird der Pufferspeicher dadurch gefüllt, daß der Ausgang eines geeigneten Analog-Digital-Wandlers
in der Zeit abgetastet wird, wobei die Amplitude der wiederzugebenden Erscheinung in
Klassen aufgeteilt wird, und zwar durch Vergleich mit einer Anzahl fester Bezugsamplituden. Fällt die
Amplitude unter die niedrigste Bezugsamplitude, so ist der Ausgangskode des Analog-Digital-Wandlers »0«,
auch wenn die gemessene Amplitude um mehr als eine Klassenbreite unter die niedrigste Bezugsamplitude
fällt. Aus diesem Grund ist der Ausgang »0« einigermaßen unbestimmt, so daß es erwünscht sein
kann, die erste Erregungselektrode Lo entweder für visuelle Beobachtung abzuschirmen, oder völlig fortzulassen.
Dies gilt um so mehr für die sogenannten stapelbaren Analog-Digital-Wandler, wobei durch Stapelung
zweier oder mehrerer Wandler mit viel mehr Bezugsamplituden ein größerer Amplitudenbereich
bestrichen werden kann und/oder eine größere Bildschärfe erzielbar ist Derartige Wandler werden
nämlich beim Überschreiten der höchsten Bezugsspannung auch den Kode »0« abgeben, welcher Kode dann
ebenfalls zu einem Bildpunkt auf der Reihe L0 führen
würde.
In einer nachfolgenden Ausführungsform, wie diese in
Fig.5 gegeben ist, ist als Beispiel ein Wiedergabeschirm
1 auf schematische Weise angegeben, wobei die Reihe La fortgelassen ist Hier sind /-1 Reihen 2
dargestellt, Lx bis einschließlich L/_,, und it Spalten 3, K0
bis einschließlich Kk-U wobei für dieses Beispiel
vorausgesetzt ist, daß k> /ist
Zu der Beschreibung von Fig.5 gehört das
Zeitdiagramm F i g. 6, worin diesmal außer der Wiedergabeperiode auch die Abtastperiode dargestellt ist
In der Schaltungsanordnung nach Fig.5 wird der
Pufferspeicher durch eine Anzahl Spaltenzähler 110 gebildet, welche Anzahl der Anzahl Spalten gleich ist,
wenn je Spalte nur ein Bildpunkt wiedergegeben zu werden braucht, KT0 bis einschließlich KTt-u Während
der Abtastung können diese Spaltenzähler nacheinander aufgeladen werden, gesteuert durch ein Spaltenschieberegister
112,114. Dieses Spaltenschieberegister
selbst wird mit einem Ladetaktimpulssignal LCK, das von einem Ladetaktimpulsoszillator 116 in der Stellung
5=»1« einer Ladewahl-Flip-Flopschaltung 118 über die
Torschaltung 120,121 und 122 herrührt, angesteuert Ein
vollständiger Ladeumlauf umfaßt k Impulse LCK. Am Ende des Umlaufes, wobei das Bit Xk-\ = 1 ist, muß das
Schieberegister nicht leerschieben, wozu in dieser Stellung das Tor 121 mit dem Signal X\- \ gesperrt wird,
das mit einer Umkehrschaltung 123 erhalten wird, von derein Eingang 124 mit einem Ausgang 125 des Bit Xk-\
verbunden ist.
Vor dem Anfang des Ladevorganges steht die Flip-Flopschaltung 118 normalerweise in der Stellung
ίο S= »0« und folglich S'=»l« und kann dann auf einer
Flanke des Wiedergabetaktimpulsoszillators 117 über
das UND-Tor 130 und das ODER-Tor 131 schalten, während das UND-Tor 120 durch S= »0« gesperrt ist.
