DE2929862C2

DE2929862C2 - Taktkreis mit einer gewobbelten Ausgangsfrequenz

Info

Publication number: DE2929862C2
Application number: DE2929862A
Authority: DE
Inventors: Thomas Francis Maumee Ohio Michalski
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1978-08-17
Filing date: 1979-07-24
Publication date: 1982-06-24
Also published as: US4217655A; DE2929862A1

Description

a)

b)

c)

einen ersten Geschwindigkeits-Vervielfacher (32), dessen Eingangssignal das Ausgangssignal (N) de» Zählers (28) ist und dessen Takteingang mit dem Signal konstanter Frequenz (i_si_opc) beaufschlagt ist;

einen zweiten Geschwindigkeits-Vervielfacher (34), dessen Eingangssignal das Ausgangssignal (N) des Zählers (28) ist und dessen Takteingang vom Ausgangssignal dej· ersten Geschwindigkeits-Vervielfachers (32) beaufsclagt ist;
einen Frequenzteiler (35), dessen Eingangssignal das Ausgangssignal des zweiten Geschwindigkeits-Vervielfachers (34) ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines gewobbelten Taktsignals nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die meisten bekannten Schaltungsanordnungen zur Erzeugung eines gewobbelten Taktsignals arbeiten analog. Sie besitzen hierzu einen spannungsgesteuerten Oszillator, der von einer Rampenspannung angetriebpi wird. Stabilität und Genauigkeit derartiger Analogschaltungen entsprechen jedoch nicht den Anforderungen bei bestimmten Anwendungszwecken.

Eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung ist in der US-Patentschrift 37 39 374 beschrieben. Hier wurde bereits der Versuch unternommen, das gewünschte gewobbelte Taktsignal auf digitalem Wege zu erhalten. Das logische Prinzip besteht dabei darin, den vorgegebenen Inhalt eines veränderbaren Zählers gezielt zu verändern. Ein Taktgeber erzeugt ein Signal konstanter Frequenz. Dieses Signal konstanter Frequenz wird durch den jeweiligen Zählerinhalt geteilt. Das Ausgangssignal des Teilers ist dann das gewünschte gewobbelte Taktsignal. Der schaltungstechnische Aufwand, mit dem bei der bekannten Schaltungsanordnung der aktuelle Zählerinhalt laufend verändert wird, ist ganz erheblich, wie den Figuren der US-Patentschrift 37 39 374 ohne weiteres zu entnehmen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Hauptati' Spruchs angegebenen Gattung so auszugestalten, daß der schallungstechnische Aufwand beim Takten des veränderbaren Zählers geringer ist.

Diese Aufgäbe wird durch die im Kennzeichen des

Patentanspruchs angegbene Erfindung gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung des Schaltkreises der vorliegenden Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Gruppe von 6 Flip-Flop-Schaltungen 10,14,16,18,20 und 22, die zu Beginn durch ein auf einer Leitung 8 erzeugtes Signal zurückgestellt werden. Sodann wird für den Takteingang der Flip-Flop-Schaltung 10 ein mit »Stan« bezeichnetes Signal erzeugt Dieses Signal stellt die Flip-Flop-Schaltung 10 ein, und ihr <?-Ausgang bleibt bei der Logik »1«, bis das nächste Rückstellsignal erzeugt wird. Der (^-Ausgang des Flip-Flops 10 wird an den Takteingang eines Flip-Flops

l- 12 angeschlossen, dessen Ausgang somit auf »1« geht, wenn der ζ)-Ausgang des Flip-Flops 10 auf »1« geht Der Q-Ausgang des Flip-Flops 10 ist an den Dateneingang des Flip-Flops 14 angeschlossen. Das Flip-Flop 14 wird durch einen Taktgeber 15 mit einer Frequenz von faua geschaltet Die Frequenz feasts ist eine Frequenz von konstantem Wert und ihr Wert bestimmt den Nullzeitwert der Ausgangsfrequenz.

