Устройство для ввода-вывода графической информации

Устройство для ввода-вывода графической информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах ввода-вывода и отображения информации. Цель изобретения - повышение точности и надежности устройства. Указанная цель достигается в устройстве, содержащем матричный жидкокристаллический индикатор (ЖКИ), первый и второй аналоговые мультиплексоры, регистр приема информации, буферный регистр, блок управления выборкой строк, блок обмена информацией, генератор возбуждающих напряжений и блок считывания, тем, что в него введены формирователь тест-сигнала, третий мультиплексор и маска, выполненная в виде матрицы прозрачных электродов, в узлах пересечения которых расположены сенсорные контактные элементы, строчные и столбцовые электроды маски соединены соответственно с горизонтальными и вертикальными электродами ЖКИ. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 С 06 К 11/00

КЕ063ЯВ

ПАТЕНТНО- ТИ!ЪЧИЯЯ

БИБДИО1 Ег1А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4280276/24-24 (22) 07.07,87 (46) 30.10,90. Бюп. 9 40 (72) А.В. Самарин, И.А. Тер-Ованесов и В.В. Кожанов (53) 681.327.12(088.8) (56) Патент СИА Р 4591849, кл. С 09 G 3/36, опублик. 1986.

Патент СИА N -4608558, кл. С 09 С 3/34, опублик. 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА-ВЫВОДА ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах вводавывода и отображения информации. Цель изобретения - повьппение точности и наИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к устройствам ввода-вывода и отображения информации для микропроцессорных устройств (например, персональных микро-3ВМ, интеллектуальных терминалов, пультов и др.).

Цель изобретения - повьппение точности и надежности устройства.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2конструкция жидкокристаллическои (ЖК) матричной панели с сенсорной клавиатурой; на фиг. 3 - варианты топо» логии сенсорных элементов и зон замыкания сенсорной клавиатуры.

Устройство содержит жидкокристал= лический индикатор (ЖКИ) 1, состоящий

ÄÄSUÄÄ 1603409 А1

2 дежности устройства. Указанная цель достигается в устройстве, содержащем матричный жидкокристаллический индикатор (ЖКИ), первый и второй аналоговые мультиплексоры, регистр приема информации, буферный регистр, блок, управления выборкой строк, блок обмена информацией, генератор возбужпающих напряжений и блок считывания, тем, что в него введены формирователь тестсигнала, третий мультиплексор и маска, выполненная в виде матрицы прозрачных электродов, в узлах пересечения которых расположены сенсорные контактные элементы, строчные и столбцовые электроды маски соединены соответственно

Я с горизонтальными и вертикальными электродами ЖКИ. 3 ил. из верхней 2 и нижней 3 стеклянных панелей, на внутренней поверхности которых размещены прозрачные горизон- ф тальные (строчные) 4 и вертикальные (столбцовые) 5 электроды. Вертикальные электроды 5 соединены с выходами „р„ первого аналогового мультиплексора б, а горизонтальные электроды 4 соединены с выходами второго аналогового мультиплексора 7, выходы буферного регистра 8 соединены соответственно с информационными входами первого анало- Ф» гового мультиплексора 6, а управляю- В щие выходы блока 9 управления выборкой строк соединены с управляющими входами второго аналогового мультиплексора 7. Информационные входы буферного регистра 8 соединены соответ-;

1603409 ственно с выходами регистра 10 приема информации, а информационные входы регистра 10 соединены с информацион- . ными входами блока 11 обмена информа5 цией. Выходы блока 11 соединены с соответствующими входами управления регистра 10 приема информации, буферного регистра 8, блока 9 управления выборкой строк, а также со входами управления первого 6 и второго 7 аналоговых мультиплексоров. Выход .тонального сигнала блока 11 соединен с зуммером 12. Выходы управления блока 11 соединены со входами управления третьего аналогового мультиплексора 1.3.

Вход формирователя 14 тест-сигнала соединен с соответствующими выходами блока 11, а выход соединен со входом тест-сигнала третьего аналогового . мультиплексора 13. Первый, второй и третий выходы генератора 15 возбуждающих напряжений подкпючен к третьему и четвертому входам второго аналогового мультиплексора 7, Первый выход 25 третьего аналогового мультиплексора

13 соединен с первым входом;. ервого аналогового мультиплексора 6 и первым входом второго аналогового мультиплексора 7. Второй выход третьего аналого- о вого мультиплексора 13 соединен со вторым входом первого аналогового мультиплексора б, а третий выход третьего аналогового мультиплексора 13 соединен со вторым входом второго

