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Zähl- bzw. Speicherschaltung, insbesondere dekadische Ringzählerschaltung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zähl- bzw. Speicherschaltung, insbesondere dekadische
Ringzählerschaltung, die aus elektronischen Binärstufen mit zwei elektronischen
Systemen aufgebaut ist, von welchen jeweils eines in einem der beiden stabilen Schaltungszustände
der Stufe elektrisch leitend und das andere nichtleitend ist.
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Es sind bereits elektronische Zählschaltungen bekannt, die meist aus
Vakuumröhren, Glimmrelaisröhren oder Transistoren aufgebaut sind und Binärstufen
mit zwei stabilen Zuständen als Grundeinheit aufweisen. So ist bereits ein aus Elektronenröhren
mit zehn Binärstufen aufgebauter Ringzähler bekannt, der über zwei getrennte Kanäle
fortgeschaltet wird. Bei dieser bekannten Schaltung ist der Aufbau so, daß neun
Binärstufen sich im gleichen Schaltungszustand befinden, während sich eine Binärstufe
im Komplementärzustand befindet. Diese sich im Komplementärzustand befindliche Stufe
wirkt über die an sie angeschlossenen Undgatter sowie über die daranliegenden Kopplungskondensatoren
dahingehend, daß die an diesen Undgattern liegenden Eingänge der benachbarten Binärstufe
zur Aufnahme eines Impulses frei sind, während alle sich im erstgenannten Schaltungszustand
befindlichen Binärstufen über die zwischen ihrem Ausgang und dem jeweiligen Eingang
der Nachbarstufe liegenden Undgatter bewirken, daß dieser jeweilige Eingang der
Nachbarstufe gesperrt ist. Das Prinzip dieser bekannten Schaltung sieht somit vor,
mit der im Komplementärzustand befindlichen Binärstufe die Steuerungsvoraussetzungen
dafür zu schaffen, daß ihre Nachbarstufen durch einen Steuerimpuls ansprechbar werden.
Die Zählrichtung wird dann durch vollständig getrennte Führung des einlaufenden
Impulses hervorgerufen. Durch den einlaufenden Impuls wird dann die benachbarte
Binärstufe in den Komplementärzustand umgelegt und die bisher im Komplementärzustand
befindliche Binärstufe von ihrer Nachbarstufe aus in den ersten Schaltungszustand
zurückgebracht.
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Dieses Schaltungsprinzip macht erforderlich, daß jede Binärstufe zwei,
von jeder Nachbarstufe gesteuerte Eingänge aufweist, daß zwei völlig getrennte Impulsleitungen
mit sehr hochwertigen Impuls-Kopplungskondensatoren vorgesehen werden müssen und
daß die Undgatter eine sichere Abschierung zwischen den Binärstufen bewirken müssen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine sehr viel
einfachere Schaltungsanordnung zu schaffen, die unter Verwendung von sehr viel weniger
Bauelementen mindestens ebenso viel leistet, wie die bekannte Schaltung. Dies wird
durch die Erfindung dadurch erreicht, daß die Binärstufen nur mit einem System,
d. h. nicht allein nur mit einem bestimmten Ausgang, sondern auch nur mit
dem entsprechenden einen Eingang mit den Kopplungskondensatoren für die Vorwärtsrichtung
und den Kopplungskondensatoren für die Rückwärtsrichtung als Zähleinheit verbunden
sind, während sie hinsichtlich ihres zweiten Systems mit ihrem entsprechenden zweiten
Eingang über jeweils nur einen Kopplungskondensator an die gemeinsame Impulsleitung
für Vorwärtszählung und Rückwärtszählung angeschlossen sind, und daß mindestens
eine die zu zählenden Impulse aufnehmende Vorstufe vorgesehen ist, die als Steuerstufe
für die Zählrichtung über je
eine Steuerleitung für Vorwärtszählung und Rückwärtszählung
sämtliche Kopplungskondensatoren der Gegenrichtung zeitweilig sperrend vorspannt.
