DE10126077B4

DE10126077B4 - Auswerteschaltung

Info

Publication number: DE10126077B4
Application number: DE2001126077
Authority: DE
Inventors: Reinhard Feuchter
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: DE10126077A1

Abstract

Auswerteschaltung für einen Imulsgeber (1) mit einem ortsfest angeordneten, magnetfeldsensitiven Signalgeber und einer Magnetscheibe (5), die über ihren Umfang verteilt magnetische Pole (30a, 30b) mit wechselnder Polarität aufweist und die relativ zu dem Signalgeber in zwei entgegengesetzte Richtungen drehbar gelagert ist,
wobei für zwei Magnetfeld-Sensoren (36, 37) entgegengesetzter Sensitivität, deren relative Lage bezüglich der magnetischen Pole (30a, 30b) identisch ist und die den Signalgeber als erstes Sensorpaar (18a) bilden, jeweils ein Flip-Flop (38, 39) vorgesehen ist,
wobei der Ausgang jedes Magnetfeld-Sensors (36, 37) mit dem taktsteuernden Eingang (C38, C39) des zugeordneten Flip-Flops (38, 39) verbunden ist und
wobei der Ausgang jedes Magnetfeld-Sensors (36, 37) mit dem Reset-Eingang (R39, R38) des jeweils dem anderen Magnetfeld-Sensor (37, 36) zugeordneten Flip-Flops (39, 38) verbunden ist und
wobei die Ausgangssignale (50, 51) beider Flip-Flops (38, 39) zur Erzeugung einer Pulsfolge bei Drehung der Magnetscheibe (5) miteinander verknüpft sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung für einen Impulsgeber, insbesondere zum quasi-kontinuierlichen Durchstimmen eines Frequenzsynthesizers.
Impulsgeber sind beispielsweise aus der DE 81 30 371 U1 bekannt. Sie weisen eine mit dem Drehknopf fest verbundene magnetische Scheibe auf, über deren Umfang Magnetpole wechselnder Polarität angeordnet sind. Der Drehknopf mit der daran befestigten Magnetscheibe ist bezüglich einem magnetsensitiven Sensor drehbar gelagert. Der ortsfeste Sensor ist mit einem geringen Abstand zum radial äußeren Umfang der Magnetscheibe angeordnet. Bei Betätigung des Drehknopfes und der damit verbundenen Relativbewegung zwischen dem Sensor und der Magnetscheibe liefert der Sensor ein Signal, welches eine Impulsfolge für wechselnde magnetische Polaritäten liefert. Zum exakten Einstellen beispielsweise einer gewünschten Frequenz eines Frequenzsynthesizers ist es erforderlich, an dem Drehknopf eine Rastwirkung zu erzeugen, welche mit den abgegebenen Impulsen korreliert ist. Hierzu ist bei dem bekannten Impulsgeber ein Rastteil vorgesehen, welches jeweils zwei unterschiedliche magnetische Polaritäten magnetisch leitend miteinander verbindet. Wird bei der Betätigung der sich drehende Drehknopf, der über eine Schwungmasse verfügt, losgelassen, so schwingt der Drehknopf eine gewisse Zeit um seinen Rastpunkt.

In der DE 36 05 088 C2 ist ein Drehknopf offenbart, bei dem Impulse auf Grund der von zwei Lichtschranken erzeugten Signale generiert werden. Die beiden Lichtschranken sind bezüglich einer sie bei Drehung des Drehknopfs unterbrechenden Einrichtung versetzt angeordnet. Die beiden Ausgänge der Lichtschranken werden einerseits mit einem ODER-Gatter verbunden, durch welches bei Rotation des Drehknopf eine Folge von Pulsen erzeugt wird. Zur Bestimmung der Drehrichtung sind die Ausgänge der Lichtschranken weiterhin jeweils mit zwei D-Flip-Flops verbunden, wobei jeweils der Ausgang der Lichtschranken mit jeweils mit dem D-Eingang eines D-Flip-Flops verbunden ist und über jeweils einen Inverter mit einem taktsteuernden Eingang des jeweils anderen D-Flip-Flops verbunden ist. Die nicht invertierten Ausgänge der beiden D-Flip-Flops werden jeweils mit einem UND-Gatter und einem exklusiven ODER-Gatter verbunden, womit sich einerseits die Drehrichtung bestimmen lässt und andererseits ein Impuls bei einem Drehrichtungswechsel erzeugen lässt. Durch das einfache Verbinden der Lichtschranken mit einem ODER-Gatter zum Erzeugen der Impulsfolge kann es jedoch beim Ausschwingen des Drehknopfs zu einem unerwünschten Erzeugen von weiteren Pulsen kommen.

