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Einrichtung zum integrierenden Zählen von bestimmten Merkmalen von
Signalen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum integrierenden Zählen von bestimmten
Merkmalen von Signalen, die von einem mehrphasigen Signalgeber bei jeder Veränderung
einer physikalischen Größe um einen bestimmten Einheitswert je nach dem positiven
oder negativen Änderungssinn der Größe in einer bestimmten Reihenfolge von Zustandskombinationen
oder in umgekehrter Reihenfolge an mehr als eine Ausgangsleitung abgegeben werden.
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Es sind mehrphasige Signalgeber bekannt, die auf mehreren Ausgangsleitungen
Folgen von Zustandskombinationen für jede Veränderung der überwachten Größe um einen
bestimmten Einheitswert abgeben, welche durch ihre Phasenfolge den Anderungssinn
der Größe eindeutig kennzeichnen. So sind z. B. zweiphasige Geber bekannt, die auf
zwei Ausgangsleitungen elektrische »Ja-Nein«-Signale abgeben, welche für den einen
Zählsinn pro Veränderung der Eingangsgröße um einen bestimmten Einheitswert (Inkrementwert)
der nachstehenden Kombinationsfolge entsprechen: Erste Leitung: Aus -Ein-Ein-Aus,
d. h. 0 -L-L- 0 usw. Zweite Leitung: Aus -Aus-Ein-Ein,d.h.0-0-L-Lusw. Für
den umgekehrten Änderungssinn der Eingangsgröße ergibt sich dann der umgekehrte
Zyklus der vier möglichen Zustandskombinationen: Erste Leitung: Aus - Aus - Ein
- Ein, d. h. 0 - 0 - L - L usw. Zweite Leitung: Aus-Ein-Ein-Aus, d. h.
0 - L - L - 0 usw. Man kann ein derartiges Signal mit Vorteil zweiphasiges
Binärsignal nennen.
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Die Ausgangssignale solcher Geber müssen dabei nicht elektrischer
Natur sein; sie können z. B. auch optischer oder hydraulischer bzw. pneumatischer
Natur sein.
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Es sind außerdem Einrichtungen zum integrierenden Zählen der vorstehend
erläuterten Signalfolgen, d. h. Vorwärts-Rückwärts-Zähler zum Zählen von vorzeichenbehafteten
Inkrementsignalen bekannt. Sie werden vielfach zur Messung von physikalischen Größen
eingesetzt, die sich frei und abwechslungsweise im zunehmenden wie auch abnehmenden
Sinne verändern können, wie z. B. Längen- und Winkelgrößen, Temperaturen usw. Bekannte
Vorwärts-Rückwärts-Zähler umfassen eine Kette von Binärzähl- bzw. -speicherstufen
mit je einem umsteuerbaren bistabilen Schaltglied, z. B. einem Relais oder einem
sogenannten Transistor-Flip-Flop, und jede dieser Zahlstufen ist mit Mitteln zur
Umsteuerung des Zählsinnes in Abhängigkeit vom momentanen Zustand eines binären
Vorzeichensignals ausgerüstet, das beispielsweise am Eingang der Zählstufenkette
in Abhängigkeit von der Richtung der gegenseitigen Phasenverschiebung des vom Meßgrößengeber
gelieferten zweiphasigen Binärsignals erzeugt und jeder Zählstufe zugeführt wird.
Dabei wird der Charakter des Eingangssignals schon am Eingang der Zählstufenkette
grundsätzlich geändert, indem nur die auf der einen Signalleitung erscheinenden
Rechteckimpulse gezählt werden. Das hat einmal den Nachteil, daß die Zahl der zählbaren
Änderungsschritte der Meßgröße gegenüber der Zahl der vom zweiphasigen Signalgeber
angezeigten Änderungsschritte der Meßgröße, d. h. Inkremente, viermal kleiner wird,
d. h. die Auflösung der Meßgröße viermal größer wird. Weiterhin wird dadurch das
Aneinanderfügen gleichartiger Zählstufen erschwert, weil stets von den vorangehenden
Zählstufen auch noch das binäre Vorzeichensignal übernommen werden muß. Ein weiterer
wesentlicher Nachteil ist darin zu erblicken, daß diese bekannten Vorwärts-Rückwärts-Zähler
unvermeidliche Störimpulse, die auf irgendeine Weise auf den Eingang oder eine Zwischenstufe
der Zählkette kapazitiv oder induktiv oder sonstwie eingespeist werden, mit dem
eingeschalteten
-Zählsinn mitzählen, wodurch der Zählerstand entsprechend
verfälscht wird und relativ oft kontrolliert und richtiggestellt werden muß.
