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Schaltung zur automatischen Uberprüfung einer von Leuchtdioden
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gebildeten Segmentanzeiqe = ~ = = = = = = = = =, = = = = = = = =
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= Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur automatischen überprüfung.einer von
Leuchtdioden gebildeten Segmentanzeige, mit einer der Segmentanzeige vorgeschalteten
Ansteuerschaltung und mit einer der Segmentanzeige nachgeschalteten Treiberstufe.
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Seymentanzeien, deren Segmente von Leuchtdioden gebildet werden, werden
üblicherweise mit Ansteuerschaltungen betrieben, die eine Ansteuerlogik sowie eine
Dekodier- Treiberstufe umfassen.
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Es ist Dedocil möc31ich, daß trotz richtiger Ansteuerung des Dekodierers
Fehler in der Segmentanzeige auftreten, so daß beispielsweise eine falsche Zahl
oder ein falscher Buchstabe angezeigt wird. Um die Funktion der Anzeigeeinheit überprüfen
zu können, besitzen daher bekannte Dekodierer- Treiberstufen einen Lampen-Testeingang,
durch dessen Ansteuerung z.B. bei einer Siebensegmentanzeige die Zahl 8 dargestellt
wird. Dabei werden alle Segmente angesteuert. Ein Fehler, beispielsweise der Ausfall
eines einzelnen Segmentes, ist dann sofort sichtbar. Die Uberprüfung jedoch findet
hierbei manuell statt. Wenn eine derartige Segmentanzeige daher an einem Gerät verwendet
wird, das eichpflichtigen Bestimmungen unterliegt, so kann diese Uberprüfungsmethode
nicht angewandt werden, da nicht zuverlässig sichergestellt ist, daß
das
Bedienungspersonal vor der Auswertung der Anzeige die überprüfung durchführt. Bei
diesen Anzeigen, also Anzeigen, die z.B.
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im eichpflichtigen Verrechnungsverkehr verwendet werden, kommt daher
nur eine automatische Prüfung mit entsprechender Fehlermeldung in Frage und auf
derartige Uberprüfungsschaltungen bezieht sich auch die Erfindung.
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Es ist eine solche Schaltung zur automatischen Uberprüfung nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Bei dieser Schaltung werden alle einzelnen
Segmente gleichzeitig angesteuert. Die der Segmentanzeige nachgeschaltctc Treiberstufe
ist eingeschaltet, so daß ein Strom über den vorgeschalteten Segmenttreiber, die
Anzeigeeinheit und die Treiberstufe fließt. Dabei ist die Spannung die an der Treiberstufe
abgegriffen werden kann, dem Gesamtstrom, der durch die Segmentanzeige fließt, proportional.
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Diese Spannung wird auf einen Komparator gegeben, wobei dann durch
entsprechende Wahl der Vergleichsspannung auf einen eventuellen Defekt der Anzeige
geschlossen werden könnte. Diese Methode weist jedoch den Nachteil auf, daß sich
der Gesamtstrom aus der Segmentanzeige bei Ausfall eines einzelnen Segmentes nur
um den der Einzelsegmentanzahl entsprochenden Bruchteil absenkt, beispielsweise
bei einer üblichen Siebenseymentallzeige um 1/7.
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Die dadurch ebenfalls nur um den I31:uchtcil abfallende Spannung in
der Treiberstufe müßte nur den Komparator ansprechen lassen.
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Da der Strom aber abhängig von Toleranzen der einzelnen Leuchtdioden
und der Segmenttreiber bei Ausfall eines Segmentes nie exakt um denselben Wert verringert
wird, kann es passieren, daß ein Einzelsegment ausfällt, die Spannung sich dadurch
aber nur so ändert, daß sie den Komparator noch nicht ansprechen läßt.
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Der Fehler wird somit nicht erkannt. Außerdem beruht diese bekannte
Uberprüfungsschaltung auf einer analogen Meßmethode, wobei auf Einschwingvorgänge
und Offsetspannungsdriften des Komparators sowie auf änderungen der Referenzspannung
zu achten ist.
