DE1209162B - Elektronische Zaehlvorrichtung fuer Vor- und Rueckwaertszaehlung - Google Patents

Description

• Elektronische Zählvorrichtung für Vor- und Rückwärtszählung

  Die Erfindung betrifft eine elektronische Zähl-

  vorrichtung für Vor- und Rückwärtszählung für

  schnelle Zählvorgänge mit zählriehtungsabhängiger

  Ausgangsimpulssteuerung und veränderbarem Unter-

  setzungsfaktor unter Verwendung von Flip-Flops mit

  Transistoren.

  Es sind elektronische Zählschaltungen bekannt,

  mit denen Zählungen in beiden Richtungen durch-

  gefülirt %verden können. Sie lassen sich auf drei

  Gruppen zurückführen:

  l.. Zählvorrichtungen

  nach dem tetradischen Zählprinzip

  Bei Vor- und Rückwärtszählungen werden die

  KoppILingen zwischen den einzelnen Flip-Flops der

  Zählvorrichtung durch Torschaltungen zählrichtungs-

  abhängig gesteuert. Zusätzlich müssen bei diesem

  Zählprinzip die Rückführungsleitungen zur Her-

  stellung eines dekadischen Zählers zählrichtungs-

  abhängig gesteuert werden. Der Nachteil dieser Zähl-

  vorrichtungen besteht darin, daß ein zusätzlicher

  SclialtungsatAvand (Torstufen und Steuerstufen) für

  die Unischaltun,llen der Verkopplunas- und Rück-

  führungsnetzwerke bei Zählricllttuigswechsel erforder-

  lich ist. Bedingt durch diese zusätzlichen Schalt-

  einrichtungen «-ard die Zählgeschwindigkeit dieser

  Zählvorrichtungen, bezogen auf die Zählgeschwiadig-

  keit in einer Zählrichtung, wesentlich herabgesetzt.

  ?. ZählvorriclitLlngen

  nach dem bictuinären Zählprinzip

  Diese ZLililvoi'rielittinzen für Vor- lind RLLCkwart5-

  zälilling bestehen aus einem Flip-Flop und einem

  nacligesclialteten Ring mit fünf sta'o-ilen Lagen. Die

  Kopplunc zwischen der Flip-Flop-Schaltung und der

  Ringschaltung muß @hlri@@@LIngsa@häi@gig gesteuert

  werden. Ein weiterer Nachteil ist, daf auch die Zähl-

  ausgänge zä hlriclitungsabhängig umgeschaltet werden

  müssen, d. h., e3 ist eine @n@sclialt-voi'richtuna er-

  forderlich. Die Zä hlgeschwindigkeit filr nur eine Zähl-

  riclittnig wird bei Richtungswechsel nicht erreicht,

  weil durch eia erforderliches Vorsignrzl interne Tor-

  schalttingcn unigeschaltet werden nüissen.

  3. Zählvorrichtung-en,

  ??ach dein Riii,2zälilpriiizip

  Bei diesen bekannten Zähivorrrichtungen finit

  n Schaltungszuständen werden für Vor- und Rück-

  wärtszählungen n bistabile Elemente, z. B. Flip-Flops,

  verwendet. Für diese Schaltungsart entf=allt eine zähl-

  richtungsabliängige Steuerung der Koppelglieder zwi-

  schen den einzelnen bistabilen Elementen, da im

  allgemeinen getrennte Eingänge für Vor- und ltüclk-

  wärtszählung vorhanden sind. Lediglich die Zähl-

  inupulsausgänge müssen richtungsabhängig gesteuert

  werden. Der Nachteil dieser Zählvorrichtungen ist der

  erforderliche hohe Schaltungsaufwand (z. B. zehn

  Flip-Flops für dekadische Zählung gegenüber vier

  Flip-Flops bei der Zählvorrichtung nach dem tetradi-

  schen Prinzip).

  Weiterhin sind Zählvorrichtungen nach dem Ring-

  zählprinzip reit fz Transistoren für ia stabile Schal-

  tungszustände bekannt. Diese Zählvorrichtungen er-

  fordern ebenfalls eine Unisteuerung der Zählimpuls-

  ausgänge. Der Nachteil dieser Zälilvorrichttii,gen

  besteht darin, daß sie mir bis zli einer maximalen

  Stufenzahl von dreizehn realisierbar sind und bei

  großen Stufenzahlen einen hohen -==oppelaufwand

  zwischen den Stufen und eine höhere Betriebsspannung

  als bei kleinen Stufenzahlen erfordern. Dadurch wird

  die Zählgeschwindigkeit herabgesetzt.