Wenn dem Startimpulseingang 133 ein Startimpuls STS' (niedrig-gehend) am /^Eingang 134 der Flip-Flopschaltung
118 zugeführt wird, wird diese bei der nächsten Taktimpulsflanke in die »1 «-Stellung gelangen. Der
KrEingang 135 ist mit dem A"*-i-Ausgang 125
verbunden und ist folglich »0«. In diesem Beispiel wird vorausgesetzt, daß die Flip-Flopschaltungen, die Schieberegister
und die Zähler bei einer ansteigenden Flanke schalten. Wenn andere Typen gewählt werden, sind
entsprechende Anpassungen selbstredend. Für die Flip-Flopschaltung ist u. a. ein Signetics 54109 verwendbar
(siehe das bereits genannte Handbook, Seite 176), für das Schieberegister und die Zähler sind auch hier
beispielsweise die obengenannten Typen 8273 bzw. 54193 verwendbar.
Sobald S= »1« geworden ist, kann S zurück zum Ladetaktimpuls LCK, insofern K5= »1« ist. Dies
geschieht also, sobald Xk-\=»U< ist und bei einer ansteigenden LC/C-Flanke. Dies geschieht, sobald eine
»1« durch das ganze Register hindurchgeschoben ist.
Die erste »1« wird dem Schieberegister aus der Einlese-Flip-Flopschaltung 137 zugeführt, von der ein
Ausgang 138 (XI) mit dem Eingang 139 des Schieberegisters verbunden ist Diese Flip-Flopschaltung ist in die
»0«-Stellung gebracht mit /=»1«, K=»\«., und zwar
dadurch, daß das Startsignal STS' gegeben wurde, während S= »0« und folglich S'=»l« ist über das
UND-Tor 140 und das ODER-Tor 141. Beim nächsten Taktimpuls CLK wird diese »1« in das erste Bit des
Schieberegisters übernommen, während XI zurückgebracht wird, da für die Flip-Flopschaltung 137 noch
immer gilt /=»1«, K<=»1«. Dadurch, daß gleichzeitig
S= »1« anlangt wird danach /=»0«, K= »1«, so daß jeder nachfolgende Taktimpuls die Flip-Flopschaltung
in der »0«-Stellung hält
Das Schieberegister ist vorher auf »0« gebracht und zwar über eine Umkehrschaltung 142 bzw. ein NOR-Tor
143. Diese Null-Stellung ist im normalen Betrieb im allgemeinen nicht notwendig, ist aber nach dem ersten
Einschalten der Steuerschaltung von Bedeutung.
Sobald das Schieberegister in die Stellung Λ/_2 = »1«
gelangt ist wird am Ende davon die Flip-Flopschaltung XI über den Eingang 145 des ODER-Tores 141
eingelesen. Dies ist während des Aufladevorganges noch unerwünscht da nun abermals eine »1« Xo
■ zugeführt zu werden droht am Ende der Stellung Xi-. ι = »1«, d. h. beim nächsten Taktimpuls. Vorher wird
jedoch am Anfang der Stellung Λ)_ι=»1« das
NAND-Tor 147 zusammen mit LCKS angesteuert,
wodurch am Ausgang 148 das Signal PL';_i=»0«
entsteht Dieser Ausgang 148 ist mit dem Rückstelleingang 149 der Flip-Flopschaltung 137 verbunden, so daß
diese gleich nach dem Entstehen der »1 «-Stellung wieder rückgestellt wird. Das Schieberegister bekommt
folglich keine nachfolgende »1« zugeführt
Zum Schluß wird infolge des Einganges 150 des
ODER-Tores 141, /=»1« während der Stellung Λ*_2 = »1« des Schieberegisters, so daß am Ende dieser
Stellung XI =»1« wird und diese Stellung während Xk-\ ==»1« beibehält, beim Taktimpuls am Ende von
Xk-\ = »1« wird also wohl eine neue »1« zu AO
zugeführt.
