DE1164482B - Impulszaehler aus bistabilen Kippschaltungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/22

Nummer: 1 164 482

Aktenzeichen: J 22310 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 27. August 1962

Auslegetag: 5. März 1964

Bekannte Impulszähler bestehen aus in Kaskade geschalteten bistabilen Kippstufen, !ede Kippstufe läßt sich in einen von zwei stabilen Zuständen einstellen, und die jeweiligen Zustände der in Kaskade geschalteten Kippstufen stellen die in den Zähler eingeführten Werte dar. In einer solchen Anordnung ist die Zählgeschwindigkeit begrenzt, da im ungünstigsten Fall der zu zählende Eingangsimpuls alle Kippstufen des Zählers durchlaufen muß.

Höhere Zählgeschwindigkeiten haben bekannte Zähler, in welchen das Durchlaufen des Zählimpulses durch mehrere Stufen vermieden wird. Bei diesen Zählern sind die Zählerstufen nicht direkt miteinander verbunden. Die Umschaltung aller Zählerstufen außer der niedrigstwertigen erfolgt über Und-Schaltungen, die durch die Schaltzustände der übrigen Zählerstufen über Und-Schaltungen erfolgen. Ein Teil der Und-Schaltungen wird durch Schaltstufen der Zählerstufen vorbereitet. Der nächste Zählimpuls, der allen Und-Schaltungen und der niedrigstwertigen Zählerstufe direkt zugeführt wird, kippt die umzuschaltenden Zählerstufen. Bei bekannten Zählern mit c Zählerstufen sind c— 1 Zwischenspeicher vorgesehen, über welche die Ausgangssignale der Zählerstufen und Und-Schaltungen zugeführt werden. Diese Zwischenspeicher, die bei den bekannten Zählern die Form von Verzögerungsleitungen aufweisen, verhindern, daß ein Teil der Zählerstufen bei längerem Andauern des Zählimpulses ein zweites Mal wegen des neuen Einstellzustandes der Zählerstufen gekippt wird. Wenn das Kippen der Zählerstufen im Vergleich zur Zählimpulsdauer langsam ist, können die Zwischenspeicher zwar wegfallen, für funktionssichere schnelle Zähler sind jedoch Zwischenspeicher erforderlich.

Zweck der Erfindung ist es, die Zähler, bei denen das Kippen der Zählerstufen durch logische Schaltungen vorbereitet wird, dadurch zu vereinfachen und zu verbilligen, daß die Zahl der Zwischenspeicher verkleinert wird. Diese Ersparnis wirkt sich besonders bei Zählern hoher Stufenzahl aus.

Die Erfindung betrifft einen Impulszähler aus bistabilen Kippschaltungen (Zählerstufen), in welchem die Schaltzustände der Zählerstufen zwischengespeichert und einem logischen Netzwerk zugeführt werden, das, ausgelöst durch den dem logischen Netzwerk zugeführten Zählimpuls, alle umzukippenden Zählerstufen gleichzeitig in den neuen Zustand kippt. Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, daß die Zahl der Zwischenspeicher gleich der kleinstmöglichen ganzen Zahl S ist, die der Beziehung 2^s ^ c + 1 genügt, wobei c die Zahl der bistabilen Impulszähler aus bistabilen Kippschaltungen

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H.-E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Merwyn E. Arthur, Endwell, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. August 1961

(Nr. 134 640)

Zählerstufen ist, daß zur Steuerung der Zwischenspeicher ein weiteres logisches Netzwerk vorgesehen ist, welches die Zwischenspeicher in Zustandskombinationen einstellt, die beim Aufwärtszählen (Abwärtszählen) die Zahl η der Einsen (Nullen) der jeweils in den Zählerstufen gespeicherten und in der niedrigstwertigen Zählerstufe beginnenden Folge von Einsen (Nullen) charakterisieren, und daß das logische Netzwerk für die Steuerung der Zählerstufen derart ausgebildet ist, daß es mit dem nächsten Zählimpuls die η + 1 oder c (wenn n+ 1 ^ c) niedrigstwertigen Zählerstufen umkippt.