  Die bekannten Zählvorrichtungen haben einen dein

  jev@°eiligen Ver"vendungszweck angepaßten bestimmten

  Untersetzungsfaktor und somit auch eine bestimmte

  Wertigkeit der Zählimpulse. Nachteilig dabei ist, daß

  eine Änderung des Unter setzungsfaktors nur durch

  Auswechseln der entsprechenden Zähleinheit erfolgen.

  kann. Dazu müsse?. eine Anzahl zusätzlicher Zähl-

  einheiten finit den benötigten Untersetzungsfaktoren

  zur Verfügung stehen. Werden verschiedene Werti-

  keiten der Zählimpulse benötigt, so sind zusätzliche

  elektronische Bausteine notwendig.

  Weiterhin sind Zählvorrichtungen bekannt, wo eine

  Änderung der Wenigkeit der Zählimpulse dadurch

  erreicht wird, daß jeder ankommende Zählimpuls in

  einer zusätzlichen elektronischen Einrichtung eine

  entsprechende Anzahl Impulse erzeugt, die anschließend zusätzlich auf den Eingang der Zähleinheit gegeben werden. Der Nachteil dieser Zählvorrichtungen ist außer dem großen Aufwand an Bauelementen auch eine wesentliche Verringerung der maximal zulässigen Folgefrequenz der Zählimpulse.
• Zweck der Erfindung ist es, eine einfache Zählvorrichtung für Vor- und Rückwärtszählungen zu schaffen, die keine zusätzlichen Umschaltvorrichtungen für Zählrichtungswechsel benötigt, die eine hohe Zählgeschwindigkeit in beiden Zählrichtungen hat und diese auch bei Zählrichtungswechsel beibehält, bei der außerdem der Untersetzungsfaktor einstellbar ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Zählvorrichtungen so zu verbessern, daß sie auch für Vor- und Rückwärtszählung bei gleichzeitiger selbständiger zählrichtungsabhängiger Ausgangsimpulssteuerung geeignet sind, daß sie ohne ein die Zählrichtung steuerndes Vorsignal auskommen, daß ohne Auswechseln von Bausteinen und ohne zusätzliche Bausteine eine Umschaltung des Untersetzungsfaktors sowie der Wertigkeit der Zählimpulse möglich ist, wobei in bestimmten Fällen auch die binäre Informationsausgabe (z. B. 1 - 2 - 4 - 8) vereinfacht werden kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird die elektronische Zählvorrichtung für Vor- und Rückwärtszählung für schnelle Zählvorgänge mit zählrichtungsabhängiger Ausgangsimpulssteuerung und veränderbarem Untersetzungsfaktor unter Verwendung von Flip-Flops erfindungsgemäß folgendermaßen aufgebaut: Die ra (n = 1, 2,3 ... ) Flip-Flops bestehen aus 2ra Transistoren, wobei jedem Transistor in an sich bekannter Weise zwei Einkoppeltorschaltungen, eine für Vorwärts- und eine für Rückwärtszählung, zugeordnet sind. Die Einkoppeltorschaltungen sind so mit den Kollektoren bestimmter Transistoren verbunden, daß jeder Zählimpuls entsprechend dem gewählten Untersetzungsfaktor entweder nur ein Flip-Flop umschaltet oder mehrere Flip-Flops gleichzeitig umschaltet. Bei der Wahl des Untersetzungsfaktors 10 schaltet jeder Zählimpuls ein Flip-Flop, bei einem Untersetzungsfaktor 5 jeder Zählimpuls zwei Flip-Flops und bei einem Untersetzungsfaktor 2 jeder Zählimpuls fünf Flip-Flops um. Der Untersetzungsfaktor ist einstellbar, beispielsweise umschaltbar mittels Schalter zwischen den Einkoppeltorschaltungen und den Kollektoren der Transistoren. Am Ausgang der Zählvorrichtung befinden sich zwei Ausgangstorschaltungen, eine für Vorwärts- und eine für Rückwärtsausgang. Um zu vermeiden, daß bei Vorwärtszählung am Rückwärtsausgang und bei Rückwärtszählung am Vorwärtsausgang ein Impuls erscheint, dient als Ausgangstorschaltung eine Und-Schaltung. Die Abgabe des Ausgangsimpulses erfolgt bei n Flip-Flop-Stufen beim Übergang von Zählstellung 2n-1 in Zählstellung 2n, dagegen bei Rückwärtszählung beim Übergang von Stellung 1n in Stellung 2n-1. Die Gesamtheit