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Bei den bekannten elektronischen Vorwärts-Rückwärts-Zählern hängt
der Zählsinn jedes bistabilen Schaltgliedes von den Ladungen zweier Kopplungskondensatoren
ab, die ihrerseits vom momentanen Zustand des Vorzeichensignals abhängen und bei
jedem Vorzeichenwechsel geändert werden müssen. Ein derartiger Ladungswechsel von
Kondensatoren benötigt relativ viel Zeit. Außerdem müssen bei den bekannten Vorwärts-Rückwärts-Zählern
bei jedem Vorzeichenwechsel zuerst alle Stufenkopplungen auf den neuen Zählsinn
umgesteuert werden, bevor das nachfolgende Inkrementsignal, d. h. der nächste Impuls,
in die Zählstufenkette eintreten darf. Besonders diese letztgenannte Eigenschaft
bekannter Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist die Ursache dafür, daß bei Vorwärts-Rückwärts-Zählern
bisher die mögliche Zählgeschwindigkeit, d. h. die verarbeitbare Impulsfolgefrequenz,
um Größenordnungen kleiner ist als bei reinenVorwärtszählern mit elektronischenTransistor-Flip-Flop-Stufen.
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- Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist,
daß an die formgetreue Übertragung der zu zählenden Impulse bzw. Impulsfolgen relativ
hohe Anforderungen gestellt werden müssen, weil nicht die Durchschreitung eines
vorgegebenen Grenzwertes an sich, sondern die Steilheit der Impulsflanken die Umkippung
der betreffenden Zählstufe zu verursachen hat. In dieser Hinsicht können nach einem
vorbekannten Vorschlag Verbesserungen dadurch erzielt werden, daß die Zählstufen
gleichstrommäßig miteinander gekoppelt- werden. Dieser bekannte Vorschlag bezieht
sich zwar nicht auf einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler zur Verarbeitung einer zweiphasigen
Binärsignalfolge, sondern zur Verarbeitung einer Rechteckimpulsreihe mit veränderlicher
Impulsfolgefrequenz, zeigt aber eine Möglichkeit zur Erzeugung einer zweiphasigen
Binärsignalfolge am Ausgang einer gleichstromgekoppelten Flip-Flop-Untersetzerstufe.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun im besonderen auf eine
Einrichtung zum integrierenden Zählen von bestimmten Merkmalen von Signalen, die
von einem mehrphasigen Signalgeber bei jeder Veränderung einer physikalischen Größe
um einen bestimmten Einheitswert je nach dem positiven oder negativen Änderungssinn
der Größe in einer bestimmten Reihenfolge von Zustandskombinationen oder in umgekehrter
Reihenfolge an mehr als einer Ausgangsleitung abgegeben werden. Durch die Erfindung
werden wesentliche Verbesserungen solcher Vorwärts-Rückwärts-Zähler gegenüber dem
Stand der Technik angestrebt und erreicht.
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Diese Verbesserungen betreffen vor allem die Möglichkeit, auch eine
extrem hohe Folgefrequenz der Eingangssignale störungsfrei verarbeiten zu können
und das Mitzählen von Störimpulsen praktisch mit Sicherheit zu vermeiden. Der allgemeine
und wesentliche Erfindungsgedanke ist darin zu erblicken, daß zur Erreichung dieser
Ziele alle Binärzählstufen eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers so ausgebildet werden,
daß jede von ihnen das ihr zugeführte zwei-oder mehrphasige Binärsignalsystem in
seinem Charakter unverändert, lediglich mit ganzzahlig vervielfachter Periodenlänge
weiterleitet oder, anders ausgedrückt, daß jede Zählstufe in idealer Weise einem
mechanischen Zahnraduntersetzungsgetriebe entspricht, in welchem der Drehrichtungssinn
der angetriebenen Eingangswelle automatisch auf alle Teiluntersetzungsstufen übertragen
wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Zählstufen einer Binärzählstufe
enthaltenden Zählstufenkette für jede Ausgangsleitung des mehrphasigen Signalgebers
bzw. der vorgeschalteten Zählstufe je ein umsteuerbares bistabiles Schaltglied enthalten,
welche Schaltglieder miteinander sowie mit den Eingangs- und Ausgangsleitungen der
betreffenden Zählstufen derart logisch verknüpft sind, daß jede Zählstufe ihrerseits
als entsprechend mehrphasiger Geber für Signale gleicher Art und Reihenfolge der
Zustandskombinationen wie die Eingangssignale, aber mit je ganzzahlig vervielfachter
Periodenlänge wirkt.
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Damit an die Kurvenformen der Signale keine besonderen Anforderungen
gestellt werden müssen, werden die bistabilen Schaltglieder mit Vorteil in an sich
bekannter Weise gleichstrommäßig gekoppelt, d. h., es werden zwischen den Zählstufen
keine Kopplungsorgane verwendet, wie Kondensatoren und überträger, welche nur Zustandsänderungen
des vorausgehenden Gliedes übertragen, sondern die Zustände an sich werden über
Gleichstromverbindungen übertragen. Auch bei hydraulischen und pneumatischen Zähleinrichtungen
ist eine derartige Kopplung möglich.
