-
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine elektronische
Zählvorrichtung für Vor-und Rückwärtszählungen, insbesondere für schnelle Zählvorgänge,
deren Zählrichtung durch zwei Steuerpotentiale festgelegt wird und deren Untersetzungsfaktor
umschaltbar ausgelegt werden kann.
-
Es sind verschiedene elektronische Zählvorrichtungen bekannt, mit
denen Zählungen in beiden Richtungen durchgeführt werden können. Diese lassen sich
auf drei Gruppen zurückführen: a) Zählvorrichtungen nach dem tetradischen Zählprinzip.
Bei Vor- und Rückwärtszählung erfolgt die Kopplung zwischen den einzelen Flip-Flops
über Diodentorschaltungen, die zählrichtungsabhängig durch Steuerpotentiale geöffnet
oder gesperrt werden. Zusätzlich ist bei den bisher bekannten Schaltungen eine zählrichtungsabhängige
Umschaltung der Rückführungsleitungen und des Zählausganges notwendig. Als weitere
Kopplungsart finden zwei Und und eine nachgeschaltete Oder-Schaltung Verwendung,
wobei zur statischen Einstellung der Zählrichtung an jeder Und-Schaltung ein Steuereingang
vorgesehen ist.
-
b) Zählvorrichtungen nach dem biguinären Zählprinzip. Diese Zählvorrichtungen
bestehen aus einem Flip-Flop und einem nachgeschalteten Ring mit fünf stabilen Lagen.
Für Vor- und Rückwärtszählungen muß die Kopplung zwischen Flip-Flop und Ring sowie
der Zählausgang zählrichtungsabhängig gesteuert werden.
-
c) Zählvorrichtungen nach dem Ringzählprinzip. Bei den bekannten Zählvorrichtungen
mit n Schaltungszuständen werden n bzw. n/2 bistabile Elemente, z.
B. Flip-Flop, verwendet. Für diese Schaltungsart entfällt größtenteils eine zählrichtungsabhängige
Steuerung der Koppelglieder zwischen den einzelnen bistabilen Elementen, da im allgemeinen
getrennte Eingänge für Vor-und Rückwärtszählungen vorhanden sind.
-
Weiterhin sind Zählvorrichtungen nach dem Ringzählprinzip mit
n Transistoren für n stabile Schaltungszustände bekannt.
-
Außerdem sind Und-Oder-Schaltungen bekannt, bei denen die Eingänge
über jeweils eine Diode mit einem Widerstand verbunden sind, zwischen jedem Widerstand
und dem gemeinsamen Ausgang ebenfalls eine Diode liegt und die anderen Seiten der
Widerstände an eine Gleichspannung angeschlossen sind.
-
Zur digitalen Weiterverarbeitung der Zählergebnisse wird oft eine
binäre Informationsangabe in Form von Gleichspannungssignalen eines entsprechenden
Binärcodes (z. B. 1-2-4-8-Code) benötigt. Während bei den zu den Gruppen b und c
gehörenden Zählvorrichtungen zur Erzeugung dieser Gleichspannungssignale zusätzliche
.elektronische Schaltungen benötigt werden und somit ein größerer Aufwand an Bauelementen
entsteht, ist dies bei dem tetradischen Prinzip der Gruppe a zum großen Teil nicht
erforderlich.
-
Die benötigten Gleichspannungssignale können oft bei den zu dieser
Gruppe gehörenden Zählvorrichtungen direkt den vier vorhandenen Flip-Flops entnommen
werden.
-
Bei den zur Gruppe a gehörenden bekannten Vor-und Rückwärtszählvorrichtungen
werden die zur Steuerung der Diodentorschaltungen benötigten Gleichspannungen über
Widerstände zugeführt. Die durch die Koppelkondensatoren und Widerstände gebildeten
Zeitkonstanten bewirken, daß sich die Steuerspannungen an den Diodentorschaltungen
nicht sprunghaft, sondern nach einer e-Funktion ändern.