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Außerdem kann man die Frequenz des Prüfzyklusses nicht beliebig erhöhen
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur automatischen überprüfung
einer von Leuchtdioden gebildeten Segmentanzeige zu schaffen, die zum Einsatz im'eichpflichtigen
Verkehr geeignet ist, mit der zuverlässig der Ausfall eines einzelnen Segmentes
festgestellt werden kann und die sich einfach und billig realisieren läßt.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Ansteuerschaltung mit Schaltelementen
zur zyklischen, zeitlich nacheinander erfolgenden Ansteuerung der einzelnen Segmente
der Segmentanzeige versehen ist und daß die Treiberstufe mit Schaltelementen ausgerüstet
ist, die bei Nichtstromfluß durch ein in einem Zeitpunkt des Prüfzyklusses angesteuertes
Einzelsegment ein Erkennungssignal erzeugen. Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung
bewirkt, daß die einzelnen Segmente einzeln nacheinander angesteuert werden, so
daß immer nur ein Segment aufleuchtet.
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Das hat den Vorteil, daß die Treiberstufe so ausgelegt werden kann,
daß sie nur dann ein Erkennungssignal abgibt, wenn kein Stromfluß durch das jeweils
angesteuerte einzelne Segment registriert wird. Schon bei geringem Stromfluß wird
dieses Erkennungssignal nicht mehr erzeugt, wobei die Stromstärke weitgehend unerheblich
ist. Toleranzen der einzelnen Leuchtdioden sind somit als Fehlerquellen ausgeschlossen.
Ebenso fallen die angegebenen Nachteile analoger Ansteuerungen weg. Das Erkennungssignal
selbst kann dann in der Art weiter ausgenutzt werden, daß beispielsweise die Inbetriebnahme
der Segmentanzeige blockiert wird, wenn ein Fehler festgestellt wird.
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In vorteilhafter Weise sind als Schaltelemente zur Ansteuerung der
einzelnen Segmente ein ei1l Dekoder, ein Segmenttreiber, ein BCD-Zähler, ein Taktgeber
und eineSteuer rl0(aik vorgesehen. Mit diesen Schaltelementen kann die Überprüfungsschaltung
billig realisiert werden.
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Der Taktgeber wird an die Steuerlogik angeschlossen, die auf ein an
die St euerlogik abgegebenes Startsignal hin im Takt des Taktgebers den zähler til};Let
und des llZähler stoppt, wenn eine
von der Anzahl der einzelnen
Segmente der Anzeige abhängige Schrittzahl des Zählers erreicht ist. In weiterer
Ausgestaltung der Erfindung ist für eine Segmentanzeige der Dekoder nach der Wahrheitstabelle
des direkten Codes mit vier Bit-Zeichen beschaltet, und steuert mit den ersten sieben
Worten jeweils ein einzelnes Segment an und erzeugt mit dem achten Wort ein Resetsignal.
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Zur Realisierung der Treiberstufe ist es günstig, wenn diese zwei
Treibertransistoren umfaßt, von denen ein erster im Takt der Steuerlogik getaktet
wird und mit dem Kollektor an die Segmentanzeige angeschlossen ist und dessen Emitter
an die.Basis des zweiten Treibertransistors angeschlossen ist, an dessen Kollektor
des Erkennungssignal zur weiteren Auswertung abgegriffen wird. Solange auch nur
ein geringer Strom durch die Segmentanzeige fließt, d.h. also, daß eben der Prüfung
jeweils unterworfene einzele Segment einen Stromdurchfluß ermöglicht, entsteht an
der Basis des zweiten Detektors eine Basisspannung, die am Kollektor des zweiten
Transistors einen Spannungsabfall erzeugt, so daß eine logische Null erhalten wird.
Nur wenn kein Strom durch die Segmentanzeige fließt, sperrt der zweite Transistor
und somit wird als Erkennungssignal eine logische Eins geliefert, wenn das gerade
angesteuerte, einzelne Segment keinen Stromdurchfluß ermöglicht, d.h. also, beschädigt
ist.
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Damit ist in sehr einfacher Weise die Unabhängigkeit von Toleranzen
der einzelnen LED's sowie der Segmenttreiber gewährleistet.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Dekoder der
überprüfungsschaltung zu einer Baueinheit mit einem üblichen Dekoder zur Ansteuerung
des Segmenttreibers für den Arbeitsbetrieb der Segmentanzeige zusammengefaßt sein.