der Einkoppeltorschaltungen für Vorwärtszählung wird von dem Vorwärtseingang, die Gesamtheit der Einkoppeltorschaltungen für Rückwärtszählung wird von dem Rückwärtseingang angesteuert. Die Steuerung der Einkoppeltorschaltung erfolgt von zwei Kollektoren derart, daß ein am Vorwärtseingang auftretender Zählimpuls die Zählvorrichtung in der entgegengesetzten Richtung schaltet. Die Einkoppeltorschaltungen können auch so mit den Kollektoren der einzelnen Transistoren verbunden werden, daß für Vor- und Rückwärtszählung unterschiedliche Untersetzungsfaktoren erreicht werden. In den Fällen, wo bei Verwendung als dekadische Zählvorrichtung eine einfache binäre Informationsausgabe (z. B. 1-2-4-8) gefordert wird, kann dies durch Kombination einer obengenannten Zählvorrichtung mit dem Untersetzungsfaktor 5 und einer vorgeschalteten Untersetzerstufe (z. B. Flip-Flop-Stufe) erreicht werden. Der Untersetzungsfaktor der Gesamtzählvorrichtung ergibt sich aus dem Produkt der Untersetzungsfaktoren der Kombination. Die Zählvorrichtung nach der Erfindung ermöglicht im Gegensatz zu bekannten Zählvorrichtungen eine Vor- und Rückwärtszählung mit hoher Zählgeschwindigkeit bei vertretbarem Aufwand. Gleichzeitig entfallen zusätzliche Steuervorrichtungen für Richtungswechsel, weil der Richtungswechsel durch den speziellen Aufbau der Zählvorrichtung erfolgt. Außerdem gestattet die Zählvorrichtung die Veränderung des Untersetzungsfaktors und damit der Wertigkeit der Zählimpulse, wodurch sie sehr vielseitig anwendbar ist. Mit der Erfindung ist eine binäre Informationsausgabe mit geringem Aufwand möglich.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der elektronischen Zählvorrichtung, F i g. 2 eine dezimale Zählvorrichtung in Biquinärcode.
• Die Zählvorrichtung nach F i g. 1 besteht aus zwanzig Einkoppeltorschaltungen T1 bis T20, jeweils zehn für Vorwärtszählung und zehn für Rückwärtszählung, fünf transistorisierten Flip-Flops Fll bis F15 und zwei Ausgangstorschaltungen, eine für Vorwärtsausgang Uv und eine für Rückwärtsausgang UR. Die Einkoppeltorschaltung T besteht jeweils aus einem Kondensator C, einem Widerstand R und einer Diode Gr.
• Alle zwanzig Einkoppeltorschaltungen T sind genauso aufgebaut, darum wurde nur eine ausführlich gezeichnet. Das gleiche gilt für die fünf Flip-Flops, von denen auch nur einer in seinen Bauelementen dargestellt ist. Die Ausgangstorschaltungen Uv und UR sind Und-Schaltungen. Zwischen den Widerständen R der Einkoppeltorschaltungen T und den Kollektoren der Transistoren Ts befinden sich zur Umschaltung des Untersetzungsfaktors und der Wertigkeit der Zählimpulse Schalter S1 bis S10.
• In der Ausgangs-(Null-)Lage der Zählvorrichtung nach F i g. 1 sind durch einen Nullstellimpuls am Vorwärtseingang 1 alle rechten Transistoren Ts der fünf Flip-Flops F1 leitend, während die linken Transistoren Ts gesperrt sind. Von allen Einkoppeltorschaltungen T ist durch besondere Schaltungsmaßnahmen in Vorwärtsrichtung nur die dritte Einkoppeltorschaltung T3 und in Rückwärtsrichtung nur die zwanzigste Einkoppeltorschaltung T20 geöffnet. Dadurch wird erreicht, daß ein eintreffender Vorwärtsimpuls über die dritte Einkoppeltorschaltung T3 nur an die Basis des zweiten Transistors Ts2 gelangt und den aus den Transistoren Tsl und Ts2 bestehenden ersten Flip-Flop Fll kippt, so daß jetzt TransistorTsl leitend und Transistor Ts2 gesperrt ist. Bei Eintreffen eines Rückwärtsimpulses spielt sich der gleiche Vorgang über die entsprechende Einkoppelschaltung T19 ab. Durch das Umkippen des ersten Flip-Flops FIl ist nunmehr die zum zweiten Flip-Flop F12 gehörige siebente Einkoppeltorschaltung T7 bei Vorwärtszäh-

