-
Schaltungsanordnung zur elektronischen Impulszählung Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Impulszählung mittels
vorzugsweise aus Transistoren aufgebauter bistabiler Kippstufen, bei dem die jeweiligen
Schaltzustände der Kippstufen das Zählergebnis darstellen.
-
Bei der elektronischen Impulszählung geht das Bestreben dahin, mit
möglichst wenig bistabilen Kippstufen auszukommen. Die Anzahl der Kippstufen hängt
von dem benutzten Zahlen- und Zählsystem ab. Den geringsten Aufwand erfordern Dualzähler.
Um bis zu 2 n Werten zählen zu können, werden bei dieser Zählerart 1+log
2n Kippstufen benötigt. Nachteilig bei den Dualzählern sind die notwendig werdenden
Informationswandler, die das in einem dualen Zahlensystem vorliegende Zählergebnis
in das üblicherweise Anwendung findende dezimale Zahlensystem umformen müssen.
-
Diese Nachteile bestehen auch bei einer bekannten Anordnung, bei der
zur Zählung von Z=mn Impulsen n Stufen mit je m>2 Schaltelementen
dienen, die einen leitfähigen oder einen nicht leitfähigen Schaltzustand einnehmen
können, wenn m>1 ist. Bei dem Beispiel der bekannten Anordnung ist m=3. Als Schaltelemente
dienen in jeder Stufe drei Elektronenröhren, von denen jeweils eine stromführend
ist und auf ein ihr zugehöriges Anzeigemittel einwirkt. Durch einen Informationswandler
muß dann aus den in den einzelnen Stufen angesprochenen Anzeigemitteln ein. Maß
für das Zählergebnis in dem zugrunde gelegten Zahlensystem, meist also im Dezimalsystem,
gewonnen werden. Dieser Zähler arbeitet darüber hinaus nicht besonders schnell und
betriebssicher, da die Umsteuerung der Elektronenröhren von ihrem einen in den anderen
Zustand durch keinen bistabilen Kippvorgang wie bei anderen bekannten elektronischen
Zählern erfolgt. Die Zahl der benötigten Schaltelemente ist nur in wenigen Bereichen
kleiner als bei einem Dualzähler. In anderen Bereichen ist sie gleich oder größer
als bei Dualzählern, so daß die erwähnten Nachteile dadurch nicht aufgewogen werden.
Geht man, um sie zu vermeiden, zu der Verwendung von Kippstufen über, so steigt
die Anzahl der Schaltelemente wesentlich an, ein weiterer Nachteil, der noch zu
dem Nachteil der benötigten Informationswandler hinzukommt.
-
Will man derartige Informationswandler vermeiden, so ist man auf die
sogenannten (1-aus-2n)-Zähler bzw. Ringzähler angewiesen. Zur Darstellung von
2n Werten benötigen diese Zähler jedoch 2n
Kippstufen. Bei dieser Art
von Zählern charakterisiert die Kippstufe, die jeweils durch einen Zählimpuls in
einen anderen als den Ruhezustand gekippt wird, das Zählergebnis. Der außerordentlich
große Aufwand von Kippstufen bei diesem Zählsystem ist jedoch in vielen Anwendungsfällen
nicht tragbar.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Zähler zu schaffen,
der die Vorteile des (1-aus-2n)-Zählers besitzt, jedoch weniger Kippstufen benötigt.
Diese Aufgabe wird durch die Anordnung zur elektronischen Impulszählung mittels
vorzugsweise aus Transistoren aufgebauter bistabiler Kippstufen, bei der die jeweiligen
Schaltzustände der Kippstufen das Zählergebnis darstellen, nach der Erfindung gelöst,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Zählung bis zu 2 n Werten
n bistabile Kippstufen dienen, von denen jeweils der eine Kippteil mit dem
benachbarten Kippteil der vorhergehenden oder folgenden Kippstufe über Konjunktionsglieder
verbunden ist, die, wenn beide Kippteile den gleichen Schaltzustand haben, eine
Ausgangsspannung abgeben, die einem Anzeige- oder weiteren Schaltglied zugeführt
wird und auf jeweils einen Eingang von weiteren Konjunktionsgliedern wirkt, deren
andere Eingänge von den in der einen oder der anderen Zählrichtung wirksamen Zählimpulsen
beaufschlagt werden und deren Ausgänge an die nicht benachbarten Kippteile der folgenden
oder vorhergegangenen Kippstufen geführt sind, wobei der erste Kippteil der letzten
Kippstufe und der erste Kippteil der ersten Kippstufe als benachbarte Kippteile
aufeinanderfolgender Kippstufen geschaltet sind.