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Durch die Erfindung werden wesentliche schaltungstechnische Vorteile
erzielt. So reicht es nach der Erfindung aus, wenn nur ein hochwertiger Kopplungskondensator
für beide Richtungen je Stufe vorgesehen ist. Es entfällt die Notwendigkeit
von Undgattern, die aus zwei Dioden und zusätzlich zwei ohmschen Widerständen
je Stufe aufgebaut sein müssen. Nach der Erfindung ist jeweils nur eine Diode
mit einem Widerstand vorzusehen. Nach der Erfindung werden nicht mehr zwei zusätzliche
Spannungen benötigt, sondern die Vorspannung wird einfach der Vorstufe entnommen.
Auch weist die Erfindung den Vorteil auf, daß durch Spannungsstöße auf die Steuerleitungen
einfach umgetastet werden kann, während hierzu bei der bekannten Schaltung eine
zusätzliche bistabile Stufe erforderlich ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das die Erfindung allerdings
nicht beschränkt ist, wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Im
dargestellten Beispiel sind neun Binärstufen VI, V2 und I bis VII vorgesehen,
die in der Zeichnung nur durch mit Querstrich versehenen Rechtecken symbolisch angedeutet
sind. Die Binärstufen VI, V2
und VII sind monostabile Kippstufen mit einem
Einz--ang E und zwei Ausgängen A, und A2. Diese monostabilen
Kippstufen sind so ausgebildet, daß sie bei Aufnahme eines Impulses am Eingang
E
umkippen, d. h. ihren ersten Ausgang A, umschalten. Nach Ablauf
einer vorher eingestellten Zeitdauer kippen diese monostabilen Binärstufen V, V2
und VII wieder in ihre Ausgangslage zurück und erzeugen dabei in ihrem zweiten Ausgang
A, einen Impuls.
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Die bistabilen Binärstufen I bis VI sind demgegenüber mit zwei Eingängen
E, und E, versehen, von welchen je nach Stellung der eine wirksam
und der andere unwirksam ist. Diese bistabilen Binärstufen I bis VI sind dabei so
ausgebildet, daß sie bei Aufnahme eines Impulses an dem jeweilig wirksamen Eingang
EI
bzw. E2 in den jeweils anderen Schaltungszustand umspringen. Beim
Umspringen von dem Schaltungszustand mit wirksamem Eingang E2 in denjenigen
mit wirksamem Eingang E, ergibt sich an dem im Zusammenhang mit der Erfindung
interessierenden Ausgang A, ein Impuls.
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Sonstige schaltungstechnische Einzelheiten dieser Binärstufen sind
im Zusammenhang mit der Erfindung ohne Interesse.
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Der grundsätzliche Aufbau der Schaltung nach der Erflndung wird im
folgenden an Hand der Binärstufe III näher erläutert. Die Binärstufe III ist mit
ihrem einen Eingang E, über einen Kopplungskondensator C4 und einen Gleichrichter
G4 an den ersten Ausgang A,. der vorhergehenden Binärstufe II und mit einem
zweiten Kopplungskondensator C, und einem Gleichrichter G, an den
ersten Ausgang A,
der darauffolgenden Binärstufe IV angeschlossen. Der zweite
Eingang E, der Binärstufe III liegt über einem Kopplungskondensator C" an
der gemeinsamen ImpulsleitungL. Der im Zusammenhang mit der Erfindung allein interessierende
erste Ausgang A,
der Binärstufe III ist über einen Gleichrichter
G, und einen Kopplungskondensator C5 an den ersten Eingang
EI der vorhergehenden Binärstufe II und einen zweiten Gleichrichter
G, und einen Kopplungskondensator C, an den ersten Eingang E, der
darauffolgenden Binärstufe IV angeschlossen. Die Gleichrichter G,5 und
G, sind so angeordnet, daß die von dem Ausgang A, kommenden Impulse
als positive Spannungsimpulse an die KopplungskondensatorenC, bzw. C, weitergegeben
werden. Der Kopplungskondensator Cr, ist dabei über einen ohmschen Widerstand Rr>
an die Vorspannungsleitung r und der Kopplungskondensator Q über den ohmschen
Widerstand Ra an die Vorspannungsleitung Y angeschlossen. Entsprechendes
gilt für die Kopplungskondensatoren der übrigen Stufen bezüglich der Widerstände
R, bis R4 und R7 bis R". Auf den Vorspannungsleitungen r und v liegt zeitweilig
unter Steuerung durch die Vorstufen V, und V, eine negative Vorspannung zum Laden
der Kopplungskondensatoren oder zeitweilig das Potential 0 zum Entladen der
Kopplungskondensatoren.
