DE2808672C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erzeugen eines Digitalsignals, das den Mittelwert der Frequenz einer Folge von Signalen veränderlicher Frequenz über eine vorwählbare sich wiederholende Meßzeit darstellt, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Serie von Torsteuerimpulsen, mit einem voreinstellbaren Steuerzähler zum Auszählen jeweils einer konstanten, aus Torsteuerimpulsbreiten zusammengesetzten Meßzeit, mit einem durch die Torsteuerimpulse offen gesteuerten Tor mit nachgeschalteter Zähleinrichtung zur Zählung der Folge von Signalen der unbekannten Frequenz nur während der Meßzeit.

Eine solche Schaltung ist aus der US-PS 38 03 487 bekannt. Die aus dieser Schrift bekannte Schaltung dient in erster Linie dem Zweck, die Frequenz eines Eingangssignals mit variabler Amplitude zu messen, wobei die Schwierigkeit auftritt, daß in manchen Fällen das Eingangssignal völlig verschwindet. Dazu wird bei der bekannten Schaltung die Frequenz nur dann gemessen, wenn die Amplitude des Eingangssignals einen vorgegebenen Wert übersteigt. Hierzu gibt bei der bekannten Schaltung die Einrichtung zum Erzeugen einer Serie von Torsteuerimpulsen über einen bestimmten Meßzeitraum Impulse ab, bis beim Erreichen eines vorgegebenen Wertes von Taktimpulsen, die von der Zählanordnung gezählt werden, der Zählvorgang abgebrochen wird. Im Anschluß daran wird nur die Frequenz des Eingangssignals bestimmt, indem das gemessene Signal durch den in der Zählanordnung abgespeicherten Zahlenwert dividiert wird. Da die von der bekannten Schaltung zu messenden Eingangssignale häufig Amplitudenwerte unterhalb einer bestimmten Signalschwelle einnehmen, muß ein vergleichsweise hoher schaltungstechnischer Aufwand zur Bestimmung der Frequenz betrieben werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sie in ihrem Aufbau vereinfacht wird und der Mittelwert der Frequenz innerhalb vorgebbarer Meßzeiten genau ermittelt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Torsteuerimpulse periodisch erzeugt sind und eine konstante Impulsbreite haben, daß zur Bildung einer jeweils konstanten Meßzeit der Steuerzähler eine voreingestellte Zahl n von Torsteuersignalen abzählt, daß dem Tor als Teil der Zähleinrichtung ein Frequenzteiler nachgeschaltet ist, der die Zahl der Folge von Signalen unbekannter Frequenz durch n teilt, daß diesem als weiteres Teil der Zähleinrichtung ein Zähler nachgeschaltet ist, der die Zahl der Ausgangsimpulse des Frequenzteilers während der durch die n Torsteuerimpulsbreiten gegebenen Zeit abzählt.

Eine andere Schaltung zur Messung der Frequenz von elektrischen Signalen ist aus der US-PS 38 03 487 bekannt. Diese bekannte Schaltung dient jedoch zur Messung und statistischen Analyse auf Grundlage der Messung von Impulsgruppen. Innerhalb der Impulsgruppen kommen dabei die Impulse sehr dicht aufeinander, während der Abstand der einzelnen Impulsgruppen voneinander groß ist. Daher kommt es bei dieser Schaltung darauf an, insbesondere schnelle Wechsel in der Zählrate der Impulse zu ermöglichen.

Demgegenüber ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jedes Mal wenn während eines bestimmten konstanten Zeitfensters eine Impulsmessung erfolgt, das Zählergebnis durch einen vorbestimmten Zahlenwert (n) dividiert wird und jedes nachfolgende Meßergebnis fortlaufend aufaddiert wird, bis n Additionen stattgefunden haben, um das geforderte Ergebnis für den Mittelwert der Frequenz zu liefern.

Die Erfindung ist nachstehend anhand des Schemas in der Zeichnung näher erläutert.

Die dargestellte Schaltung soll eine Digitalzählung erzeugen, die den Mittelwert eines Luftdrucks während eines bestimmten Drehwinkels der Motorwelle darstellt. Der Luftdruck wird unter Verwendung eines geeigneten Druckwandlers gemessen, der eine veränderliche Ausgangsspannung erzeugt, die an einen Eingangsanschluß 10 der Schaltung angelegt wird. Dieser Eingangsanschluß 10 ist mit dem Steuerspannungsanschluß eines spannungsgesteuerten Oszillators 11 verbunden, der vorzugsweise durch ein marktgängiges Modul gebildet ist.

Das Gesamtsystem weist ferner einen Motorwellen-Positionswandler (nicht dargestellt) auf, der an einem Anschuß 12 alle 180° der Wellenumdrehung und an einem Anschluß 13 alle 20° der Wellenumdrehung einen Impuls erzeugt. Diese 20°-Impulse werden an einen monostabilen Schaltkreis "Monoflop" 14 angelegt, der durch einen integrierten Schaltkreis (SN 74 121) gebildet ist und so beschaltet ist (nicht dargestellt) daß er einen negativ verlaufenden Impuls mit einer Dauer von 600 nS erzeugt. Die 20°-Impulse werden an den A1-Eingangsanschluß dieses monostabilen Schaltkreises angelegt, und der Ausgangsanschluß ist der entsprechende -Ausgangsanschluß. Die Rückflanke des negativ velaufenden Ausgangsimpulses des monostabilen Schaltkreises 14 wird zum Triggern eines anderen monostabilen Schaltkreises "Monoflop" 15 benutzt, der wiederum durch einen integrierten Schaltkreis (SN 74 121) gebildet ist, der so beschaltet ist, daß er Impulse von 25 µs liefert.

Der B-Eingangsanschluß wird benutzt, und es erscheint ein positiv verlaufender 25-µS-Impuls am -Ausgangsanschluß und ein negativ verlaufender 25-µS-Impuls am -Ausgangsanschluß.

Der Q-Ausgang des monostabilen Schaltkreises 15 ist mit dem Abwärtszähl-Eingangsanschluß eines voreinstellbaren Steuerzählers 16 (Type SN 74 192) und auch mit dem Abwärtszähl-Eingangsanschluß eines weiteren voreinstellbaren Zählers 17 (ebenfalls Type SN 74 192) verbunden. Der Eingabe-Anschluß dieses Zählers 17 ist mit dem 2 -Ausgangsanschluß eines monostabilen Schaltkreises ("Monoflop") 18 (SN 74 123) verbunden, der für eine Impulsbreite von 100 nS beschaltet ist (nicht dargestellt). Der 2A-Eingang des Schaltkreises 18 ist mit dem Anschluß 12 verbunden. Die Dateneingangsanschlüsse des Zählers 17 sind mit einer Matrix verbunden, die den Zählwert bestimmt, auf den der Zähler 17 voreingestellt wird, wenn das Signal am Eingabe-Anschluß niedrig wird, wodurch die Zahl der Grade festgelegt ist, um die sich die Motorwelle nach dem 180°-Impuls drehen muß, ehe die Mittelwerterzeugung beginnt.

Der Übertrags-Ausgangsanschluß ("borrow") 13 des Zählers 17 ist mit dem 1A-Eingangsanschluß eines monostabilen Schaltkreises ("Monoflop") 19 (Type SN 74 123) verbunden, dessen Außenbeschaltung für eine Impulsbreite von 100 nS ausgelegt ist. Der 1 -Ausgangsanschluß des monostabilen Schaltkreises 19 ist mit dem Eingabe-Anschluß des Steuerzählers 16 verbunden. Der Steuerzähler 16 ist mit seinen Vorgabedaten-Eingangsanschlüssen ebenfalls mit einer Matrix verbunden, die den Zählwert bestimmt, der in den Zähler 16 eingegeben wird. Dieser wiederum bestimmt die Zahl der Grade, um die sich die Motorwelle während der Ermittlung des gesuchten Mittelwerts der Signalfrequenz dreht.

Der Übertrags-Anschluß ("borrow") des Steuerzählers 16 ist mit dem A1-Eingangsanschluß eines monostabilen Schaltkreises 20 der Type SN 74 121 in integrierter Form verbunden, wobei eine Außenbeschaltung (nicht dargestellt) für eine Impulsbreite von 100 ns sorgt.

Der Ausgangsanschluß des spannungsgesteuerten Oszillators 11 ist mit dem 1C-Eingangsanschluß einer Torschaltung 21 verbunden, die durch eine integrierte Impulssynchronisatorschaltung (Type SN 74 120) gebildet ist. Der -Ausgangsanschluß des monostabilen Schaltkreises 15 ist mit dem 1S1-Eingangsanschluß dieser Torschaltung verbunden, und der 1 -Anschluß ist mit dem Abwärtszähl-Anschluß eines voreinstellbaren Zählers 22 (ein SN 74 190-Zähler 1C) verbunden, dessen Übertrags("borrow")-Ausgangsanschluß mit dessen Eingabe-Eingangsanschluß verbunden ist, so daß er als ein programmierbarer Frequenzteiler wirkt. Die Dateneingangsanschlüsse dieses Frequenzzählers 22 sind mit der gleichen Matrix verbunden, mit der die Dateneingangsanschlüsse des Steuerzählers 16 verbunden sind. Für n Impulse von der Torschaltung kommt also ein einziger Impuls vom Übertrag("borrow")-Ausgangsanschluß des Zählers 22, wenn n die Zahl ist, die in den Steuerzähler 16 eingegeben wird.

Der Entnahme-Ausgangsanschluß des Zählers 22 ist mit dem Zeitgeber-Anschluß eines Signalzählers 23 (Type SN 74 161) verbunden, dessen Rückstell-Anschluß mit dem I-Ausgangsanschluß des monostabilen Schaltkreises 19 verbunden ist. Die A-, B-, C- und D-Ausgangsanschlüsse des Zählers 23 sind jeweils mit den 4D-, 3D-, 2D- und 1D-Eingangsanschlüssen eines Haltespeichers 24 (Type SN 74 100) verbunden, dessen Einschaltanschluß mit dem Q-Ausgangsanschluß des monostabilen Schaltkreises ("Monoflop") 20 über eine Pufferstufe verbunden ist.

Es versteht sich, daß der Zähler 16, 17, 22 und 23 aus zwei oder mehr integrierten Schaltkreisen bestehen können, wobei diese in Kaskade geschaltet sind, um mehr Bits zu verarbeiten. In diesem Fall kann die Auflösung des Systems auf 1° oder darunter (anstatt auf 20°) verbessert werden.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist wie folgt:
Für die Dauer jedes 25 µS-Impulses von dem monostabilen Schaltkreis 15 läßt die Torschaltung 21 Impulse passieren, die vom spannungsgesteuerten Oszillator 11 erzeugt werden. Der als Frequenzteiler arbeitende Zähler 22 teilt die Frequenz dieser Impulse durch die eingestellte Zahl, und dessen Ausgangsimpulse werden vom Zähler 23 akkumuliert.