Bei den bekannten Zählern wird als Kriterium zur Umschaltung der bistabilen Kippschaltungen der vorherige Einstellzustand aller übrigen bistabilen Kippschaltungen ausgenutzt. Die Erfindung ermöglicht es, mit weniger Kriterien zu bestimmen, welche Kippschaltungen mit dem nächsten Zählimpuls gekippt werden sollen.

Wie das möglich ist, soll an Hand der folgenden Tabellen erläutert werden. Der Anschaulichkeit wegen ist diesen Tabellen ein einfacher Zähler zugrunde gelegt, der nur drei Zählerstufen C₄, c₂, C₁ und zwei Zwischenspeicher S₂, S₁ aufweist. Die Indizes geben die dezimalen Wertigkeiten der binären Zählerstufen und Zwischenspeicher an:

409 537/481

C4	C2	O	d	sä	•Si	η
O	O	1	O	O	O	O
O	O	O	1	O	1	1
O	1	1	2	O	O	O
O	1	O	3	1	O	2
1	O	1	4	O	O	O
1	O	O	5	O	1	1
1	1	1	6	O	O	O
1	1	7	1	1	3

In der linken Tabelle sind die möglichen Zählkombinationen der Zählerstufen und rechts daneben die entsprechenden Dezimalwerte d dargestellt. In der dritten Spalte ist eine mögliche Art der zugeordneten Einstellung der Zwischenspeicher und ganz rechts sind deren zugeordnete Dezimalwerte η gezeigt.

Durch das logische Netzwerk zur Steuerung der Zwischenspeicher, wird eine Einstellung in dem Zwischenspeicher bewirkt, die in binärer Darstellung angibt, wie groß die Zahl η der 1-Werte einer ununterbrochenen Folge von Einsen ist, die in den Zählerstufen gespeichert ist und in den niedrigstwertigen Zählerstufe beginnt.

Durch den Dezimal wert ^=O ist der in den Zwischenspeicher eingestellte Wert η auch 0, weil in den Zählerstufen überhaupt keine Einsen enthalten sind. Für den Dezimalwert 1 ist die Zahl η der Einsen der 1-Folge, die in der niedrigstwertigen Stelle beginnt, gleich 1. Die Einstellung der Zwischenspeicher entspricht daher dem Wert η — 1. Der Dezimalwert 2 hat wiederum in der binären Darstellung keine 1-Folge, die in der niedrigstwertigen Stelle beginnt, η und die Einstellung der Zwischenspeicher ist daher wieder 0. Beim Dezimalwert 3 ist die 1-Folge, die in der niedrigstwertigen Stelle beginnt, 2 lang, folglich wird in den Zwischenspeichern in binärer Darstellung der Wert 10, d. h. dezimal 2 gespeichert. Die ununterbrochene 1-Folge, die in der niedrigstwertigen Stelle beginnt, ist für den Dezimalwert 4 0, für den Dezimalwert 5 1 und für den Dezimalwert 6 0. Beim Dezimalwert 7 steht in den Zählerstufen eine 1-Folge von H=3, die in der niedrigstwertigen Stelle beginnt. Die Zwischenspeicher enthalten deshalb den Binärwert 11 oder den Dezimal wert 3.

Man erkennt, daß beim Weiterschreiten um einen Dezimalwert immer die Einstellungen der η + 1 niedrigsten Zählstufen verändert werden. Zum Beispiel werden beim Übergang von 5 auf 6 die zwei letzten Binärstellen 01 in 10 geändert, weil η für d=5 1 war und n+1 dann gleich 2 ist. Wenn der Zähler in der Einstellung? einen weiteren Zählimpuls erhält, werden die n+1 niedrigsten Zählerstufen gekippt; da der Zähler nur drei Stufen hat, natürlich nur diese. Der Zähler wird also von 7 auf 0 zurückgestellt. Das logische Netzwerk, das die Umschaltung der Zählerstufen steuert, bewirkt somit in Abhängigkeit von der Einstellung η der Zwischenspeicher, daß n + 1 Zählerstufen mit dem nächsten Zählimpuls gekippt werden.

