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Gray-Code-Impulszählschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Impulszählschaltung zur Darstellung der Anzahl von Eingangsimpulsen im sogenannten
Gray-Code, wie er insbesondere zur Abtastung von Winkelwerten mit Vorteil verwendet
wird, da er gegenüber dem einfachen Binär-Code den Vorteil aufweist, daß zwei aufeinanderfolgende
Werte sich jeweils nur durch Änderung einer einzigen digitalen Stelle unterscheiden.
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Der Gray-Code wurde bisher im allgemeinen durch Umwandlung nach seinem
bekannten Bildungsgesetz aus dem Binär=code abgeleitet.
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Es ist auch bereits schon eine Impulszähl- und Codierschaltung bekannt,
welche in ihrer allgemeinsten Form die Darstellung von Eingangsimpulsen in einem
beliebigen Code ermöglicht und bei welcher jeder der 2n möglichen Codekombinationen
eine Matrixzeile zugeordnet ist. Für einen beliebigen Code wird die zugehörige Matrixzeile
eingeschaltet, welche ihrerseits den zeitlich gesehen nächsten Code einstellt. Somit
ist bei dieser bekannten Schaltung jeder der 2n-Codes in der Matrix gespeichert,
d. h., eine von Fall zu Fall verschiedene Logik wiederholt sich 2n-mal. Dieses bekannte
System ist daher nur in der Wirkung ein Zähler, nicht aber dem Wesen nach. Es liegt
vielmehr ein Speicher vor, in welchem durch eine Adresse in den einzelnen Flip-Flops
eine Speicherzelle adressiert wird, welche ihrerseits die Adresse der nächsten Speicherzelle
enthält und diese wieder an das Flip-Flop-Register abgibt usw. Der schaltungstechnische
Aufwand ist dabei sehr grüß.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Impulszählschaltung zu schaffen,
die mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln das Zählen und Darstellen einer
beliebigen Impulszahl direkt im Gray-Code erlaubt.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Impulszählschaltung mit mehreren
hintereinandergeschalteten und durch Kopplungsglieder miteinander verbundenen bistabilen
Stufen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden ersten Stufen durch eine
Impulsteilerschaltung gekoppelt sind und den Eingängen der dritten und folgenden
Stufen jeweils Und-Schaltungen vorgeschaltet sind, deren Eingänge einerseits mit
den Ausgängen der nachgeordneten Stufe sowie einer weiteren Und-Schaltung verbunden
sind, welche jeweils den den Zustand »1« wiedergebenden Ausgang der unmittelbar
vorgeordneten Stufe und die den Zustand »0« wiedergebenden Ausgänge der verbleibenden
vorgeordneten Stufen zusammenfassen, derart, daß jeweils diejenige Stufe des Zählers
je nach dem Zustand der nachgeordneten Stufe in den Zustand »1« oder »0« umkippt,
wenn die unmittelbar vorgeordnete Stufe den Zustand »1« und die verbleibenden vorgeordneten
Stufen den Zustand »0« aufweisen.
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Mit dem erfindungsgemäßen System sind beispielsweise für einen 13stufigen
Gray-Code-Zähler, unter der Annahme, daß die erfindungsgemäß erforderlichen Und-Schaltungen
mit Dioden aufgebaut sind, nur rund 150 Dioden erforderlich, während bei der bekannten
Schaltungsanordnung für einen Gray-Code-Zähler mit der gleichen Anzahl von Stufen
etwa 100 000 Dioden erforderlich sein würden. Die Erfindung bringt also eine wesentliche
Verringerung des schaltungstechnischen Aufwandes mit sich.
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Zum Darstellen der Anzahl der Eingangsimpulse in einem geschlossenen,
sich wiederholenden Zahlensystem, also beispielsweise zur Darstellung von Winkelwerten,,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß der eine Eingang der letzten Stufe mit
dem Ausgang der Und-Schaltung, welche jeweils den den Zustand »l« wiedergebenden
Ausgang der unmittelbar vorgeordneten Stufe und die den Zustand »0« wiedergebenden
Ausgänge der verbleibenden vorgeordneten Stufen zusammenfaßt, direkt verbunden ist
und der andere Eingang der letzten Stufe mit einer weiteren, sämtliche den Zustand
»0« wiedergebende Ausgänge aller der letzten Stufe vorgeordneten Stufen zusammenfassenden
Und-Schaltung verbunden ist. Dadurch wird bewirkt, daß nach Erreichen der größtmöglichen
Zahl, z. B. 1000000, nach Eintreffen des nächsten Zählimpulses nicht die theoretisch
nächstgrößere Gray-Zahl, z. B. 11000000, erscheint, die in einem nur 7stelligen
Zähler nur als 1000000 wiedergegeben würde, sondern der Anfangswert 0000000. Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bringt außerdem den Vorteil mit sich, daß jegliche
Zeitverzögerung zwischen dem Umkippen der ersten und letzten Stufe des Binärzählers
wegfällt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer
Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Das Schema nach F i g. 1 zeigt die fünf Stellen X1 bis X5 eines Gray-Code
sowie die Zuordnung dieser Gray-Code-Stellen zu der fortlaufend zu zählenden Impulsreihe.
In dem gezeigten Schema bedeuten die schwarzen Felder den Zustand »1« und die weißen
Felder den Zustand »0«.