Ein Arbeitsspiel kann als mit einem 180°-Impuls am Anschluß 12 beginnend angesehen werden. Dieser Impuls veranlaßt den Übergang des Zählers 17 in seinen voreingestellten Zustand und dieser Zähler zählt dann bis zu Null herab, wobei er durch die 25 µS-Impulse angesteuert wird, die bei 20°-Motorwellenintervallen erzeugt werden. Wenn die voreingestellte Zählung ausgezählt worden ist, setzt der Ausgangsimpuls vom monostabilen Schaltkreis 19 den Zähler 23 zurück und bringt den Steuerzähler 16 in seinen voreingestellten Zählungszustand (n), worauf dieser dann n 25 µS-20°-Impulse abzählt. Während dieser Abwärtszählperiode akkumuliert der Zähler 23 eine Zählung, die gleich der durchschnittlichen Zahl von Impulsen ist, die vom spannungsgesteuerten Oszillator 11 in den n 25 µS-Perioden erzeugt werden, während der die Torschaltung 21 Pulse passieren läßt, und am Ende der Periode wird der Haltespeicher 24 eingeschaltet und hält dann die mittlere Zählung, bis eine erneute Einschaltung am nächsten Zyklusende erfolgt.

Da die 180°-Markenimpulse am Anschluß 12 mit den entsprechenden den 20°-Markenimpulse am Anschluß 13 zusammenfallen, ist die richtige Wahl der Impulsbreiten der verschiedenen monostabilen Schaltkreise wichtig. Die 600 nS-Zeit für den monostabilen Schaltkreis 14 stellt sicher, daß erst nach erfolgter Voreinstellung des Steuerzählers 16 eine positive Flanke verfügbar ist, so daß der erste 20°-Impuls gezählt werden kann. Die 25 µS-Zeit für den monostabilen Schaltkreis 15 stellt sicher, daß die Übertragungs("borrow")-Ausgangsimpulse von den verschiedenen Zählern nur dann erscheinen, wenn keine Impulse vom spannungsgesteuerten Oszillator 11 zur Zählung gelangen. Die 100 nS-Zeit für die verbleibenden monostabilen Schaltkreise 18, 19 und 20 stellt sicher, daß die richtige positive Flanke von den Zählern erfaßt wird, die die Impulseingaben erhalten, und sie stellt auch sicher, daß das Rückstellen und Halten des Zählers 23 und des Haltespeichers 24 nur dann geschieht, wenn kein Zählen von Impulsen des spannungsgesteuerten Oszillators erfolgt.

Die 180°-Markenimpulse, auf die vorstehend bezug genommen worden ist, treten in diesem Intervall nur im Falle eines 4-Zylindermotors auf. Bei 6- oder 8-Zylindermotoren beträgt das Intervall 120° bzw. 90°.

Die Zähler 16 und 17 erzeugen während der Voreinstellung Streuimpulse. Diese könnten die Funktion der Schaltung stören. Um diese Effekte zu beseitigen, ist der Ausgangsanschluß des monostabilen Schaltkreises 18 mit dem Rückstellanschluß des monostabilen Schaltkreises 19 verbunden, und der Ausgangsanschluß des monostabilen Schaltkreises 19 ist mit dem Rückstellanschluß des monostabilen Schaltkreises 20 verbunden.

Claims (8)

1. Schaltung zum Erzeugen eines Digitalsignals, das den Mittelwert der Frequenz einer Folge von Signalen veränderlicher Frequenz über eine vorwählbare sich wiederholende Meßzeit darstellt, mit einer Einrichtung (13, 14, 15) zum Erzeugen einer Serie von Torsteuerimpulsen, mit einem voreinstellbaren Steuerzähler (16) zum Auszählen jeweils einer konstanten, aus Torsteuerimpulsbreiten zusammengesetzten Meßzeit, mit einem einem durch die Torsteuerimpulse offen gesteuerten Tor (21) mit nachgeschalteter Zähleinrichtung (22, 23) zur Zählung der Folge von Signalen der unbekannten Frequenz nur während der Meßzeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsteuerimpulse periodisch erzeugt sind und eine konstante Impulsbreite haben, daß zur Bildung einer jeweils konstanten Meßzeit der Steuerzähler (16) eine voreingestellte Zahl n von Torsteuerimpulsen abzählt, daß dem Tor (21) als Teil der Zähleinrichtung ein Frequenzteiler (22) nachgeschaltet ist, der die Zahl der Folge von Signalen unbekannter Frequenz durch n teilt, daß diesem als weiteres Teil der Zähleinrichtung ein Zähler (23) nachgeschaltet ist, der die Zahl der Ausgangsimpulse des Frequenzteilers (22) während der durch die n Torsteuerimpulsbreiten gegebenen Zeit abzählt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähler (23) ein Haltespeicher (24) nachgeordnet ist, in dem der nach Erreichen des Zählstands n im voreinstellbaren Steuerzähler (16) im Zähler (23) jeweils erreichte Zählerstand abspeicherbar ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem vorstellbaren Steuerzähler (16) ein monostabiler Schaltkreis (18) für Markenimpulse mit einer Frequenz, die geringer als die der Torsteuerimpulse ist, sowie ein Verzögerungszähler (17) vorgeordnet ist, der mit dem monostabilen Schaltkreis (18) und der Einrichtung (13, 14, 15) zur Erzeugung einer Torsteuerimpuls-Serie verbunden und so eingerichtet ist, daß er Torsteuerimpulse von der Einrichtung (13, 14, 15) zählt, beginnend bei einem Empfang eines Markenimpulses, wobei der Verzögerungszähler (17) mit dem Steuerzähler (16) und mit dem Zähler (23) verbunden ist und den Beginn des Zählers in dem Steuerzähler (16) und dem Zähler (23) an einem Markenimpuls verzögert, bis eine Sollzahl von Torsteuerimpulsen vom Verzögerungszähler (17) empfangen worden ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Torsteuerimpulsgeber, der mit der Einrichtung (13, 14, 15) zum Erzeugen von Torsteuerimpulsen verbunden ist, welche mit den Torsteuerimpulsen synchronisiert sind, wobei der Steuerzähler (16) eine Mehrzahl von Vorgabedaten- Eingangsanschlüssen (9, 10, 1, 15), einen Speichersignalanschluß (11), der bei angelegtem Signal eine Speicherung der Vorgabedaten im Steuerzähler (16) bewirkt, und einen Ausgangsanschluß (13) aufweist, an dem ein Signal dann erzeugt wird, wenn der Zählzustand des Zählers (16) einen Fixwert hat, wobei der Frequenzteiler (22) Vorgabedatenanschlüsse (9, 10, 1, 15) aufweist, derart, daß der Teiler (22) auf seinen Vorgabezählzustand immer dann eingestellt wird, wenn er ein Ausgangssignal erzeugt,
eine gemeinsame Vorgabedatenmatrix, die zur Lieferung identischer Vorgabedatensignale an den Steuerzähler (16) und an den Frequenzteiler (22) angeschlossen ist,
einen weiteren monostabilen Schaltkreis (19) zum periodischen Rückstellen des Steuerzählers (16) und des Zählers (23) und von dem Steuerzähler (16) gesteuerte Mittel (20) zum periodischen Auslesen der Zählung aus dem Zähler (23).

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20) zum periodischen Rückstellen des Steuerzählers (16) und des Zählers (23) einen Markenimpulsgeber (18) aufweisen, daß ein von den Impulsen des als Markenimpulsgebers dienenden monostabilen Schaltkreises (18) voreinstellbarer und mit der Einrichtung (13, 14, 15) zum Erzeugen von Torsteuerimpulsen verbundener Verzögerungszähler (17) zum Zählen der Torsteuerimpulse vorgesehen ist, der mit seinem Ausgang (13) mit dem Speichersignalanschluß (11) des Steuerzählers (16) und mit einem Löschanschluß (1) des Zählers (23) verbunden ist.

6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsteuerimpulsgeber ein Motorwellen-Positionswandler ist, der dir Torsteuerimpulse bei bestimmten Winkelintervallen mit dem Drehen der Motorwelle erzeugt.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber für die Impulsfolge veränderlicher Frequenz ein spannungsgesteuerter Oszillator (11) ist, der von einer Motorbetriebsgröße gesteuert wird.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorbetriebsgröße Luftdruck ist.