Digital-Analog-Wandler
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Digi tal-Analog-Wandler, welcher eine als Taktgeber dienende und Impulse mit einer Taktfrequenz N F aussendende
Impulsquelle besitzt, wo F eine Zyklusfrequenz und N eine ganze Zahl ist, sowie Mittel zur Eingabe eines umzuwandelnden digitalen, eine Zahl n darstellenden Eingangssignales, welches digitale Signal durch eine Impulsreihe der Frequenz F dargestellt ist, welche gegenüber dem Zyklusbeginn eine erste Phasenverschiebung von 0 = 2 it aufweist.
Zweck der Erfindung ist eine Vervollkommnung dieses Wandlers.
Der erfindungsgemässe Wandler ist gekennzeichnet durch Einrichtungen, die diese Taktimpulse empfangen und die durch das genannte digitale Eingangssignal gesteuert werden, um Impulspaare mit der Wiederholungsfrequenz F zu erzeugen, wobei die unmittelbar aufeinanderfolgenden Impulse aus zwei benachbarten Zyklen eine zweite Phasenverschiebung aufweisen, welche proportional zur Zahl n ist, und Einrichtungen, die durch jedes dieser Paare digitaler Signale gesteuert werden, um als analoge Signale Rechteck-lmpulszüge mit der Pulsfrequenz F zu erzeugen, deren Impulse eine von der Zahl n abhängige Kenngrösse aufweisen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigen:
Fig. 1 und 2 Diagramme zum Erläutern der elektrischen Schaltung,
Fig. 3 bis 11 Blockdiagramme von Ausführungsbeispielen des vorgeschlagenen Wandlers,
Fig. 12 bis 14 graphische Darstellungen der elektrischen Wellenformen der Ausführungsbeispiele in Fig. 3 bis 11,
Fig. 15 ein Diagramm zur Erklärung der Vorgänge in einem Ausführungsbeispiel mit Impulsdehnung,
Fig. 16 eine graphische Darstellung eines Umsetzers, welche z. B. im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 angewendet wird,
Fig. 17 ein Diagramm eines anderen Umsetzers und
Fig. 18 und 19 Diagramme von typischen Additionsund Subtraktionsschaltungen, wie sie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 angewendet werden können.
In Fig. 1 stellen die beiden Vektoren V, und V2 Amplitude und Phase zweier sinuförmiger Schwingungen dar, zum Beispiel von Spannungen oder von Strömen mit der selben Frequenz und Amplitude, welche einer Bezugsphase 0 um den Winkel 0 vor- bzw. nacheilen. Vorausgesetzt, dass die Vektoren V, und V2 die Amplitude 1 haben, ist der Betrag des Summenvektors V5 = 2 cos 0.
Wenn V3 und V4 zwei ähnlich wie oben definierte Vektoren sind mit den Phasen 2 + 0 und - 72t - 0 ist der
2 2 er Betrag des
Summenvektors V6 = -2 sin 0. (Das negative Vorzeichen ist ohne Bedeutung und kann durch Umkehrung eines Paa res von Leitern kompensiert werden.)
Ein Zyklus, in Fig. 1 durch einen Kreis dargestellt, soll ferner definiert sein durch das Zeitintervall T, in welchem ein Impulsgenerator eine Anzahl N gleicher Impulse er zeugt. Dieses Zeitintervall ist T = Fs wenn mit F die An
F zahl Zyklen pro Sekunde bezeichnet wird. Der Zyklus soll ferner in N Teile unterteilt sein, zum Beispiel ist N 1000.
Einer Zahl n im Bereich von 0 bis N kann somit ein Phasenwinkel 0 in Fig. 1 zugeordnet werden, wobei 0 360 N 11" Den Phasen der Vektoren V1, V2, V3 und V4 werden also die erzeugte Anzahl Impulse n, (-n), (N + n)
4 N sowie (- N - n) im Zyklus von insgesamt N Impulsen hei
4 geordnet. Das heisst, dass auch z. B. der Phase des Vek tors V4 die Zahl ( ¯N4 n) oder (34 - n) beigeordnet wer4 den kann. Der Wandler weist eine Einrichtung auf, welche Impulse mit der Wiederholungsfrequenz F erzeugt, die in den n und -n, oder ( N + n) und N n) entsprechenden
4 4 Zeitpunkten, oder in allen vier Zeitpunkten im Zyklus auf treten. Diesen Impulsen werden somit eindeutig die Phasen der Vektoren V1, V2, V3 und V4 in Fig. 1 zugeordnet.
Gemäss einer Ausführungsmöglichkeit der Erfindung können die in den Zeitpunkten n und -n auftretenden Impulse kombiniert werden, zum Beispiel in einer weiter unten beschriebenen Additionsschaltung, um mit dessen Ausgangssignal einen Rechteckimpuls mit der Frequenz F und mit fester Phase auszulösen, wobei eine Kenngrösse des Impulses (Höhe oder Breite) proportional dem cos H ist. Die anderen beiden Impulse, welche in den Zeitpunk
N ¯.) uns (- N ten ( N4 + n) und (- N4 - n) mit der Wiederholungsfrequenz F auftreten, können auf ähnliche Weise miteinander verknüpft werden, so dass z.
B. ein Rechteckimpuls mit ebenfalls fester Phase entsteht, dessen Höhe oder Breite proportional sin H ist.
In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, welches die gleichen vier Vektoren V1, V2, V3 und V4 wie in Fig. 1 aufweist. Wie aber aus der Zeichnung hervorgeht, werden hier die Impulsreihen nicht summiert, sondern zur Steuerung eines Tores benutzt, welchem ein elektrisches Signal geeigneter Form zugeführt wird, zum Beispiel eine Gleichspannung, eine gleiche Impulsreihe oder eine sinusförmige Trägerwelle. Eine Rechteckwelle mit der Frequenz F, die vom Tor abgegeben wird, weist eine Fundamentalkomponente auf, welche nach der Gleichrichtung mit einem Bezugssignal derselben Frequenz F ein Signal mit einer Fundamentalkomponente liefert, deren Amplitude proportional ist zum sin H für die Impulsreihen Vl und V2 (d. h. bei den Impulsen +n und -n).
Für die Impulsreihen V3 und V4 bei den Impulsen ( N4 + n) und (- N ¯ n) ist diese Am T plitude proportional zu cos 8.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes. Hier werden Impulse mit der Frequenz N F in einem Impulsgenerator 2 erzeugt. Ein Signal, welches eine Zahl n zwischen 0 und N darstellt, wird in einem Register 4 gespeichert. Daraus werden Signale erzeugt, die an den Ausgangskanälen 6 und 8 auftreten und welche den Sinus bzw. den Cosinus des Winkels H = 2 rt N darstellen. Zu diesem Zweck enthält
N die Schaltung gemäss Fig. 3 einen Zähler 10, welchem die Impulse vom Impulsgenerator 2 kontinuierlich zugeführt werden. Der Zähler liefert ein Signal, welches eine Zahl darstellt, welche zeitlich nacheinander die Werte von Null bis N-1 durchläuft und dann wieder auf Null abfällt, entsprechend der Darstellung a in Fig. 12.
Dieses Sägezahn Signal wird vom Zähler über eine Leitung 20 in vier parallelgeschaltete Koinzidenzdetektoren 12, 14, 16 und 18 gegeben. Die Leitung 20 enthält genügend Drähte, um das Signal in dem gewählten Zahlensystem zu übertragen.
Wenn zum Beispiel N = 1000 im Dezimalsystem ist und das auftretende Signal in einem Binär-Dezimal-Code an die Koinzidenzdetektoren übertragen werden soll, enthält die Leitung 20 zwölf Paare von Drähten, je vier für jede der drei Dezimalstellen (000-999), die im Ergebnis auftreten können.