-
Zur Zählung in einem Zahlensystem, bei dem jede Stelle 2 m Werte annehmen
kann, ist es zweckmäßig, für jede Stelle m bistabile Kippstufen vorzusehen. Die
Impulse, die die Kippteile der letzten Kippstufe des zu einer Stelle gehörenden
Kippstufensatzes in den leitfähigen Zustand kippen, werden dann zugleich als Zählimpulse
dem Kippstufensatz
für die folgende Stelle zugeführt. Die Schaltung
ist dann so auszulegen, daß bei leitenden Schaltzuständen und bei nichtleitenden
Schaltzuständen benachbarter Kippteile aufeinanderfolgender Kippstufen über Konjunktionsglieder
verschiedene Signale ausgelöst werden.
-
Bei leitenden Schaltzuständen benachbarter Kippteile bewirkt ein neu
eintreffender Zählimpuls entsprechend der Zählrichtung das Kippen eines nicht benachbarten
Kippteiles der folgenden oder der vorhergehenden Kippstufe in den leitfähigen Zustand.
Bei nichtleitenden Schaltzuständen benachbarter Kippteile bewirkt dagegen ein neu
eintreffender Zählimpuls entsprechend der Zählrichtung das Kippen eines der benachbarten
Kippteile der folgenden oder vorhergehenden Kippstufe in den leitfähigen Zustand.
Die Schaltung vereinfacht sich, wenn nur in einer Zählrichtung gezählt wird; da
dann die Einwirkung des Konjunktionsgliedes nur auf die folgende und nicht auch
auf die vorhergehende Kippstufe zu erfolgen braucht.
-
Die Anordnung nach der Erfindung sei an Hand der Zeichnung eingehender
erläutert. Dabei ist angenommen, daß die Zählung in einem dezimalen Zahlensystem
erfolgt, bei dem jede Stelle der Zahl 2 m =10 Werte annehmen kann. Weiter ist angenommen,
daß Zählimpuls und Zählrichtungsimpulse die Schaltung getrennt beaufschlagen. Der
Zählimpuls wird der Schaltung über die Klemme 60, der negative Zählrichtungsimpuls
über die Klemme 61 und der positive Zählrichtungsimpuls über die Klemme 62 zugeführt.
Enthalten die Zählrichtungsimpulse zugleich auch die Zählimpulse, so vereinfacht
sich die Schaltung durch den Fortfall derjenigen Schaltelemente, auf die der Zählimpuls
wirkt. Es sind dann nur die Verknüpfungen mit den Zählrichtungsimpulsen durch die
dargestellten Konjunktionsglieder notwendig.
-
Zur Darstellung von zehn verschiedenen Werten werden entsprechend
der Erfindung fünf bistabile Kippstufen benötigt. Diese sind in der Zeichnung mit
den Bezugszeichen 10, 20, 30, 40 und 50 bezeichnet. Jede dieser Kippstufen enthält
zwei Kippteile, von denen sich jeweils einer im elektrisch leitfähigen und einer
im elektrisch nicht leitfähigen Zustand befindet. Die zu den einzelnen Kippstufen
gehörenden Kippteile sind mit 11 und 12, 21 und 22, 31 und 32, 41 und 42 bzw. 51
und 52 bezeichnet. Da der Aufbau der Kippstufen und ihrer Kippteile mit Transistoren
hinreichend bekannt ist, ist auf die Wiedergabe der Schaltungen im einzelnen verzichtet.
Auch die Konjunktionsglieder, die sogenannte »Und«-Verknüpfungen herstellen, sind
hinreichend bekannt, so daß sie in der Zeichnung zur Vereinfachung nur symbolisch
dargestellt sind. Diese Konjunktionsglieder geben bekanntlich dann und nur dann
ein Ausgangssignal ab, wenn an allen ihren Eingängen ein gleichartiges Eingangssignal
liegt. Solche gleichartigen Eingangssignale können beispielsweise das Auftreten
von Spannungen oder das Nichtauftreten von Spannungen sein. Neben den Konjunktionsgliedern
finden bekanntlich in den logischen Schaltkreisen noch Disjunktionsglieder Anwendung,
die dann ein Ausgangssignal liefern, wenn entweder an dem einen oder an dem anderen
ihrer Eingänge ein Signal auftritt.
-
Zwischen benachbarte Kippteile aufeinanderfolgender Kippstufen sind
nun jeweils zwei Konjunktionsglieder geschaltet. So liegen zwischen den Kippteilen
12 und 21 die Konjunktionsglieder 13 und 13'. Diese Konjunktionsglieder sind so
ausgelegt, daß das Konjunktionsglied 13 nur dann anspricht, wenn sich die Kippteile
12 und 21 im leitenden Zustand befinden. Das Konjunktionsglied 13' dagegen spricht
nur dann an, wenn sich die Kippteile 12 und 21 nicht im leitenden Zustand befinden.
