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Schaltungsanordnung zum Betrieb und zur Funk-
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tionsfehlerüberwachung für LED-Anzeigen Dit; Erfindung betrifft eine
Schaltungsanordnung zum Betrieb und zur Funktionsfehlerüberwachung für LED-Anzeigen,
deren Anseigesegmente durch Informations-Transistoren in den Ansteuerleitungen der
Segmente von Sieben-Segment-Äiizeigeelementen auswählbar sind, und die jeweils mehrere
durch Ansteuerleitungen aus einer digitalen Datenquelle ansteuerba'e Segmente aufweist,
die entsprechend einer Signalreihe einschaltbar im Hinblick auf einen Kurzschluß
als auch den Be:riebswiderstand angesteuerter Segmente überwachbar sind, wobei die
Überwachungseinrichtung wenigstens fünf zwei Eingänge aufweisende Torschaltungen
in Form eines gepufferten C-Mos-ODER-Gatters bek mit jeweils einem Signalausgang
besitzt.
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Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DE-AS 27 27 800 bekannt.
In dieser bekannten Schaltungsanordnung wird von den Informations-Transistoren über
einen Emitterwiderstand
ein Stromsensortransistor mit einem Ausgang
betrieben, der ein Überwachungssignal für den Stromdurchgang durch das angeschlossene
Segment liefert, und in den Ansteuerleitungen sind Spannungsteiler angeordnet, von
denen jeweils der Ausgang für ein Ausgangssignal im Hinblick auf einen Kurzschluß
des angeschlossenen Segmentes abgegriffen wird. Diese beiden Ausgänge werden der
-v-Mos-Torschaltung zugeführt. Dieser Spannungsteiler besteht aus zwei Widerständen.
Dabei besteht die Möglichkei@, daß eine Spannungsänderung an dem ansteuerbaren Segment
in geschwächter Form übertragen wird, so daß auch eine Abweichung von der Schwellspannung
eines C-Mos-Gatters möglich ist. Insofern könnten hinsichtlich der Kurzschlußüberwachung
gewisse Unsicherheiten entstehen, die dadurch termieden werden, daß eine Vorselektierung
der C-Mos-Gatter erfolgt. Hierzu ist dann ein zusätzliches Gatter notwendig, das
im Multiplex-Betrieb arbeitet, wobei an Eingängen am Datenbus für die Segmente und
für die Segmen--Informationen, die jeweils von einem Mikroprozessor gespeist werden,
entsprechende Gatter angeordnet sind, um jeweils die entsprechenden Durchschaltungen
zu steuern.
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In der normalen Funktion der Segmente wird dann an dem einen eingang
der gepufferten C-Mos-Gatter eine Spannung geringer als die halbe Betriebsspannung
erzeugt, wä.rend im Falle eines Kurzschlusses diese Spannung über di halbe Betriebsspannung
ansteigt. In diesem Zusammenhan wird bemerkt, was auch weiterhin angewendet wird,
daß C- os-Gatter mit Umschaltpunkt bei etwa der halben Betriersspannung eingesetzt
werden.
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Zwar wird bei. der bekannten Ausführung eine ausreic1ende tberwachung
hinsichtlich bMrzschluß-Unterbrechung und Betriebszustand
erreicht.
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Den r Erfindung liegt aber die Aufgabe zugrunde, eine eingangs angegebene
Überwachungsschaltung mit weniger Bauelementen zu schaffen, wobei zugleich eine
zuverlässigere Ai zeige erreicht wird.
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Dabei ist davon auszugehen, daß der Ausfall eines Segmentes zwei Ursachen
haben kann, nämlich einmal den Kurzschuß des Segmentes und zum anderen die Sperrung
im Bereich des Segmentes, z.B. durch Leiterbahnbruch.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Anst-euerleitungen
Helligkeitswiderstände und Z-Dioden dem Informations-Transistor nachgeschitet vorgesehen
sind uid die Anoden und Kathoden der Z-Dioden als beide Eingange zu jeweils einem
C-Mos-Exklusiv-ODER-Gatter zugeführt sind. Dadurch wird eine Spannungsänderung am
Segment ungeteilt auf den Eingang des C-Mos-Exklusiv-ODER-Gatters übertragen. Die
dadurch erhöhte Sicherheit der Schaltung macht eine Vorselektion der C-Mos-Exklusiv-ODER-Gatter
ü: erflüssig, so daß auch schon in diesem Zusammenhang e-ne Vereinfachung der Schaltung.
erreicht wird, abgesehen davon, daß die Stromsensortransistoren nicht mehr verwendet
werden und auch die Spannungsteiler entfallen.
