DE3716892C2 - - Google Patents
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- G06F3/0383—Signal control means within the pointing device
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich
tung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 bzw.
4. Diese Vorrichtung findet insbesondere Anwendung bei der
Eingabe von numerischen bzw. alphanumerischen Daten in
medizintechnische elektromechanische Apparate.
Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der
DE-OS 34 04 047 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung
handelt es sich um eine Cursorsteuerung mit einem Joy
stick, bei der die Joystick-Auslenkung vektoriell eine
Größe und Richtung für die Cursorbewegung ergibt. Die
Größe ist sodann ein Maß für die Geschwindigkeit der Cur
sorbewegung. Im bekannten Fall ist der Joystick mit Deh
nungwiderständen versehen, und die jeweilige Widerstands
änderung wird abgegriffen, um die Auslenkung des Joysticks
nach Größe und Richtung zu erfassen. Die abgegriffenen
Spannungssignale werden nach einer Analog/Digital-Wandlung
einem Mikroprozessor zugeführt und dort in nicht näher
beschriebener Weise verarbeitet.
Ferner ist aus "IBM Technical Disclosure Bulletin" Band 23,
Nr. 8, Januar 1981, Seiten 3831-3834 eine Joystick-Cur
sorsteuerung bekannt, bei dem der Joystick durch Federn in
eine zentrale Ausgangslage vorgespannt ist und mit einem
leitfähigen Gleitstück in Antriebverbindung steht, wobei
das Gleitstück eine kapazitive Kopplung zwischen einem
zentralen Kondensatorbelag, einem ringförmigem Kondensa
torbelag und dazwischen angeordneten 4 Kondensator-Sektor
belägen herstellen kann.
Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von der Auslenkungs
richtung des Joysticks die Richtung der Cursorverstellung
und in Abhängigkeit von der Größe der Joystick-Auslenkung
die Geschwindigkeit der Cursorverstellung vorgegeben wer
den.
Ausgehend von dieser bekannten Vorrichtung ist es die Auf
gabe der vorliegenden Erfindung, diese so auszugestalten,
daß sich auch bei großen Differenzen bezüglich der einzu
gebenden numerischen bzw. alphanumerischen Daten eine
kurze Eingabeprozedur ergibt, wobei der Zieleinstellwert
trotzdem präzise erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnen
den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 4.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Eingabevorrichtung sind den abhängigen Unteransprüchen
entnehmbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet eine drastische
Verkürzung der Eingabeprozedur auch bei großen Eingabe
differenzen dN, indem Schaltungsmittel vorgesehen werden,
die die Anzeige und damit die Apparatereaktion R a sowohl
von der Position dP des Eingabeelementes als auch von der
Betätigungszeit dT des Eingabeelementes abhängig machen,
d. h. die erfindungsgemäßen Schaltungsmittel verwirklichen
folgende Beziehung:
dN = f(R a (dP), dT)
In dieser Gleichung entspricht dN der Differenz zwischen
dem aktuellen Eingabewert und dem vorherigen
Eingabewert. R A beschreibt eine Apparatereaktion und
ist eine Funktion der Positionsdifferenz dP und dT
entspricht der Betätigungszeit.
Eine diese Beziehung verwirklichende Eingabevorrichtung
kombiniert das Verhalten des stetig verstellbaren
Einstellelementes mit dem Verhalten des quasi-stetigen
Einstellelementes, wobei die Apparatekonstante durch
die variable Apparatereaktion ersetzt wird.
Aus der Eingabeaktion des Benutzers werden zwei
Parameter, nämlich der Positionsdifferenz und der
Betätigungszeit entsprechend abgeleitet. Dabei
verändert sich die Differenz zwischen dem alten
Eingabewert und dem aktuellen Eingabewert solange mit
der Geschwindigkeit R A , wie das Einstellelement
betätigt wird, wobei R A eine stetige positive
Funktion der Positionsdifferenz der Einstellvorrichtung
ist.
Die vorliegende Erfindung kann prinzipiell mit
digitalen und mit analogen Schaltungsmitteln
verwirklicht werden. Vorzugsweise wird eine Totzone
vorgegeben, innerhalb derer die Eingabevorrichtung auf
geringere Auslenkungen des Betätigungselementes nicht
reagiert.