Die Erzeugung solcher Impulse beim Ausschwingen des Drehknopfes ist nachteilig. Insbesondere führt die fehlende Erkennung einer Drehrichtung bei dem beschriebenen Impulsgeber dazu, daß die beim Ausschwingen des Drehknopfes erzeugten Impulse ein Fortschreiten der eingestellten Frequenz zur Folge haben.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine für einen Impulsgeber geeignete Auswerteschaltung zu schaffen, bei der eine Drehschwingung des mit einer Schwungmasse behafteten Drehknopfs nicht zur Erzeugung eines Impulses führt. Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Auswerteschaltung nach Anspruch 1 gelöst.

Ein für die erfindungsgemäße Auswerteschaltung geeigneter Impulsgeber weist eine permanentmagnetische Scheibe auf, über deren Umfang magnetische Pole wechselnder Polarität angeordnet sind, und die mit einem Drehknopf fest verbunden sind. Über ein in axialer Richtung versetzt angeordnetes Verbindungsteil, das aus einem magnetisch leitenden Material besteht, werden jeweils Pole wechselnder Polarität miteinander magnetisch leitend verbunden, so daß auf den Drehknopf eine rastende Haltekraft ausgeübt wird. Auf der Leiterplatte ist ein Paar Sensoren ortsfest angeordnet, wobei die beiden Sensoren bezüglich entgegengesetzter magnetischer Polaritäten sensitiv sind. Die Sensoren sind dabei so angeordnet, daß ihre Lage bezüglich der Magnetpole der Magnetscheibe identisch ist. Beim Drehen des Impulsgebers wird durch die wechselnden Polaritäten der Magnetscheibe abwechselnd in jeweils einem Sensor ein Signal erzeugt.

Die erfindungsgemäße Auswerteschaltung ordnet jedem Sensor des Sensorpaars ein Flip-Flop zu. Zusätzlich zu der Verbindung des jeweils zugeordneten Sensors mit einem Eingang ist ein weiterer Eingang des Flip-Flops mit dem jeweils zweiten Sensor des Sensorpaars verbunden. Durch die Auswertung der beiden Sensorsignale wird ein Puls am Ausgang des Flip-Flops nur dann erzeugt, wenn die Magnetscheibe des Impulsgebers tatsächlich von einer Raststellung in eine andere gedreht wird und damit beide Sensoren nacheinander ein Signal liefern. Die beiden Flip-Flops sind spiegelbildlich mit den beiden Sensoren verschaltet, so daß für jede Raststellung ein Puls erzeugt wird und die von dem Drehknopf überstrichenen Raststellungen mit der Anzahl der generierten Pulse übereinstimmt. Durch die Auswertung der Signale beider Sensoren wird gewährleistet, daß ein durch eine Drehschwingung des Drehknopfes um eine Raststellung in nur einem Sensor generiertes Signal nicht zur Erzeugung eines Impulses führt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung möglich. Insbesondere ist durch das versetzte Anordnen eines zweiten Sensorpaares eine einfache Ermittlung der Drehrichtung möglich, wobei die Impulsfolge sowie der Drehsinn als diskrete Werte vorliegen, die einfach in einem Mikroprozessor weiterverarbeitet werden können.

Die erfindungsgemäße Auswerteschaltung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Zusammenstellungszeichnung eines für eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung geeigneten Impulsgebers;
2 die Projektion der magnetischen Polaritäten der Magnetscheibe auf ein erstes und ein zweites Sensorpaar;
3 ein näherungsweiser Verlauf des Mangetfelds in den Sensorpaaren bei Drehung des Impulsgebers und die erzeugten Signale eines Sensorpaaren;
4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Auswerteschaltung einschließlich einer Drehrichtungserkennung; und
5 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Signale, sowie deren funktionaler Zusammenhang für ein Drehrichtungsbeispiel.
In 1 sind die wesentlichen Bauteile eines für eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung geeigneten Impulsgebers 1 in einer Sprengzeichnung dargestellt. Ein Verbindungsteil 2, das aus einem magnetisch leitenden Material besteht, ist auf einer Leiterplatte 3 angeordnet und gemeinsam mit einem auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 3 angeordneten Achshalter 4 durch Verschraubung fixiert. Auf der von der Leiterplatte 3 abgewandten Seite des Verbindungsteils 2 ist eine Magnetscheibe 5 angeordnet, welche mit einem Drehknopf 6 verbunden ist. Der Drehknopf 6 und die Magnetscheibe 5 sind gemeinsam drehbar auf einer Achse 7 gelagert. Die Achse 7 weist an ihrem von dem Drehknopf 6 abgewandten Ende ein Außengewinde auf, mit dem sie eine Durchgangsöffnung 8 des Verbindungsteils 2 durchdringt und in ein Gewinde 9 des Achshalters 4 eingeschraubt ist.