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Eine erfindungsgemäße Zähleinrichtung zählt dabei mit Vorteil als
Ereignis nicht die einzelnen »Ein-Aus«-Perioden auf den Eingangsleitungen, sondern
vollständige Folgen bzw. Zyklen von Zustandskombinationen der verschiedenen Eingangsleitungen,
wodurch erreicht wird, daß einzelne Störsignale, die fälschlicherweise einen Wechsel
von einem »Ein«-Zustand in einen »Aus«-Zustand oder umgekehrt auf einer Eingangsleitung
vortäuschen, nicht gezählt werden. Damit wird die geforderte Störunempfindlichkeit
erreicht.
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Im folgenden werden vielfach logische Verknüpfungen gemäß Boolescher
Algebra in einer etwas vereinfachten Schreibweise geschrieben. Dabei gelten durchgängig
folgende Regeln: A, B usw.: Wirkliche, d. h. bejahende Zustände von binären
Zustandsgrößen, welche die Werte 0 = Nein oder L = Ja haben können.
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Ä, usw.: Invertierte, d. h. verneinte Zustände der binären Zustandsgrößen
A, B usw.
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A, B, C usw., d. h. Produktschreibung: Konjunktive »Und«- bzw.
»Sowohl-als-auch«-Verknüpfung der betreffenden Zustandsgrößen. A + B + C usw., d.
h. Summenschreibung: Disjunktive »Oder«-,Verknüpfung der Zustandsgrößen.
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Für zweiphasige Eingangssignale kann z. B. zur Lösung der gestellten
Aufgabe folgendes Gleichungssystem in Boolescher Algebra aufgestellt werden: R=R
(A-T+#I -b@+S S=R (A-U+Ä-T)+R T=B.(A-R+Ä-S) +U P= B-(A-S +Ä-R) +T worin z. B. vier
Ausgangstransistoren R, S, T, U vorgesehen
sind, welche
entweder leitend oder nichtleitend sind, d. h. sich in den Zuständen L, 0, befinden,
je nachdem, ob die ihnen zugeordneten Eingangspaare A, B sich in dem Zustand
L oder 0 befndeni Wenn im oben angegebenen Gleichungssystem die Eingangsleitungen
bzw. deren Zustandsmöglichkeiten mit A, oder ;I, bzw. B, oder U, bezeichnet
werden und man davon Gebrauch macht, daß die Ausgangstransistoren paarweise als
Flip-Flop-Glieder mit den Ausgängen Aa oder Äa bzw. Ba oder U" wirken, ergeben sich
folgende simultan gültige vereinfachte Gleichungspaare:
Im folgenden wird für die Definitionen der logischen Verknüpfungen der Teilstufen
der einzelnen Zählstufen diese vereinfachte Darstellungsform verwendet.
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Derartige schaltungslogische Bedingungen können bekanntlich durch
Parallelanordnungen von einander seriengeschalteten Relaiskontakten oder durch entsprechende
Kombinationen von »Und«- oder »Oder«-Torschaltungen am Eingang von elektronischen,
hydraulischen oderpneumatischen Flip-Flop-Gliedern realisiert werden.
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Mit verhältnismäßig einfachen Zusatzmitteln läßt sich eine erfindungsgemäße,
nur Binärzählstufen enthaltende Zähleinrichtung in eine dekadische Zähleinrichtung
verwandeln. Es ist zu diesem Zweck nur notwendig, je einer Gruppe von vier aufeinanderfolgenden
Binärzählstufen, die zu einer Zähldekade kombiniert werden, eine Hilfssteuer- bzw.
Umschaltstufe zuzuordnen, die von den sechzehn möglichen Stellungskombinationen
der vier Binärzählstufen nur deren zehn auswählt und verwertet, so daß ein entsprechender
Code für dekadische Ziffern entsteht.
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Für den Fall einer zweiphasigen Binärzählstufenkette kann beispielsweise
je zwischen der ersten und der zweiten Binärzählstufe jeder Zähldekade eine als
zweiphasige Schaltvorrichtung ausgebildete Hilfssteuerstufe eingeschaltet werden,
die unter dem Einfluß der Eingangssignale A., B, der Zähldekade, der Ausgangssignale
A1, Bi der ersten Binärzählstufe der Dekade und der einen Ausgangssignale B3 bzw.
B¢ der dritten bzw. der vierten Binärzählstufe der Zähldekade an die zweite Binärzählstufe
für jede Folge von zehn vollständigen Eingangskombinationsfolgen zuerst zwei Perioden
der Ausgangskombinationen der ersten Binärzählstufe, dann sechs Perioden der Eingangskombinationen
der ersten Binärzählstufe und dann wieder zwei Perioden der Ausgangskombinationen
der ersten Binärzählstufe weitergeleitet. Zur Realisierung dieses Zieles genügt
es, wenn die zweiphasige Schaltvorrichtung bezüglich ihrer an die zweite Binärzählstufeweitergeleiteten
SignalwerteAl* und Bi* in Boolescher Algebra folgenden Bedingungen genügt: Al* =H3#U4#A1+Ao#(B3+B4)
B1* - -U3 ' H4 #
Bi + BO # (B3 '+' B4) Man erreicht dadurch einen
sehr vorteilhaften Dekadencode, indem die Kombinationen der Schaltzustände der der
A-Phase zugeordneten bistabilen Schaltglieder A1, A2, A3, A4 der vier Binärzählstufen
jeder Zähldekade den zehn Ziffern einer Dekade nach folgender Codetabelle zugeordnet
sind:
| Gewicht |
| Dekadenziffer 4 2 1 2 1 |
| Schaltglieder |
| Aa I As I Az I Ai |
| 0 0 0 0 0 |
| 1 0 0 0 L |
| 2 0 0 L 0 |
| 3 0 L 0 L |
| 4 0 L L 0 |
| 5 L 0 0 L |
| 6 L 0 L 0 |
| 7 L L 0 L |
| 8 L L L 0 |
| 9 L L L L |
Dieser Code erfüllt alle bisher an derartige Codedarstellungen von Dezimalziffern
gestellten Anforderungen, nämlich: 1. Die dargestellten Binärzahlen wachsen monoton.
