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Synchrone, reversible und polystabile Zählstufe Die Erfindung betrifft
eine synchrone, reversible Zählstufe, die aus drei- oder mehrstabilen Multivibratoren
aufgebaut, mit Transistoren bestückt ist und als Ganzes drei oder mehr stabile Schaltzustände
aufweist, d. h. polystabil ist.
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Transistorisierte Zählstufen aus polystabilen Multivibratoren sind
bereits bekannt. Diese sind jedoch nicht reversibel -und nicht synchron. Durch ihre
asynchrone Betriebsweise sind nur relativ niedrige Zeichenerkennungsfrequenzen erzielbar,
da die Gesamtschaltzeit der Anordnung größer ist als die Einzelschaltzeit jeder
Schaltstufe. Auch sind bereits synchron arbeitende -Zählanordnungen bekannt, die
als Zählelemente bistabile Stufen enthalten, die beim Eintreffen eines Zählsignals
am Eingang der Zählanordnung synchron umgeschaltet -werden. Dabei werden mehrere
Binärstufen in Reihenschaltung betrieben, so daß der Zähler als- Ganzes polystabil
wird.
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Demgegenüber ist bei der Anordnung nach der Erfindung jede einzelne
Zählstufe des Zählers für sich polystabil.
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Jede Zählanordnung, auch Zähler genannt, besteht aus wenigstens einer
Zählstufe (z. B. Dekade), jede Zählstufe wiederum aus mehreren Schaltstufen.
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Die Nachteile bekannter Schaltungen werden bei einer Zählstufe gemäß
der Erfindung dadurch behoben, daß einem besonderen Vorbereitungseingang jeder Schaltstufe
ein über deren Umschaltung bestimmendes Signal über Verknüpfungsmittel zugeführt
wird.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, daß ein einfaches Zählen in beliebigem
Code möglich ist.
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So ergibt sich aus der Kombination einer an sich bekannten Binärstufe
mit der vorgeschlagenen Quinärstufe ein dekadischer Zähler kleinstmöglichen Aufwandes.
Benötigen die bekannten Zähler bei vier Binärstufen 2.4=8 Verstärkerelemente (z.
B. Transistoren), so sind hier nur 2-f-5=7 erforderlich. Der Aufwand zur Ziffernerkennung
bei dekadischen Zählern wird auf diese Weise beträchtlich vermindert, und zwar auf
je ein UND-Gatter mit zwei Eingängen pro Ziffer einer Dekade, während bekannte Zähler
je ein UND-Gatter mit drei Eingängen pro Ziffer einer jeden Dekade benötigen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindnung liegt darin, daß keine Mittel
zur Unterdrückung nicht benötigter Zählkapazitäten benötigt werden. Bei vier Binärstufen
beträgt die Zählkapazität 4°=16, also sechs Einheiten zu viel, die nicht benötigt
werden und unterdrückt werden müssen. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung 2 - 5=10
entfällt diese Notwendigkeit. An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben.
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F i g. 1 zeigt eine Schaltstufe, wie sie in einem biquinären Zähler
gemäß der Erfindung verwendet wird. Es handelt sich dabei um einen Transistor Tr
in Emitterschaltung, dessen Emitter an Masse O und dessen Kollektor C über den Widerstand
Rc an die positive Versorgungsspannung UG angeschlossen sind. Der Basisstrom des
Transistors wird über die Kombination des Widerstandes RK, der Kapazität CK und
der Diode D5 geliefert, wenn einer der Eingänge Bi . . . B4, die über die
Dioden D, . . . D5 entkoppelt sind, mit einer positiven Mindestspannung beaufschlagt
wird. Dabei wird der Transistor Tr übersteuert. Erhält keiner der Eingänge B,
. . . B4 eine positive Spannung, so wird der Transistor über den Widerstand
RB, der an der negativen Versorgungsspannung UB liegt, gesperrt.