Das die Achse 7 aufnehmende Innengewinde 9 ist in einen an dem Achshalter 4 angeordneten Zentrierstutzen 11 eingebracht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zentrierstutzen 11 ein zylinderförmiger Fortsatz, der an dem Achshalter 4 angeordnet ist, und in eine Zentrierausnehmung 12 der Leiterplatte 3 einführbar ist. Die Ausdehnung des Zentrierstutzens 11 in axialer Richtung ist dabei größer als die Dicke der Leiterplatte 3, so daß der Zentrierstutzen 11 zumindest teilweise in eine Durchgangsöffnung 8 des Verbindungsteils 2 hineinragt. In dem Achshalter 4 sind Durchgangsbohrungen 14a eingebracht, welche mit zweiten Durchgangbohrungen 14b, die in der Leiterplatte 3 angeordnet sind, korrespondieren und durch die Schrauben 13 in entsprechende Innengewinde 15 des Verbindungsteils 2 einschraubbar sind. Das Verbindungsteil 2 wird damit auf der Leiterplatte 3 fixiert, wobei der Achshalter 4, die Leiterplatte 3 sowie das Verbindungsteil 2 verdrehgesichert miteinander verbunden sind.
Die Magnetscheibe 5 ist beispielsweise durch eine Klebeverbindung an einem Teil des Drehknopfs 6 fixiert. Durch die Verschraubung zwischen der Achse 7 und dem Achshalter 4 läßt sich der Abstand zwischen Magnetscheibe 6 sowie dem Verbindungsteil 2 einstellen, indem die Achse 7 in dem Achshalter 4 verdreht wird.
Die Magnetscheibe 5 weist über ihren Umfang verteilt magnetische Pole 30a, 30b abwechselnder Polarität auf, welche gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Insbesondere verläuft die Trennfläche zweier benachbarter Polaritäten durch die Mittelachse 23 des Impulsgebers 1. Das in seiner Grundgeometrie scheibenförmige Verbindungsteil 2 weist über einen Teile seines Umfangs mehrere Abschnitte 16 auf, welche durch Aussparungen 17 voneinander getrennt sind. Die Abschnitte 16 bilden dabei sich in radialer Richtung erstreckende Begrenzungsflächen 16a, 16b aus, welche einen Zwischenwinkel einschließen, der so groß ist, daß die Abschnitte 16 jeweils etwa ein benachbartes magnetisches Polpaar abdecken. Die Aussparungen 17 sind demgemäß in ihrer Geometrie so gewählt, daß zwischen den Abschnitten 16 jeweils ein magnetischer Pol 30a, 30b mit der Projektion einer Aussparung 17 identisch ist. Durch das Verbindungsteil 2 werden jeweils zwei benachbarte magnetische Pole 30a, 30b der Magnetscheibe 5 miteinander verbunden, so daß sich eine rastende Haltekraft ergibt. Der Drehwinkel zwischen zwei Raststellungen entspricht dabei dem Winkel zwischen zwei benachbarten magnetischen Polen 30a, 30b.
In dem Verbindungsteil 2 sind zwei Aussparungen 19a, 19b eingebracht, die zur lagerichtigen Positionierung von einem ersten und einem zweiten magnetfeldsensitiven Sensorpaar 18a, 18b dienen. Aufgrund der Positionierung der beiden Sensorpaare 18a, 18b durch das Verbindungsteil 2 ist eine lagerichtige Ausrichtung der Sensorpaare 18a, 18b relativ zu den Raststellungen der Magnetscheibe 5 gewährleistet.
In 2 ist die Lage des ersten Sensorpaares 18a sowie des zweiten Sensorpaares 18b bezüglich einer sich in Raststellung befindlichen Magnetscheibe 5 dargestellt. Die zwei Sensorpaare 18a, 18b bestehen aus jeweils zwei Magnetfeld-Sensoren, vorzugsweise zwei Hall-Sensoren, welche in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Hall-Sensoren empfindlich gegenüber entgegegngesetzter magnetischer Pole 30a, 30b sind. Die jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse untergebrachten Hall-Sensoren weisen empfindliche Bereiche 20a, 20b auf, die in der Darstellung von 2 durch einen Kreis angedeutet sind. Wird bei Drehung der Magnetscheibe 5 der empfindliche Bereich 20a, 20b durch die wechselnden Polaritäten der Magnetscheibe 5 überstrichen, so sind die Hall-Sensoren des jeweiligen jeweiligen Sensorpaares 18a, 18b abwechselnd aktiv.
In der dargestellten Raststellung der Magnetscheibe 5 befindet sich das erste Sensorpaar 18a mittig über beispielsweise einem Nordpol 30b, wohingegen das zweite Sensorpaar 18b auf einer Polgrenze angeordnet ist. Bezeichnet man den Winkel zwischen zwei benachbarten magnetischen Polen 30a, 30b mit α, sind also das erste Sensorpaar 18a und das zweite Sensorpaar 18b bezüglich ihrer relativen Lage zu den magnetischen Polen 30a, 30b der Magnetscheibe 5 um den Winkel α/2 versetzt.