2. Durch Vertauschung aller L in 0 und aller 0 in L in der Codedarstellung einer
Ziffer entsteht die Codedarstellung der Ergänzungsziffer zur Ziffer 9.
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3. Er ist durch eine übersichtliche Gewichtszuordnung zu den einzelnen
Codestellungen leicht lesbar bzw. entsprechend einfach in Analogwerte umzuwandeln.
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4. Durch die letzte Stelle wird eindeutig entschieden, ob die Ziffer
gerade oder ungerade ist (0 = gerade, L = ungerade).
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5. Durch die erste Stelle wird eindeutig entschieden, ob die Ziffer
kleiner oder größer als 5 ist (erste Stelle 0 : Ziffer < 5; erste Stelle L :
Ziffer > 5).
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6. Derartig codierte Ziffern können als vierstellige Binärzahlen betrachtet
und als solche addiert werden. Dabei wird eine Korrektur, aber nur einer Stelle,
notwendig, wenn der Ausgang des betreffenden Addierwerkes einem Digital-Analog-Wandler
zugeführt werden soll. Es kann wünschenswert sein, in der erfindungsgemäßen Zähleinrichtung
die algebraischen Summen von zwei Signalgebern zählen zu können, beispielsweise
zur fortlaufenden Bildung des veränderlichen Unterschiedes zwischen einem durch
einen ersten Geber bestimmten Sollwert und einem durch einen zweiten Geber bestimmten
Istwert einer zu steuernden physikalischen Größe, zum Zwecke der Steuerung oder
Regelung der betreffenden Größe nach Umwandlung des Unterschiedswertes in eine Steuer-oder
Regelgröße. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß ein in seiner Wirkung
einem mechanischen Differentialgetriebe analoges, mehrphasiges Addierwerk verwendet
wird. So können z. B. die Ausgangsleitungen X, Y eines zweiphasigen Addierwerkes,
das an die Ausgangsleitungspaare AB
und CD von zwei zweiphasigen
Signalgebern angeschlossen ist, an die beiden Eingänge einer zweiphasigen Zähleinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung direkt angeschlossen werden. Bei einem zweiphasigen
Addierwerk müssen dazu z. B. folgende Bedingungen nach Boolescher Algebra erfüllt
sein: X =A-U-IY+Ä-C-D+B#U-D+ li-C-D Y=A-B-D+A-Ii-C+;1-li-D+Ä-B-C Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Signalzähleinrichtungen in elektrischer Ausführung und Anwendungsbeispiele
in. Kombination mit zusätzlichen Schaltungsanordnungen sind in der Zeichnung dargestellt.
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In F i g. 1 ist zur Veranschaulichung des Prinzips ein Beispiel eines
zweiphasigen elektrischen Signalgebers IG dargestellt, der einen an den einen Pluspol
einer Gleichspannungsquelle angeschlossenen, um die Welle W, wahlweise im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn drehbaren Schleifkontakt Kg und zwei sich über je über
180° erstreckende, gegeneinander um 90° verdrehte Kontaktbahnen K", Kb umfaßt. Diese
Kontaktbahnen sind je über ein Relais Ao bzw. B, an Erde angeschlossen. Die beiden
Relais werden also beim fortwährenden Drehen des Schleifkontaktes Kg im Uhrzeigersinn,
d. h. im Sinne des Pfeiles -I-«, gemäß den in F i g. 2 gezeichneten Zeitdiagrammen
Da o und Db o abwechslungsweise eingeschaltet und abgeschaltet. Dabei ist
das Diagramm Db o identisch mit dem Diagramm D"" eilt aber diesem um ein Viertel
einer Periodenlänge Po vor. Der zweiphasige Signalgeber IG betätigt also
bei Veränderungen des Einstellwinkels a seines Schleifkontaktes Kg im Sinne des
Pfeiles -f- a seine Ausgangsrelais Ao, B, nacheinander in folgenden Kombinationszyklen:
00 - OL - LL- L0 usw.