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Zweckmäßig ist dabei die Zündspannung der Z-Dioden so gewihlt, daß
bei normaler Funktion der Segmente in an sich bekannter Weise dem einen Eingang
des C-Mos-Exklusiv-Oi)ER-Gatters ein Eingangssignal größer als die halbe Betniebsspannung
und dem anderen Eingang ein Signal kleiner als die halbe Betriebsspannung zuführbar
ist. Hierdurch ergibt sich in der Schaltungsanordnung eine betriebssichere Ausführung
mit wenig Schaltelementen.
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In der Ausführung, in welcher ein Eingang des C-Mos-Extlusiv-ODLR-Gatters
an die Betriebsspannung über einen Arbeitswiderstand angeschlossen ist, sieht eine
vorteilhafte Ausführungsform vor, daß dieser Widerstand an die Kathode der Z-Diode
angeschlossen ist und über diesen Widerstand diesem Eingang bei im Sperrzustand
befindlichem Infornations-Transistor ein hohes Eingangssignal zuführbar ist.
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Diese Arbeitswiderstände stellen die Bezugsspannung i: der Schaltung
ein.
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An den C-Mos-Gattern in Form von Exklusiv-ODER-Gattern wird am Ausgang
ein Cberwachungssignal erzeugt, das nur dann einen hohen Pegel hat, wenn die Spannungen
am Ei gang des jeweiligen Gatters verschieden sind. Dies trifft dann zu, wenn das
Jeweils angesteubrte Segment in nor@aler Funktion arbeitet.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles
erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1
ein schematisches Schaltbild der Schaltungsanordnung zum Betrieb und zur Funktionsfehlerüberwachung
für LED-Anzeigen, fig 2 eine Darstellung für die Anordnung der Anzeigeelemente mit
den Segmenten im Vergleich zu der formalen Darstellung in Fig. 1, fig. 3 Teildarstellungen
aus der Schaltung - 5 nach Fig. 1 für die verschiedenen Betriebszustände.
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Dle Schaltung nach Fig. 1 zeigt eine Ziffernanzeige mit acnt Anzeigeelementen
1 - 8 mit jeweils acht Segmenten, vo denen sieben Segmente eine Ziffer darstellen
und das achte Segment einen Dezimalpunkt. Alle Segmente sind bezunlich Ansteuerungsleitungen
parallel geschaltet. Die Anzeigeelemente 1 - 8 sind über als Digittreiber bezeichnete
Transistoren 9 - 16 auswählbar, deren Kollektor über eiae Leitung 75 - 82 jeweils
einem Anzeigeelement 1 - 8 zugeordnet ist und deren Emitter über eine Leitung 17
an die Betriebsspannung angeschlossen ist. Die Basis dieser Transistoren ist über
Begrenzungswiderstände 18, gegebenenfalls nicht dargestellte Pufferverstärker und
Zwischenspeicher mit einem Datenbus 19 eines nicht dargestellten Mikroprozessors
verbunden, aus dem sie- gespeist werden.
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Die Segmente der Anzeigeelemente 1 - 8 sind jeweils mit einer Ansteuerleitung
22 - 29 verbunden. In Fig. 1 ist für jedes kr.zeigeelement 1 - 8 symbolisch nur
die Ansteuerleitung für en Segment gezeigt. In diesen Ansteuerleitungen sind jeweils
die Informations-Transistoren 30 - 37 angeordnet, dercn Basis von einem Datenport
20 für die Segmentinformation über Begrenzungswiderstände 39 angesteuert wird und
deren Emitter mit Masse verbunden ist. In der angeschlossenen L steuerleitung sind
jeweils ein Helligkeitswiderstand 40 - 47 und Zenerdioden 48 - 55 angeordnet. Von
den Kathoden sind Anoden jeder Zenerdiode 48 - 55 geht jeweils eine Ausgangsleitung
ab, die für die Zenerdiode 48 beispielsweise mtt 56 und 57 bezeichnet sind und zu
jeweils einem Eingang eines gepufferten C-Mos-Exklusiv-ODER-Gatters geführt ist.
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Dne verschiedenen, den jeweiligen Zenerdioden 48 - 55 zugeordneten
C-Mos-Exklusiv-ODER-Gatter sind mit 58 - 65 bezeichnet und mit einem Datenbus 21
verbunden. Der Datenbus 21 und der Datenport 20 sind gleichzahlig und werden in
bekannter Weise vergleichen.
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An die Ausgangsleitung der Zenerdiode 48 - 55, die jeweils an die
Kathode angeschlossen ist, ist ein Betriebswiderstand 66 - 73 angeschlossen, derlandererseits
über eine beitung 74 mit der Betriebsspannung + U in Verbindung steht.
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us Verdeutlichung der baulichen Anordnung wird auf Fig. 2 verwiesen.