Ein Signal, welches eine Zahl n repräsentiert, wird entweder manuell oder von einem Computer in das Register 4 eingegeben. Zweck dieser Operation ist es, mit Hilfe der letztbeschriebenen Schaltung, eine Rechteckimpulsfolge mit der Frequenz F zu erzeugen, wobei die Impulshöhe oder die Impulsbreite der Zahl n proportional ist. Das Register gibt dieses Signal über eine Leitung 22 zum Koinzidenzdetektor 12 und über eine Leitung 28 zum Umsetzer 30, wobei die Leitungen 22 und 28 gleich wie die Leitung 20 aufgebaut sind. Im Koinzidenzpunkt, welcher einmal in jedem Zyklus mit der Frequenz F und zwar beim n-ten Impuls dieses Zyklus auftritt, erzeugt der Detektor 12 einen Impuls, welcher über eine Leitung 24 zu einem Tor 26 übertragen wird.
Das Symbol +n , das in Fig. 3 neben Leitung 24 steht, bedeutet, dass der Impuls auf dieser Leitung bei der Phase +n des Zyklus F auftritt.
F Vergleiche auch Fig. 1 und 2.
Das eine Zahl n repräsentierende Signal, das im Register 4 gespeichert wurde, wird ferner über Leitung 28 zum Umsetzer 30 geleitet. Als Umsetzer soll hier eine Einrichtung verstanden werden, welche zur Zahl n die Zahl N-n oder, noch vorteilhafter, N-n-l bildet. Geeignete Einrichtungen zu diesem Zwecke sind bekannt. Fig. 16 zeigt eine Einrichtung, die eine Umsetzung einer Dezimalstelle der Zahl n vornimmt, wenn diese Zahl in binärer Form vorliegt. Fig. 17 zeigt eine Einrichtung zur Vornahme dieser Umsetzung, wenn die Zahl in binärer kodierter Dezimalform vorliegt. Nach der Umsetzung wird dieses die Zahl N-n oder N-n-l darstellende Signal über eine entsprechend den Leitungen 20, 22 und 28 aufgebaute Leitung 32 in den Koinzidenzdetektor 16 eingegeben.
Der Detektor 16 liefert einen Ausgangsimpuls über eine Leitung 34 zum Tor 26, sofern der Zähler 10 diejenige Zahl enthält, die dem Signal entspricht, das vom Umsetzer 30 zum Detektor geliefert wird. Wenn die Zahl n in N-n-l übersetzt wird, entsteht am Ausgang des Detektors 16 ein Impuls bei der Phase -n-l, das heisst, ein Zählerimpuls früher als -n. Dies wird kompensiert durch eine Verzögerungseinheit 17, die in die Leitung 34 eingefügt ist.
Die Impulse, die über die Leitungen 24 und 34 an das Tor 26 gelangen, dienen dazu, das Tor zu öffnen bzw. zu schliessen, so dass an der Ausgangsleitung 6 ein Signal erscheint, während desjenigen Zeitabschnittes, in dem der Zähler Zyklus von -n bis +n durchlaufen wird. Die Art des Ausgangssignales hängt ab von der Natur des Tor-Eingangssignales über Leitung 36. Dieses Tor-Eingangssignal kann entweder eine Gleichspannung bzw. ein Gleichstrom sein, es können aber auch Impulse vom Impulsgenerator 2 sein, oder es kann schliesslich eine Wechselspannung bzw.
ein Wechselstrom mit einer beliebigen Trägerfrequenz sein.
Auf jeden Fall aber ist das Signal in Leitung 6 ein vom Tor 26 gesteuertes Signal, welches den Sinus des Winkels 0 (Fig. 2) darstellt.
Das Signal n wird über eine Leitung 22 einer Additionseinheit 38 sowie dem Koinzidenzdetektor 12 zugeführt, während das Signal N-n-l in entsprechender Weise über Leitung 32 einer Subtraktionseinheit 40 sowie dem Koinzidenzdetektor 16 zugeführt wird. Die Additionseinheit 38 und die Subtraktionseinheit 40 sind, wie der Umsetzer 30, passive Kombinationen von logischen Elementen und dienen dazu, zu den ihnen zugeführten Signalen das Signal, welches die Zahl N repräsentiert, zu addieren
4 bzw. von ihnen zu subtrahieren. Solche Einheiten sind bekannt, hauptsächlich im Bereich der digitalen Computer.
Eine einfache Ausführungsform einer Additionseinheit, welche mit Binärzahlen arbeitet, ist in Fig. 18 dargestellt, während Fig. 19 eine einfache Ausführung einer entsprechenden Subtraktionseinheit zeigt. Im folgenden sollen nun diese beiden Einheiten näher beschrieben werden.
Die Additionsschaltung 38 in Fig. 18 liefert dem Koinzidenzdetektor 14 über eine Leitung 42, welche entsprechend der Leitung 20 ausgebildet sein kann, ein Signal, welches eine feste Zahl n + 4N darstellt. Demzufolge wird
4
N einmal pro Zyklus des Zählers 10, beim Signal +n + N,
4 vom Detektor 14 über Leitung 44 ein Impuls ausgesandt, und dieser Impuls dient zum Öffnen eines Tores 46, wel ches an seinem Eingang über Leitung 36 dasselbe Signal empfängt wie das Tor 26. Das Eingangssignal auf Leitung 36 kann zum Beispiel ein Gleich- oder Wechselstromsignal sein.
Die Subtraktionsschaltung 40 liefert dem Koinzidenzdetektor 18 über eine Leitung 41 ein Signal, das der festen Zahl N-n-l- N entspricht, so dass beim (N-n-I-N) -ten Im
4 4 puls des Zyklus des Zählers 10 ein Impuls vom Detektor
18 an eine Ausgangsleitung 48 geliefert wird. In Fig. 3 ist bei Leitung 48 die Lage dieses Impulses mit -n-1- N ange
4 schrieben. Da dieser Impuls ein Zählerimpuls früher als N4ist, ist eine Impulsverzögerungseinheit 19 in der Lei tung 48 zwischen Detektor 18 und Tor 46 eingefügt. Der
Impuls -n- N4 auf Leitung 48 dient zum Schliessen des
4
Tores 46.
Demzufolge ist das Tor 46 geöffnet von der Phase N N bis --n N N. und es liefert auf Leitung 8 ein Signal, 4 welches den Cosinus des Winkels 0 darstellt, wie aus
Fig. 2 ersichtlich und im Zusammenhang mit dieser erläu tert worden ist.
Ein Bezugssignalgenerator 50 (Fig. 3) erhält vom Zäh ler 10 über eine Leitung 11 Impulse be;N und 3N des Zäh
4 4 lerzyklus N und erzeugt daraus eine Rechteckwelle (Fig. 12b) mit der gleichen Frequenz, die aber gegenüber dieser um einen Viertel des Zählerzyklus phasenverscho ben ist. Bei dieser Ausführungsform sind, wie aus Fig. 12a und 12b ersichtlich ist, die Ausgangssignale symmetrisch in bezug auf die 180 Lage des Zyklus des Zählers 10. Um ein Vergleichssignal zu erzeugen, das mit den übrigen Si gnalen im Wandler phasengleich ist, muss das vorliegende
Vergleichssignal um einen Viertel-Zyklus phasenverscho ben werden. Wenn der Bezugspunkt für den Zählerzyklus bei 0 liegt, ist das Vergleichssignal um 90 gegenüber diesem in der Phase verschoben.
Das Vergleichssignal wird einem Phasendetektor zugeführt und muss daher mit dem Eingangssignal des Detektors phasengleich oder aber um 180 in der Phase verschoben sein, damit ein brauch bares Abweichungssignal entsteht. Der Aufbau und die
Wirkungsweise solcher Phasendetektoren sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu wer N 3N den. Impulse bei N oder - können auf verschiedene
4 4 Weise dem Zähler entnommen werden, zum Beispiel beim Koinzidenzübergang in geeignet gewählten Mehrfachstellenwerten des Zählers, oder auch auf andere Weise.