35 аналогового мультиплексора 7. Вход порогового элемента 16 соединен с пятым вьгходом третьего аналогового мультиплексора 13. Контактное перо 17 снабжено эластичным электропроводящим наконечником 18. Выход порогового элемента 16 соединен с соответствующим входом блока 11. Блок 11 соединен микропроцессорной шиной 19 с внешними по отношению к устройству блокамимикропроцессором 20 и блоком 21 памяти. Сенсорная клавиатура 22, выполненная на внешней поверхности верхней стеклянной панели 2 ЖКИ 1, содержит систему ортогональных прозрачных коор-5О динатных электродов 23 и 24, изолированных между собой диэлектрическими элементами 25, в узлах г ересечения которых размещены сенсорные элементы

26, состоящие из двух изолированных

>5 друг от друга и лежащих в одной плос-кости прозрачных проводящих площадок

27, которые соединены с соответствующими r оординатными электродами 23 и

24, образующими узлы пересечения. Каж« дый из К координатных электродов 23 соединен с одним из М строчных электродов 4, а каждый из L координатных электродов 24 соединен с одним из М столбцовых электродов 5. Элементы сенсорной клавиатуры 22 выполнены оптически совмещенными с сеткой столбцовых 4 и строчных 5 электродов ° Пороговый элемент 16 и контактное перо 17 относятся к блоку 28 считывания, В качестве матричного ЖКИ 1 используется индикатор на основе фазового холестерико-нематического перехода (ХНП), который наблюдается в гомеотропно ориентирующей жидкокристаллической ячейке с положительной величиной анизотропии диэлектрической проницаемости. Этот переход с бистабильчым поведением тестуры холестерическо: го жидкого кристалла в электрическом поле носит гистерезисный характер и обладает метастабильным состоянием в отсутствии поля, Данные особенности фазового ХНП позволяют создать матрично-адресуемый ЖКИ, работающий в режиме управляемой памяти, при этом временная диаграмма .функционирования представляет собой последовательности синфазных и сдвинутых по фазе управляющих импульсов с использованием двух уровней постоянных напряжений. К основным преимуществам ЖКИ на основе фазового ХНП относятся низкий уровень управляющих напряжений, широкий угол обзора (до 140 С), что связано с отcóòñòâèåì поляризаторов в конструкции.

ЖКИ 1, а также наличие долговременной памяти при отключении унравляющего напряжения, в результате чего отпадает необходимость регенерации записанного изображения.

На фиг. 2 показана конструкция матричного ЖКИ 1 с сенсорной клавиатурой

22. Элементы сенсорной клавиатуры 22 могут быть получены применением стандартных методов планарной технологии: напыления, фотолитографии и травления.

При этом координатные электроды 23 и

24, а также площадки 27 сенсорных элементов 26 могут быть получены напылением пленки двуокиси олова толщиной о

1700 А с последующими операциями фотолитографии и травления, формирующих заданную топологию на поверхности стекла. Матрица упомянутых прозрачных электродов 23 и 24 является маской (не обозначена) .

В качестве диэлектрических элементов может использоваться пленка двуокиси кремния толщиной 700 А, имеющая размеры достаточные дпя надежной изоУ

5 ляции ортогональных координатных электродов в узлах их пересечения, Соединение координатных электродов 23 и

24 сенсорной клавиатуры 22 с соответствующими строчными и столбцовыми эле- 1О ктродами ЖКИ 1 при сборке может быть получено, например, применением специально отформованной металлической шины, которая с одной стороны соединена с металлическими выводами, образующими электрические соединения, соответственно с проводящими строчными 4 и. столбцовыми 5 электродами, а с другой стороны — с координатными прова дящими электродами 23 и 24. 20

Возможные варианты топологии сенсорной клавиатуры 22 показаны на фиг. 3. Варианты предусматривают различные форматы для рабочих полей сенсорных элементов 26, обеспечивающие 25 режимы выбора отдельного знакоместа, команды, состоящей из нескольких символов или же пиктограмм, имеющие формат 16х16 точек изображения матричного индикатора. При уменьшении размеров контактных площадок 27 сенсорных элементов 26 и увеличении числа координатных электродов до выполнения условия П = К; М = 1 сенсорная клавиатура 22 модифицируется в сенсорный экран, позволяющий обеспечивать с по35 мощью контактного пера 17 блока 28 считывания графический ввод информации с точностью 1 точка изображения по горизонтали и вертикали, что вполне достаточно для многих практических применений дисплея. В этом случае сенсорным элементом 26 является сам узел пересечения ортогональных координатных электродов 23 и 4, а площадками сенсорного элемента являются участки площади координатных электродов 23 и 24, находящихся в узле пересечения, как показано на фиг. 3. Логика работы первого 6 и второго 7 аналоговых мультиплексоров одинакова.

