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Schaltungsanordnung zur Teilung einer Impulsfolgefrequenz durch eine
willkürlich einstellbare ganze Zahl Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zur Teilung einer Impulsfolgefrequenz durch eine willkürlich einstellbare ganze
Zahl. Eine solche Schaltungsanordnung kann beispielsweise zur Fehlererkennung bzw.
-berichtigung bei digitalen Rechenoperationen dienen. Man kann sie aber auch zur
Stabilisierung eines Oszillators verwenden, der als Frequenzvervielfacher arbeitet.
Wieder eine andere Anwendung besteht in der Messung von Zeitintervallen.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist gekennzeichnet durch
einen ersten Generator, der Impulse einer bestimmten Frequenz einem Verschieberegister
zuführt, durch einen zweiten Generator, der Impulse einer beliebigen Frequenz einem
Zähler und einem zweiten Verschieberegister von gleicher Art wie das erste mit einer
Anzahl von p Stufen zuführt, durch eine an sich bekannte Einrichtung zum Anhalten
des zweiten Generators, wenn der Zähler die Zahl anzeigt, und durch eine mit den
beiden Registern verbundene Vergleichsschaltung, die Impulse mit der geteilten Frequenz
abgibt, wenn die beiden Register im gleichen Zustand sind, und die das erste Verschieberegister
auf Null zurückstellt.
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Durch diese Schaltungsanordnung ist es mit hoher Präzision möglich,
Impulsfolgen zu untersetzen. Der hierfür erforderliche Aufwand ist in Anbetracht
der vielseitigen Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sehr gering.
Diese arbeitet zuverlässig, da sie nur bei Vorhandensein und übereinstimmung gewisser
Signale in Tätigkeit tritt. Die Wahrscheinlichkeit irgendwelcher Störungen ist daher
vernachlässigbar klein. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß ein erstes
Verschieberegister zur Speicherung der Zahl und ein zweites Verschieberegister gleicher
Art zur Zählung der mit bestimmter Frequenz ausgesandten Impulse mit einer Vergleichsschaltung
verbunden sind, die jedesmal dann einen Impuls abgibt, wenn die beiden Register
im gleichen Zustand sind, wodurch auf wenigstens einen Impulsgenerator zurückgewirkt
wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber
erläutert. Darin zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
F i g. 2 ein Blockschaltbild eines bei der Anordnung gemäß F i g. 1 verwendeten
Registers, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der Einstellanordnung bei der Schaltungsanordnung
nach F i g. 1, F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel der Zählerstufe der Anordnung von
F i g. 1 und F i g. 5 und 6 die Blockschaltbilder von zwei Anwendungsbeispielen.
Die Anordnung enthält zwei Teile: 1. eine Einstellanordnung; 2. eine Zählanordnung.
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Diese beiden Teile und ihre Wirkungsweise werden nacheinander beschrieben.
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1. Die Einstellanordnung enthält ein langsames Impulszählregister
R 2 und einen Dezimalzähler CD.
Diese beiden Organe zählen die Impulse eines
langsamen Impulsgenerators G12. Dieser Generator wird im Bedarfsfall durch einen
Schalter 1 in Gang gesetzt. Er wird durch eine Anordnung AN stillgesetzt,
die an den Dezimalzähler CD angeschlossen und von Hand einstellbar ist. An
dieser Anordnung AN wird der Wert N eingestellt, welcher dem gewünschten
Frequenzverhältnis F/f entspricht.
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Diese erste Anordnung arbeitet in folgender Weise: Ein Wert N wird
von der Bedienungsperson gewählt, und der Generator G12 wird in Gang gesetzt. Er
wird von der Anordnung AN stillgesetzt, wenn N Impulse von dem Zähler
CD im Dezimalsystem angezeigt werden.
In diesem Augenblick
hat das Zählregister R 2 ebenfalls N Impulse gezählt und einen Zustand angenommen,
welcher diesen N Impulsen entspricht.
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2. Die Zählanordnung enthält einen Impulsgenerator GI1, der eine Impulsfolge
mit der Folgefrequenz F erzeugt. Ein schnelles Zählregister R 1 zählt die von dem
Generator G11 erzeugten Impulse. Eine mit den Registern R 1 und R 2 verbundene Vergleichsanordnung
C liefert jedesmal dann ein Signal, wenn der Zustand des Registers R 1 mit dem Zustand
des Registers R 2 übereinstimmt, also jedesmal dann, wenn N Impulse von dem Register
R 1 gezählt worden sind.
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Diese Anordnung arbeitet in folgender Weise: Das Register R 1 zählt
Impulse, die mit der Frequenz F auftreten. Wenn es N Impulse gezählt hat, befindet
es sich in dem gleichen Zustand wie das Register R 2. Die Anordnung C gibt daher
ein Signal ab, das mit der Frequenz F/N auftritt. Dieses Signal wird zur Rückstellung
des Registers R 1 auf Null benutzt. Das Register R 1 beginnt dann seine Zählung
wieder von vorn.
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F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verschieberegisters,
das für das Register R 1 oder für das Register R 2 verwendet werden kann.
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Dieses Verschieberegister enthält P binäre Stufen mit den Nummern
P, P-1... 4, 3, 2, 1, nämlich die Stufen Ep, Ep-1 ... E4, Es,
E2, Ei, denen die zu zählenden Impulse zugeführt werden. Bekanntlich wird bei solchen
Registern bei jedem gezählten Impuls der Zustand jeder Stufe in die nächste Stufe
übertragen. Wenn n Stufen vorhanden sind, hat die größte Zahl, die das Register
zählen kann, den Wert n. Zur Vergrößerung der Kapazität wird ein Kunstgriff angewendet,
der darin besteht, daß eine Gegenkopplung angebracht wird, die zu dem Eingang des
Registers die Summe modulo 2 des Ausgangssignals des Registers und des Eingangssignals
der Stufe mit der Nummer p < P zurückführt.
