УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
INFORMATION DISPLAY DEVICE

Устройство относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам отображения информации на газоразрядных индикаторных панелях.
Известны устройства для отображения информации, содержащие газоразрядную индикаторную панель, блоки адресации, формирования изображений, памяти (Покровский Ф.Н., Прибытков А.Ю., Прокофьев Б.И. и др. Плазменные панели. М:, Горячая линия - Телеком, 2006; Мухин И.А. Принципы развертки изображения и модуляции яркости свечения ячеек плазменной панели. Труды учебных заведений связи №168, Санкт-Петербург, 2002, СПбГУТ, с.134-140). Для надежного воспроизведения изображений в этих устройствах - уменьшения у ячеек панели случайного времени запаздывания возникновения разряда - периодически зажигаются все ячейки. Газоразрядные панели в этих устройствах имеют три системы электродов, т.е. более сложные, для управления требуются более сложные блоки адресации, «пилотная подсветка» снижает контрастность воспроизводимых изображений. Это является недостатками указанных устройств.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для отображения информации, содержащее последовательно соединенные первый и второй регистры, последовательно соединенные первый счетчик и дешифратор, выходы которого подключены к вертикальным шинам газоразрядной индикаторной панели, горизонтальные шины которой соединены с выходами второго регистра, блок памяти, информационный вход которого соединен с входом устройства, первые адресные входы блока памяти подключены к выходам первого счетчика, генератор импульсов, блок сравнения, второй и третий счетчики, первый и второй элементы 2И, триггер (SU 1267472, G09G 3/28, 30.10.86, прототип).
В этом устройстве надежное зажигание ячеек панели обеспечивается за счет управления временем возбуждения ячеек панели каждого столбца (фрагмента изображения) в зависимости от числа возбуждаемых ячеек. Из анализа надежности формирования изображений на газоразрядных панелях следует, что вероятность зажигания ячеек значительно зависит от расстояния между возбуждаемыми ячейками (Шестеркин А.Н. Определение надежности отображения информации на газоразрядных матричных индикаторах. Вестник РГРТУ. 2012, №39-2, с.14-22). Если возбуждаемые ячейки удалены друг от друга на некоторое расстояние, т.е. практически не влияют друг на друга, то вероятность зажигания всех n ячеек в течение времени t
эi
где P(t) - вероятность зажигания i-й ячейки.
Если же возбуждаемые ячейки расположены рядом (вблизи) друг с другом, т.е. значительно влияют друг на друга, то вероятность зажигания всех n ячеек в течение времени t
э
При одинаковых вероятностях зажигания Р(t) всех ячеек вероятности зажигания n не взаимодействующих и оказывающих значительное влияние друг на друга ячеек соответственно равны
э
1
2
Если вероятность зажигания отдельной ячейки Р(t)=0.9, что вполне соответствует характеристикам отечественных газоразрядных панелей, и фрагмент изображения содержит 10 ячеек, т.е. одновременно возбуждается 10 ячеек, то P(t,n=10)=0,599, a P(t,n=10)=1. При большем числе возбуждаемых ячеек эти вероятности отличаются более значительно. Например, при возбуждении 30 ячеек эти вероятности отличаются в 4.7 раза.
Для экспоненциального закона распределения времени запаздывания зажигания вероятность зажигания отдельной ячейки 0.9 может быть обеспечена при интенсивности зажигания 0.058 1/мкс и времени подключения 40 мкс. Тогда для практически достоверного (вероятности ≈0.99) зажигания 10 ячеек, не влияющих друг на друга, потребуется время 120 мкс, а для рядом расположенных ячеек - лишь 8 мкс, т.е. время, необходимое для надежного зажигания 10 ячеек отличается в 15 раз. Так как в прототипе время подключения ячеек не зависит от их взаимного расположения, то ячейки во фрагментах изображения, состоящих из рядом расположенных ячеек, будут гореть больше, чем ячейки во фрагментах изображения, состоящих из ячеек, удаленных друг от друга. Это приводит к значительному отличию яркостей соответствующих фрагментов изображения. Существенно отличаются по яркости и элементы изображения во фрагментах, синтезированных из ячеек, удаленных друг на друга. Для рассматриваемого примера в таком фрагменте изображения первой ячейке (одной из 10) для зажигания с вероятностью 0.99 требуется 8 мкс, последней - 120 мкс, т.е. время горения ячеек этого фрагмента отличается также в 15 раз.