Anstelle der vorstehend beschriebenen Anordnung zweier komplementär sensitiver Hall-Sensoren in einem gemeinsamen Gehäuse ist es ebenso möglich, die vier Hall-Sensoren z.B. als einzelne Bauelemente auszuführen und über den Umfang der Magnetscheibe 5 verteilt anzuordnen. In 2 ist dies durch den dem ersten Sensorpaar 18a gegenüberliegend angeordneten Sensor 18a', sowie den dem zweiten Sensorpaar 18b gegenüberliegend angeordneten Sensor 18b' angedeutet.
3 zeigt eine qualitative Darstellung des Verlaufs des Magnetfelds in den empfindlichen Bereichen 20a, 20b. Kurve 31a zeigt beispielsweise den Verlauf der magnetischen Feldstärke in dem empfindlichen Bereich 20a des ersten Sensorpaares 18a. Die Kurve 31b zeigt dementsprechend den Verlauf des Magnetfeldes in dem empfindlichen Bereich 20b des zweiten Sensorpaares 18b für eine Drehung der Magnetscheibe 5 aus 2 entgegen dem Uhrzeigersinn. Für die beiden Hall-Sensoren des ersten Sensorpaares 18a sind zudem die Signalverläufe unterhalb der Kurve 31a dargestellt. Für einen bezüglich des magnetischen Nordpols sensitiven Hall-Sensor sind auf der Kurve 31a der Einschaltpunkt 32 sowie der Ausschaltpunkt 33 dargestellt. Der bei der Überschreiten einer dem Einschaltpunkt 32 zugeordneten Magnetfeldstärke aktiv geschaltete Hall-Sensor bleibt solange aktiv, bis die Magnetfeldstärke den durch den Ausschaltpunkt 33 vorgegebenen Wert für die magnetische Feldstärke unterschreitet. Am Ausgang des Hall-Sensors liegt in aktivem Zustand ein "LOW"-Signal an.
Die magnetischen Feldstärken für den Einschaltpunkt 32 sowie den Ausschaltpunkt 33 sind aufgrund von Hysterese der Hall-Sensoren unterschiedlich und hängen in starkem Maß von der Temperatur ab. Für den bezüglich des magnetischen Nordpols empfindlichen Hall-Sensor ergibt sich damit der dargestellte Signalverlauf 34. Für den zweiten Hall-Sensor des ersten Sensorpaares 18a, der bezüglich des magnetischen Südpols sensitiv ist, ergibt sich der darunter dargestellte zweite Signalverlauf 35.
In 4 ist ein Schaltplan zur Auswertung der bei Drehung des Impulsgebers 1 in den Sensorpaaren 18a und 18b erzeugten Signale dargestellt. Die obere Bildhälfte zeigt den Teil der Auswerteschaltung, der der Erzeugung einer Pulsfolge dient, wohingegen die untere Bildhälfte zur Auswertung der ergänzenden zweiten Sensorpaares 18b vorgesehen ist und eine Information bezüglich der Drehrichtung des Impulsgebers 1 liefert.
Das Sensorpaar 18a besteht aus einem ersten Hall-Sensor 36 und einem zweiten Hall-Sensor 37. Dabei ist der erste Hall-Sensor 36 bezüglich des magnetischen Südpols, der zweite Hall-Sensor 37 bezüglich des magnetischen Nordpols sensitiv, was in der Zeichnung durch ein "S" bzw. ein "N" im Schaltsymbol dargestellt ist. Die Hall-Sensoren 36 und 37, welche über eine mit VCC bezeichnete Leitung mit einer positiven Spannung versorgt werden, liefern an ihren Ausgangsleitungen 36a bzw. 37a ein "LOW"-Signal während ihrer aktiven Phase. Jedem der beiden Hall-Sensoren 36, 37 ist ein D-Flip-Flop 38 bzw. 39 mit einem taktsteuernden Eingang C38 bzw. C39 zugeordnet, der mit den Ausgangsleitungen 36a bzw. 37a verbunden ist. Ferner sind über Reset-Leitungen 36b bzw. 37b die Ausgangsleitungen 36a bzw. 37a mit je einem Reset-Eingang R39 bzw R38 des jeweils dem anderen Hall-Sensor 37 bzw. 36 zugeordneten D-Flip-Flops 39 bzw. 38 verbunden. Weiterhin weisen die D-Flip-Flops 38 und 39 einen Eingang D38 bzw. D39 auf, an dem über eine Leitung 45 immer ein "HIGH"-Signal anliegt.