Natürlich müssen die Zustandskombinationen nicht so wie in den oben angeführten Tabellen zugeordnet sein; erforderlich ist nur, daß jedem η eine eindeutige Einstellung der Zwischenspeicher zugeordnet ist. Der erfindungsgemäße Zähler kann auch ohne weiteres abwärts zählen; in diesem Fall stellt η nicht die Zahl der 1 der 1-Folge dar, die in der niedrigstwertigen Stelle beginnt, sondern die Zahl der 0 der O-Folge, die in der niedrigstwertigen Stelle beginnt.

Die Tabellen zeigen, daß die s-Speicher maximal eine Zahl speichern müssen, die gleich der Zahl der möglichen 1 oder 0, d. h. gleich der Zahl der bistabilen Zählerstufen ist. Daraus ergibt sich 2^s\c+l, Das ^-Zeichen ist deshalb eingefügt, weil die Zahl ίο der Zwischenspeicher natürlich auch größer sein kann als unbedingt notwendig. Man erhält dabei Überbestimmungen, die nicht ausgenutzt werden. Aus Ersparnisgründen wird man jedoch zweckmäßigerweise s immer so wählen, daß es die kleinstmögliche ganze Zahl ist, die der Beziehung 2^s ^. c + 1 genügt.

Nachstehend soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar

ao Fig. 1 ein Schaltschema eines nach der Erfindung aufgebauten in seiner Zählrichtung umkehrbaren elektronischen Zählers,

Fig. 2 ein genaueres Schaltbild der grundlegenden logischen Schaltung, die in dem Zähler von as Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 ein Schaltschema von mehreren der logischen Blöcke von F i g. 2, die mitunter so verbunden sind, daß sie eine logische Oder-Funktion ausführen,

Fig. 4 ein Schaltschema für die Verbindung von zwei der grundlegenden logischen Blöcke von F i g. 2 zu einer bistabilen binären Speichervorrichtung,

Fig. 5 ein Schaltbild einer in dem Zähler von Fig. 1 benutzten nichtumkehrenden Emitterfolgestufe,

Fig. 6 ein Zeit- oder Reihenfolgediagramm für die relative Zeitsteuerung der Zählerstufen und Zwischenspeicher, wenn der Zähler Impulse von Null bis zu seiner Höchstkapazität in Vorwärtsrichtung zählt,

F i g. 7 ein Zeitdiagramm zur Erklärung der Wirkungsweise der Zählerstufen und Zwischenspeicher während einer Reihe von Vorwärts- und Rückwärtszählvorgängen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 umfaßt ein in seiner Zählrichtung umkehrbarer Zähler fünf Zählerstufen 10 bis 14 und drei Zwischenspeicher 15 bis 17. Der Zähler zählt Impulse, die über einen Leiter 19 aus einer nicht gezeigten Quelle herangeführt werden. Die Impulse auf dem Leiter 19 können die Zahl von Stellen darstellen, um die ein Informationswert während der Normalisierung in einem Schieberegister nach links oder rechts verschoben wird.

Jede der Zählerstufen 10 bis 14 entspricht einer Stufe oder einem Glied einer binären Reihe, die allgemein dargestellt wird durch die Reihe:

cfi + α¹ + α² + α³ + α⁴... a".

(D

wobei α gieich der Zahl 2 ist.

Aus der vorstehenden Beziehung geht hervor, daß der Zählerstufe 10 der Wert 1 zugeordnet ist, der Zählerstufe 11 der Wert 2, der Zählerstufe 12 der Wert 4 usw. Die verschiedenen den binären Zählerstufen zugeordneten Bewertungen werden durch die Bezugszeichen 1, 2, 4, 8 und 16 dargestellt. In der Beschreibung wird zwar ein fünfstufiger binärer

Zähler erläutert, aber es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf einen Zähler mit dieser Zahl von Stufen beschränkt ist. Außerdem sind die Lehren der Erfindung auch auf Zähler anwendbar, die andere Systeme der binären Verschlüsselung verwenden, z. B. die binär-dezimale.

