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Tetradisch verschlüsseltes Dezimalzählwerk Zur Zählung im Dezimalsystem
verwendet man häufig tetradisch verschlüsselte Dezimalwerke, wobei jeder Dezimalen
vier bistabile Kippschaltungen mit je zwei Ausgängen zugeordnet sind. Durch vier
bistabile Kippschaltungen sind aber 16 binäre vierstellige Zahlen, sogenannte Tetraden,
darstellbar, von denen jeweils sechs übersprungen werden müssen. Dieser Sprung sei
im folgenden als Codewerfen bezeichnet.
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Es ist bereits eine Reihe verschiedener Dezimalcodes bekanntgeworden,
beispielsweise der Aiken-Code, der 3-Exzess-Code usw. Bei den bekannten tetradisch
verschlüsselten Dezimalzählwerken ist jedoch nur ein Vorwärtszählen möglich, und
der Anwendung von sogenannten komplementären Codes stehen erhebliche Schwierigkeiten
gegenüber. Als komplementär bezeichnet man einen Code, bei dem das Neunerkomplement
der jeweiligen Tetrade an den komplementären Ausgängen der bistabilen Kippstufen
erscheint. Steht beispielsweise in einer Dezimalstelle die Zahl 3 als Tetrade 0,
0, L, L an den Ausgängen der vier Kippstufen, so führen die komplementären
Ausgänge dieser Stufen die Signale L, L, 0, 0, was im Aiken-Code der Dezimalzahl
6, also dem Neunerkomplement der Dezimalzahl 3 entspricht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein tetradisch verschlüsseltes
Dezimalzählwerk aus bistabilen Kippstufen mit je zwei Ausgängen aufzubauen, das
auf beliebige tetradische Dezimalcodes umschaltbar ist und das im Bedarfsfall leicht
derart ergänzt werden kann, daß es nicht nur zum Vorwärts-oder Rückwärtszählen,
sondern auch zum Vorwärts-und Rückwärtszählen geeignet ist.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch mindestens ein Gatter
(Undgatter, Odergatter) gelöst, das den Schaltzustand der dritten und vierten binären
bistabilen Kippstufe vor dem Codewerfen als Vorbereitung und den Schaltzustand der
ersten Kippstufe nach dem nächsten Impuls zur Auslösung benützt, um den Schaltzustand
der zweiten und dritten binären bistabilen Kippstufe dem Code entsprechend zu ändern.
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Das Gatter kann beispielsweise ein Undgatter sein, dem die Signale
der ersten, dritten und vierten Stufe zugeführt werden und dessen Ausgangssignal
in die zweite und dritte Stufe eingreift. Statt des Undgatters kann auch ein Nichtgatter
verwendet werden, das die entsprechenden Komplementärsignale der Tetraden erhält.
Ein Nichtgatter gibt bekanntlich dann ein Ausgangssignal ab, wenn sämtliche Eingänge
unbesetzt sind.
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Zum Vor- und Rückwärtszählen sind zwei Gatter zu verwenden, die zusätzlich
vom Vor- bzw. Rückwärtssignal besetzt werden. Auch hier können wieder Undgatter
oder Nichtgatter Verwendung finden. Im letzteren Fall werden die Komplementärsignale
von Vor- und Rückwärtssignal herangezogen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei zunächst eine Zusammenstellung
von drei verschiedenen Dezimalcodes gegeben und mit den Dezimalzahlen 0 bis 15 und
den Tetrad'en verglichen:
| Dezimal Binär- Binär-mit Alken- 3-Exzess- |
| zah@en Tetraden 15-Code |
| Code |
| Code |
| 0 0 0 0 0 0000 0 0000 0 |
| 1 0 0 0 L 000L 1 000L 1 |
| 2 0 0 L 0 00L0 2 00L0 2 |
| 3 0 0 L L OOLL 3 OOLL 3 OOLL 0 |
| 4 0 L 0 0 0L00 4 0L00 4 0L00 1 |
| 5 0 L 0 L OLOL 5 OLOL 2 |
| 6 0 L L 0 OLLO 6 OLLO 3 |
| 7 0 L L L OLLL 7 OLLL 4 |
| 8 L 0 0 0 L000 8 L000 5 |
| 9 LOOL LOOL6 |
| 10 LOLO LOL07 |
| 11 L O L L L0 LL 5 L0 LL 8 |
| 12 L L 0 0 LL00 6 LLOO 9 |
| 13 LLO L LLOL7 |
| 14 LLLO LLLO 8 |
| 15 L L L L LLLL 9 LLLL 9 |
| 4.3.2.1. |
| Stufe |
Beim sägenannten Binär-mit-15-Code wird der Tetrade
L, L, L,
L die Dezimalzahl 9 zugeordnet, und das Codewerfen in Vorwärtsrichtung geschieht
durch Änderung der zweiten und dritten Stufe von 0 in L. Dementsprechend wären einem
Undgatter das Ausgangssignal A4 der vierten Stufe, das Ausgangssignal Ä3 der dritten
Stufe sowie das nach dem nächsten Impuls auftretende Ausgangssignal A1 der ersten
Stufe zuzuführen. Das Undgatter schaltet dann auch die zweite und dritte Stufe von
0 auf L, so daß tatsächlich nach der die Zahl $ darstellenden Tetrade L, 0, 0, 0
die Tetrade L,
L, L, L als Zahl 9 auftritt.