In dieser sind die in Fig. 1 mit 83 bzw. 84 bezeichneten Schaltungsanordnungen durch
ihren Umriß wiedergegeben, wobei bezüglich 84 bemerkt wird, daß der Datenbus 21
in der Prinzipdarstellung in Fig. 2 enthalten ist. In den Anzeigeelementen 1 - 8
sind in Fig. 2 beispielsweise verschiedene der acht Segmente im Betriebszustand
gezeigt, wobei im Anzeigeelement 1 alle diese Segmente im Betriebszustand vorgesehen
sind. Hierbei ist erkennbar, daß jeweils acht Ansteuerleitungen vorgesehen sind,
von denen die Zuleitungen zu den Segmenten abgezweigt sind.
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An der Schaltungsanordnung 84 ist der Datenbus 20 angeordnet.
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Durch die beschriebene Ausführung wird eine überraschend einfache
und zuverlässig arbeitende Schaltung erreicht.
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Dabei ist die Z-Spannung der Z-Dioden 48 - 55 so gewählt, daß bei
einer normalen Funktion der Segmente in den Anzeigeelementen 1 - 8 jeweils einem
Eingang der C-Mos-Gatter 58 - 65 ein hohes Eingangssignal, das größer als die halbe
Betriebsspannung dieser Gatter ist, und dem anderen Eingang ein kleines Eingangssignal
zugeführt wird, das kleiner als die halbe Betriebsspannung der Gatter ist. Wenn
im 2'alle eines Kurzschlusses eines Segmentes in einem der Anzeigeelemente 1 - 8
ein erhöhter Stromfluß im Bereich des Anzeigeelementes entsteht, wird beiden Eingängen
des C-Mos-Gatters ein hohes Eingangssignal zugeführt, während
bei
einem geringeren Stromfluß, bzw. bei einer tJnterbrechung an einem Anzeigeelement,
bzw. wenn dieses hochohmig wird, beiden Eingängen ein kleines Eingangssignal zugeführt
wird. Dadurch ergeben sich aufgrund der Betriebseigenschaften an den Ausgängen jeweils
abweichende Signale zur Fehlererkennung.
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Zusätzlich wird bemerkt, daß dann, wenn ein Segment der Arzeigeelemente
1 - 8 nicht angesteuert wird, d.h. der zugeordnete Informations-Transistor 3o -
37 sperrt, beiden Eingängen des jeweiligen C-Mos-Gatters 58 - 65 ein hohes Eingangssignal
zugeführt wird.
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Das Ausgangssignal der C-Mos-Gatter 58 - 65 hat nur dann einen hohen
Pegel, wenn die Signale bzw. Spannungen am Eingang des Gatters unterschiedlich sind,
d.h. die Schaltung in der normalen Funktion arbeitet.
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Dieses wird beispielsweise anhand der Fig. 3 - 5 erläutert. In diesen
sind die Schaltelemente für die Ansteuerleitung 22 gezeigt. In den Fig. 3 - 5 ist
jeweils ein Betriebszustand für ein Segment symbolisch bei 85 an einem Anzeigeelement
1 dargestellt.
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Fig. 3 zeigt den Betriebszustand, in welchem das Segment in Ordnung
ist. Dabei sind an der Anode und Kathode der Zenerdiode 48 die Spannungen U1 und
U2 benannt, während das Ausgangssignal des C-Mos-Gatters 58 mit UA bezeichnet ist.
UB ist die Betriebsspannung des C-Mos-Gatters.
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In der normalen Betriebsweise ergibt sich U1 > UB/2 # "1" U2 <
UB/2 # "0" # UA = "1"
In Fig. 4 hat das Segment Kurzschluß. Dabei
ergibt sich U1 = UB # "1" U2 > UB/2 # "1" \. UA = Damit zeigt UA einen Funktionsfehler
an.
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Gemäß Fig. 5 ist im Segment 1 eine Unterbrechung, d.h. das Segment
ist hochohmig. Es ergeben sich folgende Spannungen: U1 < UB/2 # "0" U2 < UB/2
# "0" # UA = "0" Auch dieses bedeutet einen Funktionsfehler Die Zusammenhänge ergeben
sich aus dem sogenannten Logik-Diagramm der verwendeten C-MOS-Exklusiv-ODER-Gatter
U2 UA O 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 wobei "0" # U < UB/2 "1" # U > UB/2
m
Zusammenhang mit der Betriebsspannung UB ist.
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Als C-Mos-Exklusiv-ODER-Gatter können Ståndard-C-Mossatter der Serie
4000 B verwendet werden, die von verschiedenen Herstellern angeboten werden. Es
versteht sich, daß jeweils mehrpolige Gatter einsetzbar sind.
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