In Fig. 12 ist mit a der Verlauf der Zahlen im Zähler 10 bezeichnet, welcher von 0 bis N (tatsächlich bis N-l) ansteigt und dann wieder auf 0 abfällt, in einem Zeitinter valll. Angenommen, N sei 1000, so zählt der Zähler von 0 bis 999 die Impulse mit einer Wiederholungsfolge von 1000 F. während das tausendste Intervall zur Rückstellung auf 0 verwendet wird. Obwohl ein Zyklus der Welle a als kontinuierlich ansteigende Linie gezeichnet ist, steigt sie in Wirklichkeit stufenweise an.
Mit bist die Form des Ausgangssignales des Bezugssi gnal generators 50 bezeichnet. Die Welle c stellt einerseits den Ausgang des Sinus-Tores 26 für Werte 0 = 0 und o = 180 ", wobei 0 = 360 n" ist, und andererseits auch den
N Ausgang des Cosinus-Tores 46 für 0-Werte von 90 und 270 dar;
d zeigt die Form des Ausgangssignales des Tores 26 für 0 = 270 und des Tores 46 für 0 = 0 ". e stellt die Form der Sinus-Ausgangsspannung bei (3 = 90" und der Cosinus-Ausgangsspannung für 0 = 1800, f die Form der Sinus-Ausgangsspannung für 0 = 315" und der Cosinus Ausgangsspannung für 0 = 315 , währenddems die Form der Cosinus-Ausgangsspannung für 13 = 45" und der Sinus Ausgangsspannung für 0 = 225 veranschaulicht.
Endlich zeigt h die Cosinus-Ausgangsspannung für û = 135 und die Sinus-Ausgangsspannung für 0 = 135 , während i die Cosinus-Ausgangsspannung für 0 = 225 und die Sinus Ausgangsspannung für 0 = 45" verdeutlicht.
Eine Phasen-Gleichrichtung jedes dieser Signale der Formen c bis i mit dem Signals wird ein Signal liefern, dessen Frequenz-Komponente F in Amplitude und Polarität den entsprechenden Winkelfunktionen, wie oben angeführt, proportional ist, für die erwähnten Werte des Winkels 0. Selbstverständlich kann der Winkel (3 alle durch n ermöglichten Werte annehmen. Die aufgeführten Werte sind nur eine Auswahl und dienen zur Illustration.
Die Fig. 1 und 2 verdeutlichen, was im folgenden die Summierungsmethode (Fig. 1) und die Tormethode (Fig. 2) genannt werden soll. Fig. 3 zeigt daher eine Ausführungsform, bei der die Tormethode von Fig. 2 angewendet wurde, um den Sinus und den Cosinus darstellende Signale zu erzeugen.
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher aber die Summierungsmethode gemäss Fig. 1 angewendet wird, anstelle der Tormethode gemäss Fig. 2. Der Wandler nach Fig. 4 ist ähnlich aufgebaut wie derjenige in Fig. 3, mit dem Unterschied, dass Summierungseinheiten 60 und 62 anstelle der Tore 26 und 46 vorgesehen sind.
Die Summierungseinheiten 60 und 62 können irgendwelche bekannte Einrichtungen, zum Beispiel Summennetzwerke oder Verstärker, sein.
Die Summierungseinheit 60 liefert an ihrem Ausgang über Leitung 64 die Summe der Impulsreihen bei den Impulsen +n und -n, welche Vektor-Summe den Wert Wert von 2 cos (27t N ) im Bogenmass darstellt. Die Summierungseinheit 62 hingegen liefert an ihrem Ausgang über die Leitung 66 die Vektorsumme der Impulsreihen bei den Impulsen n+ N und -n- N welche den Wert 2
4 4 sin (2n N ) im Bogenmass darstellt Fig. 4 zeigt also eine Ausführungsform, welche sowohl für den Sinus- als auch für den Cosinus-Kanal die Summierungsmethode von Fig.
1 benützt.
In Fig. 12 zeigen die Wellenzüge j, k, m, n und o für die entsprechenden Werte von n und (3, wie bei den Wellenzügen c bis i, die Form der Signale in der Sinus-Ausgangsleitung 66 und der Cosinus-Ausgangsleitung 64 in Fig. 4. In Fig. 12 sind die Buchstaben S und C Abkürzungen für Sinus und Cosinus, während die numerischen Werte den Winkel 8 in Graden angeben. Die Wellenzüge a und b beziehen sich sowohl auf Fig. 3 als auch auf Fig. 4.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei den Darstellungen k undm die Amplitude doppelt so gross wie bei den übrigen ist, da hier die beiden Impulsreihen koinzidierend summiert werden.
In den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 3 und 4 werden vier Koinzidenzdetektoren verwendet, um Impulse bei +n, -n (+n +N)und (-n - N) des Zähler-Zyklus zu er
4 4 zeugen. Es ist aber auch möglich, sowohl den Sinus als auch den Cosinus darstellende Signale aus einem einzel nen Paar der Impulsreihen direkt zu erzeugen, indem man die Summierungsmethode für die eine Winkelfunktion und die Tor-Methode für die andere Winkelfunktion anwendet.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem dies berücksichtigt wurde. Es erzeugt in einer Ausgangsleitung 6 eines Tores 26 ein Signal in der Art, wie es in Fig. 12 unter c bis i für die Sinus-Funktion dargestellt ist, und am Ausgang 64 einer Summierungseinheit 60 ein Signal, wie in Fig. 12 unteri bis o für die Cosinusfunktion dargestellt ist.
Das Tor 26 und die Summierungseinheit 60 in Fig. 5 können gleich ausgebildet sein wie die mit denselben Bezugszeichen versehenen Einheiten in Fig. 3 und 4, wie auch andere Einheiten mit gleichen Bezugszeichen in ver schiedenen Figuren identisch sein können. Demzufolge verwendet das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5, welches mit den Vektoren V1 und V2 von Fig. 1 und 2 arbeitet, für die Erzeugung von Impulsen bei +n und -n die gleiche Anordnung wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4. Da die minime Differenz zwischen (N-n) und (N-n-1) in der Praxis vernachlässigbar sein kann, wurden die Verzögerungseinheiten 17 und 19 von Fig. 3 und 4 in
Fig. 5 weggelassen.
Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die Amplituden der erhaltenen Signale auf Leitungen
6 und 64 untereinander verschieden sind, da in diesem
Ausführungsbeispiel die Methoden zur Erzeugung der Si nus- und Cosinus-Information völlig verschieden sind.
Wenn der Sinus- und der Cosinus-Ausgang in einem ge meinsamen System weiterverarbeitet werden sollen, so ist es wünschenswert, ihre Amplituden einander anzuglei chen. Eine Einrichtung zu diesem Zweck ist in Fig. 8 dargestellt und wird weiter unten näher erläutert werden.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit des vorgeschlagenen Wandlers, bei welchem die Ausgangssignale denselben Charakter wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 besitzen. Die den Sinus darstellenden Rechteckwellen werden von einem Tor 26 über eine Leitung 6 und die den Cosinus darstellenden Überlagerungen von
Impulsreihen werden von einer Summierungseinheit 60 über Leitung 64 geliefert. Das Tor 26 erhält auf einer Lei tung 36 ein Eingangssignal, wie in den Ausführungsbeispie len gemäss Fig. 3 und 5, und wird geöffnet durch Anfangs impulse auf Leitung 34 und geschlossen durch Endimpulse auf Leitung 24, welche gleich sein können, und welche die gleichen Signale führen wie die gleich bezeichneten Lei tungen in den Fig. 3, 4 und 5. Die Summierungseinheit 60 erhält in Fig. 6 von den Leitungen 24 und 34 die gleichen
Eingangssignale wie in den Fig. 4 und 5.
Für die Erzeugung von Impulsen +n und -n auf Lei tungen 24 und 34 verwendet das Ausführungsbeispiel ge mäss Fig. 6 ausserdem Koinzidenzeinheiten 12 und 16 und ein Register 4, welche Einheiten gleich ausgebildet sein können wie die mit gleichen Bezugszeichen versehenen
Einheiten auf den Fig. 3, 4 und 5. Der Umsetzer 30 aber wird in der Ausführung nach Fig. 6 nicht benützt. An Stelle dessen ist ein zweiter Zähler 15 vorhanden, welcher rückwärts zählt anstatt vorwärts, zum Beispiel von 999 hinunter bis 0, wobei er beim nächsten Impuls wieder auf 999 schaltet. Folglich erreicht er die positive Zahl n im gleichen Moment, wie der Zähler 10 die Zahl N-n. In Fig.