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Beim Aiken-Code muß ein Undgatter die Signale Ä4 und A3 als Vorbereitung
und das Signal A 1 als Auslösung erhalten. Es stellt die Schaltzustände der zweiten
und dritten Stufe jeweils von 0 auf L bzw. von L auf O. Die vierte Stufe wird dann
mitgezogen von 0 auf L. Dies entspricht dem Sprung von der Tetrade 0, L; O, O (Dezimalzahl
4) auf die Tetrade L, 0; L, L, der die Dezimalzahl 5 zugeordnet ist.
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Im 3-Exzess-Code ist die Tetrade L, L, 0, 0 in die Tetrade 0, 0, L,
L zu werfen. Das Undgatter erhält die Signale A3 und A4 als Vorbereitung und das
Signal A1 als Auslösung. Es werden wiederum die Schaltzustände der zweiten und dritten
Stufe von außen geändert und damit die vierte Stufe mitgezogen.
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In den beiden zuletzt behandelten Fällen hat also die Änderung der
dritten Stufe zugleich auch die Änderung des Schaltzustandes der vierten Stufe zur
Folge, die sich selbsttätig abwickelt. (Der übergang L -- 0 in einer beliebigen
Stufe führt zu einer Änderung des Schaltzustandes in der nächsthöheren Stufe beim
Vorwärtszahlen; umgekehrt beim Rückwärtszählen.) Entsprechend lassen sich auch die
Eingangssignale für Gatter ableiten, die das Codewerfen beim Rückzahlen vornehmen.
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Um die Wirkungsweise der Erfindung eingehender zu erläutern, sei im
folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung schematisch
dargestellt ist.
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Fig. 1 zeigt die Schaltung für eine Dezimalstelle eines vor- und rückwärts
arbeitenden Zählwerkes, bestehend aus den vier bistabilen Kippschaltungen 1, 2,
3 und 4 mit den Ausgängen Al, A2, A3, A4 und den komplementären Ausgängen Äl, Ä2,
Ä3, 54' Die Schaltungen für weitere Dezimalstellen sind identisch aufgebaut. Die
erste Stufe der folgenden Dezimalstelle ist jeweils mit den Ausgängen der letzten
Stufe der vorhergehenden Dezimalstelle verbunden.
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Da das Zählwerk zum Vor- und Rückwärtszählen geeignet sein soll, sind
zwei Gatter 5 und 6 für das Codewerfen vorgesehen. Dem Ausführungsbeispiel liegt
die Verwendung von Nichtgattern zugrunde. Neben den Komplementärsignalen der ersten,
dritten und vierten Stufe der Dezimalstelle sind auch die Komplementärsignale von
Vor- und Rückwärtssignal, nämlich V = R und 1i' = V, zusätzlich in die Nichtgatter
eingeführt.
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Der Impulseingang der Schaltung für die erste Dezimalstelle ist mit
1, der Impulsfreigabeeingang mit 1F bezeichnet. Das Zählwerk kann nur dann mit Impulsen
angesteuert werden, wenn am Impulsfreigabeeingang ein Dauersignal anliegt. Die Eingänge
102 und 103 der Kippstufe 1 sind also über ein Undgatter zusammengefaßt. Die Zählschaltung
gestattet weiterhin die Eingabe von Ziffern unmittelbar in einzelne Dezimalstellen,
so da beispielsweise die Zahl 245 nicht durch 245 Impulse dargestellt werden muß,
sondern aus zwei Impulsen in die Hunderter-Dezimalstelle, vier Impulsen in die Zehner-Dezimalstelle
und fünf Impulsen in die Einer-Dezimalstelle nachgebildet werden kann. Ferner ist
es möglich, z. B. zur Vorgabe der Zahl 150 15 Impulse in die Zehner-Dezimalstelle
einzugeben.