Первый б, второй 7 и третий 13 аналоговые мультиплексоры представляют собой совокупность транзисторных КМОПключей (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Управление работой устройства в режимах записи изображения и сканиро1603409 6 вания сенсорной клавиатуры осуществляется микропроцессором 20 по программе,, хранящейся в блоке 21 памяти.

Блок 11 обеспечивает сопряжение с з микропроцессором 20 и блоком 21 памяти, а также обеспечивает прием и выполнение команд управления, прием данных и передачу их в регистр 10 приема информации. Данные при этом поступают по информационным шинам, связывающим блок 11 и регистр 10 приема информации, а запись осуществляется сигналами управления, поступающими из блока 11.

Данные, соответствующие строке

- изображения, последовательно, побайтно или пословно записываются в регистр

10 приема информации, имеющий П разрядов, кажцый из которых соответствует своему элементу изображения в записываемой строке. По сигналу управления

1блока 11 производится перезапись содержимого регистра l0 приема информации в буферный регистр 8, имеющий также П информационных разрядов. Наличие буферного регистра 8 позволяет совместить процесс записи строки изображения с приемом следующей строки изоб) ражения в регистр 10 приема информации. Перед проведением. пррцесса записи изображения производится начальная установка блока 9 управления выборкой строк. Блок 9 управления выборкой строк представляет собой сдвиговый регистр на М разрядов. Началь» ному состоянию сдвигового регистра соответствует наличие на выходах всех

М разрядов состояний логического "0 .

В процессе записи изображения происходит сначала запись логической "1" и первый информационный разряд сдвигового регистра, затем осуществляется последовательный сдвиг, логической

"1" по всем М разрядам. Начальная запись логической "1" в первый разряд .сдвигового регистра, а также последовательный сдвиг по всем М разрядам обеспечивается управляющими сигналами блока 11. Третий аналоговый мультиплексор 13 в режиме записи обеспечивает коммутацию возбуждающих напряжений

ЖКИ 1. Таким образом, обеспечивается подача возбуждающих напряжений ЖКИ 1на соответствующие входы первого б и второго 7 аналоговых мультиплексоров.

Возбуждающие напряжения ЖКИ 1, соот-:: ветствуннцие определенным столбцам, подаются на первый и второй входы перво1603409

rî аналогового мультиплексора 6, а возбуждающие напряжения ЖКИ 1, соответствующие определенным строкам, подаются соответственно на первый и

5 второи входы второго аналогового мультиплексора 7.

Перед проведением записи изображения производится начальное осветление экрана в течение 10 — 20 мс пода- 10 чей возбуждающих напряжений с четвертого и пятого выходов генератора 15 возбуждающих напря>кений н а столбцовые

5 и строчные 4 электроды. Этот процесс обеспечивается управляющим сигналом блока 11, который подается на соответствующие входы управления первого 6 и второго 7 аналоговых мультиплексоров, при этом соответствующие напряжения возбуждения ЖКИ 1 с соединенных третьих и четвертых входов первого 6 и второго 7 аналоговых мультиплексоров подаются соответственно на все строчные 4 и столбцовые 5 электроды.

При записи каждой из М строк эф- 5 фективные действующие напряжения обеспечивают изменение оптических состояний элементов выбранной строки в соответствии с состоянием информационных выходов буферного регистра 8. При этом изменяются оптические состояния элементов выбранной строки, которым соответствует, например, логическая

"1" буферного регистра 8. Оптическое состояние элементов невыбранных строк

35 в процессе записи не изменяется.

После завершения процесса записи изображения на матричном ЖКИ 1 по управляющим сигналам блока 11, поступающих на входы управления третьего анаM n THnne ooi>é 13, производится изменение его коммутации для ре>кима нулевой фазы сканирования. В этом режиме под управлением микропроцессора 5

20 производится периодическое тестирование и анализ наличия касания проводящим наконечником 18 контактного пера 17 выбранного элемента сенсорной клавиатуры 22. Для этого по команде микропроцессора 0 соответствующими управляющими сигналами блока 11 регистр 10 приема информации, буферный регистр 8 и блок 9 управления выборкой строк сбрасываются в исходное

55 состояние, характеризуемое наличием логического "0" на всех выходах перечисленных элементов, Наличие логического О" на всех управляющих входах первого аналогового мультиплексора 6 обеспечит прохождение сигнала со второго входа на все П его выходы. В свою очередь логический "0" на всех