-
Für eine einwandfreie Zählfunktion ist es deshalb notwendig, daß bei
Zählrichtungswechsel zwischen dem Umschalten der Steuerpotentiale und dem Eintreffen
des ersten Zählimpulses ein zeitlicher Mindestabstand eingehalten wird.
-
Durch diese Forderung verringert sich die maximale Zählfrequenz der
Zählvorrichtung bei unterschiedlicher Zählrichtung gegenüber der maximalen Zählfrequenz
für eine Zählrichtung um 50 bis 90%.
-
Damit die beim Umschalten der Zählrichtung an der Diodentorschaltung
auftretende Potentialänderung den vorhergehenden Flip-Flop (über den Koppelkondensator)
nicht umkippt, liegt bei den bekannten Schaltungen in Reihe mit dem Koppelkondensator
ein Widerstand.
-
Durch Einfügen dieses Widerstandes verringert sich die maximale Zählfrequenz
für eine Zählrichtung um 70 bis 80%. Die als weitere Kopplungsart Verwendung findenden
zwei Und- und eine Oder-Schaltung besitzen den Nachteil, daß zur Verstärkung der
Übertragungsimpulse und zur Entkopplung jeweils zusätzlich drei aktive Bauelemente
benötigt werden. Ein weiterer Nachteil ist die Belastung des jeweils gesperrten
aktiven Bauelementes vom vorhergehenden Flip-Flop, wodurch sich die Laufzeit der
Zählvorrichtung vergrößert.
-
Bei Verwendung der beschriebenen Und-Oder-Schaltung als Koppelnetzwerk
zwischen den Flip-Flop-Stufen müßte jeweils ein Eingang der Und-Schaltung mit dem
Kollektor eines Transistors der vorhergehenden Flip-Flop-Stufe verbunden sein, während
am anderen Eingang die Steuerspannung zur Einstellung der Zählrichtung anliegt.
Je nach Lage der vorhergehenden Flip-Flop-Stufe kann es vorkommen, daß durch die
bei Zählrichtungswechsel auftretende Änderung der Steuerspannungen bereits am Ausgang
der Oder-Schaltung ein Spannungssprung auftritt, der die nachfolgende Flip-Flop-Stufe
umkippt. Diese Und-Oder-Schaltungen lassen sich deshalb als Koppelnetzwerke nur
dann verwenden, wenn nach der 0-Stellung der Zählvorrichtung kein Zählrichtungswechsel
mehr vorgenommen wird. Anderenfalls kann durch Zählrichtungswechsel eine Verfälschung
des Zählergebnisses auftreten.
-
Die maximalen Zählfrequenzen der bisher bekannten Vor- und Rückwärtszählvorrichtungen,
die nach dem tetradischen Prinzip arbeiten, liegen unter 300 kHz. Weiterhin benötigen
diese Zählvorrichtungen zur Erzielung :eines dekadischen Untersetzungsfaktors zwei
getrennte Rückführungszweige, die ebenfalls entsprechend der Zählrichtung umgeschaltet
werden müssen. Ein weiterer Nachteil dieser Zählvorrichtungen ist, daß diese einen
bestimmten festen Untersetzungsfaktor besitzen. Bestand die Forderung nach einem
umschaltbaren Untersetzungsfaktor, so wurde dies bisher mit Hilfe von zusätzlichen
umschaltbaren Impulsvervielfachungsschaltungen realisiert.