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Zu dieser sogenannten Dezimalzahleingabe ist ein Eingang DZ, und ein
Freigabeeingang DZr, vorgesehen, die wiederum bei 112 und 113 über ein Undgatter
zusammengefaßt sind. Entsprechende Eingänge sind an der ersten Stufe jeder weiteren
Dekade vorzusehen.
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Das Vor- und Rückwärtszählen wird mit Hilfe von eigenen Leitungen
vorgeschrieben, deren Anschlußklemmen mit V und R bezeichnet sind. Liegt an V ein
Dauersignal, so zählt die Schaltung vorwärts, und sie zählt rückwärts bei Dauersignal
an R. Die Signale V und R schließen sich gegenseitig aus.
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Ferner kann durch einen Löschimpuls an der Klemme L das Zählwerk auf
0 zurückgestellt werden. Die Löscheingänge 101, 201, 301, 401 sind mit den
übrigen Löscheingängen sämtlicher Kippschaltungen zusammengefaßt und an eine gemeinsame
Löschzeitung geführt.
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Schließlich ist es möglich, statt aufeinanderfolgender Impulse eine
Zahl in das Zählwerk »parallel«, d. h. in alle Kippstufen des Zählwerks gleichzeitig
einzugeben. Hierzu dienen die Eingänge P, die mit einer Freigabeleitung F über die
für die erste Dezimale dargestellten Undgatter 10, 20, 30, 40 zusammengefaßt
sind. Sobald ein Signal an der Freigabeleitung F erscheint, werden die in ihrer
Nullage befindlichen Kippschaltungen entsprechend der Paralleleingabe eingestellt.
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Der innere Aufbau der einzelnen Stufen entspricht grundsätzlich dem
Schema nach Fig. 2. Die eigentliche Kippschaltung 17 ist mit einem Setzeingang E,
einem Löscheingang E, einem Ausgang A und einem Komplementärausgang Ä versehen.
Ferner ist ein binärer Eingang EB vorgesehen. Aufeinanderfolgende Impulse am binären
Eingang einer bistabilen Kippschaltung bewirken bekanntlich das Umkippen jeweils
in den anderen Schaltzustand.
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Der Paralleleingang P ist mit der Freigabeleitung F über ein Undgatter
zusammengefaßt, das in Fig.2 mit 11 bezeichnet ist. Es entspricht den Undgattern
10 bis 40 in Fig. 1. Ferner ist ein Eingang CW für das Codewerfen
vorgesehen, der mit dem Ausgang des Undgatters 11 in einem Odergatter 12 zusammengefaßt
ist. Das Ausgangssignal des Odergatters 12 wird dem Setzeingang der Kippschaltung
17 zugeführt. Er entspricht den Eingängen 111, 211, 311, 411 in Fig. 1. Das Odergatter
12 kann einfach durch Zusammenführen der entsprechenden Leitungen über Widerstände
verwirklicht werden, wie es in Fig. 1 angedeutet ist.
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Für die Dezimalzahleingabe und ihre Freigabe ist ein Undgatter 13
vorgesehen. Die entsprechenden Eingänge in der Stufe 1 (Fig. 1) sind 113 und 112.
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Das Rückwärtssignal an der Klemme R und die Rückwärtszählimpulse,
die jeweils von der vorhergehenden Kippstufe geliefert werden, sind in einem Undgatter
14 zusammengefaßt, während Vorwärtssignal und Vorwärtszählimpulse an ein Undgatter
15
geführt sind. Die Ausgänge der Undgatter 13, 14 und 15 besetzen
Eingänge eines Odergatter 16, dessen Ausgangssignal dem binären Eingang der Kippschaltung
17 zugeführt wird.
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Bei der Eingangsstufe 1 des Zählwerkes ist eine Entscheidung hinsichtlich
Vor- oder Rückwärtszählung nicht erforderlich, da diese Kippschaltung bei jedem
Impuls ihren Zustand ändern muß, einerlei, ob vorwärts oder rückwärts gezählt werden
soll. Daher genügt in der Stufe 1 eines der Undgatter 14 oder 15 (Eingänge 102 und
103).