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Wenn das linke System E, A, der Binärstufe III unter
Strom steht, kann ein zu zählender oder zu speichernder Impuls, der von der gemeinsamen
Impulsleitung L über den Kopplungskondensator C,7
auf den rechten Eingang
E2 gelangt, von der Binärstufe III nicht aufgenommen werden. Dagegen wird
ein positiver Impuls, der über den Kopplungskondensator C, oder den Kopplungskondensator
C, zum linken Eingang E, der Binärstufe III gelangt, aufgenommen,
und die Binärstufe Ill kippt in ihre andere Lage um, in der der rechte Eingang E2
zur Aufnahme eines Impulses bereit ist. Kommt ein solcher Impuls über die Impulsleitung
L und den Kopplungskondensator C" zum Eingang E, der Binärstufe III, so kippt
diese in ihre erste Lage zurück, in der ihr Eingang E,
und ihr Ausgang
A, unter Strom stehen. Dabei entsteht im Ausgang A, ein Impuls, der
über die Gleichrichter G, und G" als positiver Spannungsimpuls an die Kopplungskondensatoren
C, und C, geführt wird. Einer dieser beiden Kopplungskondensatoren
ist durch die später erläuterte Steuerung der Vorstufen V, und V" über die Vorspannungsleitung
r bzw. v auf der erforderlichen negativen Vorspannung oder entladen. Der jeweils
mit der negativen Vorspannung geladene Kopplungskondensator, beispielsweise
C,
wird durch den ihm zugeführten positiven Spannungsimpuls entladen und gibt
dadurch einen Impuls an den Eingang EI der an ihn angeschlossenen Binärstufe,
beispielsweise IV, weiter. Da die Spannung des Übertragungsimpulses vom Gleichrichter,
beispielsweise G, in der Größe des Potentials der Vorspannungsleitung r ist,
erfolgt im Kopplungskondensator C, keine Ladungsänderung und damit keine
Wirkung auf die rückliegende Stufe II. Eine sichere Impulsrichtung nach vorwärts
ist damit gewährleistet. Ist dagegen zur Zeit des positiven Spannungssprunges am
Ausgang der Stufe III auf der Vorspannungsleitung r eine negative Vorspannung und
auf der Vorspannungsleitung v das Potential 0, so tritt eine Impulsübertragung
in entgegengesetzter Richtung (rückwärts) ein. Damit wird durch die Erfindung eine
stabile Funktion mit einem Mindestmaß an Schaltaufwand gewährleistet.
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Im allgemeinen werden Zähler oft durch mechanische Einrichtungen,
beispielsweise Kontakte, betätigt. Hierbei treten sogenannte Prellerscheinungen
auf, die bei der schnellen Arbeitsweise der elektronischen Zähler zu Falsch- und
Mehrfachregistrierungen führen. Um derartige Prellwirkungen auszuschließen, ist
es günstig, der Zählkette eine monostabile Kippstufe V, als Impuls-Formerstufe vorzuschalten.