An sich ließe sich die Aufgabe, die die beiden Konjunktionsglieder 13 und 13' haben,
auch von einem Konjunktionsglied übernehmen, wenn dieses so ausgebildet ist, daß
es unterschiedliche Ausgangssignale abgibt, je nachdem, ob an beiden Eingängen eine
Spannung oder keine Spannung auftritt. Durch die Anwendung derartiger Konjunktionsglieder
läßt sich die erfindungsgemäße Lehre gleichfalls verwirklichen.
-
Entsprechend liegen zwischen benachbarten Kippteilen der anderen Kippstufen
die Konjunktionsglieder 23 und 23', 33 und 33', 43 und 43' sowie 53 und 53'. Dabei
werden, wie weiter oben bereits ausgeführt, der Kippteil 11 der Kippstufe 10, das
ist der erste Kippteil der ersten Kippstufe, und der Kippteil 51 der Kippstufe 50,
das ist der erste Kippteil der letzten Kippstufe, als benachbarte Kippstufen behandelt.
An die Ausgänge der Konjunktionsglieder, deren Bezugszeichen auf die Ziffer 3 enden,
sind die mit der Endziffer 4 bezeichneten Anzeigeglieder angeschlossen. Sie tragen
somit die Bezugszeichen 14 und 14', 24 und 24', 34 und 34', 44 und 44' sowie 54
und 54'. In das verwendete Darstellungssymbol ist jeweils die Ziffer eingetragen,
die sie anzeigen.
-
Es sei nun angenommen, daß der Zähler auf der Ziffer 1 steht. Um dies
zu erreichen, müssen die Kippstufen 12 und 21 im leitfähigen Zustand sein, denn
dann gibt das Konjunktionsglied 13 eine Spannung auf das Anzeigeglied 14. Weiter
sei als Voraussetzung für die Eindeutigkeit dieses Zustandes angenommen, daß die
Kippteile 31, 41 und 51 leitend seien. Erfolgt nun ein neuer Zählimpuls über die
Klemme 60, so erhält der zweite Eingang des Konjunktionsgliedes 15, das mit seinem
ersten Eingang an dem Ausgang des Konjunktionsghedes 13 liegt, eine Spannung, und
es kann, da auch sein erster Eingang an Spannung liegt,: eine Ausgangsspannung abgeben.
Diese Ausgangspannung wird den Konjunktionsgliedern 16 und 17 zugeführt. Von diesen
beiden Konjunktionsgliedern erhält jedoch nur das Konjunktionsglied 16 an seinem
zweiten Eingang eine Spannung durch das an der Klemme 62 liegende Zählrichtungssignal.
Das hat zur Folge, daß am Ausgang des Konjunktionsgliedes 16 eine Spannung auftritt,
die dem Kippteil 22 der Kippstufe 20 zugeführt wird. Dieser Kippteil wird somit
leitend. Da nach Voraussetzung auch der Kippteil 31 leitend ist, tritt eine Ausgangsspannung
an dem Konjunktionsglied 23 auf. Das Kippen des Kippteiles 22 in den leitfähigen
Zustand hat gleichzeitig das Nichtleitendwerden des Kippteiles 21 zur Folge, so
daß das Konjunktionsglied 13 seine Ausgangsspannung verliert. Somit spricht das
Anzeigeinstrument 24 an und zeigt den Ziffernwert 2.
-
Entsprechend wiederholt sich der Vorgang bei weiteren Zählimpulsen,
bis das Konjunktionsglied 43 angesprochen hat. In diesem Fall ist der Ziffernwert
4 angezeigt. Ein neuer Zählimpuls in Vorwärtszählrichtung bringt den Kippteil
52 in den leitenden Zustand. Da dadurch der Kippteil 51 nichtleitend
wird
und der als benachbart anzusehende Kippteil 11 bereits vorher nichtleitend war,
spricht das Konjunktionsglied 53' an, das, wie oben erwähnt, eine Ausgangsspannung
dann abgibt, wenn an seinen beiden Eingängen keine Spannung liegt. Die Ziffer 5
wird somit am Anzeigeinstrument 54' angezeigt. Der Zählvorgang wiederholt sich jetzt
entsprechend über die gestrichenen Konjunktionsglieder. Wenn die Kippteile 42 und
51 nichtleitend sind,- zeigt das Anzeigeinstrument 44' die Ziffer 9 an. Ein neuer
Zählimpuls bringt den Kippteil 51 in den leitenden Zustand. In diesem Zustand
befindet sich aber bereits auch der ihm benachbarte Kippteil 11. Die Folge
davon ist, daß das zwischen beiden Kippteilen liegende Konjunktionsglied 53 eine
Spannung auf das Anzeigeinstrument 54 gibt, das jetzt den Wert 0 anzeigt. Bei dem
dargestellten Schaltungsbeispiel ist nun dafür Sorge zu tragen, daß das Auftreten
der Ziffer 0 einen Zählimpuls auf das Zählsystem der folgenden Stelle gibt. Zu diesem
Zweck wird die Ausgangsspannung des Konjunktionsgliedes 46', das den Kippteil 51
in den leitenden Zustand bringt, auch auf das Disjunktionsglied 63 gegeben, das,
da nur an einem seiner Eingänge eine Spannung liegt, somit einen Ausgangsimpuls
über die Klemme 64 abgibt. An diese Klemme kann der Eingang des folgenden Zählsystems
geschaltet werden.