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In den Kippstufen 2, 3 und 4 entsprechen die Eingänge 212, 213 bzw.
312, 313, 412, 413 den Eingängen des Undgatters 14 in Fig. 2, die Eingänge 202,
203, 302, 303, 402, 403 den Eingängen des Undgatters 15 in Fig. z. Bei den Stufen
2, 3 und 4 sind also die Undgatter 14 und 15 erforderlich, dagegen entfällt das
Gatter 13.
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Schließlich ist jeder Stufe ein Odergatter 18 zugeordnet, dessen Eingänge
vom Löschsignal und vom Signal für das Codewerfen besetzt werden. Der Ausgang des
Odergatters ist an den Löscheingang F der Kippschaltung 17 angeschlossen. Das Odergatter
18 kann wiederum durch Widerstände verwirklicht werden.
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Die Verriegelung der einzelnen Kippstufen durch die Signale V und
R bewirkt, wie man aus Fig. 1 ableiten kann, daß bei aufeinanderfolgenden Impulsen
am Eingang 1 die Tetraden in den Dezimalstellen im Sinne des Vor- und Rückwärtszählens
geändert werden, wobei darüber hinaus im jeweils erforderlichen Zeitpunkt mit Hilfe
der Gatter 5 und 6 das Codewerfen vorgenommen wird.
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In der Schaltung nach Fig. 1 mit Nichtgattern, der der Aiken-Code
zugrunde liegt, werden den Gattern folgende Signale zugeführt: Dem Gatter 5 die
Signale Ä1, 7131 A4 und R = V für das Vorwärtzählen, dem Gatter 6 die Signale
A1, A3, Ä4 und V = R für das Rückwärtszählen. Das Gatter 5 greift in den
Schaltzustand der Stufen 2 und 3 ein, und zwar am Setzeingang 211 der Stufe 2 und
am Löscheingang 301 der Stufe 3. Komplementär dazu sind die Wirkungen des Ausgangssignals
des Gatter 6 am Löscheingang 201 der Stufe 2 und am Setzeingang 311 der Stufe 3.
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in Fig. 3 sind dieses Verhältnisse nochmals schematisch angedeutet.
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Beim 3-Exzess-Code (vgl. Fig. 4) erhalten das Gatter 5 die Signale
;il, Ä3, Ä4 und R, das Gatter 6 die Signale A1, A3 und A4 und V. Die Ausgangssignale
werden den Eingängen 211. und 301 bzw. 201 und 311 zugeführt.
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Beim Binär-mit-15-Co,de (vgl. Fig. 5) erhält das Gatter 5 die Signale
Ä1, A3, Ä4 und R, das Gatter 6 die Signale A1, 51,3, Ä4 und V. Die Ausgänge wirken
auf die Eingänge 211 und 311 bzw. 201 und 301.
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Für andere Dezimalcodes können ohne weiteres die erforderlichen Eingangssignale
und der Ort des Einwirkens in die zweite und dritte Stufe abgeleitet werden.
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Aus Fig. 3 und 4 erkennt man unmittelbar, daß sowohl die Eingangssignale
der beiden Gatter als auch der Ort des Einwirkens auf die zweite und dritte Stufe
jeweils komplementär zueinander sind. Dies ist eine Folge der Tatsache, daß Aiken-
und 3-Exzess-Code komplementäre Codes sind. Sie haben gegenüber dem Binär-mit-1.5-Code
den Vorteil, daß die im Zählwerk gespeicherte Zahl in Rechenwerken verarbeitet werden
kann. Außerdem ermöglicht der Aiken-Code, den einzelnen Stufen des Zählwerkes Gewichte
zuzuordnen, die in einem nachfolgenden Digital-Analog-Wandler unmittelbar die Zusammensetzung
des entsprechenden Analogwertes gestatten.
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Die Erfindung ermöglicht es also, den für den jeweils vorliegenden
Zweck als günstig erscheinenden Code anzuwenden und dabei trotzdem nach Wunsch vor-
und rückwärts zu zählen. Dies wird durch das spezielle Merkmal der Erfindung erreicht,
aus den Schaltzuständen der ersten, dritten und vierten Stufe in einfacher Weise
über Gatter ein Signal zur Beeinflussung der zweiten und dritten Stufe abzuleiten.