  Jung, bei Rückwärtszählung durch Kippen des fünften

  Flip-Flops T15 die erste Einkoppeltorschaltung T1

  geöffnet. Beim Eintreffen weiterer Zählimpulse kippen

  der Reihe nach alle fünf Flip-Flops F1 zunächst in die

  entgegen gesetzte Lage der in der F i g. 1 gezeigten

  Lage (schraffiert = Transistor leitend) und bei Ein-

  treffen weiterer Zählimpulse wieder bis in die in der

  F i g. 1 gezeigte Lage. Nach Eintreffen von zehn

  hintereinanderfolgenden Eingangsimpulsen (nur vor-

  wärts oder nur rückwärts) befindet sich die Zähl-

  vorrichtung wieder in ihrer Ausgangslage. Dabei wird

  von ihr ein Übertragsimpuls an eine nachgeschaltete

  Zählvorrichtung (Zähldekade) abgegeben. Dies ge-

  schieht bei Vorwärtszählung beim Kippen des fünften

  Flip-Flops F15 in die in der F i g. 1 gezeigte Lage

  und bei Rückwärtszählung beim Kippen des fünften

  Flip-Flops F15 in die entgegengesetzte Lage. Dabei

  entsteht ein positiver Spannungssprung, der über die

  Ausgangsschaltung Uv bei Vorwärtszählung am Vor-

  wärtsausgang 3 erscheint, bei Rückwärtszählung über

  die Ausgangstorschaltung Ur, am Rückwärtsausgang4

  auftritt. Durch zusätzliche Steuerleitungen von der

  Ausgangstorschaltur-g U1- zum Flip-Flop F12 und

  von der Ausgangstorschaltung Ur, zum Flip-Flop F13

  wird erreicht, daß beim Vorwärtszählen der beim

  Kippen von Flip-Flop T-15 auftretende Impuls nicht

  an den Riickwärtsausgang 4 gelangen kann und bei

  Rückwärtszähltirrg kein störender Impuls am Vor-

  wärtsausgang 3 auftritt. Die beschriebenen Maß-

  nahmen garantieren, daß in der jeweiligen Zähl-

  richtung mir am zugehörigen Ausgang ein Fortschalt-

  impuls auftritt.

  In der in der F i g. 1 zu sehenden Stellung der

  Schalter S sind die Einkoppeltorsehaltungen T so mit

  den Kollektoren der Transistoren Ts der Flip-FIopsFl

  verbunden, daß jeder positive Impuls, der am Vor-

  wärtseingang 1 oder Rückwärtseingang 2 anliegt, je-

  weils nur einen Flip-Flop Fl umkippt und somit die

  Zähleinrichtung um einen Schritt vorwärts bzw. rück-

  wärts schaltet. Dabei nimmt die Zählvorrichtung

  nacheinander die Zählstellungen 0 -1 - 2 ... 9-0-1

  oder bei Riickwärtszählung die Zählstellung 0 - 9 - 8

  ... 7 - 0 - 9 ein. Nach jeweils zehn Eingangsimpulsen

  gleicher Zählrichtung erscheint am Ausgang der Zähl-

  vorrichtung ein Impuls. Somit hat die Zählvorrichtung

  in dieser Schalterstellung einen Untersetzungsfaktor

  von 10 bei einer Wertigkeit der Zählimpulse von 1

  (d. h.. jeder Zählimpuls schaltet nur einen Flip-Flop).