М входах второго аналогового мультиплексора 7 обеспечивает прохождение сигнала с любого из М его выходов на

его второй вход. В этом случае второй вход является выходом, что обеспечивается двунаправленными транзисторными

КМОП-ключами (не показаны). Далее по команде микропроцессора 20 блок ii управляющим сигналом разрешает формирователю 14 тест-сигнала выдачу сигналов длительностью 5-10 мкс с периодом

50 мс. Тест-сигнал в соответствии с коммутацией третьего аналогового муль. типлексора 13 поступает на второй вход первого аналогового мультиплексора 6 и, следовательно, на все П его выходы. Амплитудная и временная характеристика тест-сигнала обеспечивает в нулевой фазе сканирования сохранение изображения на экране MKH 1. Подача тест-сигнала производится постоянно до момента касания проводящ м наконечником 18 контактного пера 17 площадок 27 выбранного сенсорного элемента 26. При этом обеспечивается прохождение тест-сигнала на все П выходы первого аналогового мультиплексора

6 и на i-é координатный электрод 23, соединенный с одной из площадок 27 выбранного сенсорного элемента 26 и соответственно на i-й выход второго аналогового мультиплексора 7, а также на его второй вход. Коммутация третьего аналогового мультиплексора 13 обеспечит прохождение тест-сигнала с первого входа на пятый выход, соединеный со входом порогового элемента 16. На. выходе порогового элемента

16 в исходном состоянии - логический

"О". Тест-сигнал зызывает изменение состояния выхода порогового элемента

16 Состояние выхода порогового элемента 16 контролируется микропроцессором 20, что будет распознано как наличие касания и команда для осуществления первой и второй фазы сканирования, в процессе которых будет определяться позиция (координаты) выбранного элемента сенсорной клавиатуры

22. Для осуществления первой фазы сканирования, в которой определяется координата выбранного элемента, по команде микропроцессора 20 управляющим сигналом блока 11 производится изме1603409 10 электрод 23 сейсорной клавиатуры 22.

Далее по командам микропроцессора 20 и управляющим сигналам блока 11 бло» ком 9 будет осуществляться последовательное подключение выходов второго мультиплексора 7 через третин мультиплексор 13 ко входу порогового элемента 16. После каждого подключения микропроцессор 20 производит анализ состояния выхода порогового элемента 16.

При подключении j-го координатного электрода 24 клавиатуры 22, соответствующего выЬранному сенсорному элементу, положительный потенциал через ключи второго 7 и третьего 13 мультиплексоров поступает на вход порогового элемента 16 и изменяет состояние его выхода. Иикропроцессор при этом- определяет координату Y выЬранного сенсорного элемента 26, после чего запоминает числа, соответствую. щие координатам Х и Y выбранного элемента 2ь в блоке 21 памяти и произво- дит через блок 11 подачу сигнала на зуммер 12, извещающий об окончании сканирования. Иикропроцессор 20 производит после этого проверку окончания .касания площадок выбранного сенсорного элемента путем подачи тест-сигнала.

Состояние управляющих входов регистра

10, буферного регистра 8 и мультиплексоров 6, 7 и 13 сохраняется неизменным до сохранения контакта контактного nepa I7 с площадками 27, а тест5 сигнал будет проходить на вход порогового элемента 16, состояние выхода которого контролируется микропроцессором 20. При появлении на выходе порогового элемента 1Ь состояния логического "0" регистры 8 и 10, блок 9 и мультиплексоры 6 и 7 управляющими сиг налами блока 11 переводятся в исходное состояние, соответствующее хранению изображения на экране ЖКИ 1. При этом на всех электродах 4,5,23 и 24 поддерживается нулевой потенциал. Мик ронроцессор производит интерпретацию полученного кода, соответствующего

11 будет производиться перезапись со- 15

25,вход первого аналогового мультиплек

l сора 6 и в каждом такте сканирования будет последовательно проходить с первого по М-й его выходы. Блок 9 управления выборкой строк, а также второй 30

40

55 нение коммутации третьего аналогового мультиплексора 13 для данного режима работы, а также изменение режима работы регистра 10 приема информации.