Die Zählerstufen zeichnen die über Leitung 19 zugeführten Impulse auf und liefern zu jedem beliebigen Zeitpunkt eine Darstellung des Zählerstandes. Die Zwischenspeicher führen insofern eine Hilfssteuerfunktion aus, als sie die Zählerstufen für den Impulsempfang entsprechend vorbereiten. Alle Zählerstufen und Zwischenspeicher bestehen aus einem bistabilen Element, das bei Anlegen von Eingangssignalen in einen seiner stabilen Zustände einstellbar ist. Wie noch genauer erläutert wird, ändern die Zählerstufen 10 bis 14 ihren Zustand gleichzeitig zu Beginn eines Impulses auf dem Leiter 19, und die Zwischenspeicher 15 bis 17 ändern ihren Zustand gleichzeitig am Ende des Impulses.

Alle Zählerstufen und Zwischenspeicher werden durch Kombinationen der logischen BlöckeL, Ll und D gebildet. Der in F i g. 2 dargestellte logische Block L ist ein PNP-Transistor 20 mit einem Kollektor 21, einer Basis 22 und einem Emitter 23. Der Emitter 23 ist durch den Leiter 24 geerdet. Der Kollektor 21 ist in Reihe mit einem Kollektor- oder Belastungswiderstand 25 an eine negative Klemme einer Gleichspannungsquelle -V_A angeschlossen. Ein Ausgangsleiter 26 führt vom Kollektor 21 weg. Wenn der Transistor 20 im Zustand hoher Impedanz oder nichtleitend ist, ist die Spannung des Ausgangsleiters 26 etwa gleich — V _A. Wenn der Transistor 20 jedoch leitend wird, steigt die Spannung auf dem Ausgangsleiter 26 schnell auf etwa O-Spannung oder Erde an. Der Leitungs- oder Impedanzzustand des Transistors 20 wird durch Regeln der Spannung an der Basis 22 in bezug auf die Spannung des Emitters 23 gesteuert.

Die Basis 22 des Transistors 20 ist mit einem Vorspannungsnetzwerk 30 und einem Eingangsnetzwerk 31 in Reihe geschaltet. Das Vorspannungsnetzwerk 30 besteht aus Widerständen 32, 33 und 34, die mit den entgegengesetzten Klemmen einer Gleichspannungsquelle V_B in Reihe liegen.

In einem konstruierten Ausführungsbeispiel dieser logischen Schaltung ist der absolute Wert der Spannungsquelle Vβ etwa doppelt so hoch wie der der Spannungsquelle V_A.

Das Eingangsnetzwerk 31 umfaßt mehrere parallel geschaltete Eingangsleiter 35, die jeder eine Diode 36 enthalten. Die logische Schaltung kann bis zu acht Eingangsleiter 35 aufnehmen, obwohl in den Zeichnungen nur drei dargestellt sind. Außerdem enthält die logische Schaltung ein Beschleunigungsnetzwerk 37, das aus einer Begrenzerdiode 38 und einem Ubersteuerungskondensator 39 besteht. Die Begrenzerdiode 38 ist zwischen den Emitter 23 und die Basis 34 des Transistors eingeschaltet, während der Übersteuerungskondensator 39 in Reihe mit dieser Diode und parallel mit dem Widerstand 34 geschaltet ist.

Nun soll die Wirkungsweise dieses logischen Blocks besprochen werden, und zwar wird angenommen, daß die Erdspannung die binäre 0 und der Spannungspegel — V _A die binäre 1 darstellt. Wenn irgendwelche der Eingangsleiter 35 oder alle geerdet sind, entsteht ein Pf ad niedriger Impedanz und damit ein Stromfluß durch mindestens eine der Dioden 36.

