DE3723299C2 - Lichtregler für eine Anzahl von matrixartig angeordneten Lampen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtregler für eine An­ zahl von matrixartig angeordneten Lampen, umfassend eine Steuereinrichtung mit einem ersten und einer zweiten Ausgabe­ einheit, die über erste und zweite Leitungen an eine erste Multiplex-Schaltanordnung und eine mit dieser synchronisierte zweite Multiplex-Schaltanordnung zum spaltenweisen bzw zeilen­ weisen Schalten der ersten bzw. zweiten Anschlüsse der Lampen angeschlossen sind, wobei die Signale zur zeilenweisen Ansteuerung der Lampen mit Steuersignalen aus der Steuerein­ richtung verknüpfbar sind, und diese Steuersignale die Dauer der der zweiten Multiplex-Schaltanordnung zugeführten Signale bestimmen.

Ein derartiger Lichtregler ist aus der DE-OS 28 06 227 bekannt und umfaßt eine Ansteueranordnung für ein Anzeigefeld aus einer Matrix von bistabilen Leuchtelementen, bei der eine Grauskala-Leuchtdichte für das Anzeigefeld durch Zusammenfassen mehrerer geteilter Leuchtperioden erzeugt wird. Hierzu ist eine Schaltungseinrichtung zum Erhöhen oder Verringern der jeweiligen Dauer der geteilten Leuchtperioden entspre­ chend zueinander vorgesehen, um die Grauskala-Leuchtdichte des Anzeigefeldes zu steuern. Bei dieser Ansteueranordnung ist der Schaltungsaufwand sehr groß. Es werden nicht einfach Signale miteinander verknüpft, sondern die Signaldauer wird durch getrennte Signale bestimmt, d. h. es wird jeweils ein Zündimpuls und ein Löschimpuls eingegeben, um die Leuchtdauer der Lampen festzustellen. So wird zusätzlich ein Differenzierer eingesetzt, wodurch der Schaltungsaufwand erhöht ist, was sich bei in großen Stückzahlen hergestellten Teilen stark be­ merkbar macht. Vereinfachungen liegen daher im Interesse der Hersteller und werden daher zur Herabsetzung der Kosten nach Möglichkeit durchgeführt.

In Fig. 1 ist eine bekannte Matrixanordnung dargestellt. Als Steuereinrichtung ist im gezeigten Bei­ spiel ein Rechner 2, insbesondere ein Mikroprozessor, über eine erste bzw. zweite Ausgangsleitung 10, 12 mit einem ersten und einem zweiten Anschluß, d. h. Ausgabeeinheiten oder Ports 4 bzw. 6 vorgesehen. Mittels des Rechners 2 wird eine Matrixanordnung von Lampen 50 (z. B. 8×8-Matrix) ange­ steuert, deren Lampen mit ihrem ersten bzw. zweiten Anschluß an den positiven Anschluß 48 einer Span­ nungsquelle bzw. an Erde angeschlossen werden. Die Lampen 50 der Matrixanordnung werden im gezeigten Beispiel dabei durch einen Impuls von 2 ms Dauer z. B. mit einer Taktzeit von 16 ms auf maximale Helligkeit gebracht. Zu diesem Zweck ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Multiplex-Schaltanordnung 20, bestehend aus acht Transistoren 22 ₁ bis 22 ₈, vorgesehen. Die Basis der Tran­ sistoren 22 ₁ bis 22 ₈ ist jeweils über erster Leitungen (Basis-Steuerleitungen) 24 ₁ bis 24 ₈ an den ersten Port 4 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren 22 ₁ bis 22 ₈ sind sämtlich über eine gemeinsame Leitung 26 mit dem positiven Anschluß 48 verbunden. Die Kollektoren sind jeweils mit den in Reihe geschalteten ersten Anschlüs­ sen der Lampen jeweils einer zugeordneten Spalte der Matrixanordnung 50 über Leitungen 28 ₁ bis 28 ₈ verbunden.

Eine zweite Schaltanordnung 30 ist den Zeilen der Matrix­ anordnung von Lampen 50 zugeordnet. Die zweite Schaltan­ ordnung umfaßt 8 Transistoren 32 ₁ bis 32 ₈, deren Basis je­ weils mittels zweiter Leitungen (Basis-Steuerleitungen) 34 ₁ bis 34 ₈ am den zwei­ ten Port 6 angeschlossen ist. Die Kollektoren der Transi­ storen 32 ₁ bis 32 ₈ sind mittels Leitungen 36 ₁ bis 36 ₈ mit den zweiten jeweils in Reihe geschalteten Anschlüssen der Lampen 50 der Matrixanordnung verbunden. Die Emitter der Tran­ sistoren 32 ₁ bis 32 ₈ sind mit Erde verbunden.