Die nicht invertierten Ausgänge Q38 bzw. Q39 der D-Flip-Flops sind mit den Eingängen 44A bzw. 44B eines OR-Gatters 44 (ODER-Gatter) verbunden. Der Ausgang 44Y des OR-Gatters liefert die erwünschte Impulsfolge bei wechselndem Magnetfeld im empfindlichen Bereich 20a des ersten Sensorpaars 18a. Die Entstehung der Impulsfolge wird unter Bezugnahme auf 5 ausführlich beschrieben.
Alternativ können die Ausgänge Q38 und Q39 auch mit den Eingängen 40A und 40B eines NOR-Gatters 40 (NICHT-ODER-Gatter) verbunden werden, welches zusammen mit einem dritten D-Flip-Flop 41 eine Schnittstellenbaugruppe 42 bildet. Der Ausgang 40Y des NOR-Gatters 40 ist mit einem taktsteuernden Eingang C41 verbunden, wobei der D-Flip-Flop 41 ebenfalls einen weiteren Eingang D41 aufweist, an dem ebenfalls ein "HIGH"-Signal anliegt. Der Reset-Eingang R41 des dritten D-Flip-Flops 41 ist mit einem Ausgang einem Mikroprozessor 43 verbunden. Der nicht invertierten Ausgang Q41 des dritten D-Flip-Flops 41 ist eingangsseitig mit dem Mikroprozessor 43 verbunden.
Die vorstehend unter Bezugnahme auf die obere Hälfte der 4 beschriebene Auswerteschaltung dient der Erzeugung einer Pulsfolge bei Drehen der Magnetscheibe 5. Das Zusammenwirken der einzelnen Bauteile soll nachfolgend anhand von 5 erläutert werden. Zu Oberst sind die beiden bereits zu 3 erläuterten Signalverläufe 34 und 35 des ersten und zweiten Hall-Sensors 36 bzw. 37 dargestellt. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind die Signalverläufe 34 und 35 symmetrisch bezüglich der magnetischen Pole 30a, 30b der Magnetscheibe 5 dargestellt, welche mit "S" und "N" bezeichnet sind. Unterhalb ist der Verlauf des ersten bzw. zweiten Ausgangssignals 50 bzw. 51 der nicht invertierten Ausgänge Q38 bzw. Q39 des ersten bzw. zweiten D-Flip-Flops 38 bzw. 39 dargestellt. Das Ergebnis der in dem NOR-Gatter 40 bzw. OR-Gatter 44 verknüpften Ausgangssignale 50 bzw. 51 ist als erste Pulsfolge 52 bzw. zweite Pulsfolge 53 dargestellt.
Wird die Magnetscheibe 5 gedreht, so erhält der taktsteuernde Eingang C38 des ersten D-Flip-Flops 38 bei Verlassen des Bereichs des Südpols eine steigende Flanke, wodurch der nicht invertierte Ausgang Q38 den wert des weiteren Eingangs D38 übernimmt. Der Wert des weiteren Eingangs D38 ist immer auf "HIGH" gesetzt, so daß der Wert des Ausgangs Q38 solange "HIGH" bleibt, bis mit der fallenden Flanke des Ausgangssignals des zweiten Hall-Sensors 37 der invertierte Reset-Eingang 38 auf "LOW" gesetzt wird. Die Taktsteuerung des ersten D-Flip-Flops 38 wird durch den an dem invertierten Reset-Eingang R38 anliegenden "LOW"-Pegel übersteuert, so daß der wert des nicht invertierten Ausgangs Q38 auf "LOW" gesetzt wird.
Durch weiteres Drehen der Magnetscheibe 5 wird der Ausgangswert des zweiten Hall-Sensors 37 bei Verlassen des Nordpols wieder auf den Wert "HIGH" gesetzt. Damit ist der erste D-Flip-Flop 38 wieder taktgesteuert. Der Wert des Ausgangs Q38 bleibt solange erhalten, bis mit der nächstfolgenden steigenden Flanke des Signalverlaufs 34 des ersten Hall-Sensors 36 der wert des weiteren Eingangs D38 aufgrund der Taktsteuerung als Ausgangswert am nicht invertierten Ausgang Q38 übernommen wird. Der Wert des nicht invertierten Ausgangs Q38 wird damit beim Verlassen eines Südpols auf "HIGH" gesetzt und beim Eintreten in den Bereich eines Nordpols wieder auf "LOW" zurückgesetzt. Beim Durchlauf mehrerer wechselnder Polaritäten ergibt sich damit der in 5 dargestellte Verlauf für das Ausgangssignal 50.