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In F i g. 2 ist an Hand eines Blockschaltbildes eine erfindungsgemäße
Impulszählschaltung mit den entsprechenden Verknüpfungsschaltungen der einzelnen
Zählerstufen Xo bis X5 gezeigt, und zwar ist dabei die Vorstufe Xo, welcher die
zu zählende Impulsreihe f, zugeführt wird, mit der ersten Zählerstufe X1 wie eine
Teilerstufe verkoppelt, so daß die Stufe X, die doppelte Frequenz wie X1 besitzt.
Die Ausgänge C der einer bestimmten Stufe (z. B. Stufe X4) vorgeordneten Stufen
(z. B. Xo bis X3) sind jeweils in Und-Schaltungen US zusammengefußt, und zwar sind
jeweils der Ausgang C1 der unmittelbar vorgeordneten Stufe sowie die Ausgänge C2
der verbleibenden vorgeordneten Stufen in einer Und-Schaltung zusammengefußt, beispielsweise
also der Ausgang C1 der Stufe X3 mit den Ausgängen C2 der Stufen Xa, X1 und X2 in
der Und-Schaltung US.. Jedem Eingang B1 bzw. B2 jeder einzelnen Stufe X sind
außerdem weitere Und-Schaltungen Ua bzw: Ub vorgeschaltet, deren einer Eingang mit
dem Ausgang Cl bzw. C2 der nachgeordneten Stufe und deren anderer Eingang mit der
entsprechenden zusammenfassenden Und-Schaltung US verbunden ist, also beispielsweise
der eine Eingang der Und-Schaltung Ua" mit dem Ausgang C2 der Stufe X5 und der eine
Eingang der anderen Und-Schaltung Ub4 mit dem Ausgang C1 der Stufe X5 sowie die
beiden verbleibenden Eingänge der genannten Und-Schaltungen Ua4 und Ub4 mit dem.
Ausgang der zusammenfassenden Und-Schaltung US.. Das Kriterium »1« nach den Und-Schaltungen
Ua, Ub muß spannungsmäßig so ausgelegt sein, daß es, wenn es an beiden Eingängen
B1 und B2 der entsprechenden Stufe gleichzeitig anliegt, deren Zustand nicht ändert.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Gray-Code-Zählschaltung ist
nun folgende: Aus dem in F i g. 1 gezeigten Bildungsgesetz kann man allgemein ableiten,
daß immer dann, wenn die Stufe X" umkippt, die Stufe X" -1 den Zustand »1« und die
verbleibenden Stufen Xo bis X" -2 den Zustand »0« aufweisen. Man kann daraus umgekehrt
ein Kriterium für das Umkippen einer Stufe aus den vorhergehenden Stufen ableiten.
Es ist dabei nur zu unterscheiden, ob die Stufe X" vom Zustand »0« in den Zustand
»1« kippen soll, oder umgekehrt. Die Entscheidung muß von der nachgeordneten Stufe
X"+1 getroffen werden. Hat diese den Zustand »0«, so muß die Stufe X" in den Zustand
» 1 « übergeführt werden, und umgekehrt. Diese Entscheidung wird durch die erfindungsgemäße
Verknüpfungsschaltung der einzelnen bistabilen Stufen erzielt, denn die Und-Schaltung
US jeder einzelnen Stufe gibt nur dann ein Kriterium »0« ab, wenn ihre sämtlichen
Eingänge »0« haben (die Stufe X" _1, die selbst auf »1« steht, gibt dabei am anderen
Ausgang als die übrigen vorgeordneten Stufen ebenfalls das Kriterium »0« ab). Das
Kriterium »0« jeder Und-Schaltung US
steuert anschließend die entsprechende
Stufe vom Zustand »0« in den Zustand »1«, oder umgekehrt, je nachdem, welches der
Und-Gatter Ua oder Ub, gesteuert durch die nächstfolgende Stufe, das Kriterium »0«
durchläßt.
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Es sei nun beispielsweise der Zeitpunkt 8 nach dem Schema gemäß F
i g. 1 herausgegriffen. Zu diesem Zeitpunkt muß- die Stufe X4 kippen und die Stufen
Xo bis X2 besitzen den Zustand »0«, während die Stufe X3 den Zustand »1« aufweist.
Damit gibt die Und-Schaltung US, das Kriterium »0« ab. Da die Stufe X5 den Zustand
»0« aufweist, wird die Und-Schaltung Ua4 zum Durchlaß dieses Kriteriums »0« vorbereitet,
und die Stufe X4 wird vom Zustand »0« in den Zustand »l« umgekippt.
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Wird der erfindungsgemäße Gray-Code-Zähler zur Darstellung von in
sich geschlossenen Zahlensystemen, also beispielsweise zur Darstellung von Winkelwerten,
verwendet, so muß eine zusätzliche Verknüpfungsschaltung für das Umkippen der letzten
Stufe vorgesehen werden. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß der den Zustand »1«
wiedergebende Ausgang C1 der vorletzten Stufe X4 und die den Zustand »0« wiedergebenden
Ausgänge C2 der übrigen vorgeordneten Stufen X" bis X3 in einer Und-Schaltung US4
zusammengefußt und deren Ausgang direkt mit dem Eingang Bi der letzten Stufe X"
verbunden. Dadurch kann die letzte Stufe aus dem Zustand »0« in den Zustand »1«
gekippt werden. Zum Umkippen dieser letzten Stufe X5 vom Zustand »1« in den Zustand
»0« ist eine weitere zusammenfassende Und-Schaltung US, vorgesehen, die ausschließlich
mit den Ausgängen C2 der vorhergehenden Stufen verbunden ist. Mit diesem Kriterium
kann damit der Eingang B2 der letzten Stufe X5 entsprechend gesteuert werden.