Die Basis 22 wird gegenüber dem Emitter 23 auf einer positiven Spannung gehalten, und der Transistor 20 ist nichtleitend, und daher ist die Spannung auf dem Ausgangsleiter 26 etwa gleich — V_A. Wenn alle Eingangsleiter 35 gleichzeitig die Spannung -V_A haben, die die binäre 1 darstellt, wird die Basis 22 des Transistors 20 in bezug auf dessen Emitter negativ, und der Transistor 20 wird sofort leitend. Das Ausgangssignal auf Leiter 26 steigt auf etwa 0-Spannung an.

Bei Verwendung einer negativen Impulslogik wird der Transistor 20 nur dann leitend, wenn alle Eingangsleiter den die binäre 1 darstellenden negativen Spannungspegel haben. Bei dieser Betriebsart führt der logische Block die Booleschen Und- und Umkehr-Funktionen aus. Das Signal auf dem Ausgangsleiter 26 ist eine Umkehrung der Eingangssignale, denn wenn alle Eingangssignale den die binäre 1 darstellenden Spannungspegel — V_A haben, hat

so das Ausgangssignal den Pegel Erde, der die binäre 0 darstellt. Sonst hat das Ausgangssignal stets den die binäre 1 darstellenden Pegel — V_A.

Wenn der Ausgang eines ersten logischen Blocks L an einen ebensolchen logischen Block angeschlossen ist und dessen Eingang bildet, kann die zusammengesetzte Wirkungsweise der beiden logischen Blocks als von einer Oder-Funktion gefolgte Und-Funktion bezeichnet werden. Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung die negative Impulslogik verwendet wird, können die logischen Schaltungen auch mit positiver Impulslogik arbeiten. In diesem Falle würde ein einziger logischer Block L die Booleschen Oder- und Umkehr-Funktionen ausführen.

Die Fig. 3 zeigt, wie die logischen Blöcke verbunden werden können, um eine Oder-Funktion auszuführen, indem gemeinsame Kollektor- oder Belastungswiderstände verwendet werden, wie es in der Technik bekannt ist. Wenn logische Blöcke in Oder-Beziehung verbunden werden, wird der Kollektor am Belastungswiderstand 25 aus einem Teil der logischen Blöcke entfernt. Das Symbol Ll stellt einen logischen Block dar, der einen gemeinsamen Kollektorwiderstand 25 anteilig verwendet. Bei dieser Anordnung steigt beim Leiten eines oder mehrerer der Transistoren das Ausgangssignal der in Oder-Beziehung verbundenen Gruppe auf den Erdpegel an, wodurch die — F^-Quelle von den anderen Transistoren abgetrennt wird. Das Ausgangssignal der Gruppe hat nur dann den Pegel — F₄, wenn alle Transistoren nichtleitend sind.

Zwei der logischen Blöcke L können über Kreuz gekoppelt werden und so einen bistabilen binären Speicher bilden. Gemäß F i g. 4 ist der Ausgang des logischen Blocks 40 durch einen Leiter 41 mit dem Eingang des logischen Blocks 42 verbunden. Ebenso wird das Ausgangssignal des logischen Blocks 42 über den Leiter 43 übertragen und dient als Eingangssignal für den logischen Block 40. Beim Anlegen eines positiven Signals an den Eingang des logischen Blocks 40 entsteht ein negatives Signal auf dem zugeordneten Ausgangsleiter. Dieses negative Signal dient als Eingangssignal für den logischen Block 42 über den Leiter 41, und es entsteht ein positives Signal auf dem Ausgangsleiter dieses logischen Blocks. Das positive Ausgangssignal des logischen Blocks 42 wird über Leiter 43 zum Eingang des logischen Blocks 40 zurückgeführt und sperrt

diesen in seinem derzeitigen Zustand. Durch weitere dem Eingang des Blocks 40 zugeführte positive Signale werden die Ausgänge der Blöcke 40 und 41 nicht beeinflußt.