Während dieses vollständigen Umlaufes des Schieberegisters von AO = »1« bis einschließlich Xk-1 = »1«, sind
die Ladeeingänge 152,148,154,156 der Spaltenzählerschaltungen
110 nacheinander über die Eingangs-NAND-Tore 147 usw. erregt. Jeweils während der
ersten Hälfte einer Schieberegisterstellung ist LCK=»1« und mit S= »1« also auch LCKS=»1«;
LCK.S=»\« und A)=»l« ergibt also während einer
halben Taktperiode PL'j=»0«. Dies ist der Ladebefehl
für die verwendeten Zählerschaitungen.
Die Ladeeingänge für die Daten sind übersichtlichkeitshalber nicht dargestellt, es dürfte jedoch einleuchten,
daß der Ausgangswert des Analog-Digital-Wandlers während A)=»l« in die Zählerschaltung KT1
übernommen wird.
Diese Zähler zählen während des Ladevorganges nicht, die Rückzähleingänge CDj (160) sind infolge von
S'= »0« und folglich DCKS'= »0« gesperrt.
Am Ende des Ladevorganges sind alle Zählerschaltungen KTj folglich mit den an aufeinanderfolgenden
LCK Ladetaktimpulsen gefundenen Ausgangswerten des Analog-Digital-Wandlers geladen. Es dürfte einleuchten,
daß während dieser Abtast- und Ladeperiode LCK zugleich die Funktion der Oszillographenzeitbasis
erfüllt.
Dadurch, daß während Xk-1 = »1« die Flip-Flopschaltung
Sin die »0«-Stellung zurückgebracht wird, wird die Ladeperiode abgeschlossen. Das Schieberegister
schiebt von dieser letzten positiv verlaufenden LCK-Flanke nicht infolge von A-V-1 = »0«, womit der
Schieberegistertaktimpulsgenerator für den Teil X/ bis einschließlich Xk-1 gesperrt ist, dadurch daß
CLij = LCKS.X'k~ ι
Der erste Teil schiebt jedoch wohl bei der nächsten Flanke von DCK, sobald S'=»l« ist, und zwar dadurch,
daß
CL20 = LCKS.X'k-, + DCKS'.
X0 wird »1«, wodurch über das NOR-Tor 143 der
zweite Teil des Schieberegisters rückgestellt wird, womit also Xk-1 = »0« wird.
Damit hat die Wiedergabeperiode angefangen. Während der Wiedergabeperiode bleibt S= »0« und
S'=»!«, se daß dein zweiten Teil des Schieberegisters
keine Taktimpulse zugeführt werden, da
■■ »0«
Der erste Teil ΛΌ bis einschließlich A"/_i schiebt wohl
weiter, da
CLzo = DCKS'i+ LCKSJC'k-i)
ist, worin das zweite Glied »0« ist, und zwar infolge von
S= »0«.
Am Ende der Ladeperiode war die XI Flip-Flopschaltung
137 in die »1«-Stellung gebracht, so daß bei der ersten steigenden Flanke von DCKS' eine »1« in AO
gebracht wird. Bei derselben Flanke wird XI rückgestellt,
so daß X0 bei den folgenden Flanken immer »0« wird, wobei die »1« nach ΑΊ, A2 usw. bis X/-2 = »l«
weiterschiebt. Ebenso wie obenstehend angegeben wurde, wird am Ende der Stellung A"/_2 = »l« die
Flip-Flopschaltung 137 über den Eingang 145 des 5 ODER-Tores 141 mit /=»1« in die »1 «-Stellung
gebracht. Diese Stellung bleibt nun jedoch während der Stellung A*/_j=»l« beibehalten, so daß am Ende der
Stellung AV_ 1 = »1« eine »1« nach Xo weitergeschoben
wird. Dieser Zyklus läuft solange S'=»l« ist, d.h.: solange kein neues Signal »Start Aufladen STS«
gegeben wird. Da die Ausgänge X\ bis einschließlich Xi-] mit den entsprechenden ersten Erregungselektroden
L) bis einschließlich L/_i verbunden sind, werden
diese ersten Erregungselektroden in zyklischer Reihenfolge einzeln erregt.