Die Zeiteinstellung dieser Vorstufe ist so eingestellt, daß die Kontaktprellungen
keinen Einfluß auf die Zählung ausüben. Bei Fremdspannung, z. B. wenn ein von Hand
zu betätigender Umschalter oder je nach Schaltungsart bei einem Umschalteimpuls
eine bistabile Kippstufe oder andere Umschalteinrichtungen die Zählrichtung vorgeben,
ist eine einzige Vorstufe für beide Richtungen ausreichend. Für die Eigensteuerung,
wenn für jede Zählrichtung ein eigener Kontakt vorgesehen ist, werden zwei Vorstufen
V, und V, verwendet. Es lassen sich auch ohne weiteres noch weitere Zusätze anschalten
oder Schaltbedingungen erfüllen, ohne die Wirkungsweise der Erfindung zu beschränken.
So ist es möglich, bei Gleichzeitigkeit der Vor- und Rückwärtsimpulse durch verschiedene
Zeiteinstellungen die eine Richtung zu begünstigen oder zunächst beide Impulse zu
speichern und nacheinander abzurufen.
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Im vorliegenden Beispiel arbeiten die beiden Vorstufen V, und V2 in
der Weise, daß ein auf der Impulseingangsleitung Iv für vorwärts zu zählende Impulse
ankommender Impuls zum Eingang E der monostabilen
Binärstufe
V, und ein auf der Eingangsseite Ir ankommender Impuls auf den Eingang
E der monostabilen Binärstufe V, gelangt. Beim Eintritt eines solchen Impulses
am Eingang E kippt die jeweilige monostabile Binärstufe V, bzw. V, in ihren
zweiten Schaltungszustand, in welchem sie aber nur für eine vorherbestimmte Zeitdauer
verharrt, um dann in ihren ursprünglichen Schaltungszustand zurückzukippen. Während
des umgekippten Zustandes legt die jeweilige monostabile Binärstufe V, bzw. V, mit
ihrem ersten Ausgang A, das Potential 0 auf die angeschlossene Vorspannungsleitung
für die entgegengesetzte Zählrichtung, beispielsweise legt die monostabile Binärstufe
V, während der Zeitdauer des umgekippten Zustandes das Potential 0 auf die
Vorspannungsleitung r, und entlädt dadurch die Kopplungskondensatoren C", Cb, C",
Cs, C59 C79 C, und C". Beim Zurückkippen in die Ausgangslage
erzeugen die monostabilen Binärstufen V, und V,
an ihrem zweiten Ausgang
A, einen Impuls, der über den Kopplungskondensator C" bzw. C" auf die gemeinsame
Impulsleitung L übertragen wird.
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Im folgenden wird die Wirkungsweise einer angeschlossenen dekadischen
Zählkette erläutert, um zu zeigen, daß auch bei Ringzählungen keine Schwierigkeiten
für den Richtungswechsel auftreten.
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Vor Beginn der Zählung wird die Zählkette in die Nullstellung gebracht,
indem die Taste T kurz betätigt wird. Hierdurch kippen die Stufen II bis IV in diejenige
Lage, in der die linken Systeme unter Strom stehen, während die Stufe
1 in diejenige Lage gebracht wird, in der das rechte System unter Strom steht.