Die logischen Schaltungen 40 und 42 können jederzeit durch Anlegen eines positiven Impulses an den Eingang von Block 42 in ihren ursprünglichen Zustand rückgestellt werden. Es wird also eine in zwei stabile Zustände einstellbare binäre Speichervorrichtung durch Kreuzkopplung der Ausgänge von zwei logischen Schaltungen gebildet. Der Eingang des logischen Blocks 40 entspricht dem Einstell-Eingangsleiter und der Eingang des logischen Blocks 42 dem Rückstell-Eingangsleiter einer herkömmlichen bistabilen Vorrichtung.

Der durch das Symbol D dargestellte logische Block ist ein nichtumkehrender Hochleistungsverstärker, der zum Steuern einer großen Zahl der logischen Blöcke L oder L1 dient. Gemäß F i g. 5 besteht der Treiber aus einem NPN-Transistor 44 mit einem Emitter 45, einer Basis 46 und einem Kollektor 47. Der Kollektor 47 ist geerdet, während ein Eingangssignal über einen Eingangsleiter an die Basis 46 gelegt wird. Die Basis ist über einen Widerstand 48 mit der Spannungsquelle — V_A verbunden. Ein Ausgangsleiter führt vom Emitter 45 des Transistors 44 über den Widerstand 48' zur Spannungsquelle -Vb-

Wenn dem Eingangsleiter ein negativer Impuls — V_A

zugeführt wird, fällt der Spannungspegel auf dem Ausgangsleiter auf einen Wert ab, der ausreicht, um den Transistor 44 teilweise leitend zu machen. Wenn jedoch der Eingangsleiter den der binären 1 oder 0 entsprechenden Spannungspegel hat, wird der Transistor vollständig leitend, und der Ausgangsleiter erreicht denselben Spannungspegel. Der logische Treiberblock kann mindestens zehn der logischen Blöcke L oder L1 mit Energie versorgen.

Jede der Zählerstufen 10 bis 14 des in F i g. 1 dargestellten Zählers besteht aus zwei logischen Blöcken 50 und 51, deren Ausgänge über Kreuz gekoppelt sind, wodurch ein bistabiler binärer Speicher entsteht. Die Ausgangssignale der logischen Blöcke werden durch Treiber 52 verstärkt und dienen jederzeit als Anzeige für den Zählerstand. Zum Beispiel hat der Ausgang des logischen Blocks 50 und des Treibers 52 der Zählerstufe 10 einen negativen Spannungspegel, wenn eine binäre 1 in dieser Zählstufe steht. Der Ausgang des Treibers 52 und des logischen Blocks 51 der Zählerstufe 10 hat zu dieser Zeit den Erdspannungspegel (entsprechend der binären 0). Wenn jedoch die Zählerstufe 10 eine binäre 0 enthält, hat der Ausgang des logischen Blocks den Spannungspegel 0, und der Ausgang des logischen Blocks 51 hat einen negativen Spannungspegel.

Um die weitere Beschreibung der Erfindung zu erleichtern, sind die Ausgänge der Zählerstufe 10 mit 1 und T gekennzeichnet. Ebenso werden die Ausgänge der Zählerstufen 11 bis 14 dargestellt durch 2-2. 4-3, 8-8 bzw. 16-15. Die Zählerstufen liefern nicht nur eine direkte Darstellung des darin enthaltenen Zählerstandes zu jedem beliebigen Zeitpunkt, wie er durch die Ausgänge 1, 2, 4, 8 und 16 dargestellt ist, sondern auch dessen Umkehrung, dargestellt durch die Ausgänge T, 1, 3, 5 und 15.