Регистр 10 переводится в режим работы сдвигового регистра, затем производйтся запись логической "1" в его первый разряд. В процессе первой фазы сканирования по управляющим сигналам блока

11 производится сдвиг логической "1" регистра 10 приема информации в сторону старших разрядов. После каждого сдвига соответствующим сигналом блока держимого регистра 10 приема информации в буферный регистр 8. Синхронно по команде микропроцессора 20- в соответствии с управляющим сигналом блока

11 на выходе формирователя 14 тестсигнала будет о ормироваться сигнал длительностью 5-10 мкс.В соответствии с логической работы третьего аналого ваго мультиплексора 13 этот импульс с его первого выхода попадет на первый аналоговый мультиплексор 7 в этом ре- жиме сохраняют предыдущее состояние.

Как только в процессе первой фазы сканирования тест-сигнал появится на х-ом выходе первого аналогового мультиплексора и, следовательно, на -ом координатном электроде 23, замкну-. тым на электрод 24, он появится на -ом выходе второго аналогового мультиплексора 7. В соответствии с логикой рабо ы второго аналогового муль» типлексора 7 тест-сигнал пройдет на

его второй вход и на вход порогового элемента 16, состояние которого в соответствии с импульсом на его входе будет логической "1". Это состояние микропроцессор 20 распознает как факт нахождения первой координаты Х выбранного сенсорного элемента. Координата будет определяться числам сдвигов, произведенным по команде микропроцессора 20 в первой фазе сканирования. Для определения второй координаты производится вторая фаза сканирования. Для этого по команде микропроцессора 20 блоком 11 производится изменение коммутации третьего анало-. гового мультиплексора 13. Состояние регистра 10, буферного регистра 8 и мультиплексора 6 сохраняются неизменными во второй фазе сканиронания. На выходе формирователя 14 импульсов по управляющему сигналу блока 11 установится положительныи потенциал, который будет сохраняться в течение всеи второй фазы сканирования, Этот потенциал с i-ro выхода мультиплексора 6 будет поступать на 1-и координатныи лозиции выбранного сенсорного элемен11 !60340 та и может выполнять операции по об» работке изображения, Процесс сканирования осуществляется достаточно быстро..

Например, для сканирования поля

5 клавиатуры размером 20х20 сенсорных элементов 26 требуется че более 400500 мкс. Для графического сенсорного дисплея процесс сканирования аналогичен и для формата 200х200 точек изображения займет не Цолее 40-50 мс.

Изменение состояний столбцовых 5 и строчных 4 электродов в процессе сканирования не приведет к изменению качества изображения, поскольку амплитуды действующих сигналов не превышают пороговых значений, приводящих к изменению состояния элементов матричного 1((КИ 1. 20

Формула изобретения

Устройство для ввода-вывода графической информации, содержащее матрич- 25 ный жидкокристаллический индикатор ()I(IGI), первый аналоговый мультиплексор, выходы которого соединены с вертикальными электродами НКИ, второй аналоговый мультиплексор, выходы кото- 30 рого подключены к горизонтальным электродам >!(КИ, регистр приема информации, выходы которого соединены с информационными входами буферного регистра, выходы которого подключены к информационным входам первого аналого35 вого мультиплексора, блок управления выборкой строк, выходы которого соединены с управляющими входами второго аналогового мультиплексора, блок обмена информацией, одни из выходов которого подключены к информационным входам регистра приема информации, а другие выходы соединены с управляющими входами регистра приема информа9 !2 ции, буферного регистра, блока управления выборкои строк, первого и второго аналоговых мультиплексоров, и генератор возбуждающих напряжений, блок считывания, выход которого соединен с управляющим входом блока обмена информацией, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и надежности устройства, оно содержит формирователь тест-сигнала, третий аналоговый мультиплексор и маску, выполненную в виде матрицы про зрачных электродов, в узлах пересечения которых расположены сенсорные кон гактные .элементы, строчные и столбцовые электроды маски соединены соответственно с горизонтальными и вертикальными электродами ЖКИ, выход формирователя тест-сигнала соединен с входом тест-сигнала третьего аналогового мультиплексора, первый второй и третий выходы генератора возбуждающих напряжений подключены соответственно к первому, второму и третьему управляющим входам третьего аналогового мультиплексора, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму управляющим входам первого аналогового мультиплексора, третий и четвертый выходы которого соединены с четвертым выходом генератора возбуждаюших напряжений, пятый выход которого подключен к третьему и четвертому управляющим входам второго аналогового мультиплексора, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым выходами третьего аналогового мультиплексора, четвертый управлякоций вход которого подключен к соответствующему выходу блока обмена информацией, причем задающий вход блока считывания соединен с пятым выходом третьего аналогового мультиплексора.

1603409

1б03409

Составитель Т. Ничипорович

Техред N.Xîäàíè÷ Корректор Т. Малед

Редактор А. Ревин

Заказ 3387 Тираж 560 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101