-
Da die Zählrichtung von der über die Klemmen 61 und 62 vorgegebenen
Zählrichtung abhängt, wird diese Zählrichtung dem folgenden Zählsystem über die
Klemmen 65 und 66 zugeführt. Folgt auf einen Vorwärtszählimpuls, der zur Anzeige
der Ziffer 0 führte, ein Rückwärtszählimpuls, so gibt zunächst das Konjunktionsglied
55 eine Spannung ab und infolge der nunmehr die Klemme 61 beaufschlagenden Rückwärtszählrichtungsspannung
auch das Konjunktionsglied 57. Diese Spannung wird benutzt, um den Kippteil 52 in
den leitenden Zustand zu bringen. Die Folge davon ist, daß der Kippteil 51 nichtleitend
wird und somit wiederum das Konjunktionsglied 43' eine Ausgangsspannung abgibt,
die zum Ansprechen des Meßinstrumentes 44' führt. Die Ausgangsspannung des Konjunktionsgliedes
57 beaufschlagt gleichzeitig auch das Disjunktionsglied 63. Der dann an der Klemme
64 auftretende Zählimpuls bewirkt in Verbindung mit dem an der Klemme 66 liegenden
Befehl zur Rückwärtszählung eine Verminderung des in der folgenden Stelle angezeigten
Wertes um eine Einheit.
-
In der nachstehenden Zusammenstellung ist nochmals angegeben, welche
Ziffern bei bestimmten Leitfähigkeits- und Nichtleitfähigkeitszuständen der einzelnen
Kippteile auftreten. Für die Bezeichnungen der Kippstufen, ihrer zugehörigen Kippteile
und der zwischen ihnen liegenden Anzeigeinstrumente sind die in der Schaltung verwendeten
Bezugszeichen benutzt. Unter den Ziffern für die einzelnen Kippteile ist jeweils
durch den Buchstaben »n« angedeutet, daß sich der Kippteil in dem elektrisch nichtleitenden,
und durch den Buchstaben »1«, daß er sich in dem elektrisch leitenden Zustand befindet.
Unter den Bezugszeichen für die Anzeigeinstrumente sind die von ihnen angezeigten
Ziffern dann geschrieben, wenn bei der herrschenden Verteilung von leitfähigen und
nicht leitfähigen Zuständen der Kippstufen diese Instrumente ansprechen.
| Kippstufen |
| 10 I I 20 I I 30 I I 40 I I
50 |
| Kippteile |
| 11I 12I I 21 ( 22I I
31I 32 I I 41I 42I 51I 52 |
| Anzeige an |
| 14I 14 I I 24I 24'I I I
34 I 34'I I 44 44'I i I 54I 54' |
| I |
| n 1 1 ( 1 n 1 1 n 1 n I 1 n |
| n 1 I n 1 2 1 n 1 n I 1 n |
| n 1 n 1 n 1 3 1 n 1 n |
| n 1 n 1 n 1 n 1 4 1 n |
| n 1 n 1 n 1 n 1 n 1 5 |
| 1 n 6 n 1 I n 1 n 1 n 1 I |
| 1 n 1 n I 7 n 1 n 1 n 1 |
| i |
| 1 n 1 n i 1 n 8 n 1 n 1 |
| 1 n 1 n 1 n 1 n 9 n 1 |
| 1 i n 1 n 1 n 1 n I 1 n |
| 1 |
| 0 |
Die dargestellte Schaltung, die auf Anzeigeinstrumente wirkt, stellt nur ein Beispiel
für die Anwendung der Erfindung dar. An Stelle der Anzeigeinstrumente können von
der Zählschaltung auch andere Schaltorgane für Zwecke der Registrierung, Steuerung,
Regelung, Übertragung u. dgl. beaufschlagt werden. Desgleichen ist auch die Ausdehnung
der Schaltung auf andere Zahlensysteme ohne weiteres möglich.