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Wenn p richtig gewählt wird, kann die Periode des Zählers den Höchstwert
2p-1 erreichen. Diese Periode ist offensichtlich 2p-1, weil für 2n sämtliche Stufen
auf Null zurückgestellt werden. Die Theorie dieser Zähler ist in dem Buch »Error
correcting codes« von W. W. P e t e r s o n enthalten.
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F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einstellanordnung für die
-Zahl N. Das Register R 2 entspricht der Darstellung von F i g. 2. Der Dezimalzähler
enthält vier Stufen, die den Werten 10s, 102, 101, 100 zugeordnet sind.
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Die Stufen des Dezimalzählers sind über Schalter D4, D3, D2, Dl,
Da mit zehn Stellungen mit einem Decodierungssystem DEC verbunden.
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Das Decodierungssystem DEC erzeugt ein Signal, wenn der Zähler
CD die durch die Stellungen der Schalter angezeigte Zahl erreicht hat. Dieses
Decodierungssystem ist beispielsweise eine UND-Schaltung, die einen Impuls abgibt,
wenn jede Stufe des Dezimalzählers die Ziffer enthält, welche der Stellung des zugeordneten
Schalters entspricht.
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Der Ausgang der Schaltung DEC ist mit dem Eingang des Impulsgenerators
G12 so verbunden, daß das Ausgangssignal diesen Generator stillsetzt.
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Der Schalter I löst im Bedarfsfall das Anlaufen des Generators G12
aus.
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Diese Anordnung arbeitet in folgender Weise: Mit Hilfe der Schalter
D 1 ... D 4 wird ein Teilerfaktor N
gewählt. Der Schalter I setzt
dann den Generator G12 in Gang. Dieser schickt seine Impulse in die Zähler
CD und R 2. Wenn N Impulse von dem Zähler CD gezählt worden
sind, setzt die Anordnung DEC
den Generator G12 still. Die Zahl N ist dann
in den beiden Zählern eingestellt und insbesondere in dem Register R 2, das einen
genau definierten Zustand angenommen hat. Dieser Zustand ändert sich nicht mehr,
bis die Bedienungsperson eine andere Zähl N wählt.
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F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der schnellen Zählanordnung.
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Der Impulsgenerator GI1 liefert Impulse mit der Folgefrequenz F.
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Diese Impulse werden von dem Register R 1 gezählt, das dem Register
R 2 völlig gleich ist. Die entsprechenden Stufen der beiden Register R 1 und R 2
sind über eine Gruppe von Vergleichsschaltungen C4, C3, C2, C1, beispielsweise
UND-Schaltungen, miteinander verbunden, die jeweils einen Impuls abgeben, wenn die
entsprechenden Stufen der Register R 1 und R 2 im gleichen Zustand sind. Diese Impulse
werden einer UND-Schaltung zugeführt, die nur dann einen Impuls abgibt, wenn alle
Vergleichsschaltungen C 1 bis C 4 gleichzeitig einen Impuls abgeben, d. h., wenn
sich die Register R 1 und R 2 im gleichen Zustand befinden und dementsprechend die
gleiche Zahl N gezählt haben. Diese UND-Schaltung gibt also nach jeweils
N Impulsen des Generators GI 1 einen Impuls ab.
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Eine Anordnung dieser Art kann beispielsweise zur Stabilisierung eines
Oszillators dienen, der praktisch als Frequenzvervielfacher arbeitet. Ein Oszillator
0A (F i g. 5) soll auf die Frequenz F geregelt werden. Er steuert einen Impulsgenerator
GI1 mit der gleichen Frequenz. Die Impulse mit der Folgefrequenz FIN treten wie
bei der Anordnung von F i g. 1 aus der Vergleichsanordnung C aus.
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Eine Vergleichsanordnung COM, welche diese Impulse und eine Bezugsfrequenz
f empfängt, schickt zu dem Oszillator 0A ein Signal, das es ermöglicht, die an ihren
beiden Eingängen empfangenen Frequenzen gleich zu halten.
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Der Oszillator 0A wird also durch den Vergleich zwischen dem Bruchteil
F/N seiner Frequenz F und einer Bezugsfrequenz f geregelt. Er liefert die Frequenz
F=Nf.
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Bei einem anderen Anwendungsfall (F i g. 6) ist der Generator GI 1
mit einem Starteingang D und einem an den Ausgang der Vergleichsanordnung C angeschlossenen
Stopeingang A versehen. Im Ruhezustand zeigt das Register R 2 den Wert N an, und
das Register R 1 befindet sich im Zustand 0. Ein dem Generator G11 zugeführter Startimpuls
löst die Zählung aus. Der Ausgangsimpuls der Vergleichsanordnung C wird dem Eingang
A des Generators GI 1 zugeführt, der stillgesetzt wird, nachdem er N Impulse abgegeben
hat. Der Startimpuls und der Stopimpuls sind also um die Zeit N/F voneinander getrennt.
Eine solche Anordnung wird oft zur Messung von Zeitintervallen benutzt, wobei die
Genauigkeit um so größer ist, je größer F ist.
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Für die praktische Ausführung der logischen Schaltungen kann man synchrone
Systeme verwenden, bei denen die logischen Operationen unter der Steuerung eines
Taktgebers erfolgen, dessen Grundfrequenz hier den Wert F hätte. Ein Beispiel für
eine sehr schnelle synchrone Logik mit Tunneldioden ist in dem Aufsatz von S e a
r »Charge Controlled
Nanosecond Logic« in der Zeitschrift »Proceedings
IEE«, September 1963, angegeben. Man kann auch eine magnetische Logik verwenden.