Die drei Zwischenspeicher 15 bis 17 bestehen jeder aus zwei logischen Blöcken 54 und 55, deren Ausgänge über Kreuz gekoppelt sind und so einen bistabilen binären Speicher bilden. Die Ausgangssignale der logischen Blöcke 54 und 55 werden durch Treiber 56 geleitet und bilden die Steuersinale Sl, S2 und S3 sowie 3Ϊ, 32" und 33". Die Steuersignale bereiten die Zählerstufen vor, so daß diese ihren Zustand gleichzeitig zu Beginn eines Impulses auf dem Leiter 19 verändern. Die Ausgangssignale der Zählerstufen zeigen den Zählerstand an und steuern außerdem die Zwischenspeicher in der Weise, daß

ίο diese am Ende eines Impulses gleichzeitig ihren Zustand verändern.

Jeder der Zählerstufen 10 bis 14 sind Torsteuermittel zugeordnet, die aus mehreren logischen L- und/oder Ll-Blöcken bestehen. Die logischen Blöcke 57 und 60 sind in Oder-Beziehung verbunden und bilden einen Eingang zu dem logischen Block

50 für die Zählerstufe 10. Für den logischen Block

51 dieser Zählerstufe 10 wird ein Eingang durch die logischen Blöcke 58 und 59 gebildet. Beim Betrachten der anderen Zählerstufen 11 bis 14 sieht man, daß jeweils ein in Oder-Beziehung verbundenes Paar logischer Blöcke (61-64, 62-63, 65-68 usw.) einen Eingang für jeden der über Kreuz gekoppelten logischen Blöcke 50 oder 51 bildet. Diese logischen Oder-Blöcke sind mit den Bezugsziffern 57 bis 76 versehen. Außerdem sind den Zählerstufen 10 bis 12 logische Blöcke 77 bis 80 zugeordnet, die Kombinationen der Steuersignale zu bestimmten logischen Blöcken 57 bis 76 senden.

Das Torsteuermittel für die Zwischenspeicher 15 bis 17 besteht ebenfalls aus einem in Oder-Beziehung verbundenen Paar von logischen Ll-Blöcken für jeden der über Kreuz gekoppelten logischen Blöcke 54-55. Zum Beispiel liefern in dem Zwischenspeicher 15 die logischen Blöcke 83 und 86 das Eingangssignal für den logischen Block 54, während das in Oder-Beziehung stehende Paar 84 und 85 den logischen Block 55 steuert. Diese logischen Oder-Blöcke tragen die Bezugsziffern 83 bis 94. Außerdem kombinieren logische Blöcke 95 bis 100 die Ausgangssignale der Zählerstufen zu Eingangssignalen für ausgewählte der logischen Blöcke 83 bis 94.

Ein Teil der Blöcke 57 bis 75 des den Zählerstufen zugeordneten logischen Netzwerkes und die Blöcke 83 bis 93 des den Zwischenspeichern zugeordneten logischen Netzwerkes empfangen jeder ein gemeinsames Eingangssignal über den Vorwärts-Steuerleiter 105. Die übrigen geradzahligen Oder-Paare logischer Blöcke sind mit einem Rückwärts-Steuerleiter 106 verbunden. Die Zählrichtung wird durch die den Steuerleitern 105 und 106 zugeführten Spannungspegel bestimmt. Der Zähler zählt vorwärts, wenn dem Vorwärts-Steuerleiter 105 eine negative Spannung zugeführt wird. Um die Zählrichtung umzukehren, wird die negative Spannung von dem Leiter 105 weggenommen und dem Rückwärts-Steuerleiter 106 zugeführt. Das System ist so angeordnet, daß jeweils ein logischer Block von jedem Oder-Paar logischer Blöcke, das einer bistabilen Kippschaltung entweder in einer Zählerstufe oder in einem Zwischenspeicher zugeordnet ist, auf ein Vorwärtssignal anspricht. Der andere logische Block jedes Paars wird mindestens teilweise wirksam gemacht, wenn ein negatives Potential an den Rückwärts-Steuerleiter 106 angelegt wird.