Ein analoger Verlauf ergibt sich für den Wert des nicht invertierten Ausgangs Q39, der durch die steigende Flanke des Signalverlaufs 35 des zweiten Hall-Sensors 37 auf "HIGH" gesetzt wird und durch die fallende Flanke des Signalverlaufs 34 des ersten Hall-Sensors 36 auf "LOW" zurückgesetzt wird. Für den Wert des nicht invertierten Ausgangs Q39 ergibt sich damit der als Ausgangssignal 51 dargestellte Verlauf in 5. Durch das Verknüpfen der Ausgangssignale 50 und 51 der nicht invertierten Ausgänge Q38 und Q39 in einem NOR-Gatter 40 bzw. einem OR-Gatter 44 entsteht der Pulsverlauf 52 bzw. Pulsverlauf 53. Die beiden Pulsverläufe 52 und 53 ergeben für jeden magnetischen Pol 30a, 30b der Magnetscheibe 5 bei einer Drehung des Impulsgebers 1 einen Impuls. Durch das Setzen der Ausgänge Q38 und Q39 des ersten bzw. zweiten D-Flip-Flops 38 bzw. 39 durch die steigende Flanke des einen Signalverlaufs 34 oder 35 und das Zurücksetzen des Ausgangs Q38 oder Q39 der beiden D-Flip-Flops 38 und 39 mit der fallenden Flanke des Signalverlaufs 35 oder 34 des anderen Hall-Sensors 37 bzw. 36 wird ein Impuls nur dann erzeugt, wenn die Magnetscheibe 5 tatsächlich von einer Rastposition zur nächsten bewegt wird, also über die Grenze zwischen zwei magnetischne Polen 30a, 30b hinweg. Das Ausschwingen des Drehknopfs 6 und der damit verbundenen Magnetscheibe 5 führt somit nicht zum Erzeugen eines Impulses, da die zum Zurücksetzen der Ausgänge Q38 bzw. Q39 erforderliche Flanke des Signalverlaufs 34 bzw. 35 nicht erreicht wird. Die Ausgänge Q38 bzw. Q39 behalten daher die gesetzten Werte bei.
Durch das Verbinden des Ausgangs 40Y mit dem taktsteuernden Eingang C41 des dritten D-Flip-Flops bleibt am Ausgang Q41 des dritten D-Flip-Flops 41 der Signalwert solange gespeichert, bis durch ein rückläufiges Signal des Mikroprozessors 43 der Signalwert durch den Reset-Eingang R41 gelöscht wird. Durch die Speicherung jeweils eines Signalswerts in dem dritten D-Flip-Flop 41 bis zum Auslesen durch den Mikroprozessor 43 werden Konflikte im zeitlichen Ablauf bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten des Drehknopfes 6 vermieden.
Bevor anhand von 5 die Funktionsweise der Drehrichtungserkennung näher erläutert wird, soll zunächst anhand von 4 die hierzu verwendete Schaltung erläutert werden.
Wie in der Beschreibung zu 2 erläutert, ist zur Erkennung der Drehrichtung ein zweites Sensorpaar 18b vorgesehen. Das zweite Sensorpaar 18b weist einen Aufbau auf, der identisch ist mit dem des ersten Sensorpaares 18a. Es besteht aus einem dritten und vierten Hall-Sensor 54 und 55, welche bezüglich entgegengesetzter magnetischer Pole 30a, 30b sensitiv sind, und welche über eine mit VCC bezeichnete Leitung mit Spannung versorgt werden. Während der aktiven Zeit liefern die beiden Hall-Sensoren 54 und 55 ein "LOW"-Signal, welches über die jeweiligen Ausgangsleitungen 54a, 55a jeweils einem Inverter 56 bzw. 57 zugeführt wird, so daß zur Weiterverarbeitung an Ausgängen 56Y bzw. 57Y der Inverter 56 und 57 während der aktiven Zeit des jeweiligen Sensors ein "HIGH"-Signal verfügbar ist.
Der Ausgang 56Y des bezüglich des Südpols sensitiven dritten Hall-Sensors 54 zugeordneten ersten Inverters 56 ist mit einem Eingang 58B eines ersten AND-Gatters 58 (UND-Gatter) verbunden, dessen zweiter Eingang 58A mit dem nicht invertierten Ausgang Q38 des dem ersten Hall-Sensor 36 zugeordneten D-Flip-Flops 38 verbunden ist. Das erste AND-Gatter 58 ist damit über den ersten Inverter 56 bzw. das erste D-Flip-Flop 38 den beiden südpolsensitiven ersten und dritten Hall-Sensoren 36 und 54 zuzuordnen.