Gleichzeitig wird nun das Taktsignal DCKS' dem gemeinsamen Takteingang 160 aller Spaltenzählerschaltungen
zugeführt, wonach diese bei jeder ansteigenden Flanke um eine Stellung zurückzählen werden.
Ein Zähler, der mit dem Inhalt / aufgeladen ist, wird dann nacheinander die Werte /—1, /—2, ... 1, 0, /—1,
1—2,... /+1, /usw. durchlaufen.
Die Spaltenzähler steuern die Spaltenerregungsschaltung an, die mit jeweils einem UND-Tor je Spaltenzähler
KTj, 170, 172, 174, 176 usw. gebildet ist. Die
Ausgänge dieser UND-Tore sind mit den Jt entsprechenden
zweiten Erregungselektroden 3, Ka bis einschließlich Kk-1 verbunden.
In dem Fall, wo /eine Zweierpotenz ist, ist die höchst erreichbare Stellung eines Zählers KT1 also /- 1 = 2m -1
für einen m-Bit-Zähler mit Ausgängen Qn bis einschließlich
Qm-] (158), die mit m entsprechenden Eingängen
eines zugeordneten UND-Tores, 172 und anderen verbunden sind. Ein weiterer Eingang aller UND-Tore
γ, ist mit dem Ausgang S' der Flip-Flopschaltung 118
verbunden.
Sobald also ein Zähler KTj in die Stellung /—1
gelangt, wird während der Wiedergabeperiode mit S'=»l« und allen Q0 = »1« bis einschließlich Qm-1 = »1«
der Ausgang des zugeordneten UND-Tores »1« und folglich die zweite Erregungselektrode erregt..
Es wird nun vorausgesetzt, daß ein Zähler TKj mit
dem Wert »0000« aufgeladen ist (wie beispielsweise m=4, /=16), so wird dieser Zähler beim ersten
Taktimpuls der Wiedergabeperiode in die Stellung »Uli« zurückzählen und die zweite Erregungselektrode
Kj wird während der Zeit, daß AO=»1« ist, erregt. Da
die erste Erregungselektrode Lo fehlt, wird also
entsprechend dem obenstehenden Wunsch kein Wiedergabeelement dieser Spalte erregt werden.
Wenn nun vorausgesetzt wird, daß der Zähler K T1 mit
dem Wert /+0 aufgeladen war, erreicht der Zähler KT1
die Steilun*7 /— ί erst nsch /-i-1 Taktini^ulssn so daß die
zweite Erregungselektrode KTj von dem /+1 sten
Taktimpuls bis zum /+2ten Taktimpuls des Wiedergabezyklus erregt wird. Dies ist genau die Zeit, während
der X/=»l« und folglich die Zeit, in der die erste
ETregungselektrode L,-erregt wird.
Das Wiedergabeelement 180 wird nun in den EIN-Zustand gesteuert
In dem Fall i= 1— 1 fällt die Erregung mit der von L/_ 1
zusammen und das Wiedergabeelement bei 181 würde dann in den EIN-Zustand gebracht sein.
Die »Höhe« des angesteuerten Elementes entspricht folglich immer der Amplitude des Abtastwertes Mj, der
zu der Zeit λ}=»1« über den Analog-Digital-Wandler
als Wert /j im Zähler KTj aufgeladen war, so daß die
Steuerung des flüssigen Kristalls völlig entsprechend
der Einleitung der Beschreibung erfolgt.
Es dürfte einleuchten, daß im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen aer Ausführungsform möglich sind.