-
Zweck der Erfindung ist, eine Zählvorrichtung für Vor- und Rückwärtszählungen
zu schaffen, die eine direkte binäre Informationsausgabe ermöglicht, die eine hohe
maximale Zählgeschwindigkeit in beiden Zählrichtungen besitzt und diese auch bei
Zählrichtungswechsel beibehält und bei der der Untersetzungsfaktor
und
die Wertigkeit der Zählimpulse einstellbar sein können.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Zählvorrichtungen
so zu verbessern, daß bei Zählrichtungswechsel der Zählimpuls mit dem Steuersignal
gleichzeitig eintreffen kann, daß nur eine nicht umschaltbare Rückführungsleitung
benötigt wird und daß ohne zusätzliche Impulsvervielfachungssehaltungen eine Umschaltung
des Untersetzungsfaktors und der Wertigkeit der Zählimpulse bei Beibehaltung des
Binärcodes möglich ist.
-
Erfindungsgemäß liegt bei der Schaltungsanordnung für eine elektronische
Zählvorrichtung für Vor-und Rückwärtszählungen, insbesondere für schnelle Zählvorgänge,
die nach dem tetradischen Zählprinzip arbeitet und bei der die Kopplung zwischen
den einzelnen Flip-Flop-Stufen über jeweils zwei Und-und eine nachgeschaltete Oder-Schaltung
erfolgt, ein Eingang jeder Und-Stufe am Kollektor eines Transistors der vorhergehenden
Flip-Flop-Stufe.
-
Dieser Eingang ist jeweils über eine Diode mit einem Widerstand verbunden,
dessen anderes Ende an einer Gleichspannung liegt. Die Diode ist so gepolt, daß
sie immer dann gesperrt wird, wenn der daran angeschlossene Transistor gesperrt
wird. Dadurch wird jeweils nur der gesperrte Transistor jeder Flip-Flop-Stufe durch
die nachfolgende Und-Stufe belastet.
-
Der beim Sperren der Diode am Widerstand auftretende Spannungssprung
wird über ein Differenzierglied auf eine der Eingangsdioden der Oder-Schaltung geführt.
Der andere Eingang jeder Und-Schaltung liegt an einer der beiden Steuerspannungen,
über die die Zählrichtung der Zählvorrichtung eingestellt wird. Der Eingang ist
jeweils über eine Diode ebenfalls an eine der Eingangsdioden der Oder-Schaltung
geführt. Bei Vorhandensein einer entsprechenden Steuerspannung verhindert die Diode
die Eingabe des übertragsimpulses auf die Oder-Schaltung. Zur Verstärkung des übertragsimpulses
wird nur ein aktives Bauelement verwendet.
-
Zwischen der letzten Flip-Flop-Stufe und dem Zählausgang sind ebenfalls
zwei solche Und- und eine Oder-Schaltung geschaltet und die Rückführungsleitung
ist am Zählausgang angeschlossen. Eine zusätzliche Umschaltung der Rückführungsleitung
bei Zählrichtungswechsel ist deshalb nicht erforderlich.
-
Eine Umschaltung des Untersetzungsfaktors bzw. der Wertigkeit der
Zählimpulse wird erreicht, indem die Eingänge einiger Und-Schaltungen sowie die
Ausgänge einiger Oder-Schaltungen bzw. die Ausgänge der nachgeschalteten aktiven
Bauelemente z. B. auf Stufenschalter geführt sind und wahlweise mit den entsprechenden
Aus- und Eingängen der einzelnen Flip-Flop-Stufen verbunden werden.
-
Die Zählvorrichtung nach der Erfindung ermöglicht im Gegensatz zu
den bekannten Zählvorrichtungen eine Vor- und Rückwärtszählung mit hoher Zählgeschwindigkeit
bei vertretbarem Aufwand. Gleichzeitig ist eine binäre Informationsausgabe ohne
zusätzlichen Aufwand möglich.
-
Werden die Koppelnetzwerke auf einem getrennten Baustein untergebracht,
so können die bekannten Vorwärtszählvorrichtungen, die nach dem tetradischen Zählprinzip
arbeiten und bei denen die Verbindungen zwischen den einzelnen Flip-Flops sowie
der Anschluß der Rückführungsleitung außerhalb des Bausteines gebrückt werden, durch
Zuschalten der Koppelnetzwerke für Vor- und Rückwärtszählungen Verwendung finden.
