DE1091777B - Digital-Analog-Wandler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

kl. 42 m 14

INTERNAT. KL. G 06 f

AUSLEGESCHRIFT 1091777

E 13192 IX/42 m

ANMELDETAG: 3. NOVEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 27. O KTO B E R 1960

Die Erfindung betrifft einen Digital-Analog-Wandler.

Viele automatische Steuervorrichtungen, beispielsweise zur Steuerung von Werkzeugmaschinen, benötigen für die Senkvorrichtung eine in elektrisch analoger Form vorliegende Eingangsinformation, die von einer Aufzeichnung abgeleitet wird. Es kann indessen vom Gesichtspunkt der Genauigkeit vorteilhafter sein, die Informationen in Ziffernform aufzuzeichnen, so daß eine Einrichtung benötigt wird, um die in Ziffernform aus einer derartigen Aufzeichnung abgeleiteten Signale in analoge Form umzusetzen. Außerdem ist es oft zweckmäßig, einen binären Dezimalschlüssel zur Aufzeichnung der Eingangsinformation zu verwenden. Ferner darf die bei der Aufzeichnung der Information in Ziffernform erreichte Genauigkeit nicht bei der Umsetzung in die analoge Form verlorengehen.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Einrichtung zur genauen Umwandlung einer Zifferninformation in die analoge Form zu schaffen. Diese Einrichtung soll insbesondere, aber nicht ausschließlich, dort anwendbar sein, wo die Zifferninformation in einer binär-dezimalen Verschlüsselung vorliegt.

Der Digital-Analog-Wandler gemäß der Erfindung kennzeichnet sich durch eine Wechselspannungsstromquelle mit einer Anzahl von Anschlüssen, an denen die Spannungsamplituden jeweils von den Werten möglicher Ziffern in der umzuwandelnden Eingangsinformation abhängen und mindestens zwei Relaiseinheiten, welche unabhängig voneinander für verschiedene Ziffernstellen Wechselspannungen von den Anschlüssen auswählen, die den Werten der Ziffern in den jeweiligen Ziffernstellen entsprechen, wobei die ausgewählten Signale durch Einrichtungen zum Herabtransformieren, deren Untersetzungsverhältnis dem Verhältnis zwischen den entsprechenden Ziffernstellen entspricht, miteinander addiert werden.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandlers sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die Erfindung wird somit ein Digital-Analog-Wandler geschaffen, der insofern besonders vorteilhaft ist, als bei ihm infolge der Herabsetzung der analogen Spannungen für sämtliche Ziffern außer derjenigen der höchsten Stelle die durch Übergangswiderstände an den Kontakten entstehenden Ungenauigkeiten weniger Einfluß ausüben, als dies bei der Auswahl von Analogspannungen mit dem richtigen Pegel der Fall ist.

Ein weiterer Vorteil des Informationswandlers nach der Erfindung besteht darin, daß bei seiner Anwendung bei automatischen Werkzeugmaschinen die Digital-Analog-Wandler

IO

Anmelder:

Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr. K.-R. Eikenberg, Patentanwalt,
Hannover, Am Klagesmarkt 10/11

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 4. November 1955

und 25. Oktober 1956

Rolf Edmund Spencer, London,

Roland Allan Cail, Slough, Buckinghamshire,

und Frederick Caleb Wolfendale, London

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

Möglichkeit vorhanden ist, die Ziffer der höchsten Stelle des Steuersignals und des analogen Arbeits-

stellungsrückkopplungssignals eines Servomechanismus aus einer gemeinsamen Gruppe von Spannungsquellen zu erhalten. Auf diese Weise werden die relativen Fehler zwischen den beiden Ziffern der höchsten Stellen vermindert.