So ist es beispielsweise möglich, die Zähler mit dem inversen Kode des Analog-Digital-Wandlers zu laden,
d. h, mit dem Wer:.'- 1 - /und dann die Zähler vorwärts statt rückwärts zählen zu lassen. Auch kann man die
Zähler mit / laden und dennoch vorwärts zählen lassen. Das erwünschte Resultat erscheint nun umgekehrt am
Wiedergabeschirm. Dies läßt sich dadurch wiederherstellen,
daß die ersten Erregungselektroden von oben nach unten statt von unten nach oben angeschlossen
werden, wie in F i g. 5 dargestellt ist
In allen Fällen gilt, daß im Hinblick auf das quadratische Mittelwertverhalten des Flüssigkristalls
immer eine Anzahl Wiedergabezyklen einem Ladezyklus folgen muß, beispielsweise etwa 10 Zyklen minimal.
Wegen der Zeitkonstante des Flüssigkristalls wird die Frequenz vorzugsweise auf mindestens 10 Wiedergabezyklen/Sekunde
gewählt.
In dem Beispiel nach F i g. 3 wird also für CAi am
Ausgang 34 des Zählers 31 eine Frequenz >10Hz erfordert, dadurch also eine Frequenz >
10 ■ /Hz für CAk am Ausgang 102 des Zählers 98 und eine Frequenz
>10 · kl Hz für die Wiedergabetaktfrequenz des Taktoszillators 94.
In dem Beispiel nach Fig.5 wird eine Frequenz
> 10 Hz für XI am Ausgang 138 der Flip-Flopschaltung
137 und eine Frequenz > 10 · /Hz für den Taktimpulseingang CL20 des Schieberegisters 112 während der
Wiedergabeperiode erfordert und folglich dieselbe Frequenz >10 ■ /Hz für den DCK-Wiedergabeoszillator
117.
In den beiden gegebenen Beispielen darf ein nachfolgender Ladevorgang zu einem beliebigen
Zeitpunkt in einem Wiedergabezyklus anfangen, die Abtastperiode braucht also nicht mit dem Wiedergabezyklus
synchronisiert zu werden. Dies bedeutet, daß ein Ladevorgang inmittelbar nach beispielsweise einem
sogenannten »Triggerw-Signal des Oszillographen starten kann.
Im allgemeinen werden die erforderlichen Schieberegister, Zähler, Flip-Flopschaltungen und Torschaltungsn
in einer oder mehreren sogenannten »Large-Scale-Integrated«-Schaltungen
(LSI-Schaltungen) kombiniert. Dabei ist eine einfache Struktur meistens wichtiger als
eine Minimalisierung der Anzahl integrierter Elemente. In diesem Fall empfiehlt es sich möglicherweise in dem
Beispiel nach Fig.5, die Schieberegister für die Reihenerregung, und das Spaltenladen nicht zu kombinieren,
sondern zwei einzelne Schieberegister zu je j bzw. k Bits zu verwenden. Die Steuerung derselben mit
Takt- und Rückstellsignalen wird dann vereinfacht.
Zum Schluß sei bemerkt, daß in dem Fall nach F i g. 5 vorausgeseitt war k>l. Sollte jedoch k<l sein, so fällt
das Schieberegister 114 völlig fort und das Schieberegister
112 behält die Länge /. Die Steuersignale für den Ladezyklus sollen dann entsprechend angepaßt werden
eine Aufgabe, die von einem Sachverständigen aul diesem Fachgebiet leicht durchgeführt werden kann.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Matrixsteuerschaltung für einen Oszillographenwiedergabeschirm,
der auf einer Seite mit einer Anzahl linienförmiger erster Erregungselektroden
und auf der anderen Seite mit einer Anzahl linienförmiger zweiter Erregungselektroden, die die
ersten Erregungselektroden kreuzen, versehen ist, mit einem Flüssigkristall vom quadratischen Mittelwert
(root-mean-square)-Typ, von dem ein Teil zwischen zwei sich kreuzenden Elektroden liegt und
einen Wiedergabeschirm bildet, ferner mit einer Reihenwahlschaltung zum wiederholten Erregen der
ersten Erregungselektroden und mit einer Spaltenerregungsschaltung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spaltenerregungsschaltung zum Wiedergeben eines Bildpunktes durch ein Wiedergabeelement der diesem Wiedergabeelement
entsprechenden zweiten Erregungselektrode eine Anzahl Spaltenerregungsimpulse zuführt, und
zwar jeweils gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig mit von der Reihenwahlschaltung der diesem
Wiedergabeelement entsprechenden ersten Erregungselektrode zugeführten Reihenwahlimpulsen.
2. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltenerregungsimpulse
und die Reihenwahlimpulse dieselbe Amplitude und entgegengesetzte Polarität aufweisen.
3. Matiixsteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Pufferspeicher zum Speichern der wiederzugebenden
Information, enthält, dessen Adresseneingänge mit Ausgängen der Reihenwahlschaltung
gekoppelt sind zum synchron zu der Reihenwahl Auslesen der Information und dessen Leseausgänge
mit der Spaltenerregungsschaltung zum Erzeugen von Spaltenerregungsimpulsen gekoppelt sind.
4. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher
mindestens zwei Speichersteüen je Spalte enthält zum gleichzeitigen Wiedergeben mindestens zweier
Erscheinungen am Oszillographenwiedergabeschirm.
5. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenwahlschaltung
mit einem Schieberegister mit einer Anzahl Elemente mindestens entsprechend der Anzahl
erster Erregungselektroden und mit einer Reihenzählerschaltung versehen ist, von der aufeinanderfolgende
Zählerstellungen aufeinanderfolgenden gewählten ersten Erregungselektroden entsprechen w
und wobei ein Ausgang eines Elements des Schieberegisters mit der entsprechenden ersten
Erregungselektrode gekoppelt ist, und vom Schieberegister ein Signal mit einer Bitlänge eins zum
nacheinander Erregen der ersten Erregungselektroden weiterschiebt.
6. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltenerregungsschaltung
mit einer Spaltenwahlschaltung und mit einer Vergleichsschaltung versehen ist, von der eine bo
Gruppe erster Eingänge mit den Leseausgängen des Pufferspeichers, eine Gruppe zweiter Eingänge mit
Ausgängen der Reihenzählerschaltung und ein Vergleichsausgang mit der Spaltenwahlschaltung
zum Zuführen eines Erregungsimpulses zu einer μ zweiten Erregungselektrode gekoppelt ist, wenn der
dieser zweiten Erregungselektrode entsprechende Inhalt des Pufferspeichers der Stellung der Reihenzählerschaltung
entspricht
7. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher mit
mindestens einem Pufferschieberegister ausgebildet ist
8. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Steuerschaltung
einen Pufferspeicher zum Speichern der wiederzugebenden Information enthält, welcher Pufferspeicher
mit mindestens einer Spaltenzählerschaltung für jede zweite Erregungselektrode ausgebildet ist
welche Spaltenzählerschaltungen mit je einem Zählimpulseingang, ein Ladeimpulseingang, einer
Anzahl Dateneingänge und einer Anzahl Zählerausgär.ge versehen sind, wobei entsprechende Dateneingänge
aller Spaltenzählerschaltungen durch Verbindungsleiter miteinander verbunden sind, die
Einschreibeeingänge des Pufferspeichers bilden und wobei die Zähierausgänge mit der Spaltenerregungsschaltung
gekoppelt sind.
9. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Steuerschaltung mit
einem Spaltenschieberegister mit einer Anzahl Elemente entsprechend der Anzahl Spaltenzählerschaltungen
versehen ist zum nacheinander erregen der Ladeimpulseingänge der Spaltenzählerschaltungen.
10. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet daß die Reihenwahlschaltung
mit einem Reihenschieberegister mit einer Anzahl Elemente mindestens entsprechend der
Anzahl erster Erregungselektroden versehen ist zum nacheinander erregen der ersten Erregungselektroden.
11. Matrixsteuerschaltung nach Anspruch 9 oder
10, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltenschieberegister
und das Reihenschieberegister zu einem einzigen Schieberegister kombiniert worden sind.
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