13 ist die Wellen die gleiche wie die Welle a in Fig. 12; sie zeigt somit den Ablauf des Zählers 10 in Fig. 6 wie auch denjenigen der Zähler in Fig. 3 bis 5. Die Welle a' hingegen zeigt den Ablauf des Zählers 15. Die beiden Zähler 10 und 15 werden mittels einer Synchronisiereinheit 13 in gleicher Phase gehalten, so dass sie im selben Zeitpunkt auf 0 bzw. auf 999 zurückspringen.
Die Wellenform b in Fig. 13 hat die gleiche Form und Bedeutung sowie auch den gleichen Ursprung wie in Fig.
12, sie zeigt das Ausgangsspiel des Bezugssignalgenerators 50 in Fig. 6. Die Wellen c und d in Fig. 13 stellen die Impulsreihen auf den Leitungen 24 und 34 in Fig. 6 dar, wie in Fig. 3, 4 und 5, wobei der Winkel n = 90" und wobei die im Register 4 gespeicherte Zahl n = N ist. Das
4
Resultat der Summierung der Impulsrblnen c und d in der Summierungseinheit 60 ist durch Welle e in Fig. 13 gezeigt. Diese ist identisch mit der Weller in Fig. 12 und es ist ersichtlich, dass sie keine Komponente der Frequenz F enthält, wie auch aus der Tatsache, dass cos 90" = 0 klar hervorgeht.
Die Weller in Fig. 13, die das Ausgangssignal des Tores 26 in Fig. 6 für 0 = 90" darstellt, ist mit der
Welle d in Fig. 12 identisch. Das heisst, beide zeigen ein den Sinus darstellendes Ausgangssignal des Tores 26 in
Fig. 3, 5 und 6, wo 0 = 90" ist. Am rechten Ende der
Welle f in Fig. 13 ist das Auftreten des Ausgangssignals von Tor 26 zu sehen, wenn das Tor über Leitung 36 mit gleichen Impulsen mit einer gegenüber F hohen Frequenz gespiesen wird.
Die Welleng undh dagegen in Fig. 13 verdeutlichen die Impulsreihen in den Leitungen 24 und 34, wo 0 = 45" und ihre Summe, die Welle i, ist offensichtlich gleich wie die Wellen in Fig. 12. Die Wellei in Fig. 13 stellt das
Ausgangssignal des Tores 26 dar und zeigt den Sinus von 45". Die Wellen bis p werden im Zusammenhang mit
Fig. 8 näher erläutert.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit des vorgeschla genen Wandlers ist in Fig. 7 schematisch dargestellt. Hier wird dasselbe Tor 26 und die gleiche Summierungseinheit 60 wie in Fig. 5 und 6 verwendet, um den Sinus und den Cosinus darstellende Signale zu erzeugen. Es wird aber noch ein Zähler 70 verwendet, welcher im Gegensatz zu den bereits beschriebenen Zählern, von 0 bis N zählt und dann, anstatt zurückzuspringen, von N rückwärts bis 0 zählt. Sein vollständiger Zyklus erstreckt sich also über ein Zeitintervall 2 Eine Zählersteuereinheit 72 überwacht
F den Stand des Zählers und bewirkt die Umkehrung der Zählrichtung bei 0 und N, ohne ihn zurückzustellen. Die Arbeitsweise dieses Zählers ist aus der Kurve a in Fig. 14 ersichtlich.
Das Register 4 in Fig. 7 enthält die Zahl n, welche dem Winkel 0 = 2it n entspricht, von welchem den Cosi
N nus und den Sinus darstellende Signale erzeugt werden soilen. Ein Koinzidenz-Detektor 12 vergleicht diese Zahl und den Stand des Zählers 70. Während des Zyklus' -F des Zäh
F lers tritt zweimal eine Übereinstimmung auf. Eine Ver teilereinheit 74, welche von der Zähler-Steuereinheit 72 gesteuert wird, verteilt die beiden bei der Übereinstim mung auftretenden Signale abwechselnd auf die Leitungen
24 und 34. Die Leitung 24 erhält also Impulse, wenn der
Zähler 70 die Zahl n während des Aufwärtszählens bis N erreicht, während Leitung 34 Impulse erhält, wenn der
Zähler die Zahl n beim Rückwärtszählen auf 0 erreicht.
Die Impulse auf den Leitungen 24 und 34 sind durch die
Kurven c und in Fig. 14 dargestellt. Die Summe dieser
Impulse, welche von der Summierungseinheit 60 über Lei-' tung 61 geliefert werden, wird durch die Kurve e in Fig.
14 gezeigt und repräsentiert den Cosinus von 90".
In Fig. 14 wird durch die Kurve f das Ausgangssignal des Tores 26 in Fig. 7 für 0 = 90" dargestellt. Dieses Aus gangssignal kann phasengleichgerichtet werden mit dem
Bezugssignal von Kurve b. Die Kurven , h, i undi in Fig.
14 entsprechen den Kurven c, d, e und f aber für 0 = 45 , anstelle von 90 ".
Es soll also festgehalten werden, dass bei dieser Aus führungsform zwei Zyklen des Zählers (70) Intervalle von
0 bis N benötigt werden, um einen Impuls bei der Zahl -n und einen Impuls bei der Zahl +n zu erzeugen. Mit ande ren Worten: die Information wird also nur mit halber Häu figkeit gegenüber den Ausführungsformen gemäss Fig. 3 bis 6 erhalten. Die Ausgangssignale von Tor 26 und von der Summierungseinheit 60 in Fig. 7 enthalten ausserdem beide eine Komponente mit der Frequenz F . Diese kann
2 aber mittels eines frequenzabhängigen Filters entfernt werden, wobei die interessierende Komponente mit der
Frequenz F durchgelassen wird, aber die harmonischen
Frequenzen derselben und auch die subharmonischen der
Frequenz.
Die Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 5 und 6 haben gegenüber denjenigen gemäss Fig. 3 und 4 den Vorteil, dass sie nur zwei anstelle von vier Koinzidenz-Detektoren benötigen. Sie haben aber den Nachteil einer grossen Am plituden-Differenz zwischen der Sinus- und der Cosinus-ln formation. Diese entsteht, da ein Signal der Ausgang eines Tores und das andere Signal die Summe von zwei Impuls reihen ist. Diese Differenz kann aber auf verschiedene
Arten kompensiert werden, wobei für viele Zwecke eine nur annähernde Kompensation völlig ausreicht. So kann z. B. die Amplitude der Rechteckwellen, welche den Cosi nus darstellen, verstärkt werden, oder aber, es können die Amplituden der den Sinus darstellenden Rechteckwellen verkleinert werden.
Fig. 8 zeigt eine Einrichtung, in welcher Verzögerungseinheiten 80 und 82 vorgesehen sind, um die Impulse der zu summierenden Impulsreihen zu vergrössern oder zu verlängern oder um die gegenseitige
Lage der Impulse zu verschieben, wenn sie als Eingangssignale des Tores 26 verwendet werden.