Nachstehend soll nunmehr die Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen, die nebeneinandergelegt eine beispielsweise Ausführung der Erfindung darstellen, näher beschrieben werden. Eine Eingangsinformation wird von einem Loch-

streifen mittels einer Lesevorrichtung erhalten. Diese Lesevorrichtung ist mit vier Kontaktbürsten 1, 2, 3 und 4 ausgerüstet, um gleichzeitig vier parallellaufende Spuren auf dem Lochstreifen abzutasten. Es sind nur vier Spuren erforderlich, um eine Folge von

dezimalen Ziffern in binärer Form zu definieren. Der Lochstreifen kann indessen noch weitere Spuren für Anweisungen enthalten, die sich auf die Vorrichtungen beziehen, die mit dem zu beschreibenden Informationswandler zusammenarbeiten. In der folgenden

Beschreibung wird die binäre »1« durch ein Loch auf dem Streifen dargestellt, während das Nichtvorhandensein eines Loches die binäre »0« wiedergibt.

Die Lesekontakte 1, 2, 3 und 4 sind über die Eingangsklemmen Al, A2, A3 und A4 und die Leitun-

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gen Pl, P2, P3 und F4 mit fünf Relaiseinheiten verbunden. Diese Relaiseinheiten haben den gleichen Aufbau und die gleiche Wirkungsweise, so daß nur die direkt mit den Kontaktbürsten 1, 2, 3 und 4 verbundene Einheit Ri im einzelnen dargestellt ist, während die übrigen vier Einheiten i?2 bis i?5 in Blockform wiedergegeben sind.

Die Relais der zu beschreibenden Einheit-??! sind mit RLA, RLB, RLC und RLD bezeichnet, die Schalterarme dieser Relais sind mit den Bezugszeichen RLA1, RLA2 usw. versehen. Die Bezugszeichen MRl bis MR12 bezeichnen Diodengleichrichter.

Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der Relaisschaltungen wird angenommen, daß der Lesekontakt 4 ein Loch abfühlt, das eine »1« darstellt. Hierbei wird durch Schließen des Kontaktes ein positiver Ziffernimpuls auf die Klemme A4 von der positiven Spannungsquelle her übertragen. Gleichzeitig mit diesem Abfühlvorgang wird ein Taktimpuls von negativer Polarität an die normalerweise mit der positiven Gleichspannungsquelle verbundene Klemme A 6 gelegt, so daß ein Strom über die Dioden Mi? 12 und MRlO fließt, der das Relais RLD erregt. Eine Erregung des Relais RLD läßt den Schalterarm RLD1 seine Stellung ändern, so daß, wenn der Abfühlvorgang des Lesekontaktes 4 beendet ist und die Spannung an der Klemme A 6 bei geöffnetem Kontakt 4 wieder positiv wird, die Erregung des Relais RLD über die Leitung der Klemme A 6 und über die Diode MRIl und den Schalterarm RLDl zum negativen Pol der Spannungsquelle fortdauert. Die Dioden Jl/i?12 und MRlO hören auf leitend zu sein, wenn der Abfühlvorgang beendet ist.

Wenn während des folgenden Abfühlvorgangs dieser Relaiseinheiten durch den Lesekontakt 4 eine »0« abgefühlt wird, gelangt kein positiver Ziffernimpuls an die Klemme A 4. Indessen wird ein negativer Taktimpuls an die Klemme A 6 angelegt, wodurch die Erregung des Relais RLD aufgehoben und damit das Leiten der Diode MR11 beendet wird.

So bewirkt jede binäre Zahl, die an den Lesekontakten 1, 2, 3 und 4 gleichzeitig mit einem Taktimpuls an der Klemme A 6 auftritt, einen entsprechenden Erregungszustand der Relais RLA, RLB, RLC und RLD und einen für jede binär verschlüsselte Dezimalzahl charakteristischen resultierenden Zustand der abhängigen Relaisschalterarme.