Таким образом, в известном устройстве (прототипе) яркости некоторых фрагментов воспроизводимого изображения и его элементов значительно отличаются друг от друга. Это является недостатком известного устройства.
В этом устройстве также не учитываются реальные условия возбуждения ячеек, например освещенность панели, разброс характеристик ячеек, которые также влияют на вероятность зажигания, а в конечном счете и на яркость элементов и всего воспроизводимого изображения.
Кроме того, анализ надежности зажигания параллельно возбуждаемых ячеек газоразрядной панели показывает, что при прочих равных условиях, вероятность зажигания каждой следующей ячейки меньше, чем предыдущей (Гусев Е.В., Шестеркин А.Н. Определение вероятности зажигания газоразрядных элементов отображения при одинаковых условиях возбуждения. Вестник РГРТУ. 2007, №20, С.65-68). При параллельном зажигании n ячеек с наибольшей вероятностью зажигается первая ячейка (фактически эта вероятность равна вероятности зажигания одной из них). Следовательно и время, необходимое для зажигания «первых» ячеек существенно меньше, чем время, необходимое для зажигания «последних».
Если фрагмент изображения состоит из большого числа ячеек, то его изображение обладает значительной избыточностью и может быть однозначно распознано при зажигании не всех ячеек. Тогда воспроизведение изображения на некотором столбце можно завершить при зажигании не всех ячеек.
Оценим выигрыш по вероятности зажигания ячеек, который можно получить за счет этого. Рассмотрим наихудший случай, когда ячейки не взаимодействуют между собой (удалены друг от друга). Вероятность зажигания k ячеек из n возбуждаемых на основе частной теоремы о повторении опытов
При зажигании не менее (n-1)-й ячейки, т.е. зажигаются все или не зажигается одна ячейка, их вероятность зажигания
<mrow><mfrac><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></mfrac></mrow>
<mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mfrac><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac></mrow>
Второе слагаемое в последнем выражении характеризует приращение вероятности зажигания совокупности ячеек при незажигании одной из них. Максимальное абсолютное значение этого приращения достигается при вероятности зажигания ячейки
и равно
. Для 10 одновременно возбуждаемых ячеек указанное максимальное приращение вероятности зажигания составляет ≈0.39 (вероятность зажигания отдельной ячейки - 0.9, вероятность зажигания всех n ячеек - 0.35). Таким образом, завершение воспроизведения изображения фрагмента при незажигании одной из десяти ячеек позволяет увеличить надежность его воспроизведения в 2.1 раза (при произвольном значении n в
раза).
Завершение воспроизведения изображения фрагмента при незажигании двух ячеек при той же вероятности зажигания отдельной ячейки увеличит вероятность его воспроизведения еще на 0.19, трех - на 0.06. Суммарная вероятность зажигания всех, только девяти, восьми и семи ячеек - 0.99. Аналогичные значения вероятностей можно получить и при большем числе возбуждаемых ячеек.
Увеличение вероятности воспроизведения фрагментов изображений нетрудно пересчитать в уменьшение времени возбуждения ячеек. В частности, для ранее рассмотренного примера с экспоненциальным законом распределения времени запаздывания зажигания вероятность воспроизведения фрагмента без одной ячейки 0.74 обеспечивается при возбуждении столбца в течение 40 мкс (все ячейки зажигаются за это время с вероятностью 0.35). Практически достоверное воспроизведение фрагмента из 10 ячеек при зажигании всех ячеек или незажигании одной из них при рассмотренной ранее интенсивности зажигания 0.058 1/мкс можно обеспечить при возбуждении ячеек фрагмента в течение 71 мкс (в прототипе для этого требуется 120 мкс).