Nachdem der (p-Aiisgang des Flip-Flops 12 auf »1« geht veranlaßt das nächste Signal von dem Taktgeber 15 den (^Ausgang des Flip-Flops 14, auf »1« zu gehen, und den Q-Ausgang des Flip-Flops 14, auf »0« zu gehen. Der ζ)·Ausgang des Flip-Flops 14 ist an einen invertierten Rücksielleingang des Flip-Flops 12 und an einen invertierten Ladeeingang eines programmierbaren Dowh_Counters 28 angeschlossen. Hiermit wird, wenn der (^-Ausgang des Flip-Flops 14 auf »0« geht, das Flip-Flop 12 zurückgestellt und der Zähler 28 mit einer Variablen ist. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird beispielsweise die Breite eines sich beschleunigenden Gegenstandes fortlaufend bei gleichmäßigen Zunahmen in der Bewegung des Gegenstandes gemessen, und No ist ein Zeitmaß proportional zur Anfangsgeschwindigkeit des Gegenstandes. Der Q-Ausgang des Flip-Flops 14 ist ar. den Dateneingang des Flip-Flops 16 angeschlossen. Da:, ^clip-FIop 16 wird ebenfalls durch den Taktgeber 15 geschaltet wie auch die Flip-Flops 18 und 20.

_Da das Flip-Flop 12 zurückgestellt wird, wenn der (^-Ausgang des Flip-Flops 14 auf »0« geht, ist der Ausgang des Flip-Flops 12 ein Impuls von relativ kurzer Dauer. Dieser Impuls »geht« dann auf den Flip-Flops 14, 16, 18, 20 »entlang«, wobei jeder nachfolgende Impuls von dem Taktgeber 15 die Flip-Flops 14,16,18 und 20 in dieser Ordnung schaltet. Der erste Taktimpuls, welcher auftritt, nachdem der Ausgang von dem Flip-Flop 12 auf »1« geht, stellt das Flip-Flop 14 ein. Der nächste Taktimpuls stellt das Flip-Flop 16 ein. Das Flip-Flop 16 dient einer Verzögerungsfunktion, und sein Q-Ausgang ist an den D-Eingang des Flip-Flops 18 angeschlossen.

Der dritte Taktimpuls stellt das Flip-Flop 18 ein und überträgt somit einen positiven Impuls von dem (^-Ausgang des Flip-Flops 18 und einen negativen Impuls von dem Q-Ausgang des Flip-Flops 18. Der Q-Ausgang wird an den D-Eingang des Flip· Flops 20 angeschlossen und der (^-Ausgang wird an einen Eingang eines OR-Gatters 40 mit invertierendem Eingang angeschlossen. Der andere Eingang des OR'Gatters 40 ist anfänglich auf »1«, so daß der negative Impuls von dem Flip-Flop 18 das OR-Gatter 40 Veranlaßt, einen positiven Impuls zu erzeugen. Der Ausgang des OROatters 40 ist an den Eingang eines Inverters 42 angeschlossen, dessen Ausgang an den invertierten Lästeingäng eines Zählers 30 angeschlossen

ist. Der Impuls von dem Flip-Flop 18 verursacht somit ein Aufladen des Zählers 30 mit einer Zahl N, die in dem Zähler 28 ist Zu Anfang ist diese Zahl gleich Na

Der nächste Taktimpuls (das ist der 4. Impuls nach dem Einstellen des Flip-Flops 12) stellt das Flip-Flop 20 ein, was einen Impuls auf seinen Q-Ausgang gehen läßt Dieser Impuls wird dem Taktgebercingang des Flip-Flops 22 zugeführt und veranlaßt somit eine Einstellung des Flip-Flops 22. Dieser Zustand wird gehalten, bis das nächste RücLjiellsignal empfangen wird. Der C?-Ausgang des Flip-Flops 22 ist an einen Eingang eines OR-Gatters 24 mit invertierendem Eingang angeschlossen, sowie an einen Eingang eines OR-Gatters 26, mit invertierendem Eingang. Der Ausgang des Taktgebers 15 ist an den anderen Eingang des OR-Gatters 24 angeschlossen, und der Ausgang des OR-Gatters 24 ist an den Count-Down-Eingang des Zählers 30 angeschlossen. Somit werden nach Einstellung des Flip-Flops 22 invertierte Taktimpulse durch das OR-Gatter 24 zum Zähler 30 geführt und veranlassen einen Count Down des Zählers 30, und zwar je eine Zählung für jeden impuls des Taktgebers i5.