Die Kontakte der Relaisschalterarme sind, wie dargestellt, mit zehn Sammelleitungen B1 bis BIO verbunden, die ihrerseits mit den Abgriffen eines Autotransformators Ti? 4 verbunden sind, so daß sie an verschiedenen AVechselspannungen der gleichen Phase liegen. Der Autotransformator Ti? 4 wird durch eine Spannungsquelle S gespeist, und die Abgriffe dieses Transformators sind so angeordnet, daß gleiche Spannungsintervalle zwischen den aufeinanderfolgenden Sammelleitungen Bl bis BIO vorhanden sind. Die Verbindung der Relaisschaltkontakte zu den Sammelleitungen sind so, daß die Abtastung einer binären Darstellung einer Dezimalziffer von einem Lochstreifen eine Erregung der Relais hervorruft, so daß an dem beweglichen Kontakt des Schalters RLD 2 über andere bewegliche Kontakte und die entsprechende Sammelleitung eine Wechselspannung gelangt, die analog der Dezimalziffer ist. So werden beispielsweise beim Abfühlen der binären Zahl 0101 die der Dezimalzahl fünf äquivalent ist, die Relais RLB und RLD erregt, so daß die Sammelleitung B 6 über die beweglichen Kontakte RLB4, RLC3, RLD2 und die Sekundärwicklung eines Transformators TR2, der im folgenden noch näher beschrieben wird, mit einer Ausgangsklemme A 5 verbunden ist. Ein weiterer Autotransformator TR1 ist ebenfalls mit der Spannungsquelle S verbunden. Dieser Transformator hat acht Abgriffe, so daß insgesamt zehn Sammelleitungen P 8 bis P17 mit ihm verbunden werden können. Der Transformator TR1 ist vorgesehen, um eine Überlastung des Haupttransformators Ti? 4 zu

ίο verhindern. Die restlichen vier Relaiseinheiten haben dieselbe Bauart wie oben beschrieben und erhalten die Taktimpulse aufeinanderfolgend über die Klemmen AT, Λ8, A9 und ^iIO nach einem Abfühlvorgang in der letzteren Relaiseinheit. Die fünf Relaiseinheiten liegen, wie dargestellt, über die Leitungen P 5 und P 6 an derselben Gleichspannungsquelle. Die Arbeitsweise der restlichen vier Relaiseinheiten ist die gleiche wie oben beschrieben. Das heißt, daß jede dieser vier Einheiten von den Sammelleitungen P 8 bis P17 die

ao Auswahl einer Wechselspannung durchführen läßt, die analog der durch diese Einheit abgefühlten binär verschlüsselten Dezimalzahl ist. Indessen wird die Ausgangsspannung der ganz rechts in der Zeichnung gelegenen Einheit von ihrem Kontakt RLD 2 zu der Primärwicklung eines Transformators TR 3 geführt, dessen Sekundärwicklung in Serie mit der Primärwicklung eines gleichen Transformators TR 3' liegt, der zu der benachbarten Relaiseinheit gehört. Die Sekundärwicklung des Transformators TR3' ist in Serie mit der Primärwicklung eines dritten Transformators TRZ" geschaltet, der zu der mittleren Relaiseinheit gehört. Die Sekundärwicklung dieses dritten Transformators TR 3" wiederum liegt in Serien mit der Primärwicklung eines gleichen Transformators TR2, der zu der letzten der restlichen vier Relaiseinheiten gehört, die oben erwähnt wurden.

Jeder der drei Transformatoren TR3,TR 3' und TR 3" und der Transformator Ti? 2 hat ein Untersetzungsverhältnis lOzul. Die Anordnung dieser Transformatoren ist in allen Fällen dieselbe, mit Ausnahme jedoch, daß das eine Ende der Sekundärwicklung des Transformators TR 2 mit der Ausgangsklemme A 5 verbunden ist. Wenn so fünf Dezimalzahlen in binär verschlüsselter Form aufeinanderfolgend durch die Lesekontakte 1 bis 4 abgefühlt werden, während die entsprechenden Taktimpulse in Aufeinanderfolge an die Klemmende bis A10 angelegt werden, wählen die fünf Relaiseinheiten nacheinander fünf Wechselspannungen aus, die den fünf binär verschlüsselten Dezimalziffern analog sind. Diese Wechselspannungen werden aufrechterhalten, bis sie durch eine Folge von fünf weiteren Abfühlvorgängen entfernt oder erneuert werden. Auf diese Weise wird von rechts nach links die fünfte Analogspannung bezüglich der Amplitude um den Faktor 10 verkleinert und zu der vierten Analogspannung hinzugefügt, wobei die Summe der Spannungen wiederum in der Amplitude um den Faktor 10 herabgesetzt wird. Dieser Vorgang wird in dem dritten Transformator TR3" wiederholt und ferner auch in dem Transformator Ti?2, wo die zweiten bis fünften Analogspannungen, nachdem sie auf einen zu ihren entsprechenden Dezimalziffernstellen passenden Pegel hinuntergesetzt und addiert worden sind, schließlich zu der Analogspannung der ersten Ziffer in der Sekundärwicklung des Transformators Ti?2 addiert werden. Die dabei entstehende Endsumme wird zu der Ausgangsklemme A 5 geführt. Die Sekundärwicklung des Transformators Ti?2 liegt mit ihrem einen Ende über die Leitung P 7 an dem Schalterarm RLD2, während ihr anderes Ende mit