Über die Ports 4 und 6 werden den Lampen 50 der Matrixanordnung vom Rechner 2 aufbereitete Signale zugeführt, so daß die Matrixanordnung von Lampen 50 zu einer gewünschten Beleuchtung führt. Wie erwähnt, reicht eine Impuls­ dauer von 2 ms aus, um die Lampen 50 jeweils auf maximale Leuchtstärke zu bringen. Wenn die Transistoren 22 ₁ bis 22 ₈ sukzessive jeweils mit einem Steuerimpuls von 2 ms Dauer angesteuert werden, so kann auf diese Weise die Matrixanordnung von Lampen 50 voll angeschaltet sein, vorausgesetzt, die Tran­ sistoren 32 ₁ bis 32 ₈ sind zu den entsprechenden Zeiten leitend. Die einzelnen Lampen sind dann jeweils 2 ms lang eingeschaltet und 14 ms lang ausgeschaltet.

Bei der Matrixanordnung von Lampen 50 werden aber im allgemeinen nicht sämtliche Zeilen, sondern eine oder mehrere Stufen diese Zeilen nacheinander eingeschaltet, wie dies gewünscht ist. Ent­ sprechend ist dann die zweite Schaltanordnung 30 so ausgebildet, daß die Transistoren 32 ₁ bis 32 ₈ in gewünschter Kombination so eingeschaltet werden, daß z. B. nur die erste, dritte, fünfte und siebte Zeile der Matrixanordnung von Lampen 50 leuchten. Zum Einschalten einer bestimmten Zeile muß je einer der Transistoren 32₁ bis 32₈ der zweiten Schaltanordnung 30 eingeschaltet werden. Dementspre­ chend werden die Transistoren 32 ₂, 32 ₄, 32 ₆ und 32 ₈ nicht eingeschaltet, damit die Matrixzeilen 2, 4, 6 und 8 nicht leuchten. Die Ansteuerung der Transistoren 22 ₁ bis 22 ₈, d. h. die Multiplex-Taktzeit, bleibt dabei unverändert.

Nachteilig bei einer derartigen Schaltanordnung ist, daß die Ausleuchtung nur inkrementell, d. h. stufenweise, vorgenommen werden kann.

Zur stufenlosen Regelung ist es bekannt, stufenlose Licht­ regler oder Dimmer zu verwenden. Gängig sind Schaltungen mit einstellbarer Ausgangsspannung, die z. B. durch einen einstellbaren Widerstand bzw. ein Potentiometer einstellbar ist. Dies soll Fig. 2 veranschaulichen, in der eine Einzellampe 44 mit vorgeschaltetem Potentiometer 46 als steuerbarem Wider­ stand dargestellt ist. Die Steuereinrichtung vom Rechner 2 kann dabei entsprechend (a) oder (b) zur Ansteuerung vorgesehen sein. Die Ausgestaltung von Dimmerschaltungen im einzelnen ist bekannt und ist daher nicht weiter dargestellt und be­ schrieben. Derartige Dimmerschaltungen können jedoch nicht zur Lichtregelung von matrixartig angeordneten Lampen wie der in Fig. 1 gezeigten Anordnung verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtregler zu schaffen, der bei einer Anzahl matrixartig angeordneter Lampen einsetzbar ist, wobei der Schaltaufwand verringert und außerdem ein solcher Lichtregler wirtschaftlich hergestellt werden soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - die Steuereinrichtung ein Mikroprozessor ist,
• - an den Mikroprozessor eine dritte Ausgabeeinheit ange­ schlossen ist, die über Leitungen mit jeweils einem ersten Eingang einer UND-Gatteranordnung verbunden ist,
• - die zweite Ausgabeeinheit über Leitungen mit jeweils einem zweiten Eingang der UND-Gatteranordnung verbunden ist,
• - die Ausgangsanschlüsse der UND-Gatteranordnung mit der zweiten Multiplex-Schaltanordnung verbunden sind, und
• - die Steuersignale mit selektiv wählbarer Impulsdauer von dem Mikroprozessor auf die dritte Ausgabeeinheit geführt sind,
• - wobei die Leuchthelligkeit der Lampen durch die jeweils gewählte Impulsdauer der Steuersignale bestimmt ist.