Bei der analogen Verwirklichung arbeitet vorzugsweise
ein Potentiometerabgriff auf einen
Spannungs-/Frequenz-Umsetzer.
Bei der digitalen Verwirklichung steuert die
abgegriffene Spannung nach Analog/Digital-Umsetzung die
Voreinstelleingänge eines voreinstellbaren Zählers an.
In beiden Fällen wird ein Potentiometerwiderstand
zwischen unterschiedlichen Spannungen betrieben. Der
Potentiometerabgriff wird durch eine oder mehrere Federn
in der Mittellage gehalten, so daß in der
Ausgangsstellung und Ruhelage des Potentiometerabgriffes
eine Spannung von Null Volt ausgegeben wird. Die Totzone
läßt sich bei der analogen Verwirklichung durch ein
Diodennetzwerk vorgeben, während bei der digitalen
Verwirklichung die Totzone durch eine Subtraktion einer
kleinen digitalen Zahl von der durch den
Analog/Digital-Umsetzer ausgegebenen Digitalzahl erzielt
wird.
Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden
die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung näher
erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine im wesentlichen digital arbeitende
Eingabevorrichtung; und
Fig. 2 eine im wesentlichen analog arbeitende
Eingabevorrichtung.
Gemäß Fig. 1 wird ein Potentiometerwiderstand 10
zwischen gleichgroßen positiven und negativen
Spannungen +V und -V betrieben. Der Abgriff 12 des
Potentiometerwiderstandes 10 ist durch Federn 14, 14'
in seiner Mittellage festgehalten, so daß bei einer
Verbindung des Abgriffes 12 mit einem
nicht-dargestellten Drehknopf dieser in seine
Ausgangslage zurückgeführt wird, wenn er losgelassen
wird. Die schematisch angedeuteten Federn 14, 14' können
auch z. B. durch eine einzige Schenkelfeder ersetzt
werden.
Die von dem Potentiometer 10, 12 abgegriffene Spannung
wird einem Analog/Digital-Umsetzer 16 zugeführt, der
die abgegriffene Spannung in einen Digitalwert mit
einer Breite von mehreren Bit umsetzt. Dieser
Digitalwert wird, versehen mit einem Vorzeichen, in
Abhängigkeit von der Auslenkungsrichtung des
Potentiometerabgriffes 12 einer Subtrahierschaltung
18 zugeführt, die von dem Digitalwert einen geringen
Digitalwert subtrahiert, um eine Totzone vorzugeben,
innerhalb derer bei geringer Auslenkung des
Potentiometerabgriffes 12 keine Verstellung der
Digitalanzeige erfolgt. Die Subtrahierschaltung 18 kann
hierbei durch die Zentraleinheit CPU eines
Mikroprozessors 20 vorgegeben sein, der in der üblichen
nicht-dargestellten Weise mit einem Speicher mit
wahlfreiem Zugriff RAM und einem
Programm-Festwertspeicher ROM versehen ist.
Der in der erwähnten Weise rechnerisch behandelte
Digitalwert wird auf die Voreinstelleingänge eines
voreinstellbaren Zählers 22 gegeben, der an seinem
Takteingang CP von den Taktimpulsen eines
Taktgenerators 24 beaufschlagt wird. In Abhängigkeit
von seiner Voreinstellung läuft der Zähler 22 mehr oder
weniger schnell über, wobei jeder Überlaufimpuls einmal
benutzt wird, um den Zähler 22 mit dem von der
Subtrahiereinrichtung 18 ermittelten Digitalwert neu
voreinzustellen und zum anderen benutzt wird, um den
Zähleingang eines Vor/Rückwärts-Zählers 26 zu
beaufschlagen. Die Zählrichtung des
Vor/Rückwärts-Zählers 26 wird von der
Subtrahiereinrichtung 18 in Abhängigkeit davon
vorgegeben, ob ein positiver oder negativer Digitalwert
vorliegt. Der Vor/Rückwärts-Zähler 26 steuert über
Dekoderschaltkreise 28 und Treiberschaltkreise 30 eine
Anzeige 32 an.