Значительное увеличение вероятности воспроизведения фрагмента получаем при исключении из фрагмента i-й, в меньшей мере 2-х и еще меньше 3-х ячеек и т.д. Тогда при воспроизведении фрагментов изображений, которые состоят из большого числа ячеек, имеющих невысокую вероятность зажигания, воспроизведение фрагмента изображения целесообразно заканчивать при незажигании одной, двух или трех ячеек.
Цель предлагаемого изобретения - уменьшение различий яркостей фрагментов изображения, воспроизводимых на газоразрядной индикаторной панели, за счет управления длительностью подключения столбца в зависимости от числа возбуждаемых и фактически зажженных ячеек панели.
С этой целью в устройство для отображения информации дополнительно включены последовательно соединенные датчик зажженных ячеек и первый преобразователь кодов, элемент задержки, третий регистр, второй преобразователь кодов, формирователь импульсов, дешифраторы «0» и «N» состояния, входы которых подключены к выходам второго счетчика, а выходы, соответственно, к входам установки «1» и «0» триггера. Один вход первого элемента 2И подключен к прямому выходу триггера, а второй - к выходу генератора импульсов, и счетному входу второго счетчика. Выход первого элемента 2И соединен с одним входом второго элемента 2И и синхронизирующим входом первого регистра, информационный вход которого соединен с выходом блока памяти и вторым входом второго элемента 2И, вторые адресные входы блока памяти соединены с выходами второго счетчика, счетный вход первого счетчика соединен с выходом дешифратора «0», синхронизирующими входами второго и третьего регистра и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом установки «0» третьего счетчика, счетный вход которого подключен к выходу второго элемента 2И. Выходы третьего счетчика соединены с информационными входами третьего регистра, выходы которого через второй преобразователь кодов подключены к первым входам блока сравнения, вторые входы блока сравнения соединены с выходами первого преобразователя кодов, управляющий и стробирующий входы формирователя импульсов подключены соответственно к выходу блока сравнения и инверсному выходу триггера, выход формирователя импульсов соединен с входом установки «0» второго счетчика и входом генератора. Горизонтальные шины газоразрядной индикаторной панели подключены к входам датчика зажженных ячеек.
На чертеже представлена функциональная схема устройства (фиг.1).
Устройство содержит газоразрядную индикаторную панель 1, соединенную через дешифратор 2 с первым счетчиком 3. Блок памяти 4 подключен к последовательно соединенным первому 5 и второму 6 регистрам. Выходы датчика зажженных ячеек 7 подключены через первый преобразователь кодов 8 к блоку сравнения 9. Второй счетчик 10 соединен с генератором импульсов 11 и дешифраторами «0» - 12 и «N» - 13 состояния, выходы которых подключены к входам триггера 14. Выход первого логического элемента 2И 15 соединен с одним входом второго логического элемента 2И 16. Третий счетчик 17 соединен с элементом задержки 18 и через третий регистр 19 со вторым преобразователем кодов 20. Выход блока сравнения подключен к входу формирователя импульсов 21.
Устройство работает следующим образом.