-
Die verwendeten Koppelnetzwerke gestatten die Beibehaltung der hohen
Zählgeschwindigkeit auch bei Zählrichtungswechsel, wobei auch eine Änderung der
Zählrichtung während des Zählens keine Verfälschung des Zählergebnisses bewirkt.
-
Außerdem gestattet die Zählvorrichtung die Veränderung des Untersetzungsfaktors
und der Wertigkeit der Zählimpulse bei Beibehaltung des Binärcodes, wodurch sie
sehr vielseitig anwendbar ist.
-
Dabei treten beim Umschalten der Zählrichtung keine Potentialänderungen
auf, wodurch auch keine störenden Zeitkonstanten wirksam werden und ein Zählimpuls
gleichzeitig mit der Umschaltung der Zählrichtung eintreffen kann.
-
Zwischen einer Gleichspannung und dem Ausgang eines Flip-Flops kann
jeweils die Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode liegen. Sobald das
im Ausgang eines Flip-Flops liegende aktive Bauelement gesperrt wird, tritt an dem
Punkt, an dem die Diode und der Widerstand verbunden sind, ein Potentialsprung auf,
der als übertragimpuls auf die Und-Schaltung geführt wird. Durch diese Maßnahme
wird jeweils nur das stromführende aktive Bauelement eines Flip-Flops belastet,
wodurch höhere Ströme .dem Flip-Flop entnommen werden können.
-
Zur Verstärkung und zum Teil zur Phasendrehung kann der von der Oder-Schaltung
abgegebene Übertragsimpuls über ein aktives Bauelement, z. B. einem Transistor,
auf den Eingang des nachfolgenden Flip-Flops geführt werden.
-
Das gleiche Netzwerk, das zwischen jeweils zwei Flip-Flops liegt,
kann auch zur Erzeugung des Ausgangssignals Verwendung finden. In diesem Fall wird
das Ausgangssignal unabhängig von der Zählrichtung über einen Zählausgang abgegeben.
-
Durch Anschluß der Rückführungsleitung an den Zählausgang kann das
Ausgangssignal gleichzeitig die für eine dekadische Untersetzung notwendige Rückstellung
der entsprechenden Flip-Flops bewirken. In diesem Fall ist eine Umschaltung der
Rückführungsschaltung bei Zählrichtungswechsel nicht notwendig.
-
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 Prinzipschaltbild der elektronischen
Zählvorrichtung im 1-2-4-8-Code mit einem einstellbaren Untersetzungsfaktor von
10' und 5, F i g. 2 Schaltbild der verwendeten Flip-Flops, F i g. 3 Schaltbild
der verwendeten Koppelnetzwerke.
-
Die Zählvorrichtung nach F i g. 1 besteht aus vier Flip-Flops und
vier Koppelnetzwerken, die jeweils gleich aufgebaut sind.
-
Die beiden Widerstände 26 liegen einseitig an einer negativen Spannung.
Die andere Seite; die mit den zur Und-Schaltung gehörenden Elementen 25 und 27 verbunden
ist, besitzt ebenfalls eine negative Spannung, wenn die Anode der Diode 25 ebenfalls
an einer negativen Spannung liegt. Dies ist dann der Fall, wenn der Transistor des
Flip-Flops, dessen Kollektor mit der Anode von Diode 25 verbunden ist, gesperrt
ist. Ist dieser Transistor stromführend (Arbeitspunkt im Sättigungsgebiet), stellt
sich an dem Verbindungspunkt zwischen der Diode 25, dem
Kondensator
27 und dem Widerstand 26 eine Spannung von etwa 0 V ein.
-
Vom Flip-Flop wird jeweils nur der stromführende Transistor durch
Diode 25 belastet, da die am gesperrten Transistor angeschlossene Diode 25 jeweils
gesperrt ist.