Vorteilhafte Weitergestaltungen des erfindungsgemäßen Lichtreglers sind Gegenstand der Unteransprüche.

Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Lichtreglers ist die Einführung zusätzlicher Anschlußsignale in Kombination mit einer UND-Gatteranordnung. Eine Steuerung dieser zusätz­ lichen Anschlußsignale entsprechend bzw. gekoppelt mit den Signalen aus dem ersten bzw. zweiten Ausgabeeinheit (Port) ermöglicht es, spaltenweise einen Dimmereffekt bzw. eine Hellig­ keitsregelung zu erreichen. Die Verringerung der Helligkeit der matrixartig angeordneten Lampen wird dadurch erreicht, daß die Zeitdauer der den Lampen zugeführten Impulse kürzer als 2 ms (entsprechend der maximalen Helligkeit) gewählt wird.

Hierzu können die zusätzlichen Steuersignale mit Steuersignalen aus der ersten oder zweiten Ausgabeeinheit logisch ver­ knüpft werden, so daß eine Ansteuerung der einzelnen Lampen jeweils nur stattfindet, wenn die Steuersignale zugleich anliegen. Eine Verkürzung der Steuersignale be­ wirkt dann effektiv eine Verkürzung der für die Spalten bzw. Zeilen vorgesehenen Steuersignale und damit eine Helligkeits­ verringerung. Die Zeiteinstellung kann dabei rechnergesteuert bzw. synchronisiert mit der Multiplex-Steuerung erfolgen.

Bevorzugt ist eine Zuordnung der UND-Gatteranordnung zur zweiten Ausgabeeinheit und der zweiten Multiplex- Schaltanordnung, wobei die Steuersignale dazu verwendet werden, die Dauer der Signale zu verkürzen. Zweckmäßig wird eine dritte Ausgabeeinheit des Mikroprozessors zur Ausgabe der Steuersignale verwendet und an diese ist eine UND- Gatteranordnung angeschlossen, deren jeweils erste Eingänge mit der zweiten Ausgabeeinheit, deren jeweils zweite Eingänge mit der zweiten Ausgabeeinheit und deren Ausgänge mit dem Eingang der zweiten Multiplex-Schaltanordnung verbunden sind. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Lichtreglers ist die Taktzeit der Multiplex-Schaltanordnung unverändert.

Die Schaltanordnungen werden bevorzugt durch Transistoren verwirklicht, deren Basisanschlüsse jeweils rechnergesteuert sind. Die erste Multiplex-Schaltanordnung umfaßt eine Anzahl von Transistoren entsprechend der Spaltenzahl der matrixartig angeordneten Lampen. Zweckmäßig umfaßt die zweite Multiplex- Schaltanordnung eine Anzahl von Transistoren entsprechend der Zeilenzahl der matrixartig angeordneten Lampen, wobei die Transistoren ebenfalls vom Mikroprozessor her basisgesteuert sind. Bei entsprechender Beschaltung der zweiten jeweils in Reihe geschalteten Anschlüsse der matrixartig angeordneten Lampen ist es jedoch bei einer Variante des erfindungsgemäßen Lichtreglers möglich, nur einen Schalter für die zweite Multiplex- Schaltanordnung zu verwenden. Die UND-Gatteranordnung bräuchte dann bei einer Ausgestaltung nur ein UND-Gatter zu enthalten, das allerdings zeitlich mit den Schaltern der Multiplex- Schaltanordnung synchronisiert ist, so daß entsprechend der Spaltenansteuerung eine gewünschte Helligkeit spalten­ weise erzielt wird. Alternativ könnte die UND- Gatteranordnung mit der Multiplex-Schaltanordnung kombiniert werden.

Der erfindungsgemäße Lichtregler ermöglicht grundsätzlich eine spaltenweise Einstellung der Helligkeit der matrixartig angeordneten Lampen. Selbstverständlich kann alternativ eine zeilenweise Helligkeitseinstellung erfolgen. Es kann auch der Lampenanordnung eine Matrixsteuerschaltung mit entsprechenden Steuerelementen vorgeschaltet sein, die durch den Lichtregler gesteuert werden. Der erfindungsgemäße Lichtregler kann auch mit einem Dämmerungsschalter kombiniert sein, so daß sich vollautomatische Lichtregelung ergibt.