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In vorteilhafter Weise wird das Startsignal von einer Flipflop-Schaltung
erzeugt, der Logik an den Zähler weitergegeben wird, die bei Erreichen des letzten
Wortes am Zähler wieder gelöscht wird. Das Startsignal kann dann in bestimmten Zeitabständen
periodisch an die Steuerlogik abgegeben werden, so daß diese die
überprüfung
der einzelnen Segmente periodisch einleitet. Entsteht das Erkennungssignal am Ausgang
der Treiberstufe, welches den Ausfall schon eines Segmentes zuverlässig anzeigt,
so besteht die Möglichkeit, durch entsprechende Auswertung des Erkennungssignals
den Arbeitsbetrieb des Gerätes, in dem die überwachungsschaltung eingebaut ist,
zu blockieren. Es kann aber auch vorgesehen sein, das Startsignal vor jeder Inbetriebnahme
der Segmentanzeige an die Steuerlogik automatisch abzugeben, so daß vor der Inbetriebnahme
die einzelnen Segmente überprüft werden.
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Wenn mehrere, beispielsweise zu einem Sununenzähler gehörende Segmentanzeigen
überprüft werden sollen, ist es günstig, daß zur Überprüfung mehrerer Segmentanzeigen
jeder Segmentanzeige ein Treibertransistor zugeordnet ist, wobei die Transistoren
gemeinsam an die Basis des zweiten Treibertransistors angeschlossen sind und daß
die Basen der Treibertransistoren nacheinander über einen Multiplexer angesteuert
werden und daß jeweils mit dem Signal für den ersten Treibertransistor der BCD-Zähler
weitergeschaltet wird.
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Die Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand
von in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert und beschrieben. Es
zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung, Fig. 2 ein
Blockschaltbild eines abgeänderten Schaltungsaufbaues einer erfindungsgemäßen Schaltung,
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Schaltbeispiel zur Überprüfung eines Summenzählers
mit 6 Dekaden Anzeigeumfang und Tab. 1 eine mögliche Wahrheitstabelle zur Beschaltung
des Dekoders.
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In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Uberprüfungsschaltung
1 gezeigt, mit der die einzelnen Segmente einer Segmentanzeige 2 überprüft werden
können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Siebensegmentanzeige dargestellt,
deren einzelne Segmente a bis g von Leuchtdioden gebildet werden, die in den Figuren
lediglich durch Striche dargestellt sind. Der Segmentanzeige 2 i.st ei ne Ansteuerscllclltung
vorgeschaltet, die aus einem Segrie#ittreiber ', einem Dekoder 4, einem Zähler 5,
der Steuerlogik 6 und dem Takt<j<#ber 7 besteht. Die nachgeschaltete Treiberstufe
8 erzeugt das Erkennungssi ciiial . Eine derartig aufgebaute überprüfungs schaltung
arbeitet wie folgt:
Wenn das Startsignal "Start" an die Steuerlogik
6 abgegeben wird, hat das zur Folge, daß der Takt des Taktgebers 7 auf den Clcckimpulseingang
CI des BCD-Zählers 5 gegeben wird. Der über den Reseteingang R auf Null gesetzte
Zähler 5 beginnt dann im Takt des Taktgebers 7 zu zählen, wobei an den Ausgängen
A bis C logische Signale, vorzugsweise nach dem direkten Code, entstehen. Die Signal
werden im Dekoder 4 nach der in Tabelle 1 dargestellten Wahrlieitstafel entschlüsselt
und entsprechend der Segmenttreiber 3 angesteuert. Damit werden alle einzelnen Segmente
a bis g nacheinander im Takt des Taktgebers 7 angesteuert, so daß am Ausgang der
Segmentanzeige 2 ein Strom IS fließt, wenn das jeweils gerade angesteuerte Einzelsegment
einen Stromdurchfluß erlaubt, d.h. ordnungsgemäß arbeitet. Die Treiberstufe 8 besteht
im wesentlichen aus den beiden Treibertransistoren Tr1 und Tr2, wobei der Emitter
des Transistors Tr1 an die Basis des Transistors Tr2 und über den Widerstand R1
an Masse angelegt ist. Das Taktsignal, in welchem der Zähler getaktet wird, wird
auch auf die Basis des Transistors Tr1 gegeben, so daß dieser immer dann leitend
geschaltet ist, wenn gerade ein einzelnes Segment angesteuert ist. Arbeitet dieses
im Zyklus angesteuerte einzelne Segment ordnungsgemäß, so bewirkt der Strom 1 ein
Basispotential am Transistor Tr2. Das 5 wiederum hat zur Folge, daß die am Spannungsanschluß
10 anstehend Versprgungsspannung über den Widerstand R2 und den Transistor Tr2 nach
Masse abfällt. Als Ausgangssignal SA wird somit eine logisch Null erhalten. Wenn
dagegen kein Stromfluß 1 durch die Segment-5 anzeige möglich ist, was auf einen
Defekt des gerade angesteuerte einzelnen Segmentes hinweist, entsteht kein Basispotential
am Transistor Tr2, so daß dieser sperrt. Dies hat zur Folge, daß das am Kollektor
abgegriffene Ausgangssignal SA das Erkennungssignal in der Art einer logischen Eins
liefert. Das Ausgangssignal SA kann dann weiterverarbeitet werden, z.B. kann es
den Arbeitsbetrieb des Gerätes unterbinden, dessen Ereignisse durch die Segmentanzeige
2 zur Anzeige gebracht werden sollen.