der Klemme A 5 in Verbindung steht. Wie leicht ersichtlich, stellt das Signal an der Klemme A5 erst dann die Analogspannung der Endsumme dar, wenn die letzte Ziffer abgefühlt worden ist. Vor diesem Zeitpunkt kann die an der Klemme A 5 stehende Spannung nicht verwendet werden.

Die an der Klemmet5 auftretende Summenspannung kann dem Steuersignal für eine Servovorrich- tung SM hinzugefügt werden, das in diesem Falle an einen Verstärker SA zusammen mit einem anderen von einer analogen Einheit U kommenden Signal gleicher Phase, aber entgegengesetzter Polarität angelegt wird. Der Servoverstärker SA richtet die Eingangssignale gleich, bevor oder nachdem diese addiert werden, um ein Gleichstromsignal zum Antrieb der Servo vorrichtung SM zu erhalten, das beispielsweise dazu verwendet werden kann, um einen Teil einer Werkzeugmaschine einzustellen. Die Analogeneinheit AU dient dazu, ein Rückkopplungssignal, wie beschrieben, zu liefern, das die Lage des betätigten Teils in jedem Zeitpunkt angibt.

Die Kontakte SWl bis SWlO eines Schalters SW können mit den Sammelleitungen B1 bis B10 verbunden werden, wobei der Schalter eine Bürste oder einen entsprechenden Teil W enthält, der durch die Servovorrichtung SM angetrieben wird, um die Dezimalziffer der höchsten Stelle in dem Analogsignal zu erhalten.

Das endgültige analoge Ausgangs signal kann dadurch erzeugt werden, daß das Signal von der Bürste W mit den Beiträgen, die die restlichen Dezimalziffern darstellen und die von getrennten in Kaskade angeordneten Schaltern oder Transformatoren erhalten werden, summiert wird. Bei dem oben beschriebenen Vorgang kann ein Analogsignal erhalten werden, das die in diesem Falle größtmögliche Dezimalzahl 99 999 darstellt. Die Möglichkeit der Kommasetzung ist dabei nicht berücksichtigt. Wenn indessen die höchste Zahl, die benötigt wird, beispielsweise 49 999 wäre, dann liegt der Wert der Ziffern in der höchsten Stelle zwischen 0 bis 4. Auf diese Weise können Spannungen, die an den Sammelleitungen Bl bis B 9 die Ziffern von 0 bis 4 verkörpern, abwechselnd verwendet werden. Das heißt, eine Ziffer 3, die beispielsweise in der höchsten Stelle des Lochstreifens vermerkt ist, würde die Relaiseinheit R1 veranlassen, eine Spannung aus der Sammelleitung B 6 auszuwählen. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Verbindung von den entsprechenden Relaisschalterkontakten zu verschiedenen Sammelleitungen, wie benötigt, geändert wird. In dem vorbeschriebenen Falle kann das Relais RLA und die zugehörige Schaltung mit der linken Relaiseinheit verbunden werden. Als Folge davon, daß die Ziffer in der höchsten Stelle nur einen geringen Wert hat, würde der Transformator TR2 nicht dasselbe Untersetzungsverhältnis haben wie die drei Transformatoren Ti?3 bis TR3", sondern statt dessen ein Untersetzungsverhältnis von nur 5 zu 1.