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und bei entgegengesetzer Drehbewegung in Kombinationszyklen 00 - L0
-LL-OL usw. Es sind optisch-elektrische Zweiphasen-Signalgeber für Winkelveränderungen
bekannt, welche an ihren beiden Ausgangsleitungen für sehr kleine Winkelschritte
dieselben Kombinationszyklen erzeugen und zur genauen digitalen Messung von Drehbewegungen
an Stelle der dargestellten Umdrehungsgeber IG verwendet werden können.
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Es ist bekannt, daß jedes zweiphasige Drehfeldsystem in ein dreiphasiges
umgewandelt werden kann, und umgekehrt. In F i g. 3 ist z. B. in gleicher Weise
wie in F i g. 1 ein dreiphasiger Signalgeber IG * dargestellt, der drei je
um 120° gegeneinander verdrehte, sich je über 180° erstreckende und an je ein Relais
Ao*, B o*, Co" angeschlossene Kontaktbahnen K,*, Kb*, K,* und einen
um die Welle Wg* drehbaren Schleifkontakt Kg* umfaßt.
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In F i g. 1 ist eine Zweiphasen-Binärzählstufe zur vorzeichengerechten
Zählung der Kombinationszyklen Ao, Ba des Gebers IG dargestellt. Sie umfaßt zwei
Ausgangsrelais Al, Bi als elektrisch umsteuerbare bistabile Glieder, die an die
Pluspole und Erde der genannten Geichspannungsquelle über Kontaktanordnungen mit
Kontakten ao, bo der Geberrelais A0, B, und eigenen Kontakten a1, bi angeschlossen
sind. Es ist leicht nachzuprüfen, daß mit der in F i g. 2 dargestellten Kontaktanordnung
die beiden Relais Al. Bi nach den Zeitdiagrammen Da i, Db
1 von F i g. 2 erregt werden, wenn die Geberrelais Ao, BO nach den Diagrammen
Da o, Db o betätigt werden. Die beiden Relais Al, Bi werden also nach
einem zweiphasigen Kombinationszyklus betätigt, der demjenigen der Geberrelais Ao,
BO in Art und Phasenfolge genau entspricht, während die Periodenlänge P1 des Ausgangs-Kombinationszykuls
doppelt so groß ist wie die Periodenlänge des Eingangs-Kombinationszyklus, was einer
Untersetzung der Zählgeschwindigkeit im Verhältnis 1: 2 entspricht.
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Die Betätigung der Relais A1 und Bi in Funktion der Betätigung der
Geberrelais Ao, BO entspricht dabei folgender Tabelle:
| AO Bo AI Bi Erläuterungen und Bemerkungen |
| 0 0 0 0 Ausgangslage nach F i g.1 |
| 0 L 0 0 Kg läuft auf Kb auf. BO wird erregt |
| L- L 0 L Bi über ao-bo2-a11-Bi- Wb1 |
| L 0 0 L Bi hält sich über bi, -Bi - Wb 1 |
| * 0 0 L L Al über ao-boi-b12-A1- Wal |
| * * 0 L L L Al hält sich über a13 -
Wal |
| L L L 0_ Bi über a. - bot - a11- Wb 1 kurzgeschlossen |
| L 0 L 0 |
| 0 0 0_ 0 A1 über ao-boi-b12-Wai kurzgeschlossen |
| 0 0 0 0 Ausgangslage nach F i g.1 |
| L 0 L 0 A1 über a0-b02-bii-Ai-Wai |
| L L L_ 0 Al hält sich über a13-A.-W., |
| *** 0 L L L Bi über ao-boi-a,2-Bi-Wbi |
| 0 0 L L Bi hält sich über b" - Bi - Wb 1 |
| L 0 0_ L Al kurzgeschlossen über ao - bot - bii
- Wa 1 |
| L L 0 L |
| 0 L 0 0_ Bi kurzgeschlossen über a. - bei - a12 - Wb
1 |
| p 0 0 0 0 |
Störungen, die fälschlicherweise eine Erregung des Aö oder Bö Relais
außerhalb des normalen Kombinationszyklus vortäuschen oder umgekehrt die Anzeige
einer Erregung eines der beiden Relais unterdrücken, können zwar ein Fortschalten
der Ausgangsrelais Al, Bi bewirken, aber bei Verschwinden der Störung erfolgt die
Rückschaltung der Relais Al, Bi in den vorherigen Zustand.