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Wenn ein Prüfzyklus durchlaufen ist, d.h. also, die einzelnen Segmente
a bis g nacheinander angesteuert worden sind, erzeugt der BCD-Zähler 5 am Ausgang
D mit dem letzten Wort das Signal Rs, welches an die Steuerlogik 6 abgegeben wird,
das Startflipflop (nicht gezeigt) löscht. Dadurch unterbindet die Steuerlogik 6
die Durchschaltung des Taktsignals vom Taktgeber 7 auf den Clockimpulseingang C1
am Zähler 5, so daß der Prüfzyklus abgeschlossen wird.
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Bei Verwendung einer solchen automatischen Uberprüfungsschaitung in
eichpflichtigen Geräten wird das Startsignal automatisch abgegeben. Dies kann in
der Art geschehen, daß vor jeder Inbetriebnahme des Gerätes zunächst die Überprüfung
aller einzelnen Segmente durchgeführt wird und erst dann, wenn kein Fehlererkennungssignal
vorliegt, die Inbetriebnahme des Gerätes möglich ist. Diese lichkeit bietet sich
beispielsweise an Zapfsäulen von Tankstellen an, wobei dann vor jedem Tankvorgang
die Überprüfung automatisch ausgelöst wird.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, das Startsignal in bestimmten Zeitabständen
auszulösen, so daß eine periodische, automatische überprüfung der Segmentanzeigen
erfolgen würde.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Dekoder
4 für die Überprüfung als Baueinheit mit dem Dekoder 4a des Ereigniszählers 9 vorgesehen
ist, so daß eine Dekoderbaueinheit 4b sowohl für die Ereigniszähler als auch für
die überprüfung funktion verwendet wird. Eine nach dem Blockschaltbild der Fig.
2 aufgebaute Schaltung arbeitet dann ebenso wie in der anhand der Fig. 1 beschriebenen
Weise.
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Der Übersichtlichkeit wegen ist in Fig. 1 und 2 die erfindungsgemäß
Überprüfungsschaltung jeweils nur für eine 7-Segmentanzeige gezeigt. Sollen mehrere,
beispielsweise die für einen Summenzähler mit 6-Dekaden Anzeigenumfang notwendigen,
in Fig. 3 mit
Dek. 1 bis Dek. 6 bezeichneten Segmentanzeigen 2
überprüft werden, so kann eine Schaltung gewählt werden, wie sie in Fig. 3 angedeutet
ist. Die Treiberstufe 8 umfaßt hierbei 6 jeweils einer Dekade zugeordnete Transistoren
Tr3 bis Tr8, deren Emitter zusammen und an die Basis des Treibertransistors Tr2
angeschlossen sind. Die Basen der Treibertransistoren Tr3 bis Tr8 werden mit einer
nicht näher gezeigten Multiplexansteuerung über die Widerstände R angesteuert, d.h.,
die Treibertransistoren Tr3 bis Tr8 werden nacheinander durchgeschaltet. Die Ansteuerung
des Zählers 5 erfolgt jeweils mit dem Signal des Treibertransistors Tr3, d.h., das
Bitmuster am Ausgang vom Zähler 5 bleibt für 6 Messungen jeweils gleich.
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Mit derartigen erfindungsgemäßen Überprüfungsschaltungen ist es also
möglich, eine automatische Überprüfung von Segmentanzeigen durchzuführen, wobei
alle Segmente unabhängig von Exemplarstreuungen und anderen, die Segmentströme beeinflussenden
Störgrößen zuverlässig auf ihre Funktionstüchtigkeit hin überprüft werden können.
Die Schaltung ist mit billigen und einfachen Elementen realisierbar und bietet insbesondere
beim Einsatz im eichpflichtigen Verkehr die Vorteile, daß die automatische Überprüfung
unabhängig von der Bedienungsperson durchgeführt werden kann und ein zuverlässiges
Ergebnis liefert.