Цикл воспроизведения изображения на очередном i-м столбце газоразрядной индикаторной панели 1 начинается в момент формирования фронта очередного импульсы генератором 11, при котором второй счетчик 10 устанавливается в состояние 0…00. При этом выходным сигналом дешифратора «0» 12 триггер 14 устанавливается в состояние «1»; во второй регистр 6 из первого регистра 5 переносится код, обеспечивающий воспроизведение изображения (в дальнейшем код изображения) в i-м столбце газоразрядной индикаторной панели 1; в третий регистр 19 переносится из третьего счетчика 17 код, равный числу возбуждаемых ячеек в i-м столбце индикаторной панели 1; первый счетчик 3 устанавливается в следующее состояние, обеспечивающее с помощью дешифратора 2 подключение i-го столбца индикаторной панели 1 и опрос ячеек блока памяти 4, в которых хранится код изображения i+1-го столбца индикаторной панели 1. Через время, определяемое элементом задержки 18 (задержка необходима для переноса без ошибок кода из третьего счетчика 17 в третий регистр 19 и составляет ≈1/3-1/4 от длительности импульса генератора 11), третий счетчик 17 устанавливается в нулевое состояние. Таким образом, на выходах второго регистра 6 и дешифратора 2 сформированы сигналы и начинается воспроизведение изображения в i-м столбце индикаторной панели 1, другие блоки подготовлены для формирования сигналов, обеспечивающих воспроизведение изображения в i+1-м столбце газоразрядной индикаторной панели 1.
Импульсами генератора 11 производится последовательное изменение состояний второго счетчика 10, выходные коды которого обеспечивают последовательный опрос ячеек блока памяти 4, в которых записан код изображения i+1-го столбца газоразрядной индикаторной панели 1. В моменты формирования срезов импульсов генератором 11 выходным сигналом первого элемента 2И 15 данные из блока памяти 4 последовательно переносятся в первый регистр 5. Одновременно третий счетчик 17 подсчитывает число единиц кода изображения, т.е. число ячеек индикаторной панели 1, которые будут зажигаться в i+1-м столбце. Второй логический элемент 2И 16 позволяет «разрезать» на импульсы выходной сигнал блока памяти 4, если на его выходе формируется сигнал постоянный единичный сигнал, соответствующий возбуждению рядом расположенных ячеек панели 1.
После опроса всех ячеек блока памяти 4, в которых записан код изображения i+1-го столбца панели 1, второй счетчик 10 оказывается в состоянии N-1 (счет начинается с нуля, N - число горизонтальных шин или число ячеек в столбце), в первом регистре 5 будет записан код изображения i+1-го столбца панели 1, а в третьем счетчике 17 код, равный числу ячеек панели 1, возбуждаемых в этом столбце. В момент формирования фронта следующего импульса генератором 11 состояние второго счетчика 10 увеличится на единицу, появится сигнал на выходе дешифратора «N» 13, который возвратит в нулевое состояние триггер 14. Нулевой сигнал на прямом выходе триггера 14 с помощью первого 15 и второго 16 логических элементов 2И запретит изменение состояний первого регистра 5 и третьего счетчика 17. Отметим, для того чтобы в момент переключения второго счетчика 2 в состояние «N», а триггера 14 в нулевое состояние, на выходе первого логического элемента 2И 15 не возникал сигнал помехи, этот логический элемент следует выполнять на менее быстродействующих элементах или включить на выходе элемента 2И 15 фильтр, например простейшую RC-цепочку.
В процессе воспроизведения изображения в i-м столбце газоразрядной индикаторной панели 1 датчик зажженных ячеек 7 определяет число загоревшихся ячеек панели 1 в этом столбце. Зажигание ячеек фиксируется при возникновении через них тока разряда. На выходе первого преобразователя кодов 8 формируется код, равный числу загоревшихся ячеек панели 1, который подается на один вход блока сравнения 9. На его другой вход подается код с выхода второго преобразователя кодов 20. Допустим, что возбуждается небольшое число ячеек панели 1 и выходной код второго преобразователя кодов равен числу возбуждаемых ячеек панели 1, т.е. выходному коду третьего регистра 19. При равенстве выходного кода первого преобразователя 8 (числа фактически зажженных ячеек) и выходного кода второго преобразователя кодов 20 (числа возбуждаемых ячеек) на выходе блока сравнения 9 вырабатывается управляющий сигнал для формирователя импульсов 21. Если это равенство определено до завершения формирования сигнала для очередного столбца (возвращения триггера 14 в нулевое состояние), то работа формирователя импульсов запрещается сигналом с инверсного выхода триггеры 14. Это обеспечивает подключение любого столбца панели 1 на время, необходимое для воспроизведения изображения с некоторым уровнем яркости.