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F i g. 2 zeigt einen aus zwei solchen Schaltstufen aufgebauten 2stabilen
Multivibrator. Dabei wird in bekannter Weise ein Eingang (hier B4 bzw. B,) mit dem
Kollektor C des jeweils anderen Transistors Tr verbunden. Dem Eingang P werden aus
einer separaten Quelle (Taktpulsgenerator) negative Umschaltimpulse ständig angeboten.
Diese Impulse gelangen über die Kapazität CP und die Diode D an die Basis
des Transistors Tr, dessen Diode D nicht so stark vorgespannt ist, daß der
Impuls die Diode nicht zu öffnen vermag. Die Vorspannung kann auf zweierlei Weise
erzeugt werden: Die Diode, die dem gerade gesperrten Transistor vorgeschaltet ist,
wird über den Widerstand RT durch die Kollektorspannung vorgespannt, so daß der
Impuls mit Sicherheit nur die Basis des jeweils leitenden Transistors erreicht,
diesen sperrt und so ein »Umklappen« der Schaltung bewirkt. Das Vorspannen bzw.
Sperren der Diode kann auch extern dadurch geschehen, daß an den Eingang S (vgl.
auch F i g. 1) Sperrspannung gelegt
wird, die über den Widerstand
RS an die Diode D gelangt. Auf diese Weise kann der Multivibrator insgesamt für
Umschaltimpulse gesperrt werden. Diese Beeinflussung kann sowohl auf die ganze Schaltung
als auch (nach Auftrennen der Eingänge P und S) für jede Hälfte (Stufe) getrennt
erfolgen.
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F i g. 3 stellt einen aus fünf solchen Schaltstufen nach F i g. 1
aufgebauten 5stabilen Multivibrator gemäß der Erfindung dar. Hier ist je ein Eingang
Bi . . . B4 jeder Stufe mit je einem Kollektor C der anderen Stufen verbunden.
Die Taktpulseingänge sind an eine zentrale Impulsquelle P angeschlossen, so daß
das Umschalten der Stufen durch Potentiale an den Steuereingängen S1 . S erlaubt
oder verboten wird. Die Steuereingänge @1 . . . 3, jeder Stufe sind zugänglich und
können an äußere Verknüpfungsmittel angeschlossen werden.
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F i g. 4 zeigt einen aus je einem 2- und 5stabilen Multivibrator bestehenden
biquinären Zähler. Dabei besteht die Binärstufe B aus den beiden Schaltstufen Bi
und BZ mit den Ausgängen C und C und dem Steuereingang S. Die Zähleingänge befinden
sich an den Punkten V (vorwärts) und R (rückwärts). Die gemeinsame Taktpulsleitung
und die Impulseingänge sind nicht gezeichnet. Die Quinärstufe hingegen besteht aus
den Stufen Q1 ... Q5 mit den Ausgängen Cl ... C5 und den Steuereingängen
S1 ... S5. Die Schaltreihenfolge wird durch UND-Gatter G und NOR-Stufen N
festgelegt.
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Die Möglichkeit der Kaskadierung polystabiler Schaltstufen gestattet
die Verwendung verschiedenster Zählbasen. Besonders einfach läßt sich eine Zähldekade
mit Hilfe einer Binär- und einer Quinärstufe aufbauen.
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Da das Produkt 2-5=10 ist, entfällt auch jeder Aufwand, um
überflüssige Zählkapazität zu unterdrücken, wie es z. B. bei der bekannten, aus
vier Flip-Flop bestehenden Anordnung erforderlich ist (24=16, wobei sechs Möglichkeiten
überflüssig sind). Überdies benötigen vier Flip-Flop mindestens 4-2=8 Transistoren,
während die Biquinär-Zählstufe mit 2-i-5=7 Transistoren auskommt.
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Weiterhin bietet die Biquinärzählung den Vorteil einfacherer Ziffernerkennung.