  Werden die Schalter S umgeschaltet, so sind die

  Einkeppeltorschaltungen T so mit den Kollektoren

  der Transistoren Ts verbunden, daß jeder positive

  Impuls, der am Vorwärtseingang 1 oder Rückwärts-

  eingang 2 anliegt, jeweils zwei Flip-Flops Fl umkippt

  und somit die Zählvorrichtung um zwei Schritte vor-

  wärts bzw. rückwärts schaltet. Dabei nimmt die Zähl-

  vorrichtung nacheinander die Zählstellungen

  0-2-4-6-8-0-2 bzw. 0-8-6-4-2-0-8

  ein. Nach jew=eils fünf Eingangsimpulsen erscheint

  ein Ausgangsimpuls. Die Zählvorrichtung hat dann

  einen Urtersetztrngsfaktor von 5 bei einer Wertigkeit

  cici- Zälilimptase von 2. Durch entsprecrerde Um-

  schaltung der Verbindungen zwischen den Wider-

  ständen R der Einkel-reltorschaltungen T und den

  Kollekteren vier Transistoren Ts läßt sich jeder

  Untersetzungsfaktor zwischen 2 und 10 und die

  Wertigkeit 1, 2 oder 5 einstellen.

  Das in F i g. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel stellt eine dezimale Zählvorrichtung im Biquinärcode dar. Sie besteht aus einer Zählvorrichtung nach Ausführungsbeispiel F i g. 1 mit einem Untersetzungsfaktor 5, bestehend aus den Flip-Flops F12, F13, F14 und einem vorgeschalteten Flip-Flop Fll.
• Zur Kopplung befinden sich zwischen der vorgeschalteten Untersetzerstufe Flip-Flop F11 und der Zählvorrichtung Flip-Flop F12, F13, F14 zwei Torschaltungen K l, K2, die vom Flip-Flop Fll gesteuert werden.
• Durch den vorgeschalteten Flip-Flop Fll wird ein zusätzlicher Untersetzungsfaktor 2 erzielt, so daß mit dem Untersetzungsfaktor 5 der drei Flip-Flops F12, F13 und F14 der Gesamtuntersetzungsfaktor 10 beträgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 erreicht man eine dekadische Untersetzung bereits mit vier Flip-Flops Fll bis F14.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Elektronische Zählvorrichtung für Vor- und Rückwärtszählungen für schnelle Zählvorgänge mit zählrichtungsabhängiger Ausgangsimpuls- steueruna und veränderbarem Untersetzungsfaktor unter Verwendung von Flip-Flops mit Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der 211 (1z = 1, 2, 3 ... ) Transistoren (Ts) der sa Flip-Flops (Fl) in an sich bekannter Weise zwei Einkoppeltorschaltungen (T), eine für Vorwärts- und eine für Rückwärtszählung, zugeordnet sind und daß die Einkoppeltorschaltungen (T) so mit den Kollektoren bestimmter Transistoren (Ts) ver- bunden sind, daß jeder Zählimpuls je nach Wahl des Untersetzungsfaktors entweder nur ein Flip- Flop umschaltet oder mehrere Flip-Flops (F1) gleich- zeitig umschaltet, und daß an den Ausgang der Zählvorrichtung zwei Torschaltungen, eine für Vorwärts- (Ut,-) und eine für Rückwärtsausgang (UR), geschaltet sind. 2. Elektronische Zählvorrichtung nach An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- koppeltorschaltungen (T) über Schalter (S) mit den Kollektoren bestimmter Transistoren (Ts) der- art verbunden sind, daß der Untersetzungsfaktor und die Wertigkeit der Zählimpulse einstellbar sind und auch für Vor- und Rückwärtszählung unterschiedliche Untersetzungsfaktoren erreichbar sind. 3. Elektronische Zählvorrichtung nach An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- aangstorschaltungen (Ui-, RA Und-Schaltungen sind und daß von diesen Ausgangstorschaltungen (Ui-, Ur,) je eine Steuerleitung zu bestimmten Flip-Flops(F1) geht, die eine zählrichtungsabhän- aiye Ausgangsimpulssteuerung vornehmen. y 4. Elektronische Zählvorrichtung nach An- spruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählvorrichtung eine zusätzliche Untersetzer- stufe, z. B. ein Flip-Flop (Fll), derart vorgeschaltet ist, daß die so gebildete Zählanordnung einen aus dem Produkt der Untersetzungsfaktoren der Zähl- vorrichtung und der vorgeschalteten Untersetzer- stufe bestehenden Untersetzungsfaktor aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften: Elektronik, 1961, Nr. 5, S. 136 bis 139.