-
Kippt der Flip-Flop in die andere Lage, erfolgt an der Anode und Katode
der einen Diode D 1 eine negative und an der Anode und Katode der anderen Diode
25 eine positive Spannungsänderung. über die Kondensatoren C gelangen dabei abwechselnd
positive und negative Impulse auf die Katoden der zur Oder-Schaltung gehörenden
Dioden 29. Die negativen Impulse passieren die Dioden 29 und gelangen auf die Basis
des im Ruhezustand gesperrten Transistors 32, wodurch dieser kurzzeitig bis ins
Sättigungsgebiet gesteuert wird. Der dabei am Kollektor (Anschluß 10) auftretende
positive Impuls gelangt auf den Eingang des nachfolgenden Flip-Flops.
-
Je nach eingestellter Zählrichtung liegt Anschluß 15 oder 16 auf Massepotential.
Da die Diode 28, deren Anode auf Massepotential liegt, stromführend wird, sobald
deren Anode eine negative Spannung erhält, wird in diesem Zweig eine Übertragung
ne tiver Impulse verhindert.
-
Daie Dioden 31 und die Widerstände 30 sollen eine schnelle Entladung
vom Kondensator 27 bei der Übertragung positiver Impulse bewirken. Je nach Dimensionierung
und geforderter maximaler Zählfrequenz kann die Diode 31 oder der Widerstand 30
auch entfallen.
-
Die in F i g. 1 gezeichnete Schalterstellung ist für den Untersetzungsfaktor
10 gültig.
-
In Zählstellung »0« liegen alle Flip-Flop-Ausgänge 6 auf etwa 0 V.
In Vorwärtszählrichtung besitzt der Anschluß 14 Massepotential, wobei am Ausgang
10 jedes Koppelnetzwerkes ein positiver Impuls erscheint, wenn am Ausgang 5 des
vorhergehenden Flip-Flops ein negativer Spannungssprung auftritt.
-
Die an den überbrückten Eingängen 3 und 4 der Flip-Flops ankommenden
positiven Impulse schalten diese abwechselnd in die Stellung »1« und »10«. Der positive
Ausgangsimpuls des Koppelnetzwerkes schaltet den Flip-Flop 20 jeweils in die Stellung
»1«. Der nächste vom Koppelnetzwerk 21 abgegebene positive Impuls schaltet den Flip-Flop
20 wieder in die Stellung »0«. Der am Ausgang 10 des Netzwerkes 24 auftretende positive
Impuls dient zum Ansteuern der nachfolgenden Zählvorrichtung und schaltet gleichzeitig
über den Kondensator 11 die Flip-Flops 18 und 19 in die Stellung »0«.
-
Beim Rückwärtszählen wird der Anschluß 13 auf Massepotential gelegt.
In diesem Zustand erscheint am Ausgang 10 jedes Koppelnetzwerkes ein positiver Impuls,
wenn am Ausgang 6 des vorhergehenden Flip-Flops ein negativer Spannungssprung auftritt.
-
Werden die in F i g.1 aufgeführten Schalter umgeschaltet, bleibt der
Flip-Flop 17 in Stellung »0«, und die auf den Eingang 1 gegebenen Impulse gelangen
direkt auf die Eingänge 3 und 4 des Flip-Flops 18. In diesem Fall besitzt die Schaltung
nach jeweils fünf Eingangsimpulsen wieder ihren Anfangszustand.
-
Die binäre Informationsausgabe erfolgt jeweils über die Ausgänge 6
der vier Flip-Flops, An einer Vor-Rückwärtszähleinrichtung, die den in F i g. 1
und 3 gezeigten Schaltungen entsprach und mit Transistoren CC 872 bestückt war,
wurden sowohl bei gleichbleibender als auch bei wechselnder Zählrichtung maximale
Zählfrequenzen von etwa 1,4 MHz gemessen.