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Wenn z. B. an der mit * bezeichneten Stelle der vorstehenden Tabelle
ein falscher A.- Impuls empfangen würde (Ao fällt z. B. zu spät ab!), dann würde
der Zustand der vorausgehenden Zeile beibehalten, bis.; dieser falsche Impuls letzten
Endes doch verschwindet. Falls ein solcher falscher A.-Impuls aber an der mit **
bezeichneten Stelle auftreten würde, so würde das Bi Relais wie in der nächsten
Zeile kurzgeschlossen, d. h., es würde die nächste Zustandsphase zu früh erreicht;
wenn der falsche A.-Impuls
aber wieder verschwinden würde, ergäbe sich ein
Zurückfallen in den richtigen Zustand wie an der mit *** bezeichneten Stelle der
Tabelle. Damit ist aber eine sehr bedeutende Störungsunempfindlichkeit der dargestellten
zweiphasigen Binärzählstufe nachgewiesen. Es ist auch leicht ersichtlich, daß in
einer derartigen zweiphasigen Binärzählstufe als Ereignisse nicht das Auftreten
einzelner Impulse, sondern nur jeweils ein vollständiger Kombinationsyklus von vier
Teilschritten gezählt wird, und daß der Änderungssinn der Eingangssignalfolgen gleichzeitig
auch an den Ausgang der Binärzählstufe mit einem Untersetzungsverhältnis 1: 2 übertragen
wird, genau gleich, wie das bei einer entsprechend untersetzten mechanischen Getriebeverbindung
der Fall wäre.
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Wenn hinter der in F i g. 1 dargestellten Binärzählstufe eine weitere,
gleichartige, mit Ausgangsrelais A2, B2 angefügt ist, in welcher Kontakte der Relais
Al, Bi dieselbe Rolle wie die Kontakte der Relais A., B, in der dargestellten Stufe
spielen, ergibt sich eine zweiphasige Kette von Binärzählstufen, deren jede für
die nachfolgende genau gleich, wie der Impulsgeber IG für die in F i g. 1
dargestellte Binärzählstufe wirkt.
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In der Binärzählstufe nach F i g. 1 ist mit Hilfe von gleichstromgekoppelten
Relais A., B, und Al . Bi und ihren Kontakten eine Anordnung mit zwei
Eingängen A o, B, und zwei Ausgängen Al, B1 geschaffen worden, die nach Boolescher
Algebra folgenden Bedingungen genügt: A1=-qo-Bo-Bl+Ao-Bo-BI+A1=Bo-(Ä,0 'Bl+Aa-1J1)+A1
_Z1 = Ä0 . BO . B1 + A0 . BO . B1 + ;'1 =
BO . J0 . lf1 + A0 . B1) + i1
Bi
+AO-BO-#TI + B1 = BO -(ÄO-A1 +A0-711) + B1 B1 = J0 - BO - Ä'1 +
A0 - BO # Al + B1 = BO - (Ä O - _T1 + A0 - A,)
+ B1 In bezug auf die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 sind im oben aufgeführten
Gleichungssystem mit Ao, BO die wirklichen Zustände der zum Impulsgeber IG
gehörigen Relais, mit Al, Bi die wirklichen Zustände dar zur ersten Binärzählstufe
gehörigen Relais bezeichnet, während mit Ä0, NO bzw. Ä1, Hl die jeweils nicht vorhandenen,
d. h. gegenteiligen Relaiszustände bezeichnet sind. Selbstverständlich ist es möglich,
einen zweiphasigen Impulsgeber so zu gestalten und mit einer der Schaltungslogik
von F i g.1 entsprechenden Binärzählstufe so zu verknüpfen, ohne daß sie dabei dem
Impulsgeber A., B, zugeordnet sein müssen.
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Dieselbe Schaltungslogik und damit auch dieselbe Zählwirkung kann
auch mit zweiphasigen Binärzählstufen nach F i g. 4 erreicht werden, die als elektrisch
umsteuerbare bistabile Schaltglieder Fhp-Flop-Stufen an sich bekannter Bauart mit
je zwei Transistorschaltungen Tat, Tat bzw. Tb2, T'b2 mit Ausgangsleitungen
A2, Ä2 bzw. B2, $2 enthalten und an je zwei Eingangsleitungen Al, ;il , bzw. Bi,
B1 angeschlossen sind. Dabei geschieht die Verknüpfung nach den oben angeführten
Booleschen Bedingungen mittels aus an sich ebenfalls bekannten Diodenanordnungen
bestehenden »Und«-Toren U und »Oder«-Toren 0r. Es ist dabei zu beachten, daß in
dieser Schaltung, mit pnp-Transistoren die »Aus«-Zustände dem entprechend abgeschalteten
Zustand der betreffenden Leitung (Spannung 0) und die »Ein«-Zustände das Vorhandensein
einer negativen Spannung von mindestens 6 Volt bedeuten.
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Derartige rein elektronische Zählstufen lassen natürlich eine erheblich
höhere Zählgeschwindigkeit zu als relaisbestückte Zählstufen nach F i g. 1. Es ist
zu beachten, daß in F i g. 4 die Eingänge Al, Ä1 bzw. B7, lil die Rolle der Eingänge
A., A, bzw. B., B, der Anordnung nach F i g. 1 und die Ausgänge A2, ;2 bzw.
B2, B2 die Rolle der Ausgänge Al, Al bzw. B2, B2 der Anordnung nach F i g. 1 spielen.
Weiterhin ist im Schema nach F i g. 1 noch eine durchgehende Rückstelleitung R eingezeichnet,
über welche die Binäxzählstufe in den Ruhezustand (0-Stellung) zurückgestellt werden
kann.