Tritt nun ein Impuls in die Schaltung bei 1, eln, so kippt zunächst die Stufe V,
um und legt dabei das Potential 0 auf die Vorspannungsleitung r. Innerhalb
der an der Stufe V, eingestellten Zeitverzögerung verharrt diese im umgekippten
Zustand, in welchem sie nicht geeignet ist, weitere Impulse aufzunehmen. Diese Zeitdauer
dient außerdem zum Entladen der an die Vorspannungsleitung r angeschlossenen Kopplungskondensatoren
über die jeweiligen ohmschen Widerstände. Nach Ablauf der eingestellten Zeitverzögerung
nach Impulsende kippt die Stufe V, in ihre Ausgangslage zurück. Dabei erzeugt sie
am Ausgang A, einen positiven Spannungssprung, der den an den Gleichrichter
G" und den Widerstand RI, angeschlossenen aufgeladenen Kondensator C" entlädt. Hierdurch
entsteht in der Impulsleitung L ein positiver Spannungsstoß, der unmittelbar an
die Kondensatoren C,5 bis C" geleitet wird. Da die entsprechenden
Eingänge E, der Stufen II bis V zu deren nicht stromführenden Systemen führen,
bleibt der Spannungsstoß in diesen Stufen II bis V ohne Wirkung. Lediglich in Stufe
I findet der positive Spannungsstoß ein leitendes System vor, das sofort gesperrt
wird, und die Stufe I kippt in ihren Schaltungszustand um, in welchem der Eingang
E, und der Ausgang A, unter Strom stehen. Dabei entsteht ein positiver Spannungsstoß
am Ausgang A, zu den Gleichrichtern G, und G, Die während des
umgekippten Zustandes entladenen Kopplungskondensatoren C, Cl,
C7, C" Cla, Cb, C" sind bis zum Auftreten des positiven Spannungsstoßes
am AusgangA, der StufeI auf Grund des Wertes der entsprechenden ohmschen Widerstände
noch nicht aufgeladen. Der positive Ausgangsimpuls kann deshalb nur über den Gleichrichter
G2 und den Kopplungskondensator C, auf die Stufe II wirksam werden.
Damit kippt die Stufe 11 in ihren zweiten stabilen Schaltungszustand um,
in welchem ihr Eingang E,
zur Aufnahme eines Eingangsimpulses wirksam wird.
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Der nächste Eingangsimpuls über die Vorstufe V, kippt nunmehr die
Stufe 11 wieder in ihre Ausgangslage und die Stufe III in die Aufnahmelage
um. Die Gleichrichter G, und G, wirken dabei wie die Gleichrichter
G, und G, Die Stufen, an deren Ausgängen A, jeweils
die Gleichrichter G, G, G, G,;
G, Gl. liegen, werden
analog durchlaufen, bis am Ausgang der StufeV ein positiver Spannungsimpuls entsteht.
Jetzt entladen sich die Kopplun'gskondensatoren Cu" und C"b, wodurch die Stufen
1 und VI umkippen. Der beim Umkippen der StufeVI an deren AusgangA" erzeugte
positive Spannungsstoß wird aber deshalb nicht auf StufeV11 wirksam, weil der Kopplungskondensator
Cl, bei Vorwärtszählung entladen war. Die nächsten vorwärts zu zählenden Impulse
bringen der Reihe nach wiederum die Stufen II bis V. Nach diesem zweiten Umkippen
der StufeV entladen sich wiederum die Kopplungskondensatoren Cloa und Ci,b,
Cl". Über den Kopplungskondensator C"a kippt die Stufel wieder um, während über
den Kopplungskondensator C", die StufeVI in ihre Ausgangslage zurückgekippt wird.
Jetzt entsteht am AusgangA, über den Gleichrichter G, ein positiver Spannungsstoß,
der den bei Vorwärtszählung über die Vorspannungsleitung V negativ vorgespannten
Kopplungskondensator C" entlädt. Die monostabile Binärstufe VII spricht an und gibt
über JA einen Ausgangsimpuls, der an eine nächste dekadische Zählkette weitergegeben
werden kann oder weitere Schaltvorgänge auslöst.
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Das Rückwärtszählen erfolgt analog, wenn positive Impulse bei Jr eintreten
und die Stufe V, beaufschlagen, deren Ausgang über den Gleichrichter G"
an
den Kondensator Cl, und den Widerstand R" angeschlossen ist. Als Ringverkettungskondensatoren
dienen jetzt die Kondensatoren Cl", Clb und Cl,. Will man die Ausgangsimpulse wiederum
als vorwärts zu zählende und rückwärts zu zählende Impulse trennen, so kann die
StufeVII in entsprechender Weise wie die Vorstufen V, und V, verdoppelt werden,
wobei die Endstufe für die Vorwärtszählung nur über den Kopplungskondensator Cl,
und die Endstufe für die Rückwärtszählung nur über den Kopplungskondensator Cl,
und den Gleichrichter G,1
an die Stufe VI angeschlossen sind.