Die Subtrahiereinrichtung 18, d. h. die Zentraleinheit
CPU, der voreinstellbare Zähler 22, der Taktgenerator
24, der Vor/Rückwärts-Zähler 26 und die
Dekodierschaltkreise 28, sind innerhalb eines
handelsüblichen Mikroprozessors 20 realisiert.
Man erkennt, daß - beginnend mit einer bestimmten
Verstellung des Potentiometers - die Anzeige 32 mehr
oder weniger schnell verstellt wird, wobei diese
Verstellung von der Auslenkung des Potentiometers und
der Dauer der Auslenkung abhängig ist.
Gemäß Fig. 2 ist wiederum ein Potentiometerwiderstand
10 zwischen gleichgroßen positiven und negativen
Spannungen +V und -V angeordnet. Der Abgriff 12 des
Potentiometerwiderstandes 10 ist in der gleichen Weise
durch Federn 14, 14' in seiner Mittellage gehalten,
so daß auch hier bei einer Verbindung des Abgriffes
12 mit einem nicht-dargestellten Drehknopf dieser in
seine Ausgangslage zurückgeführt wird, wenn er
losgelassen wird.
Über ein Totzonenglied 34, das eine an einen
Spannungsteiler angeschlossene Dioden-Brückenschaltung
und einen nachgeschalteten Operationsverstärker umfaßt,
wobei die an dem Spannungsteiler abgegriffene Spannung
von der Stellung des Potentiometers 10, 12 beeinflußt
wird, wird eine Totzone vorgegeben, innerhalb der eine
Änderung der Potentiometerstellung ohne Einfluß bleibt.
Beginnend mit einer bestimmten Verschiebung des
Potentiometerabgriffes 12 steigt sodann die Spannung
am Ausgang des Totzonengliedes linear an bzw. fällt
linear ab. Der negative Zweig der abgegriffenen Spannung
wird in einem Gleichrichter 36 gleichgerichtet und dem
positiven Ast additiv überlagert. Die zusammengesetzte
Spannung wird normalerweise einem
Spannungs-/Frequenz-Umsetzer VCO- 40 direkt zugeführt.
Optional kann ein nicht-lineares Glied 38 noch zwischen
dem Gleichrichter 36 und dem
Spannungs-/Frequenz-Umsetzer 40 vorgesehen sein, um der
dem Spannungs-/Frequenz-Umsetzer 40 zugeführten
Eingangsspannung ein nicht-lineares Verhalten
aufzuprägen.
Ein das Vorzeichen der abgegriffenen Spannung
ermittelndes Glied 42 ist zwischen das Totzonenglied
34 und einen Vor/Rückwärts-Zähler 44 geschaltet, um
diesem Zähler vorzeichenabhängig die Zählrichtung
vorzugeben. Der Zählereingang des Zählers 44 wird von
dem Spannungs-/Frequenz-Umsetzer VCO- 40 beaufschlagt.
Der Vor/Rückwärts-Zähler 44 beaufschlagt seinerseits
über Dekoder-/Treiberschaltkreise 46 die Anzeige 48.
Das Totzonenglied 34, der Gleichrichter 36, das die
Signumfunktion verwirklichende Glied 42 und das
nicht-lineare Kennlinienglied 38 können jeweils durch
entsprechend beschaltete Operationsverstärker realisiert
werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Ebenso
empfiehlt es sich, zur Entkopplung zwischen dem
Potentiometerabgriff und dem Totzonenglied 34, einen
1 : 1-Operationsverstärker vorzusehen.
Man erkennt auch hier, daß - beginnend mit einer
bestimmten Verstellung des Potentiometers - die
Anzeige 48 mehr oder weniger schnell verstellt wird,
wobei diese Verstellung von der Auslenkung des
Potentiometers und der Dauer der Auslenkung abhängig
ist.