Fig. 8 umfasst auch die Einrichtung gemäss Fig. 6, um auf Leitung 24 und 34 Impulse bei +n und -n zu erzeugen. Anstatt aber diese beiden Impulsreihen in der Sum mierungseinheit 60 zu summieren, werden sie dazu ge braucht, Tore 86 und 88 zu öffnen. Diese Tore 86 und 88 werden T Zählungen später wieder geschlossen durch Signale von den Verzögerungseinheiten 80 und 82, indem diese Verzögerungseinheiten eine vorgewählte Zahl T von
Impulsen abzählen, beginnend bei +n und -n, bevor sie die Stoppsignale den Toren 86 und 88 übermitteln. Die individuell gedehnten Impulsreihen, welche durch die Tore 86 und 88 der Summierungseinheit in Fig. 8 geliefert werden, und welche an die Stelle der Impulsreihen g und h in Fig. 13 auf den Leitungen 24 und 34 treten, sind in Fig. 13 als Kurven k und m dargestellt.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass, wenn sich die gedehnten Impulse überschneiden, die Summe die doppelte Amplitude während der Überschneidung aufweist. Das Resultat ist das Signal, welches in Ausgangsleitung 64 der Summierungseinheit 60 in Fig. 8 auftritt und in Fig. 13 als Kurve n gezeigt ist, unter der Voraussetzung, dass T = N und û = 450 ist. Die Kurve o stellt das Sinussignal dar, welches infolge der Dehnung der Impulse um 90" verschoben wurde. Die Kurve p zeigt das Bezugssignal um 90" verschoben. Diese Verschiebung wurde vorgenommen, um die Symmetrie in nerhalb des ganzen Systems zu gewährleisten.
Da das Symmetriezentrum der Impulse in jeder zu summierenden Impulsreihe zur Erzeugung des den Cosi nus darstellenden Signales um T verzögert wurde, müssen
2 das Öffnungs- und das Schliesssignal für das Sinus-Tor 26 ebenfalls um denselben Betrag verzögert werden. (Fig. 8).
Zu diesem Zwecke weisen die Verzögerungseinheiten 82 und 80 zusätzliche Ausgänge auf, welche dem Tor 26 Impulse zum Öffnen und Schliessen senden.
In Fig. 15 ist ein ähnliches Vektordiagramm dargestellt wie in Fig. 1 und 2, welches zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Ausführungsbeispieles gemäss Fig. 8 dient. In Fig. 15 sind wieder die Vektoren V1 und V2 vorhanden, welche bei den Punkten +n und -n stehen, die durch die im Register 4 gespeicherte Zahl n bestimmt werden, Zwecks besserer Klarheit in der Zeichnung wurde die Zahl n in Fig. 15 grösser angenommen als in den Fig. 1 und 2. Die Impulse -n und +n auf den Leitungen 34 und 24 in Fig. 8 öffnen das Tor 88 bzw. das Tor 86.
Jedes dieser Tore schliesst T Impulse später, d. h. bei (-n +T) und (+n +T). Die Impulse, welche zur Länge T gedehnt wurden und welche von den Toren 88 und 86 zur Summierungseinheit 60 in Fig. 8 geliefert wurden, haben T demzufolge ihr Symmetriezentrum bei Punkt T2 nach -n
2 bzw. +n. Sie werden in Fig. 15 durch Vektoren V2' und V1' mit grösserer Amplitude als V2 und V1 dargestellt. Es besteht aber kein Zusammenhang zwischen der Verlängerung dieser Vektoren und der Vergrösserung der Amplitude der in den gedehnten Impulsen vorhandenen Grundkomponente (von der Frequenz F) und den Impulsen auf den Leitungen 34 und 24.
Die Vektorsumme von V1' und V2' wurde in Fig. 15 eingezeichnet und ist mit 2 cos û angeschrieben. Diese
T Summe liegt bei einem verschobenen Bezugspunkt 0', 2 Impulse später als der ursprüngliche Bezugspunkt 0. Dieser verschoebene Bezugspunkt 0' stellt auch das Symmetriezentrum des Ausgangssignales von Tor 26 dar, angeschrieben mit Sinus û in Fig. 15, wobei das Tor bei (-n + T) öffnet und bei (+n +12) schliesst. Aus Fig. 8 ist ferner ersichtlich, dass ein Bezugssignalgenerator 51 mit einer Einrichtung versehen ist, die sein Ausgangssignal um T verzögert.
2
Fig. 9 und 10 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, welche zum Verdrehen des Rotors 120 eines Resolvers 122 in eine Winkelstellung verwendet werden können, wobei die Winkelstellung von einer Zahl n, die in einem Register-Zähler 124 gespeichert ist, bestimmt wird und einen Winkel bis zu 360" definiert. Ferner kann diese Ausführungsform auch in der Einheit 124 eine Zahl erzeugen, die eine digitale Anzeige der momentanen Position des Rotors gibt. Der Resolver kann vorzugsweise ein mehrpoliger Positionsmesstransformator sein, wie er in dem USA-Patent No. 2 799 835 beschrieben wurde. So ein Resolver besitzt am einen Teil, vorzugsweise am Stator, zwei Windungen mit 90" Phasenverschiebung gegenüber den Polen des Resolvers, wie im erwähnten Patent im Detail beschrieben.
Der Stator ist in Fig. 9 und 10 mit 121 bezeichnet, und seine phasenverschobenen Windungen werden von Strömen gespeist, die den den Sinus und den Cosinus darstellenden Signalen entsprechen, welche in der früher beschriebenen Weise erzeugt wurden.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 9 und 10 umfasst das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3, wobei die Einheiten und Verbindungen gleich bezeichnet wurden, aber anstelle des Registers 4 in Fig. 3 tritt ein Register-Zähler 124. Ferner ist der bereits erwähnte Resolver 122 vorhanden sowie ein Stator-Antriebs-Verstärker 126, ein Phasendetektor 128, ein Servo-Verstärker 130 und ein Servomotor 132, welch letzterer über ein Getriebe 134 mit dem Rotor 120 verbunden ist. Schliesslich ist noch ein Touren zähler 136 an den Servomotor 132 angeschlossen, der erlaubt, die Verstärkung des Verstärkers 130 zu steuern.
In Fig. 9 sind noch eine Gleichstromquelle 140, Filter 142 in der Sinus- und Cosinus-Signalleitung 6 und 8 und eine Anzahl gekoppelter Schalter 150a, 150b und 150c vorhanden, welche alle gemeinsam entweder die voll gezeichnete Stellung oder alle die gestrichelt gezeichnete Stellung einnehmen können. Zusätzlich ist noch ein von den gekoppelten Schaltern 150a-c unabhängiger Schalter 152 vorgesehen, mittels welchem die Eingangsleitung 36 zu den Toren 26 und 46 an ein Signal angeschlossen werden kann, entweder an die Impulse vom Generator 2 oder an eine Gleichspannung von der Quelle 140.
Wenn die Schalter 150a, 150b und 150c sich alle in der gestrichelt gezeichneten Stellung befinden, so arbeitet der Register-Zähler 124 als Register, indem er eine Zahl n, die ihm über den Schalter 150b zugeführt wurde, speichert.
Die Einrichtung arbeitet dann wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, indem auf Leitungen 6 und 8 je ein den Sinus bzw. den Cosinus darstellendes Signal des Winkels û = 21T N erzeugt wird. Wenn der Schalter 152 die Leitung 36 mit der Quelle 140 verbindet, so treten in den Leitungen 6 und 8 Rechtecksignale auf, welche eine Grundfrequenz F aufweisen. Die Filter 142 dienen zur Eliminierung der Harmonischen von F. Der Phasendetektor 128 erhält dann die in der Windung des Rotors 120 induzierte Spannung sowie das Bezugssignal vom Generator 50. Der Ausgang des Phasendetektors 128 ist dann eine Gleichspannung, deren Amplitude proportional der Lageverschiebung des Rotors 120 ist, wobei das Vorzeichen dieses Ausgangs die Richtung dieser Lageverschiebung angibt.
Dieser Ausgang ist ein Fehlersignal, welches den Servomotor zur Korrektur der Lage des Rotors so lange antreibt, bis der Ausgang null wird.
Wenn der Schalter 152 dagegen mit dem Generator 2 verbunden wird, ist die Funktion im Prinzip dieselbe. Die Filter 142 entfernen nicht nur die Harmonischen von sondern auch die Komponenten mit NF, der Generator Pulsfrequenz und deren Harmonische.