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Auch für Dreiphasengeber nach F i g. 3 lassen sich Zählerketten mit
je drei gleichstromgekoppelten bistabilen Schaltgliedern pro Zählstufe in derartiger
logischer Verknüpfung herstellen, daß jede Zählstufe wieder als dreiphasiger Signalgeber,
aber mit doppelter Periodenlänge wirkt.
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F i g. 5 zeigt eine an die Ausgangsadern A0, B" eines zweiphasigen
Impulsgebers
IG angeschlossene Binärzählerkette mit den Binärzählstufen BSl,
BS2, BS3, BS4, die je entweder nach F i g. 1 oder 4 ausgebildet sind und Ausgangsadern
Al, B1 bzw. A2, B2 bzw. A3, B3 bzw. A4, B4 haben. Die Gruppe dieser vier Binärzählstufen
bildet dabei mit Hilfe einer Hilfssteuerstufe HST eine Dekadenstufe eines dekadischen
Signalzählwerkes. An die zwischen der ersten Binärzählstufe BSl und der zweiten
Binärzählstufe BS2 eingeschaltete Hilfssteuerstufe HST sind die Ausgangsadern A.,
B, des Impulsgebers
IG,
die Ausgangsadern Al, Bi der ersten Binärzählstufe
BSl und die einen Ausgangsadern B3 bzw. B4 der Binärzählstufen BS3 bzw. BS4 angeschlossen,
wobei die entsprechenden »Ja«-Signale der Ausgangsadern B3, B4 je ein Relais B3
bzw. B4 erregen. Die Ausgangsleitungen Al, B1 der Hilfssteuerstufe HST, welche die
Eingangsadern der Binärzählstufe BS2 bilden, sind durch Kontakte der genannten Relais
mit den genannten Eingangsadern gemäß folgenden Booleschen Bedingungen verknüpft:
A1* $3-N4-A1+A0-(B3+B4) B7
* = B3 - B4. - B1 +
BO
- (B3 + B4)
Dies bedeutet,. daß, die- Ausgänge Al*, Bi*,der
Hilfssteuerstufe, d. h. die Eingänge_der zweiten Binärzählstufe BS2, entweder an
die Ausgänge Ao, Ba des Signalgebers
IG oder an die Ausgänge A1, Bi der ersten
Binärzählstufe BSi angeschlossen- sind, je nachdem, ob mindestens eine der Ausgangsadern
B3, B4 oder keine davon erregt ist. Die führt zu einer Betätigungsfolge der Ausgangs-
bzw. Eingangsleitungen der vier Binärzahlen und der Hilfssteuerstufe gemäß der nachfolgenden
Tabelle:
| Dezimal_ IG BS, HST BSG BS. BS4 |
| wert AO BO Al - @. BI Al* Bl* A2 B2 As Bs
A4 B4 |
| # |
| 0 0- 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 |
| 0 L 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 |
| 0 L L 0 L 0 L 0 0 0 0 0 0 |
| L 0 0 L 0 L 0 0 0 0 0 0 |
| 0 0 L L L L 0 L 0 0 0 0 |
| 1 0 L L L L L 0 L 0 0 0 0 |
| L - L L 0 L 0 0 L 0 0 0 0 |
| L 0 L 0 L 0 0 L 0 0 0 0 |
| 0 0 0 0 0 0 L L 0 L 0 0 |
| 0 L 0 0 0 L L L 0 L 0 0 |
| LL 0 L L L L 0 0 L 0 0 |
| L 0 0 L L 0 L 0 0 L 0 0 |
| 0 0 L L 0 0 0 0 L L 0 L |
| 0 L L L 0 L 0 0 L L 0 L |
| L L L 0 L - L 0 L L L 0 L |
| L 0 L 0 L-- 0 0 L L L 0 L |
| 0 0 .0 0 0 0 L L L 0 0 L |
| 0 L 0. 0. :-L @ L L L 0 0 L |
| L L 0 L " ` L 'L L 0 L 0 0 L |
| L 0 0 L L 0 L 0 L 0 0 L |
| 0 0 L L 0 0 0 0 0 0 L L |
| 0 L L L 0 L 0 0 0 0 L L |
| L L L 0 L L 0 L 0 0 L L |
| L 0 L 0 L 0 0 L 0 0 L L |
| 0 0 0 0 0 0 L L 0 L L L |
| 0 L 0 0 0 L L L 0 L L L . |
| L L 0 L L L L 0 0 L L L |
| L 0 0 L L 0 . L 0 0. L L L |
| 0 - 0 L L 0 0 0 0 L L L 0 |
| ` 7 0 L L L 0 L 0 0 L L L 0 |
| L L L 0 L L 0 L L L L 0 |
| L 0 L 0 L 0 0 L L L L 0 |
| 0 0 0 0 0 0 L L L 0 L 0 |
| 0 L 0 0 0 0 L L L 0 L 0 |
| L L 0 L 0 L L L L 0 L 0 |
| L 0 0 L 0 L L L L 0 L 0 |
| 0 0 L L L L L 0 L 0 0 L . |
| 0 L L L L L L 0 L 0 L 0 |
| L L L 0 L 0 L 0 L 0 L 0 |
| L 0 L 0 L 0 L 0 L 0 L 0 |
Die den A-Leitungen zugeordneten Teilstufen A1, A2, A3 und A4 der vier Binärzählstufen
BSi, BS2, BS3, BS4werden also. durch zehn sich folgende vollständige Zyklen der
Eingangs-Signalkombinationen nach der in der Einleitung (Spalte 6) tabellarisch
definierten Kombinationsfolge in den »Aus«-Zustand (0) bzw. in den »Ein«-Zustand
(L) geschaltet, so daß sich die dort definierte Codedarstellung für Dezimalziffern
ergibt.