Die Bedienung der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung
ist denkbar einfach. Je weiter der Benutzer das
Einstellelement, d. h. das Potentiometer aus seiner
Mittenlage entfernt, um so schneller wird der
Zieleinstellwert angefahren. Nähert sich der jeweils
aktuelle Wert dem Zieleinstellwert, so kann der Benutzer
die Entfernung von der Mittenlage und damit die
Änderungsgeschwindigkeit des jeweils aktuellen Wertes so
weit reduzieren, bis ein kommodes Einlaufen in den
Zieleinstellwert erreicht ist. Ein eventuelles
Überfahren des Zieleinstellwertes kann durch eine
Umkehrung der Entfernungsrichtung aus der Mittenlage
korrigiert werden. Die Wirkung der Einstellvorrichtung
ist der eines Gaspedals eines Kraftfahrzeuges
vergleichbar. Selbst nahezu beliebig große Differenzen
zwischen dem vorherigen Eingabewert und dem
Zieleingabewert werden durch maximale Auslenkung des
Einstellelementes in Kürze überbrückt und in der
Schlußphase des Einstellvorganges besteht die
Möglichkeit, den Zieleinstellwert präzise anzufahren.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Eingabe von numerischen bzw.
alphanumerischen Daten in ein Gerät, insbesondere in
medizintechnische elektromechanische Apparate, mit
Schaltungsmitteln zur Veränderung der eingegebenen
Daten in Abhängigkeit von der Größe und Richtung der
Verstellung eines mit einem Abgriff versehenen
Widerstands-Eingabeelementes sowie mit einem an den Abgriff
angeschlossenen Analog/Digital-Umsetzer und einer
nachgeschalteten Digitalschaltung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Digitalschaltung umfaßt:
- a) eine Subtrahierschaltung (CPU-18), deren Eingang an den Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers (16) angeschlossen ist, um von dem jeweils umgesetzten Digitalwert einen vorgebbaren Digitalwert zu subtrahieren und eine Totzone vorzugeben, innerhalb derer die Verstellung des Widerstands-Eingabeelementes zu keiner Veränderung der Anzeige führt,
- b) einen voreinstellbaren Zähler (22), dessen Voreinstelleingänge an den Ausgang der Subtrahierschaltung (CPU-18) angeschlossen sind, dessen Zähleingang an einen Taktgenerator (24) angeschlossen ist und dessen Überlaufeingang an einen Ladeeingang des voreinstellbaren Zählers (22) angeschlossen ist; und
- c) einen Vor/Rückwärts-Zähler (26), der an den Überlaufausgang des voreinstellbaren Zählers (22) angeschlossen ist und über Dekodier- und Treiberschaltkreise (28, 30) eine Anzeige (32) ansteuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Subtrahierschaltung (CPU-18) zugleich ein
Vorzeichensignal an den Richtungseingang des
Vor/Rückwärts-Zählers (26) liefert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die
Verwendung eines Mikroprozessors (20).
4. Vorrichtung zur Eingabe von numerischen bzw.
alphanumerischen Daten in ein Gerät, insbesondere in
medizintechnische elektromechanische Apparate, mit
Schaltungsmitteln zur Veränderung der eingegebenen
Daten in Abhängigkeit von der Größe und Richtung der
Verstellung eines mit einem Abgriff versehenen
Widerstands-Eingabeelementes, gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:
- a) Der Abgriff (12) ist über ein Totzonenglied (34) und einen Gleichrichter (36) an einen Spannungs-/Frequenz-Umsetzer (VCO-40) angeschlossen; und
- b) der Spannungs-/Frequenz-Umsetzer (VCO-40) steuert einen Vor/Rückwärts-Zähler (44) an, welcher seinerseits über Dekodier- und Treiberschaltkreise (46) eine Anzeige (48) ansteuert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein
das Vorzeichen der abgegriffenen Spannung
feststellendes Glied (42), dessen Ausgang auf den
Richtungseingang des Vor/Rückwärts-Zählers (44)
geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein
Glied (38) zwischen dem Gleichrichter (36) und dem
Spannungs-/Frequenz-Umsetzer (VCO-40) zur Vorgabe
eines nicht-linearen Verlaufes der abgegriffenen
gleichgerichteten Spannung.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch
beschaltete Operationsverstärker zur Verwirklichung
der Gleichrichterfunktion, der Signumfunktion und der
nicht-linearen Funktion.
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