Der Ausgang 57Y des zweiten Inverters 57 ist mit einem Eingang 59B eines zweiten AND-Gatters 59 verbunden, dessen zweiter Eingang 59a mit dem nicht invertierten Ausgang Q39 des zweiten D-Flip-Flops 39 verbunden ist. Das zweite AND-Gatter 59 ist analog dem ersten AND-Gatter 58 dem nordpolsensitiven zweiten und vierten Hall-Sensor 37 und 55 zuzuordnen. Weiterhin ist der Ausgang 57Y des zweiten Inverters 57 mit einem Eingang 60B eines dritten AND-Gatters 60 verbunden, dessen zweiter Eingang 60A mit dem nicht invertierten Ausgang Q38 des ersten D-Flip-Flops verbunden ist, so daß das dritte AND-Gatter 60 dem ersten, südpolsensitiven Hall-Sensor 36 sowie dem vierten, nordpolsensitiven Hall-Sensor 55 zuzuordnen ist. Analog ist ein Eingang 61B eines vierten AND-Gatters mit dem Ausgang 56Y des ersten Inverters 56 verbunden und der zweite Eingang 61A mit dem nicht invertierten Ausgang Q39 des zweiten D-Flip-Flops 39 verbunden, so daß das vierte AND-Gatter 61 dem zweiten, nordpolsensitiven Hall-Sensors 37 sowie dem dritten, südpolsensitiven Hall-Sensor 54 zuzuordnen ist.
Die Ausgänge 58Y und 59Y des ersten Gatterpaares, das aus dem ersten AND-Gatter 58 und dem zweiten AND-Gatter 59 gebildet ist, sind mit Eingängen 62A bzw. 62B eines ersten NOR-Gatters 62 verbunden. Die Ausgänge 60Y bzw. 61Y des zweiten Gatterpaares, das aus dem dritten AND-Gatter 60 sowie dem vierten AND-Gatter 61 besteht, sind mit Eingängen 63A und 63B eines zweiten NOR-Gatters 63 verbunden. Der Ausgang 62Y des ersten NOR-Gatters 62 ist mit einem Eingang S66 eines RS-Flip-Flops 66 verbunden, dessen zweiter Eingang R66 mit dem Ausgang 63Y des zweiten NOR-Gatters verbunden ist. Das RS-Flip-Flop kann beispielsweise aus zwei rückgekoppelten AND-Gattern 64 und 65 bestehen. Der nicht invertierte Ausgang Q66 des RS-Flip-Flops 66 ist mit dem Mikroprozessor 43 verbunden. Zur weiteren Verarbeitung stehen dem Mikroprozessor 43 damit nicht nur die Pulsfolge 52 zur Verfügung, sondern auch die Drehrichtung des Drehknopfs 6 mit der die Impulse erzeugt wurden, so daß ein Durchstimmen z.B. eines Frequenzsynthesizers sowohl in Richtung steigender Frequenzen als auch in Richtung fallender Frequenzen möglich ist.
In 2 ist zu erkennen, daß für die dargestellte Anordnung die empfindlichen Bereiche 20a und 20b für eine Linksdrehung der Magnetscheibe 5 nacheinander von zwei magnetischen Polen 30a, 30b identischer Polarität überstrichen werden. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die aktiven Phasen des ersten und dritten Hall-Sensors 36 und 54 aufeinander folgen. Die Signalverläufe, die sich durch das zweite Sensorpaar 18b ergeben, sind in der unteren Hälfte der Darstellung in 5 gezeigt und mit den Bezugszeichen 67 bzw. 68 bezeichnet. Die Verknüpfung der Signalwerte, welche den Hall-Sensoren identischer Sensitivität zugeordnet sind, also dem ersten und dritten Hall-Sensor 36 und 54 sowie dem zweiten und vierten Hall-Sensor 37 und 55, ergibt an dem Eingang S66 des RS-Flip-Flops 66 bei einer Linkdsdrehung dementsprechend eine Folge von "HIGH"- und "LOW"-Werten als Eingangssignalverlauf 69. Die Verknüpfung der Signalwerte, welche Hall-Sensoren entgegengesetzter Sensitivität zugeordnet sind, also dem ersten und vierten Hall-Sensor 36 und 55 sowie dem zweiten und dritten Hall-Sensor 37 und 54, ergibt dagegen an dem Eingang R66 des RS-Flip-Flops 66 einen konstanten Wert "HIGH" als zweiten Eingangssignalverlauf 70. Für eine Linksdrehung ergibt sich am Ausgang Q66 des RS-Flip-Flops 66 damit der Wert "LOW". Die Signale der Ausgänge 58Y, 59Y, 60Y und 61Y sind in der 5 mit den Bezugszeichen 71, 72, 73 und 74 gekennzeichnet.
Für eine Rechtsdrehung, bei der die empfindlichen Bereich 20a und 20b durch Magnetfelder entgegengesetzter Polarität nacheinander überstrichen werden, ergibt sich dementsprechend an dem Eingang R66 eine Abfolge von "HIGH"- und "LOW"-Signalen, sowie für den Eingang S66 des RS-Flip-Flops 66 der konstante Wert "HIGH". An dem Ausgang Q66 des RS-Flip-Flops 66 ergibt sich somit der Wert "LOW".