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F i g. 6 zeigt eine Realisierungmöglichkeit der Hilfssteuerstufe HST
für die Dekadencodierung mit Hilfe von »Und«-Torschaltungen U oder »Oder«-Torschaltungen
0r, die je in an sich bekannter Weise aus Dioden-Schaltungsanordnungen bestehen
und je auf ein bistabiles Flip-Flop-Glied mit Transistoren TI., Tza bzw. Tzb, Tzb
einwirken.
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In. F i g. 7 ist dargestellt, wie die je zweiphasigen Ausgangssignale
A, B und C, D von zwei IG, und 1G2 gemäß F i g. 1 auf einem Paar von
Ausgangsleitungen X, Y eines Zweiphasen-Addierwerkes Add additiv oder subtraktiv
vereinigt werden können. Dieses Addierwerk entspricht in seiner Funktion einem mechanischen
Differentialgetriebe, wobei die Drehbewegungen der einen Eingangswelle durch die
Signalfolgen
A, B des ersten Signalgebers und die Drehbewegungen der zweiten Eingangswelle
durch die Signalfolgen C, D des zweiten Impulsgebers nachgebildet werden, während
die resultierenden Drehbewegungen der Ausgangswelle des Differentialgetriebes durch
die Ausgangssignalfolgen des Addierwerkes nachgebildet werden. Ein derartiges Zweiphasen-Addierwerk
ist beispielsweise notwendig für die Bestimmung eines veränderlichen Differenzwertes
zwischen einem veränderlichen Sollwert einer Größe und einem ebenfalls veränderlichen
Istwert der Größe. Es kann dann der sich ergebende Differenzwert ebenfalls in einem
Zweiphasen-Zählwerk nach F i g. 1 oder 4 laufend gezählt werden und, gegebenenfalls
nach Umwandlung in eine Analoggröße, als Steuergröße für eine den Istwert der betreffenden
Größe selbsttätig dem Sollwert angleichende Stellvorrichtung verwendet werden.
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Die logische Verknüpfung der Ausgangsleitungen X, Y mit den
beiden Eingangsleitungspaaren AB
und CD der beiden Impulsgeber 1G1
und 1G2 in der Zweiphasen-Additionsschaltung Add mit Relaiskontakten a,
b, c, d gemäß F i g. 7 genügt folgenden Bedingungen nach Boolescher Algebra:
X=A-Z7-D+B-C-D+Ä-C-D+B-C-D Y=Ä-$-D+Ä-B-C+A-BJD+A-B-C Gleichwertig dazu wäre z. B.
auch die Verknüpfung nach folgenden Bedingungen: X=Ä-D-C+Ä-B-D+A-B-C+A-B-D Y=BC-D+Ä-C-D+B-C-D+A@C-D
Bei einer Summenbildung zwischen den Ausgangssignalen der beiden Signalgeber IG,
und 1G2 müßten Maßnahmen getroffen werden, um die genaue zeitliche Koinzidenz zwischen
den beiden Ausgangssignalfolgen unmöglich zu machen.
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In F i g. 8 ist schematisch ein Zählwerk mit zwei Dekadenzählstufen
DSi und DS2, die je gemäß F i g. 5 aus je vier Binärzählstufen BSi + BS4 und je
einer Hilfssteuerstufe HST bestehen, dargestellt, wobei zu seinen Eingängen die
Ausgangssignale Xo, Ya eines Zweiphasen-Addierwerkes Add gemäß F i g. 7 geleitet
werden. Den Eingangsleitungen des zweiphasigen Addierwerkes werden die Ausgangssignale
AB bzw. CD von zwei Zweiphasen-Signalgebern IG, bzw. 1G2 zugeführt.
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Die beiden Dekadenzählstufen DSi und DS2 bilden dabei Geber für zweiphasige
Signalfolgen X,', Yö bzw. Xö ', Yö ' gleicher -Art und Kombinationsfolge
wie die Eingangssignale Xo, Yo, die aber je im Verhältnis 1:10 bzw. 1:100 untersetzt
sind.
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In F i g. 9 endlich ist wiederum dargestellt, wie ein Zweiphasen-Addierwerk
anstatt mit Relaiskontakten gemäß F i g. 7 mit »Und«-Toren U und »Oder«-Toren 0r
und zwei Flip-Flop-Stufen X, X;
Y, Y realisiert werden kann.