После переключения триггера 14 в нулевое состояние и формирования сигнала на выходе блока сравнения 9 выходным импульсом формирователя 21 в состояние «0» устанавливается второй счетчик 2. Таким образом завершается воспроизведение изображения на i-м столбце панели 1, создаются условия для воспроизведения изображения на i+1-го столбце панели 1 и подготовки управляющих сигналов для i+2-ro столбца. Одновременно с установкой второго счетчика 10 в состояние «0» импульсом формирователя 21 устанавливается начальное состояние («навязывается» начальная фаза) генератора импульсов 11.
Если при воспроизведении изображения на i-м столбце панели 1 не зажжется необходимое число ячеек, например, из-за большого времени запаздывания зажигания или совпадения возбуждаемых ячеек с неработоспособными, то второй счетчик 10 будет продолжать работу до полного заполнения, и при достижении следующего нулевого состояния работа устройства будет происходить рассмотренным выше способом. Максимально возможное число состояний второго счетчика выбирается таким образом, чтобы при отсутствии выходных сигналов блока сравнения 9 для большинства или даже всех столбцов панели 1 воспроизводимое изображение не мелькало.
Если в столбце возбуждается большое число ячеек газоразрядной панели 1, то на выходе второго преобразователя кодов 20 формируется код, не равный выходному коду третьего регистра 19, а уменьшенный на несколько единиц младшего разряда в зависимости от числа возбуждаемых ячеек. Например, если число возбуждаемых ячеек в столбце меньше 10, то выходной код третьего регистра 19 не изменяется, если число возбуждаемых ячеек от 10 до 20, то выходной код третьего регистра 19 уменьшается на единицу младшего разряда, при числе возбуждаемых ячеек больше 20 - на две единицы. Этот код поступает на второй вход схемы сравнения 9. Теперь определяется равенство (или превышение) выходного кода первого преобразователя кодов 8 (числа фактически зажженных ячеек) и выходного кода второго преобразователя кодов 20 (числа возбуждаемых ячеек, уменьшенное на несколько единиц младшего разряда). При генерировании (или отсутствии) на выходе блока сравнения 9 управляющего сигнала для формирователя импульсов 21 работа устройства будет происходить ранее рассмотренным образом.
При проведении исследований предлагаемого устройства при возбуждении до 8 ячеек выходной код второго преобразователя 20 оставался равным выходному коду третьего регистра 19, при возбуждении от 8 до 20 ячеек выходной код третьего регистра уменьшался на единицу и при возбуждении 20 и больше ячеек - на две единицы. Отсутствие во фрагменте изображения, состоящего из 8-19 ячеек, одной ячейки, из 20 и более - двух, практически нельзя. Следует отметить, что работа устройства с кодами, уменьшенными преобразователем 20, происходит только в случаях, если вероятность зажигания ячеек мала, т.е. ячейки в воспроизводимом фрагменте удалены друг от друга. Обнаружить незажженную ячейку в таком фрагменте изображения практически нельзя. Если же возбуждается большое число ячеек и они расположены вблизи друг друга, то вероятность зажигания всех ячеек фрагмента большая и блок сравнения 9 практически всегда формирует выходной сигнал при превышении выходного кода первого преобразователя кодов 8 над выходным кодом второго преобразователя 20.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает воспроизведение фрагментов изображения и его элементов практически с одинаковой яркостью, так как время подключения столбцов определяется числом возбуждаемых и зажженных ячеек, т.е. учитывается фактическое расположение ячеек во фрагментах, условия их возбуждения, реальные характеристики.