Wenn die Schalter 150a-c aber in die ausgezogen gezeichnete Stellung gebracht werden, dient die Einrichtung gemäss Fig. 9 dazu, in der Einheit 124 eine digitale Anzeige der Stellung der beweglichen Resolver-Einheit 120 zu vermitteln. Das Fehlersignal am Ausgang des Detektors 128 dient dazu, die Zahl in dem Register-Zähler 124 zu ändern und zwar um eine Zählung pro Modulations-Zyklus F, bis das Fehlersignal null wird. Es ist ersichtlich, dass das Bezugssignal mit der Frequenz F über den Schalter 150a zur Einheit 124 gelangt, und so den Wechsel der Zahlen steuert, und zwar um eine Zählung pro Zyklus mit der Frequenz F. Das Signal auf Leitung 125 repräsentiert die Zahl, welche im Register-Zähler 124 erzeugt wurde und daher auch die entsprechende Lage des Resolvers 122.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 10 führt dieselben Funktionen aus wie dasjenige in Fig. 9. Es besitzt aber anstatt der Filter 142 einen einzigen Filter 160 zwischen dem Rotor des Resolvers und dem Phasendetektor 128.
Ferner ist ein weiterer Phasendetektor 162 vorgesehen, um die Wiedergewinnung der Modulation von der Frequenz F zu gestatten, auf welche der Phasendetektor 128 anspricht. Dies ist notwendig, weil in der Ausführungsform gemäss Fig. 10 keine Gleichstromquelle 140 zum Anschluss an die Tore 26 und 46 vorgesehen ist, und weil der Filter 160, der dem Resolver nachgeschaltet ist, die vorgeschalteten Filter 142 ersetzt. Der Phasendetektor 162 erhält demzufolge die Impulse als eine Referenz für das ordnungsgemässe Funktionieren seiner Gleichrichtungsfunktion.
In Fig. 11 ist ein ausführliches Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Erfindung dargestellt, welche die Tormethode zur Erzeugung eines den Sinus darstellenden Signales und die Summierungsmethode mit Impulsdehnung für die Erzeugung eines den Cosinus darstellenden Signales anwendet. Sie ist ähnlich gestaltet wie diejenige in Fig. 8. Fig. 11 zeigt auch eine Anwendungsmöglichkeit der Einrichtung gemäss Fig. 8, um die um 90" phasenverschobenen Primärwindungen eines Positionsmesstransformers zu speisen. Beim Positionsmesstransformer kann es sich um einen Resolver handeln, vorzugsweise in mehrpoliger Ausführung wie er schon vorher beschrieben wurde. Die Wirkungsweise der Ausführung nach Fig.
11 wird nun näher beschrieben unter der Annahme, dass F = 2 kHz und N = 1000, wobei n natürlich einen willkürlich gewählten Wert zwischen 0 und 999 annehmen kann.
F ist wiederum die Frequenz, bei der ein Zähler durch einen Zyklus n von 0 bis N geht. Ein Generator 314 erzeugt gleiche Impulse mit einer Frequenz von 2 MHz und führt sie kontinuierlich und gleichzeitig einem reversiblen Zähler 315, einem Koinzidenzdetektor 316 und steuerbaren Toren 317 und 318 zu.
Bei den steuerbaren Toren 317 und 318, wie auch bei den zahlreichen ähnlich aussehenden Einheiten in Fig. 11, handelt es sich um NAND-Tore. Dies sind bekanntlich Einrichtungen, welche dann und nur dann ein Nein -Ausgangssignal erzeugen, wenn alle Eingänge logisch Ja sind. Es kann also ein Ja -Ausgangssignal auftreten, wenn irgend ein oder alle Eingänge Nein sind. Das logische Ja kann durch eine positive Spannung und das logische Nein durch das Masse- oder Null-Potential dargestellt werden.
In Fig. 11 weist der umkehrbare Zähler 315 drei binär kodierte dezimale (BKD) Dekaden-Zähler in Kaskadenschaltung auf, welche in einer weiter unten beschriebenen Weise so programmiert sind, dass sie abwechslungsweise vor- und rückwärts zählen zwischen null und tausend, wobei tausend im Zähler durch das Symbol 000 dargestellt wird. Jede vollständige Zählung wird während eines Zyklus der Bezugsfrequenz F vorgenommen. Demzufolge erzeugt der Zähler eine Bezugsfrequenz von 2 kHz, da er mit der Generatorfrequenz von 2 MHz zählt unreinen Impuls der Bezugsfrequenz bei jeder abgeschlossenen Zählung von tausend Zahlen erzeugt.
Der Übergang der kritischen Ziffern des Zählers von 9 zu null stellt den Moment dar, bei welchen der Zähler beim Aufwärtszählen von 999 auf 000 geht. Dieser Übergang wird benutzt, um den auf/ab Steuerungs-Flip-Flop 319 zu setzen und den Bezugssignalgenerator Flip-Flop 320 zurückzustellen. Die Flip-Flops in Fig. 11 sind normale bistabile Multivibratoren, welche ihren Zustand bei der Abfallflanke eines positiven Impulses, der an ihren Eingang gegeben wird, wechseln, im Sinne des Setzens oder Zurückstellens. Demzufolge wird der Übergang von neun auf null in der Hunderterstelle des Zählers 315 zum Setzen des Flip-Flop 319 verwendet, wobei die Einer- und Zehner-Stellen bereits auf null geschaltet haben, um den Übergang bei den Hunderten zu bewirken. Die beiden Ausgangssignale des Steuerungs-Flip-Flop 319 werden zur Steuerung der Zählrichtung im Zähler 315 verwendet.
Wenn der Flip-Flop 319 auf 1 eingestellt ist, zählt der Zähler 315 rückwärts, und wenn der Flip-Flop 319 auf null zurückgestellt ist, zählt er vorwärts. Da der Zähler bei der Zahl 000 umgekehrt wird, schaltet ihn der nächste Impuls auf 999, und wenn die kritische Ziffer beim Abwärtszählen die Stellung 9 verlässt, erzeugt das Übergangssignal keine Änderungen in den Zuständen der Flip-Flop 319 und 320, da sie bereits auf 1 eingestellt sind, bzw. auf null zurückgestellt sind.
Flip-Flop 319 erhält sein Rückstell-Signal von Tor 321, welches den Übergang im Zähler 315 abtastet. Wenn er zurückgestellt ist, bewirkt der Flip-Flop 319, dass der Zähler 315 vorwärts zählt und dies geschieht dann, wenn er beim Abwärtszählen von 001 auf 000 geschaltet hat.
Wenn der Zähler zwei Impulse später wieder die Zahl 001 anzeigt, diesmal beim Aufwärtszählen, liefert das Tor 321 wieder einen Rückstell-Befehl. Dies hat aber keinen Einfluss, da der Flip-Flop 319 bereits auf null zurückgestellt ist, und der Zähler zählt weiter vorwärts.
Der Zähler 315 wird also vom Flip-Flop 319 in der Weise gesteuert, dass er abwechslungsweise vorwärts und rückwärts zählt. Das Bezugssignal wird vom Flip-Flop 320 erzeugt, welcher bei jedem Umkehrpunkt des Zählers 315 zurückgestellt wird, das heisst beim Ende jedes vollen Durchganges. Zusätzlich liefert das Tor 322 dem Flip-Flop 320 jedesmal ein Setz-Kommando, wenn der Zähler die Zahl 500 passiert, sowohl beim Vorwärts- als auch beim Rückwärtszählen.
Der Flip-Flop 320 erzeugt also das Bezugssignal, dessen Frequenz ein Tausendstel der Frequenz des Generators ist, indem er zurückgestellt wird beim Übergang des Zählers 315 von 999 auf 000 während des Vorwärtszählens, indem er gesetzt wird über Tor 322, sobald der Zähler die Zahl 500 beim Abwärtszählen erreicht, indem er wieder zurückgestellt wird, diesmal über Tor 321, beim Zählerübergang von 001 auf 000 beim Abwärtszählen und indem er schliesslich wieder über Tor 322 gesetzt wird beim Durchgang der Zahl 500, aber beim Vorwärtszählen, wobei diese Folge kontinuierlich von selbst abläuft.