Wird das zweite Sensorpaar 18b um einen Winkel α versetzt, so daß der empfindliche Bereich auf der in Bezug auf 2 nächsten benachbarten Grenzlinie zweier benachbarter magnetischer Pole 30a, 30b angeordnet ist, so ändert sich die Zuordnung aus Drehrichtung und den Werten "HIGH" und "LOW" an dem Ausgang Q66.
Die Erfindung ist nicht auch das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere können anstatt der Hall-Sensoren 36, 37, 54, 55 auch andere Magnetfeld-Sensoren verwendet werden und anstatt durch einen Mikroprozessor 43 kann die weitere Signalverarbeitung auch in anderer Weise erfolgen.

Claims

Auswerteschaltung für einen Imulsgeber (1) mit einem ortsfest angeordneten, magnetfeldsensitiven Signalgeber und einer Magnetscheibe (5), die über ihren Umfang verteilt magnetische Pole (30a, 30b) mit wechselnder Polarität aufweist und die relativ zu dem Signalgeber in zwei entgegengesetzte Richtungen drehbar gelagert ist, wobei für zwei Magnetfeld-Sensoren (36, 37) entgegengesetzter Sensitivität, deren relative Lage bezüglich der magnetischen Pole (30a, 30b) identisch ist und die den Signalgeber als erstes Sensorpaar (18a) bilden, jeweils ein Flip-Flop (38, 39) vorgesehen ist, wobei der Ausgang jedes Magnetfeld-Sensors (36, 37) mit dem taktsteuernden Eingang (C38, C39) des zugeordneten Flip-Flops (38, 39) verbunden ist und wobei der Ausgang jedes Magnetfeld-Sensors (36, 37) mit dem Reset-Eingang (R39, R38) des jeweils dem anderen Magnetfeld-Sensor (37, 36) zugeordneten Flip-Flops (39, 38) verbunden ist und wobei die Ausgangssignale (50, 51) beider Flip-Flops (38, 39) zur Erzeugung einer Pulsfolge bei Drehung der Magnetscheibe (5) miteinander verknüpft sind.
Auswerteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (50, 51) beider Flip-Flops (38, 39) in einem OR-Gatter (44) oder einem NOR-Gatter (40) miteinander verknüpft sind.
Auswerteschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Ausgang zweier weiterer Magnetfeld-Sensoren (54, 55) entgegengesetzter Sensitivität, deren relative Lage bezüglich der magnetischen Pole (30a, 30b) identisch jedoch versetzt zu der Lage des ersten Sensorpaares (18a) ist und die ein zweites Sensorpaar (18b) bilden, und der nicht invertierte Ausgang (Q38, Q39) desjenigen Flip-Flops (38, 39), der dem Magnetfeld-Sensor (36, 37) identischer Sensitivität des ersten Sensorpaares (18a) zugeordnet ist, mit je einem Eingang (58A, 58B, 59A, 59B) jeweils eines AND-Gatters (58, 59) verbunden ist und die beiden AND-Gatter (58, 59) ein erstes Gatterpaar bilden, und daß jeweils der Ausgang der beiden weiteren Magnetfeld-Sensoren (54, 55) und der nicht invertierte Ausgang (Q39, Q38) desjenigen Flip-Flops (39, 38), der dem Magnetfeld-Sensor (37, 36) entgegengesetzter Sensitivität des ersten Sensorpaares (18a) zugeordnet ist, mit je einem Eingang (60A, 60B, 61A, 61B) jeweils eines weiteren AND-Gatters (60, 61) verbunden sind und die beiden weiteren "AND"-Gatter (60, 61) ein zweites Gatterpaar bilden.
Auswerteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgänge (58Y, 59Y) des ersten Gatterpaares mit Eingängen (62A, 62B) eines ersten NOR-Gatters (62), sowie die beiden Ausgänge (60Y, 61Y) des zweiten Gatterpaares mit Eingängen (63A, 63B) eines zweiten NOR Gatters (63) verbunden sind und daß zur Erzeugung komplementärer Ausgangswerte an einem Ausgang (Q66) eines RS-Flip-Flops (66) für die beiden Drehrichtungen die Ausgänge (62Y, 63Y) des ersten und zweiten NOR-Gatters (62, 63) mit den Eingängen (S66, R66) des RS-Flip-Flops (66) verbunden sind.
Auswerteschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Sensoren (54, 55) des zweiten Sensorpaars (18b) mit den Magnetfeld-Sensoren (36, 37) des ersten Sensorpaares (18a) identisch sind und die Ausgänge (54a, 55a) der beiden Magnetfeld- Sensoren (54, 55) des zweiten Sensorpaars (18b) mit jeweils einem Inverter (56, 57) verbunden sind.
Auswerteschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsensoren (36, 37, 54, 55) Hall-Sensoren sind.