Nachdem der Zähler 30 den Count Down ois auf Null heruntergeführt hat, erzeugt er einen Impu's, welcher einen Flip-Flop 36 schaltet Der (^-Ausgang des Flip-Flops 36 ist an den D-Eingang eines Flip-Flops 38 angeschlossen, welches durch den ersten Impuls von dem Taktgeber 15 geschaltet wird^der nach Einstellung des Flip-Flops 36 auftritt Der ζ)-Ausgang von dem Flip-Flop 38 ist an den invertierten Rückst clleingang des Flip-Flops 36 angeschlossen, sowie an einen Eingang des OR-Gatters 40. Somit erscheint an dem <?-Ausgang des Flip-Flops 38 ein kurzerjmpuls (d. h. das Flip-Flop 38 wird geschaltet und der (^-Ausgang stellt dann das Flip-Flop 36 zurück und veranlaßt den <?-Ausgang des Flip-Flops 36, und somit den D-Eingang des Flip-Flops 38, auf »0<< zu geru ij. Der negativ gehende Impuls von dem (^-Ausgang des Flip-Flops 38 veranlaßt einen Zustandswechsel des OR-Gatters 40 (der Eingang zu dem OR-Gatter von dem Flip-Flop 38 ist zu diesem Zeitpunkt »1«), was über den Inverter 42 ein erneutes Aufladen des Zählers 30 mit der Zahl A/in dem Zähler 28 verursacht Der Zähler 28 wird fortlaufend heruntergezählt (was später beschrieben wird), und die Zahl N hat sich daher geändert und ist nicht mehr gleich No. Der Zähler 30 wird dann wieder heruntergezählt und wenn er Null erreicht wird das Flip-Flop 36 geschaltet und an dem Ausgang des Flip-Flops 38 ein weiterer Impuls erzeugt Der <?-Ausgangdes Flip-Flops 38 wird mit /«■ bezeichnet und stellt den gewünschten Wobbelfrequenzausgang des Taktgebers der Anlage dar.

Aus der obigen Diskussion ist ersichtlich, daß die Zeitsteuerung jedes Ausgangsimpulses des Flip-Flops 38 eine Funktion der Zahl N ist, die in den Zähler 30 eingegeben wird. Zu Anfang ist Ngleich No. und es wird ein Ausgangsimpuls erzeugt, nachdem No Impulse durch den Zähler 30 von dem Taktgeber 15 abgezählt worden sind. Anschließend wird der Zähler 28 heruntergezählt und somit N vermindert was wiederum die Zeit vermindert, die der Zähler 3Q benötigt, um auf Null herunterzuzählen. Die Zeitdauer zwischen den Ausgangsimpulsen nimmt somit ab als eine Funktion des abnehmenden Wertes von N.

Der Wert der Zahl Nm dem Zähler 28 wird gesteuert durch die Steuerung der Geschwindigkeit des Zählens des Zählers 28. Um dies durchzuführen, wird ein zweiter Taktgeber 48 benutzt, dessen Ausgangsfrequenz mit /s/ope bezeichnet wird. Die Frequenz /j/_ope ist eine konstante Frequenz, welche die Wechselgeschwindigkeit der gewobbelten Ausgangsfrequenz /"„des Taktgebers bestimmt. Der Ausgang des Taktgebers 48 wird benutzt, um einen Geschwindigkeitsmultiplier 32 zu schalten. Der Eingang zu diesem Geschwindigkeitsmultiplier 32 ist die Zahl N von dem Zähler 28. Der Geschwindigkeitsmultiplier 32 ist bekannt (Fabrikat Texas Instruments, Serie 7400), und seine Ausgangsfrequenz f\ kann ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung

J\ Jslope ' _n ι

in welcher P eine bekannte Konstante ist für den Geschwindigkeitsmultiplier 32. Der Ausgang des Geschwindigkeitsmultipliers 32 ist nicnt symmetrisch, d. h. die Perioden zwischen den Ausgangsimpulsen sind nicht gleich. Dis Ausgangsimpulse werden benutzt, um einen zweiten Geschwindigkeitsmultipli' 34 zu schalten, der mit dem erster» Geschwindigkeitsmuiiij'iier identisch ist (d. h. P ist gleich, N ist der Eingang). Die Ausgangsfrequenz h des Geschwindigkeitsmultipliers 34 ist

f -f -^N

J2 Jslope -pT ■

Da der Ausgang des Geschwindigkeitsmultipliers 32 auch nicht symmetrisch ist, wird ein Frequenzteiler 35 benutzt, um seinen Ausgang zu glätten. Der Frequenzteiler 35 gibt einen Impuls aus für je 256 Eingangsimpulse von dem Geschwindigkeitsmultiplier 34 und bildet somit einen mehr annähernd symmetrischen Ausgang (dies erfolgt, da, obwohl die Periode zwischen benachbarten Impulsen nicht gleich ist, die Periode zwischen 256 Impulsen sehr viel näher gleich ist). Die Ausgangsfrequenz f_c„ des Frequenzteilers 35 ist somit

r = f

Jen Jslo

( ^N 1 \

''U²" 256 J·

Jeder Ausgangsimpuls von dem Frequenzteiler 35 schaltet ein Flip-Flop 44. dessen ^-Ausgang an den .D-Eingang eines Flip-Flop 46 angeschlossen ist. Das Flip-Flop 46 wird durch den Taktgeber 15 geschaltet und dient zum Synchronisieren des Ausgangs des Flip-Flops 44 mit dem Taktgeber 15. Der ^-Ausgang des Flip-Flops 46 ist an den invertierten Rückstelleingang des Flip-Flops 44 angeschlossen, sowie an einen Eingang des OR-Gatters 26 und an den Count-Down-Eingang des Zählers 28. Infolge der Rückstellung des Flip-Flops 44 ist der Ausgang des Flip-Flops 46 ein negativer Impuls kurzer Dauer. Dies veranlaßt den Zähler 28, um eins herunterzuzählen, und stellt die Geschwindigkeits-iiultiplier 32 und 34 und den Frequenzteiler 35 durch das OR-Gatter 26 zurück (der andere Eingang zu dem OR-Gatter von dem Flip-Flop 22 ist zu diesen", Zeitpunkt auf »1«). Die Zahl N in dem Zähler 28 nimmt somit bei einer Geschwindigkeit gleich der Frequenz der Impulse von dem Flip-Flop 46 ab. Diese Geschwindigkeit kann durch Veränderung des Wertes von f_si_Ope gesteuert werden. Somit kann der Wert von Λ/bei einer bekannten Geschwindigkeit vermindert

werden. Da die Veränderung in dem Wert N eine Veränderung in der Ausgangsfrequenz f_sc verursacht, wird die Wechselgeschwindigkeit der Ausgangsfrequenz, d. h. die Wobbeigeschwindigkeit, durch den Wert

von fshpe bestimmt Diese Geschwindigkeit kann somit durch Einstellung des f_Shpe gesteuert werden. Das nächste Rückstellsignal löscht die Flip-Flops 10,14, 16, 18, 20 und 22 und bereitet so den Schaltkreis zur Aufnahme eines neuen Wertes von No vor. In der Vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird ein neuer Wert von No in den Zähler 28 jedesmal dann eingegeben, wenn ein neuer Gegenstand gemessen wird.

Die Betriebstheorie des oben beschriebenen Schaltkreises ist wie folgt. Eine Variable Y₁ die sich linear mit der Zeit verändert, sei wie folgt ausgedrückt:

Y = Y₀ + bt

wo Yo der Anfangswert von Y ist, b die Wechselgeschwindigkeit von Kund t die Zeit ist.