Die Zahl n ausgedrückt in einer binär-kodierten Dezimalform mit drei Ziffern, wird in das Register 323 eingegeben. Da das Verhältnis von Bezugsfrequenz zu Generatorfrequenz wie eins zu tausend ist, ist die Zahl n der gleiche Bruchteil von Tausend wie der Winkel 0 ein Bruchteil von 360".
Die zwölf bipolaren Ausgangssignale des Registers 323 werden Stufe für Stufe in einer Koinzidenzschaltung 316 mit den entsprechenden Ausgangssignalen des Zählers 315 verglichen. Die Koinzidenzschaltung 316 umfasst zwölf Sätze von je drei NAND-Toren und ein weiteres NAND-Tor 324 mit dreizehn Eingängen, welches je ein Signal von den zwölf Sätzen und im dreizehnten Eingang die Impulse des Generators 314 erhält. Ein solcher Satz von drei NAND-Toren ist in Fig. 11 gestrichelt eingerahmt und mit 302 bezeichnet; er erhält die Tore 326, 327 und 328. Das Tor 328 arbeitet lediglich als Umsetzer.
Wenn eines oder beide der Tore 326 und 327 ein niedriges Ausgangspotential haben (logisches Nein ), das heisst alle Eingänge des einen oder beider Tore haben ein hohes Potential, ist am Ausgang des Tores 328 ein hohes Potential.
Die bipolaren Ausgänge jeder Stufe des Zählers 315 und des Registers 323 sind entweder logisches 1 oder logisches 0 . Wenn eine Stufe als logisches 1 gesetzt ist, dann wird das Signal des Ausgangs ein hohes Potential haben. Wenn eine Stufe in den Zustand logisches 0 rückgestellt ist, dann wird das Signal des l-Ausganges ein niedriges Potential haben und das Signal des 0-Ausganges wird ein hohes Potential haben.
Das heisst, in jedem der Sätze 302 ist der Eingang des Tores 328 niedrig, wenn die Stufen des Zählers 315 und des Registers 323, welche verglichen werden, im selben Zustand sind. Unter diesen Bedingungen der Übereinstimmung erhält nämlich entweder Tor 326 oder Tor 327 zwei hohe Eingänge und liefert demzufolge einen niedrigen Ausgang. Auf der anderen Seite, wenn die verglichenen Stufen nicht in demselben Zustand sind, erhalten beide Tore 326 und 327 auf je einem Eingang ein hohes und auf dem anderen ein niedriges Eingangssignal, sie liefern also beide ein hohes Signal zu Tor 328. Da das Tor 328 seinen Eingang invertiert, ist sein Ausgang zu Tor 324 dann und nur dann hoch, wenn die verglichenen Stufen im selben Zustand sind.
Der Ausgang des Koinzidenztores 324 bleibt hoch, solange irgend einen seiner Eingänge niedrig ist. Wenn der Zähler 315 die Zahl n - welche in das Register 323 eingegeben wurde - erreicht, sind alle zwölf Stufen-Paare in Koinzidenz, die zwölf Eingänge in das Tor 324 sind alle hoch und der nächste Impuls des Generators 314 bewirkt den Koinzidenz-Impuls 325. Indem man den Impulsgenerator zum Auswerten des Tores 324 verwendet, wird die Möglichkeit ausgeschlossen, ein falsches Koinzidenzsignal während der Zählzeit des Zählers zu erzeugen.
Der Koinzidenz-Impuls 325 wird zu einer Steuerschaltung (mit Toren 330 und 331) geleitet, welche ihrerseits durch die bipolar-Ausgänge des Auf/Ab-Steuerungs-Flip Flop 319 gesteuert werden. Die Tore 330 und 331 entsprechen also dem Verteiler 74 in Fig. 7. Wenn der Flip-Flop 319 zurückgestellt ist, ist sein 0-Ausgang hoch und sein Ausgang niedrig, so dass der Zähler 315 vorwärts zählt.
Zur selben Zeit ist das Tor 330 offen und das Tor 331 geschlossen. Wenn also der Zähler 315 beim Vorwärts-Zählen die Zahl n erreicht, wird der Koinzidenz-Impuls 325 beim Tor 331 blockiert, aber vom Tor 330 durchgelassen.
Das Tor 331 ist geschlossen, weil es ein niedriges Potential vom Flip-Flop 319 erhält und sein Ausgang hoch ist, ob es einen hohen oder niedrigen Eingang vom Tor 324 erhält.
Das Ausgangssignal des Tores 330, welches als +n angenommen wird, um die Koinzidenz beim Aufwärtszählen zu kennzeichnen, wird zum Setzen des Flip-Flop-Tores 340 verwendet, dessen Ausgang dann hoch wird, wodurch durch das Tor 317 die Impulse vom Generator 314 passieren können, wonach sie invertiert und der Digital-Verzögerungseinheit 342 zugeführt werden.
Beim Rückwärtszählen schliessen die Ausgangssignale vom Flip-Flop 319, der sich im logischen 1 Zustand befindet, das Tor 330 und erlauben das Passieren des Koinzidenzimpulses 325 bei -n durch das Tor 331. Der Koinzidenzimpuls wird zum Setzen des Flip-Flop 344 verwendet, welcher seinerseits das Tor 318 zum Passieren der Impulse vom Generator 314 öffnet, welche auch invertiert werden und dann der Digital-Verzögerungseinheit 346 zugeführt werden. Die beiden Digital-Verzögerungseinheiten 342 und 346 fangen an, Impulse zu zählen bei der Erzeugung der Koinzidenzsignale bei +n bzw. -n. Die Flip-Flop 340 und 344 liefern ihre positiven l-Ausgänge, bis sie zurückgestellt werden durch die Einheiten 342 und 346, Dann sind auch die Tore 317 und 318 geschlossen, die Verzögerungseinheiten werden entleert und der nächste Zyklus beginnt wieder von vorne.
Der Arbeitsablauf ist bei beiden Digital-Verzögerungseinheiten derselbe. Drei Modulo-5 Zähler in Kaskadenschaltung, gefolgt von zwei Modulo-2 (Binär-) Zählern in Kaskadenschaltung zählen mit Generatorfrequenz bis 500, an welchem Punkt sie zurückgestellt werden auf 0 und stillstehen. Das Anhalten wird erreicht, indem der End übertrag bei 500 zum Zurückstellen der Flip-Flop 340 und 344 verwendet wird, welche beiden Flip-Flop die Eingangs tore 317 und 318 der Verzögerungszähler steuern. Diese besondere Methode, die Verzögerungen für die Dehnung der den Cosinus darstellenden Impulse bei +n und -n zu erzeugen, liefert einen Endübertrag bei T = 500 und er
T gibt ferner einen geeigneten Ausgang bei = 250 in der
2 Form eines Übertrag-Ausganges vom ersten der zwei Binär-Stufen.
T
Die Übergänge bei 2 = 250 von den Verzögerungseinheiten 342 und 346 werden verwendet, um das Flip-Flop 350 zu setzen bzw. zurückzustellen, um so das den Sinus darstellende Signal zu entwickeln. Diese Überträge liegen 2 n Zählungen auseinander, nämlich von -n in Fig. 2 bis tn.
Es ist notwendig, das Bezugssignal um einen Viertel Zyklus zu verzögern, um die korrekte Phasendemodulation des Sinus- und Cosinus-Signals zu erhalten. Jede Phasenverschiebung der Sinus- und Cosinus-Vektoren, welche durch die Verzögerungseinheiten entsteht, muss aber auch zu diesem obengenannten Viertelzyklus addiert werden.
Daher ist es klar, dass die Verschiebung der Sinus- und Cosinus-Vektoren um einen Viertel-Zyklus und die zusätzliche Verzögerung um einen Viertel-Zyklus zusammen eine Phasenverschiebung von genau 1800 ergeben, was mit einer Phasenumkehrung gleichwertig ist und somit ohne zusätzliches drittes Verzögerungsnetzwerk erreicht werden kann. Da die 0- und Ausgänge des Flip-Flop 320 um genau 180 des Bezugszyklus gegeneinander verschoben sind, ist die richtige Phasenlage des Bezugssignales nur mehr eine Sache der Wahl der richtigen Ausgangsleitung.