Der erfindungsgemäße Lichtregler und das erfindungsgemäße Verfahren können bei Matrixanordnung wie leuchtende Werbe­ flächen aber auch zur Ausgestaltung von Anzeigefeldern, z. B. bei Spielgeräten, eingesetzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Schaltung einer bekannten Matrix­ anordnung, von Lampen,

Fig. 2 den schematischen Aufbau einer bekannten rechnerge­ steuerten Lichtregelung für eine einzelne Lampe,

Fig. 3 die Signalform (a) eines Steuerimpulses für maximale Helligkeit und (b) eines Impulses für geringere Helligkeit im Vergleich,

Fig. 4 die Zeitverhältnisse der Signale zur Ansteuerung einer Spalte einer Matrixanordnung für (a) maxi­ male Helligkeit und (b) eine geringere Helligkeit und

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Schaltung eines er­ findungsgemäßen Lichtreglers.

In Fig. 5 ist die Schaltung eines erfindungsgemäßen Licht­ reglers dargestellt. Ein als Steuereinrichtung dienender Rechner Steuereinrichtung 2 weist drei über eine erste, zweite und dritte Ausgangsleitung 10, 12 und 14 verbundene Anschlüsse (Ports, Ausgabeeinheiten) 4, 6 und 8 auf. An den ersten Port 4 sind über erste Leitungen 24 acht eine erste Multi­ plex-Schaltanordnung 20 bildende Transistoren 22 ₁ bis 22 ₈ basisgesteuert angeschlossen, deren Emitter mit dem posi­ tiven Anschluß 48 einer Spannungsquelle über eine gemein­ same Leitung 26 verbunden sind, während ihre Kollektoren über Leitungen 28 ₁ bis 28 ₈ mit ersten jeweils in Reihe ge­ schalteten Anschlüssen jeweils einer Spalte der Lampen 50 einer Matrixanordnung (im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine 8 × 8-Matrix, 64 Lampen) verbun­ den sind.

Eine zweite Multiplex-Schaltanordnung 30 umfaßt acht Transistoren 32 ₁ bis 32 ₈, die zum zeilenweisen Schalten der zweiten jeweils in Reihe geschalteten Anschlüsse der Lampen 50 der Matrixanordnung vorgesehen sind. Basis-Steuerleitungen (zweite Leitungen) 34 ₁ bis 34 ₈ steuern dabei die Transistoren 32 ₁ bis 32 ₈ an, wobei die Kollektoren über Leitungen 36 ₁ bis 38 ₈ mit der Matrixanordnung verbunden sind und die Emitter an Erde an­ geschlossen sind. Aus dem dritten Port 8 sind acht Steuerleitungen 16 ₁ bis 16 ₈ herausgeführt, die mit ersten Anschlüssen von UND-Verknüpfungsgliedern (UND-Gatteranordnungen) 18 ₁ bis 18 ₈ ver­ bunden sind. Die zweiten Eingangsanschlüsse der UND-Gatteranordnungen 18 ₁ bis 18 ₈ sind über Verbindungsleitungen 38 ₁ bis 38 ₈ mit dem zweiten Port 6 verbunden. An die Ausgänge der UND-Gatteranordnungen 18 ₁ bis 18 ₈ sind die Basis-Steuerleitungen 34 ₁ bis 34 ₈ der Transistoren 32 ₁ bis 32 ₈ der zweiten Schaltanordnung 30an­ geschlossen.

Die Transistoren 32 ₁ bis 32 ₈ wird somit nur ein Basis- Steuersignal zugeführt, wenn an den UND-Gatteranordnungen 18 ₁ bis 18 ₈ sowohl ein Signal auf den Steuerleitungen 16 ₁ bis 16 ₈ als auch auf den Verbindungsleitungen 38 ₁ bis 38 ₈ anliegt. Die Helligkeit wird bei dieser Anordnung über den dritten Port 8 vom Rechner 2 gesteuert, indem den UND-Gatteranordnungen 18 ₁ bis 18 ₈ Steuersignale mit selek­ tiv gewählter Impulsdauer zugeführt werden. Entsprechend ändert sich die Impulsdauer der den Transistoren 32₁ bis 32₈ und somit den Lampen 50 zugeführten Signale. Je nach der Impulsdauer leuchten daher die Lampen 50 unterschiedlich hell. Die Ein­ stellung kann dabei stufenlos erfolgen. Bei der gezeigten Schaltung erfolgt nur eine spaltenweise Einstellung der Helligkeit, die jedoch spaltenweise unterschiedlich sein kann.