Bei der Verwendung des an Klemme A 5 erhaltenen Analogsignals können, um ein Steuersignal für die Steuerung eines Werkzeugmaschinenteils zu schaffen, weitere Signale von dem Lochstreifen abgenommen und in ähnlicher Weise in analoge Form gebracht werden. Das Steuersignal kann dann durch Interpolation unter den einzelnen so erhaltenen Signalen erzeugt werden. In diesem Falle sind die Sammelleitungen B1 bis B10 mit allen Umsetzern verbunden, und es wurde gefunden, daß hierdurch die gesamte Genauigkeit des Steuersystems um einen Faktor 10 erhöht wird.

Eine noch größere Genauigkeit kann dadurch erreicht werden, daß die Anzahl der Sammelleitungen erhöht und damit der Ziffer der höchsten Stelle in jedem Falle ein größerer Wert gegeben wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Digital-Analog-Wandler zum Umformen von Zifferninformationen, die Ziffern von verschiedenen Stellen enthalten, in ein Analog-Signal, gekennzeichnet durch eine Wechselspannungsquelle (TRl) mit einer Anzahl von Anschlüssen, an denen die Spannungsamplituden jeweils von den Werten möglicher Ziffern in der umzuwandelnden Eingangsinformation abhängen, und mindestens zwei Relaiseinheiten (i?2, R3), welche unabhängig voneinander für verschiedene Ziffernstellen Wechselspannungen von den Anschlüssen auswählen, die den Werten der Ziffern in den jeweiligen Ziffernstellen entsprechen, wobei die ausgewählten Signale durch Einrichtungen (Ti?3") zum Herabtransformieren, deren Untersetzungsverhältnis dem Verhältnis zwischen den betreffenden Ziffernstellen entspricht, miteinander addiert werden.

2. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehr als zwei Relaiseinheiten zur Auswahl von Wechselspannungs-Signalen, die von den Werten der Ziffern in einer entsprechenden Anzahl von Ziffernstellen abhängen, und mehr als zwei Transformatoren, die derart in Serie geschaltet sind, daß das Herabtransformieren eines oder mehrerer der ausgewählten Signale durch mehr als einen Transformator erfolgt.

3. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung eines Transformators in Serie mit der Sekundärwicklung des vorhergehenden Transformators geschaltet ist.

4. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jede mögliche Ziffernstelle außer der höchsten Stelle ein Transformator vorgesehen ist und jeder Transformator das gleiche Untersetzungsverhältnis besitzt.

5. Digital-Analog-Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung, die von den Ziffern in der höchsten Ziffernstelle abhängt, von einer Gruppe von Anschlüssen einer Wechselspannungsquelle (Ti?4) ausgewählt wird, welche von den Wechselspannungsquellen, von der die Ziffer oder die Ziffern niedrigerer Stellen ausgewählt werden, verschieden ist.

6. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verschiedenen Wechselspannungsquellen an gesonderten Transformatorwicklungen befinden, denen eine gemeinsame Bezugswechselspannung zugeführt wird.

7. Digital-Analog-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl zwischen Wechselspannungssignalen erfolgt, deren Amplituden Dezimalgruppen von binären Ziffern darstellen, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, durch die jedes Signal außer dem der höchsten Dezimalstelle entsprechenden Signal auf einen Pegel herabgesetzt wird, der der jeweiligen höchsten Dezimalstelle entspricht.

8. Digital-Analog-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

net, daß er derart in eine automatische, eine Arbeitsstellung steuernde Servo vor richtung eingefügt ist, daß die addierten Wechselspannungssignale zu einem Steuersignal für ein geschlossenes Servosystem beitragen, wobei von der Servovorrichtung abhängige Einrichtungen vor-

gesehen sind, die die Auswahl eines Wechselspannungssignals aus der ersterwähnten Gruppe von Spannungsquellen vornehmen, die die Ziffernstelle in einem die Arbeitsstellung angebenden analogen Rückkopplungssignal für das geschlossene Servosystem darstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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