Um zehn Ziffern aus den Stellungen von vier Flip-Flop zu erkennen, sind zehn UND-Gatter
mit .durchschnittlich je drei Eingängen erforderlich. Beim Biquinärzähler kommt
man dagegen mit je zwei Eingängen der zehn UND-Gatter aus.
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Da Umschaltimpulse aus dynamischen Gründen Sperrimpulse sein sollen,
folgt, daß bei polystabilen Multivibratoren der jeweils stabile Zustand durch den
gesperrten Transistor markiert wird.
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Die Quinärstufe (F i g. 3) weist z. B. vier leitende und einen gesperrten
Transistor auf. Beim Weiterzählen erhält - unabhängig von der Zählrichtungein dem
gesperrten Transistor benachbarter leitender Transistor den folgenden Sperrimpuls.
Der Zählerstand ist also am gesperrten Transistor unmittelbar erkennbar.
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In den F i g.1 bis 3 stellt S die Vorbereitungseingänge und P die
Klemmen zur Zuführung der Taktpulse dar. Die in F i g. 4 nicht gezeichneten P-Klemmen
der Schaltstufen B1, B., (binär) und Q1, Q2, ... Q5 (quinär) sind
untereinander und mit .der gemeinsamen Taktpulsleitung verbunden.
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Durch geeignete Zuordnung der Ausgänge der Verknüpfungsmittel N zu
den Vorbereitungseingängen S1 ... S5 der Schaltstufen Q1 ... Q5 und
der Eingänge der Verknüpfungsmittel N zu den Ausgängen weiterer Verknüpfungsmittel
G, die ihrerseits von den von der Quinärstufe Q zu zählenden Signalen und den Ausgängen
Cl ... C5 der Schaltstufen Q1 ... Q5 gesteuert werden, läßt sich die
Schaltreihenfolge der Zählstufe festlegen. Auch können jeder Schaltstufe mehrere
voneinander unabhängige Verknüpfungsmittel zugeordnet werden, so daß mehrere unabhängige
Schaltreihenfolgen möglich sind.
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Die Verknüpfungsmittel G sind zweckmäßigerweise UND-Gatter (Gv 1...
Gv 5, GR 1. . . GR.). Die von der Quinärstufe Q zu zählenden Signale werden
ebenfalls zweckmäßigerweise durch UND-Verknüpfungen des Schaltzustandes der Binärstufe
B mit den von der Zähldekade zu zählenden Signalen V, R in den Gattern Gv bzw. GR
gewonnen.
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Die Zuordnung der Verknüpfungsmittel zu den Schaltstufen ist in F
i g. 4 so gewählt, daß bei Verwendung folgender Codierung eine biquinäre, reversible
Zähldekade entsteht:
| Dezimal Binärstufe B1, B2 Qunärsue Ql ... Qs |
| C |
| Cl C2 CS C4 |
| 0 0 L L 0 0 0 0 |
| 1 L 0 L 0 0 0 0 |
| 2 0 L 0 L 0 0 0 |
| 3 L 0 0 L 0 0 0 |
| 4 0 L 0 0 L 0 0 |
| 5 L 0 0 0 L 0 0 |
| 6 0 L 0 0 0 L 0 |
| 7 L 0 0 0 0 L 0 |
| 8 0 L 0 0 0 0 L |
| 9 L 0 0 0 0 0 L |
Man kann dies leicht erkennen, wenn man vom Code ausgehend für eine der Schaltstufen
Q1 die Schaltbedingung, die durch die Beziehung Si=mL« dargestellt werden kann,
ableitet: S,
= V-C-Ci-i +R-V-C1.1, d. h., die Quinärstufe schaltet immer
dann in Vorwärtsrichtung, wenn ein Vorwärtszählsignal V anliegt und die Binärstufe
B an ihrem Ausgang C das »L«-Potential aufweist, und in Rückwärtsrichtung, wenn
ein Rückwärtszählsignal R anliegt und die Binärstufe B an ihrem Ausgang C »L«-Potential
aufweist.