In Fig. 3 sind die Zeitverhältnisse der Steuersignale ver­ anschaulicht. Mit (a) ist ein Impuls angedeutet, dessen Dauer im gezeigten Ausführungsbeispiel 2 ms ist und durch den eine maximale Helligkeit der Lampen erzielt werden kann. Bei dem mit (b) veranschaulichten Impuls handelt es sich um einen kürzeren Impuls mit einer Dauer von weniger als 2 ms, der daher zu einer geringeren Helligkeit der Lampen geführt.

Diese Verhältnisse sind in Fig. 4 unter Bezug auf die in Fig. 5 dargestellte Matrixanordnung von Lampen 50 veranschaulicht. Der mit (a) und (b) veranschaulichte Impulszug dient jeweils zur Ansteuerung einer Spalte. Der obere Impulszug (a) steuert die Spalte mit maximaler Helligkeit an, d. h. das Schalt­ signal hat die Dauer von 2 ms. Die Spalte ist 2 ms lang mit dem Signal beaufschlagt, während der restlichen 14 ms des Steu­ ersignalzyklus liegt keine Spannung an. Bei (b) ist die Helligkeit der Spalte deutlich geringer. Die Dauer des Steuerimpulses ist nur 1 ms, d. h. dies ist die Dauer der vom dritten Port 8 zugeführten Steuersignale. Während der restlichen 15 ms eines Taktzyklus liegt keine Spannung an den Spalten an.

Claims (3)

1. Lichtregler für eine Anzahl von matrixartig angeordneten Lampen (50), umfassend eine Steuereinrichtung (2) mit einer ersten und einer zweiten Ausgabeeinheit (4, 6), die über erste und zweite Leitungen (24, 34) an eine erste Multiplex-Schaltanordnung (20) und eine mit dieser syn­ chronisierte zweite Multiplex-Schaltanordnung (30) zum spaltenweisen bzw. zeilenweisen Schalten der ersten bzw. zweiten Anschlüsse der Lampen (50) angeschlossen sind, wobei die Signale zur zeilenweisen Ansteuerung der Lampen (50) mit Steuersignalen aus der Steuereinrichtung (2) verknüpfbar sind, und diese Steuersignale die Dauer der der zweiten Multiplex-Schaltanordnung (30) zugeführten Signale bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Steuereinrichtung (2) ein Mikroprozessor ist,
• - an den Mikroprozessor (2) eine dritte Ausgabeeinheit (8) angeschlossen ist, die über Steuerleitungen (16) mit jeweils einem ersten Eingang einer UND-Gatter­ anordnung (18) verbunden ist,
• - die zweite Ausgabeeinheit (6) über Verbindungsleitungen (38) mit jeweils einem zweiten Eingang der UND-Gatteranordnung (18) verbunden ist,
• - die Ausgangsanschlüsse der UND-Gatteranordnung (18) mit der zweiten Multiplex-Schaltanordnung (30) ver­ bunden sind, und
• - die Steuersignale mit selektiv wählbarer Impulsdauer, von dem Mikroprozessor (2) auf die dritte Ausgabeein­ heit (8) geführt sind,
• - wobei die Leuchthelligkeit der Lampen (50) durch die jeweils gewählte Impulsdauer der Steuersignale be­ stimmt ist.

2. Lichtregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Multiplex-Schaltanordnung (20) durch eine Anzahl von Transistoren (22) entsprechend der Spaltenzahl der matrixartig angeordneten Lampen (50) gebildet ist, wobei die Basis der Transistoren (22) an die erste Ausgabe­ einheit (4) angeschlossen ist, und die Kollektor- und Emitteranschlüsse der Transistoren (22) spaltenweise je­ weils mit den ersten Anschlüssen der Lampen (50) bzw. einer Spannungsquelle (48) verbunden ist.

3. Lichtregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Multiplex-Schaltanordnung (30) durch eine Anzahl von Transistoren (32) entsprechend der Zeilenzahl der matrixartig angeordneten Lampen (50) gebildet ist, wobei die Basis der Transistoren (32) an jeweils den Aus­ gang der UND-Gatteranordnung (18) angeschlossen ist, und die Kollektor- und Emitteranschlüsse der Transistoren (32) zeilenweise jeweils mit den zweiten Anschlüssen der matrixartig angeordneten Lampen (50) bzw. mit Erde ver­ bunden sind.