In Fig. 11 ist mit 352 ein schematisch dargestellter Teil eines linearen oder Resolvers dargestellt, welcher die Windungen 354 und 356 mit 90" Phasenverschiebung gegenüber den Polen des Resolvers trägt. Dieser Teil 352 kann vorzugsweise der stationäre Teil des Resolvers sein.
Diese Windungen werden, bei der ausgezogen gezeichneten Stellung des Schalters 351, von einer Quelle Es über gesteuerte Schalter 332 und 333 für den Sinus und über Schalter 334, 335 und 336 für den Cosinus gespeist. Die Schalter werden durch logische Eingänge gesteuert:
Ein hoher Eingang schliesst den Schalter, während ihn ein niedriger öffnet. Während der Ausgang des Flip-Flop 350 hoch ist, verbindet der Schalter 332 die Windung 354 mit Quelle E5, und Schalter 333 ist offen. Während der Zeit, wo der Flip-Flop 350 zurückgestellt ist, öffnen die Signale der 0- und Ausgänge den Schalter 332 und schliessen den Schalter 333, wobei die Sinus-Windung 352 auf das Erd-Potential angeschlossen wird.
Die Kombination der Tore 367 und 370 stellt die Summierungseinheit für die Cosinus-Impulsreihen dar. Die Ausgänge der Flip-Flops 340 und 344 werden zur Steuerung der Summierungstore 367 bis 370 in der folgenden Weise verwendet:
Die Tore 367 und 368 bilden ein Exklusiv-ODER-Tor für die 1-Ausgänge der Flip-Flop 340 und 344. Das heisst, ihr parallelgeschalteter Ausgang ist hoch, wenn das 1-Ausgangssignal von Tor 340 oder Tor 344 ein hohes Potential hat. Wenn beide 1-Ausgangssignale oder keines von ihnen ein hohes Potential haben, dann ist der Ausgang zu Schalter 334 niedrig.
Die Ausgänge der Tore 367 und 368 steuern den Schalter 334, welcher die Cosinus-Statorwindung 356 an eine Quelle mit einem Wert von 1/2 Es anschliesst. Der Sinus Wert ist Ksin 0 und der Cosinus-Wert 2 Kcos 0. Indem die Sinus-Windung an Es und die Cosinus-Windung an 1/2 E, angeschlossen wird, ist die Massstabgleichheit wieder gewährleistet.
Während dieser Perioden, wenn beide Flip-Flops 340 und 344 gleichzeitig gesetzt sind, entsprechend der Überlappung bei Kurve n in Fig. 13, wird dieser Zustand von einem Tor 369 abgetastet und dessen Ausgang wird niedrig. Dieser wird invertiert, um den Schalter 335 zu schliessen, wodurch die Cosinus-Windung während dieser Überlappungsperiode an den vollen Wert von Es angeschlossen wird und so die Massstabgleichheit gewährleistet wird.
Das Tor 370 spricht an, wenn weder Tor 340 noch Tor 344 gesetzt ist. Sein resultierender niedriger Ausgang wird invertiert, um Schalter 336 zu schliessen und so die Cosinus-Windung an Erdpotential anzuschliessen.
Wenn der Schalter 351 in der Stellung ist, wo die beiden Windungen 354 und 356 an die Gleichstromquelle Es angeschlossen sind, werden diese mit der Frequenz F gespiesen. Wenn der Schalter aber in der linken Stellung ist, wie es gestrichelt dargestellt ist (Fig. 11), so werden die Windungen mit Impulszügen der Generatorfrequenz gespiesen. Dies ist in einer Anwendung wünschenswert, wo eine Datensammelrate, von zum Beispiel 20 in der Sekunde, verwendet werden soll. In diesem Fall wird die Generatorfrequenz auf 20 kHz eingestellt und Schalter 351 wird nach links gestellt, so dass die Statorwindungen mit der höheren Frequenz gespiesen werden, um eine wirkungsvollere Übertragung zu erreichen.
Fig. 16 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit einer Einrichtung zum Gebrauch im Umsetzer 30 in Fig. 3 bis 5, wenn der Umsetzer für Zahlen in Binärform eingesetzt wird. Es kann damit die Umsetzung einer einzelnen binären Ziffer in ihre Binärkomplemente vorgenommen werden. Fig. 16 zeigt also zwei Leiter, die z. B. von links den Wert einer binären Ziffer aus dem Register 4 in Fig. 3 er- halten. Wenn die Binärziffer 0 ist, ist der obere Leiter positiv und der untere auf Erdpotential. Wenn die Binärziffer 1 ist, ist der obere Leiter auf Erdpotential und der untere positiv. Ein Vertauschen der Leiter bei ihrem Eingang (rechts in Fig. 16) zum Koinzidenzdetektor 16 in Fig. 3 ändert den Wert der Binärzahl, die dem Koinzidenzdetektor zugeführt wird und bewirkt so die Erzeugung der Komplementärzahl.
In Fig. 17 ist eine Einrichtung dargestellt, welche für einen Umsetzer bestimmt ist, der mit Zahlen in binär kodierter Dezimalform arbeitet und der die Neuner Komplemente einer Ziffer einer solchen Zahl erzeugen kann. Wenn die vier Binärstellen 20, 21, 22 und 23 in einer binär kodierten Dezimalziffer der Zahl n, welche umgesetzt werden soll, entsprechend mit D, C, B und -A bezeichnet werden, und wenn diese vier Stellen in der erwünschten Komplement-Ziffer mit 1, 2, 4 und 8 bezeichnet werden, dann kann die Einrichtung gemäss Fig. 17 die Umsetzung vornehmen. In den Fig. 17 bis 19 bezeichnet das überstrichene Bezugszeichen den zweiten Leiter eines jeden Paares, welches für eine Binärziffer benötigt wird.
Es ist ersichtlich, dass in der Einrichtung in Fig. 17 für die Erzeugung der Komplementärziffern der binären Stellenwerte 20 und 21 nichts anderes als Leiter mit bzw. ohne Überkreuzung verwendet werden, während für die Erzeugung der Stellenwerte 22 und 23 in der Komplementärziffer NAND-Tore in einer der Fig. 11 entsprechenden Ausführung gebraucht werden. Die Kombination von drei solchen NAND-Toren für die Erzeugung der Komplementärziffern der Stellenwerte 22 funktioniert in der Art, wie es für die Tor-Kombination 302 in Fig. 11 beschrieben wurde.
Bei den zwei NAND-Toren für die Stellenwerte 23 invertiert das Tor mit einem Eingang einfach das Ausgangssignal des Tores mit den drei Eingängen.
Fig. 18 und 19 zeigen Schaltungen, welche für eine Ad dition bzw. Subtraktion von N verwendet werden können,
4 wenn das Register 4 in binärer Form gespeist wurde und zehn Speicherstellen aufweist für die Speicherung einer zehnstelligen Binärzahl. Im vorliegenden Fall wirkt sich die Addition bzw. Subtraktion von N nur in den zwei
4 höchsten Stellenwerten aus, das heisst in den Stellenwerten 28 und 29. Dies sind auch die Stellenwerte, welche in den Einrichtungen in Fig. 18 und 19 eingegeben werden, und zwar an der linken Seite vom Register 4 aus, während die Ausgänge zu den Koinzidenzdetektoren 14 und 18 rechts liegen.
Einrichtungen der Art, wie sie in Fig. 16 bis 19 dargestellt sind, sowie noch allgemeiner, die logische Darstellung von digitalen Zahlen, sind allgemein bekannt und ausführlich beschrieben worden, z. B. in R.K. Richard's Buch Arithmetical Operations in Digital Computers , Verlag D. Van Nostrand, New York, 1955. Umsetzer sind ausführlich im Kapitel VI, Seiten 179-180 und Additionseinheiten und Subtraktionseinheiten im Kapitel IV, Seiten 83-86, 113-118 und Kapitel VII Seite 204 behandelt.