Die Umkehrung von Y, die als M bezeichnet wird, ist somit

Τ ^{= Λί=}"νΓύ7· ⁽¹⁾

Diese Gleichung kann umgeschrieben werden als

(2)

Differenziert man t mit Bezug auf M, ergibt sich folgendes:

Al

AM

bM¹

(3)

Wenn ein Konstante C durch M geteilt wird, dann wird wiederum eine sich linear ändernde Variable erhalten:

■jj = C(X₀ + bt)

(4)

Die obigen Beziehungen können benutzt werden, um eine Frequenz zu erzeugen, die sich linear mit der Zeit ändert Dies kann durchgeführt werden durch Beistellung einer Variablen, die der Beziehung der Gleichung (3) folgt, und Teilen einer konstanten Frequenz durch diese Variable, um eine Beziehung wie in Gleichung (4) zu erhalten. In dem Schaltkreis der F i g. 1 entspricht die Zahl JVin dem Zähler 28 der Variablen Min den obigen Gleichungen, während die Frequenz fbisis der Konstanten C entspricht Zu Anfang wurde der Frequenzausgang fen des Frequenzteilers 35 als

fat = /si,

Jt

256

gezeigt.

Diese Frequenz wird Über die Flip-Flops 44 und 46 auf den Zähler 28 übertragen. Die Periode 7* irgendeines bestimmten Impulses von dem Frequenzteiler 35 ist

256 P²

MNo - kf

wo k die Anzahl Perioden ist, die vorher verstrichen sind. Da die Anzahl N für jede nachfolgende Periode um 1 abnimmt, ist der Wechsel in der verstrichenen Zeit gegenüber dem Wechsel in N wie folgt:

Ah - ^256p2

Λ N fdopANo - k)² "

Das heißt, bei jeder Abnahme von N um 1 nimmt die verstrichene Zeit um die Zeit dieser betreffenden Periode zu. Die Gleichung (5) kann verglichen werden mit der Gleichung (3), um zu bestätigen, daß die Variable N in dem Zähler 28 der Variablen M entspricht Der Unterschied im Zeichen zwischen den beiden Gleichungen läßt sich durch die Steuerung der Richtung des Zählers 28 aufheben. Sowohl

T ^und r

⁰ J slope

sind Konstante und beeinträchtigen daher nur die Neigung (slope) (somit kann f_si_Opc gewählt werden, um an den gewünschten Geschwindigkeitswechsel in der Ausgangsfrequenz der Anlage widerzuspiegeln).

Schließlich wird der Wert No-k als der analoge digitale Ausdruck zu der Variablen Mangesehen. Daher entsprechen die Gleichungen (3) und (5) einander und bestätigen, daß der Schaltkreis der F i g. 1 ein Digitalsignal liefert dessen Wert sich bei der gewünschten Geschwindigkeit ändert Außerdem arbeitet der Zähler 30 in der Form, daß er die konstante Frequenz 4uä durch die Variable N teilt Die Ausgangsfrequenz des Zählers 30 (und daher die Ausgangsfrequenz f_x des Flip-Flops 38) folgt somit der Gleichung (4) und verändert sich linear mit der Zeit Somit wird eine sich linear ändernde gewobbelte Taktgeberfrequenz erzielt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines gewobbelten Taktsignals mit einer Frequenz, die proportional einer bestimmten, sich linear verändernden, zeitabhängigen Variablen ist; mit einem voreinstellbaren Zähler, welcher ein digitales Anfangssignal speichert; mit einer Schaltungsanordnung, weiche den Wert des digitalen Signals ändert; mit einem ein Signal konstanter Frequenz erzeugenden Taktgeber; mit einer Einrichtung, welche das Signal konstanter Frequenz durch das sich verändernde digitale Signal teilt und dabei das gewünschte Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Änderung des Wertes des digitalen Signals umfaßt: