DE4202574C2

DE4202574C2 - Schaltungsanordnung mit einem integrierten Schaltkreis

Info

Publication number: DE4202574C2
Application number: DE19924202574
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl Ing Nutz
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Microchip Technology Munich GmbH
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2012-01-31
Also published as: DE4202574A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie zur Steuerung zeitlicher Vorgänge eingesetzt werden - bei spielsweise um einen Stromfluß zeitlich zu begrenzen.

Die hierzu vorgesehenen Zeitglieder bestehen in der Re gel aus einer Vielzahl hintereinandergeschalteter Lo gik-Gatter (beispielsweise Flip-Flops), die von einem Oszillator mit einer bestimmten Taktrate angesteuert werden und eine Art "Zählerkette" bilden. Beim Anlegen der Spannungsversorgung wird über den sog. "Power-on- Reset" für die Zählerkette ein Ausgangs-Zählerstand eingestellt (beispielsweise alle Logik-Gatter auf "0" oder "1"); durch Hochzählen oder Abwärtszählen wird nach einem bestimmten Zeitintervall der Endzustand des Zeitglieds erreicht (beispielsweise alle Logik-Gatter auf "1" oder "0"). Beim Erreichen des End-Zählerstands schaltet der Ausgang des Timers um und löst dadurch eine bestimmte Reaktion aus - beispielsweise die Been digung der Energiezufuhr für eine Last (Batterieladege rät, Eierkocher, Toaster etc.).

Oftmals ist es wünschenswert, daß der momentane Zähler stand des Zeitglieds oder die Restzeit bis zum Ablauf des durch das Zeitglied vorgegebenen Zeitintervalls vi suell angezeigt wird. Dies kann beispielsweise durch mechanische Zeiger realisiert werden, wobei dieser An zeigenmodus jedoch sehr aufwendig und störanfällig ist. Alternativ dazu werden zur optischen Anzeige Leuchtdi oden eingesetzt; um jedoch eine einigermaßen gute Auf lösung sicherzustellen, ist eine aufwendige Anordnung mit einer Vielzahl von Leuchtdioden erforderlich.

Aus der DE-OS 39 20 036 ist eine Zeitanzeigevorrichtung mit elektronischem Uhrwerk und einer Zeiteinheitenan zeige bekannt. Als Zeiteinheitenanzeige ist hierbei eine Reihe von Anzeigeeinheiten vorgesehen, die von ei ner Steuereinheit sequentiell angesteuert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 anzugeben, die eine gute qualitative Anzeige des Zählerstands mit geringem Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltungsanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der momentane Zählerstand des Zeitglieds bzw. die ver bleibende Restzeit wird durch lediglich zwei lichtemit tierende Anzeigeelemente (beispielsweise Leuchtdioden oder Glühlampen) dargestellt, die an zwei für die An zeige vorgesehenen Anschlußpins des integrierten Schaltkreises (IC) extern angeschlossen sind. Die bei den lichtemittierenden Anzeigeelemente werden durch eine im IC integrierte Auswerteschaltung im Wechsel an gesteuert (d. h. sie werden wechselweise vom Strom durchflossen); das jeweilige Verhältnis von Einschalt zeit zur Ausschaltzeit der Anzeigeelemente (das Tast verhältnis) wird durch die Auswerteschaltung in Abhän gigkeit des Zählerstands vorgegeben. Dem Ausgangs-Zäh lerstand und dem End-Zählerstand werden vorzugsweise die beiden Extremwerte des Tastverhältnisses zugeord net: beim Ausgangs-Zählerstand wird das erste Anzeige element mit der maximal möglichen Einschaltzeit (ver bunden mit maximaler Leuchtdichte) und das zweite An zeigeelement mit der minimal möglichen Einschaltzeit Tastverhältnis (verbunden mit minimaler Leuchtdichte) beaufschlagt, während beim End-Zählerstand das erste Anzeigeelement mit der minimal möglichen Einschaltzeit (verbunden mit minimaler Leuchtdichte) und das zweite Anzeigeelement mit der maximal möglichen Einschaltzeit (verbunden mit maximaler Leuchtdichte) beaufschlagt wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vereinigt meh rere Vorteile in sich:

- der Zählerstand des Zeitglieds bzw. die verblei bende Restzeit des Zeitglieds ist mit nur zwei An zeigeelementen darstellbar, so daß ein einfacher und kostengünstiger Anzeigemodus realisiert werden kann
- ein Anzeigeelement dient quasi als Referenz für das andere Anzeigeelement (das menschliche Auge kann Helligkeitsunterschiede außerordentlich prä zise feststellen), so daß eine qualitativ gute An zeigemöglichkeit gegeben ist, die einen sinnvollen Überblick über den Zählerstand bzw. die Restzeit/ab gelaufene Zeit erlaubt
- die Auflösung der Anzeige ist über die Vorgabe des Tastverhältnisses und die Spezifikation des Zeit glieds nahezu beliebig einstellbar
- die Ansteuerung der Anzeigeelemente ist weitgehend unabhängig von der Taktrate des Oszillators; die Oszillatorfrequenz kann variiert werden, ohne daß sich der Anzeigemodus ändert
- die Ansteuerung der Anzeigeelemente kann durch eine einfache Auswerteschaltung (beispielsweise durch ein Pulsweitenmodulationsglied) realisiert werden.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird die Schaltungsanordnung im folgenden näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der Schaltungsan ordnung mit den einzelnen Schaltungsblöcken bzw. Kompo nenten, mit Hilfe der Fig. 2 wird die zeitliche An steuerung der Anzeigeelemente erläutert.

Die Fig. 1 zeigt den 8poligen integrierten Schalt kreis IC mit den Anschlußpins P₁-P₈, die beiden ex tern angeschlossenen lichtemittierenden Anzeigeelemente LAE₁ und LAE₂ sowie weitere periphere Bauelemente der Schaltungsanordnung.

Der integrierte Schaltkreis IC enthält folgende Kompo nenten:

- ein Zeitglied bzw. einen Timer TIM mit den Eingän gen Power-on-Reset POR, Takteingang TE und Meßlo gikeingang ME sowie den Ausgängen Taktausgang TA, Taktverhältnissteuerung TVS, Meßlogikausgang MA und Schaltausgang OUT
- eine an die beiden Ausgänge TA und TVS des Timers TIM angeschlossene Auswerteschaltung AS zur Verar beitung des Zählerstands und des Taktsignals des Timers TIM sowie zur Ansteuerung zweier mit der Auswerteschaltung AS verbundenen Anzeigetreiber ATr₁, ATr₂
- einen am Anschlußpin P₆ (Oszillatorpin) ange schlossenen Oszillator OSZ, dessen Ausgang mit dem Takteingang TE des Timers TIM verbunden ist
- einen an die beiden Anschlußpins P₇ und P₈ ange schlossenen Schaltungsteil VERS für die Spannungs versorgung des integrierten Schaltkreises IC
- einen vom Spannungsversorgungsteil VERS angesteu erten Schaltungsteil POR zur Erzeugung des Rück setz-Signals beim Einschalten der Spannungsversor gung (POR-Signal), dessen Ausgang mit dem POR-Ein gang des Zeitglieds TIM verbunden ist
- eine Leistungsendstufe LES, deren Eingang mit dem Schaltausgang OUT des Zeitglieds TIM und deren Ausgang mit dem Schaltausgang (Anschlußpin P₃) des integrierten Schaltkreises IC verbunden ist
- optional ein Synchronisationsglied SYN zur Detek tion der Netzphase, dessen Eingang mit dem Span nungsversorgungsteil VERS verbunden ist; mit Hilfe des Synchronisationsglieds SVN kann die Leistungs endstufe LES beispielsweise als Nullspannungs- Schalter eingesetzt werden
- einen Meßlogikteil ML zur meßtechnischen Kontrolle der Timer-Funktion, dessen Eingang mit dem Test- Anschlußpin P₄ des integrierten Schaltkreises IC verbunden ist; der Meßlogikteil ML wird vom Meßlo gikausgang MA des Zeitglieds TIM angesteuert bzw. steuert das Zeitglied TIM über dessen Meßlogikein gang ME an.

Als externe Komponenten der Schaltungsanordnung sind in der Fig. 1 folgende Bauelemente dargestellt:

- zur Bereitstellung der Spannungsversorgung sind die Bauelemente DV, RV und D₁ vorgesehen; der Kon densator C_g1 dient zur Aufrechterhaltung der Be triebsspannung während der negativen Halbwelle der treibenden Netzspannung
- über die am Oszillatorpin P₆ angeschlossenen Bau elemente ROSZ, COSZ kann die Frequenz des Oszilla tors OSZ in weiten Grenzen variiert werden
- am Schaltausgang P₃ des integrierten Schaltkreises IC ist ein Leistungsschalter LS angeschlossen; dieser steuert die Last L an und beendet deren Energiezufuhr nach Ablauf des vom Zeitglied TIM vorgegebenen Zeitintervalls
- an den beiden Display-Ausgängen bzw. Anzeige-Aus gängen (Anschlußpin P₁ und P₂ des ICs) sind die beiden lichtemittierenden Anzeigeelemente LAE₁ und LAE₂ angeschlossen.

Anhand des Timing-Diagramms der Fig. 2 wird im folgen den erläutert, wie die Anzeige des Zählerstands durch die beiden lichtemittierenden Anzeigeelemente LAE₁ und LAE₂ (beispielsweise zwei Leuchtdioden) erfolgt. In der Fig. 2 sind dazu die Takte des Oszillators OSZ, die Periodendauer T_P der Taktsteuerung sowie verschiedene Pulsfolgen während des Zeitintervalls t_Z vom Anfangs- Zählerstand bis zum End-Zählerstand des Zeitglieds dar gestellt.

Beim Anlegen der Betriebsspannung an den Versorgungs teil VERS des ICs wird das Zeitglied TIM über den Schal tungsteil POR auf seinen Anfangs-Zählerstand "0" ge setzt. Vom Erreichen der Freigabeschwelle der Betriebs spannung an (Zeitpunkt t_A), taktet der Oszillator OSZ das Zeitglied TIM während des Zeitintervalls t_Z bis zum End-Zählerstand (Zeitpunkt t_E) hoch. Das Zeitglied TIM erzeugt über seinen Taktsteuerungsausgang TA eine Zähl rampe, mit der die Periodendauer T_P für die Taktsteue rung festgelegt wird; gleichzeitig wird über den Takt verhältnissteuerausgang TVS des Zeitglieds TIM die Aus werteschaltung AS mit dem Änderungs-Takt (Änderungszäh ler und Komparator) beaufschlagt. Über die Auswerte schaltung AS und die beiden Anzeigetreiber ATr₁, ATr₂ werden die beiden Leuchtdioden LAE₁ und LAE₂ demnach mit einem vom Zählerinhalt des Zeitglieds TIM abhängi gen Tastverhältnis angesteuert.

Das Tastverhältnis - d. h. das Verhältnis von Ein schaltzeit zu Pausenzeit der beiden Leuchtdioden LAE₁ und LAE₂ - und damit auch die Leuchtdichte der beiden Leuchtdioden wird in Abhängigkeit der Periodendauer T_P während des Zeitintervalls t_Z (Zeitpunkt t_A bis Zeit punkt t_E) kontinuierlich variiert:

- zum Zeitpunkt t_A (Anfangs-Zählerstand) wird wäh rend der ersten Periodendauer T_P1 die erste LED LAE₁ voll aufgesteuert (keine Pausenzeit, maximale Einschaltzeit T_P) und die zweite LED LAE₂ stromlos geschaltet (keine Einschaltzeit, maximale Pausen zeit T_P)
- in der zweiten Periode T_P2 wird das Tastverhältnis dahingehend verändert, daß die zweite Leuchtdiode LAE₂ während eines Oszillator-Takts angesteuert wird und die andere LED LAE₁ während dieser Zeit stromlos bleibt
- in der dritten Periode T_P3 wird die zweite Leucht diode LAE₂ während zweier Oszillator-Takte ange steuert usw.
- in der letzten Periode T_Pn (bis zum Zeitpunkt t_E) wird die zweite Leuchtdiode LAE₂ während der ge samten Periodendauer T_P angesteuert, wohingegen die erste Leuchtdiode LAE₁ stromlos bleibt.

Sobald der Zähler TIM seinen End-Zählerstand erreicht (Zeitpunkt t_E), werden die beiden LED-Treiber ATr₁ und ATr₂ abgeschaltet; der Versorgungsstrom fließt nunmehr über die Diode D₁, so daß die beiden Leuchtdioden LAE₁ und LAE₂ nach Ablauf des Zeitintervalls t_Z dunkel ge schaltet werden.

Die Periodendauer T_P für die PWM-Steuerung kann kleiner als 10 ms gewählt werden, so daß der Betrachter den Eindruck einer sich kontinuierlich verändernden Hellig keit der beiden Leuchtdioden LAE und LAE₂ während des Zeitintervalls t_Z erhält. Da die beiden Leuchtdioden LAE₁ und LAE₂ direkt benachbart angeordnet werden kön nen, ist ein guter visueller Kontrast während des Zeit intervalls t_Z gegeben. Die momentane Helligkeit der Leuchtdioden hängt nur vom jeweiligen Tastverhältnis, aber nicht von der Periodendauer T_P ab, so daß die Os zillator-Frequenz variiert werden kann, ohne daß das Anzeige-Prinzip geändert wird.

Die Auflösung wird von der Bitzahl des Zeitglieds für die Tastverhältnissteuerung bestimmt: sind dazu bei spielsweise 5 (6) Bit vorgesehen, können 32 (64) Schritte für die Periodendauer T_P ausgeführt werden, was einer Auflösung von ca. 3% (1,8%) entspricht.

Claims

1. Schaltungsanordnung mit einem integrierten Schalt kreis (IC), der ein Zeitglied (TIM) aufweist, welches über einen Zählvorgang zwischen seinem Ausgangs-Zähler stand und seinem End-Zählerstand Zeitintervalle (t_Z) definiert, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei An schlußpins (P₁, P₂) des integrierten Schaltkreises (IC) zwei lichtemittierende Anzeigeelemente (LAE₁, LAE₂) ex tern angeschlossen sind, und daß der integrierte Schaltkreis (IC) eine Auswerteschaltung (AS) aufweist die den Zählerstand des Zeitglieds (TIM) verarbeitet und die beiden lichtemittierenden Anzeigeelemente (LAE₁, LAE₂) im Wechsel mit einem vom Zählerstand ab hängigen Tastverhältnis ansteuert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Ausgangs-Zählerstand des Zeitglieds (TIM) das erste lichtemittierende Anzeigeelement (LAE₁) maximale und das zweite lichtemittierende Anzeigeele ment (LAE₂) minimale Leuchtdichte und beim Endzähler stand des Zeitglieds (TIM) das erste lichtemittierende Anzeigeelement (LAE₁) minimale und das zweite licht emittierende Anzeigeelement (LAE₂) maximale Leuchtdich te besitzt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdichte der beiden licht emittierenden Anzeigeelemente (LAE₁, LAE₂) während des Zählvorgangs kontinuierlich und gleichmäßig abgestuft ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (AS) ein Pulsweitenmodulationsglied ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden lichtemittie renden Anzeigeelemente (LAE₁, LAE₂) Leuchtdioden sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden lichtemittie renden Anzeigeelemente (LAE₁, LAE₂) Glühlampen sind.