Die zu zählenden und auf dem Leiter 19 erscheinenden negativen Impulse werden direkt jedem der logischen L 1-Blöcke 57 bis 76 der Zählerstufen über

Claims (1)

11 12

ihren Zustand, und diese Zustandsänderungen finden ist in Fig. 1 dargestellt. Ein logischer Block 121

gleichzeitig statt. kombiniert die Steuersignale Sl und S3 mit einem

Die Zählrichtung wird zwischen dem Anlegen Rückstell-Steuersignal und sendet Eingangssignale zu aufeinanderfolgender Impulse über den Leiter 19 an den logischen Blöcken 51 der Zählerstufen 10 und den Zähler verändert. Falls die Umkehrung während 5 12 und den logischen Blöcken 60 und 68. Wenn der des Vorliegens des Impulses auftritt, ist am Ende des Rückwärts-Steuerleiter 106 einen negativen Span-Impulses dieselbe Zahl im Zähler enthalten wie am nungspegel hat, haben die Steuersignale Sl und 53 Anfang des Impulses, obwohl vorübergehend wäh- vom Ende des O-Impulses bis zum Ende des nächrend des Impulses eine 1 addiert oder subtrahiert sten Impulses den die binäre 1 darstellenden Pegel, worden sein kann. In den meisten Anwendungen ist io Die Vorderflanke dieses nächsten Impulses würde die Zeit zwischen benachbarten Impulsen länger als normalerweise alle Zählerstufen zum Umschalten die Zeit der Impulse selbst. veranlassen, wodurch der Zählerstand 31 angezeigt

Es sind Mittel vorgesehen, um eine beliebige Zahl würde.

in den Zähler einzugeben und um den Zähler dann Wenn jedoch das Rückstell-Steuersignal angelegt wieder in Gang zu setzen oder die Zählrichtung um- 15 wird, übersteuert das Signal aus dem logischen Block zukehren, wenn eine vorherbestimmte Zahl von Im- 121 die Wirkung des zu zählenden Impulses, und pulsen gezählt worden ist. Bei diesen Mitteln handelt die Zählerstufen 10 und 12 bleiben in ihrem derzeies sich um die logischen L 1-Blöcke 115 und 116, tigen O-Zustand. Der Zählerstand ist daher 26. Das deren Ausgänge als Eingänge für die logischen Blöcke Zählen in Rückwärtsrichtung wird fortgesetzt, bis die 50 und 51 jeder der Zählerstufen 10 bis 14 dienen. 20 0 erreicht ist, und der Zähler wird durch den näch-Jedem der logischen Blöcke 115 und 116 wird ein sten Impuls auf 26 eingestellt, solange das Steuer-Eingangssignal von einem Voreinstellungs-Steuer- signal vorliegt. Es können auch andere Kombinatio-Ieiterll7 zugeführt. Der andere Eingang jedes der nen von Steuersignalen verwendet werden, um den Blöcke 115 wird von einem Leiter 119 gespeist, und Zähler automatisch nach dem Erreichen eines bedas zugeführte Signal ist der binäre Wert, der in die 25 liebigen Zählerstandes in Vorwärts- oder Rückwärtszugeordnete Zählerstufe des Zählers eingegeben richtung zu löschen.

werden soll. Die Umkehrungen der Signale auf den Die Umkehrungen der zu zählenden Impulse wer-

Leitern 119 werden den logischen Blöcken 116 über den den Zwischenspeichern 15 bis 17 über den lo-

logische Blöcke 120 zugeführt. gischen Block 110 und den Treiber 111 zugeführt.

Zum Beispiel sendet in der Zählerstufe 10 der 30 Wenn der logische Block 110 herausgenommen wird,

logische Block 115 ein Eingangssignal zu dem Ein- werden die Impulse selbst den Zwischenspeichern

stell-Leiter, während der logische Block 116 dieselbe zugeführt. Bei dieser Betriebsart ändern die Zwi-

Funktion für den Rückstell-Leiter des bistabilen bi- schenspeicher ihren Zustand schnell und gleichzeitig

nären Speichers ausführt. Um die Zählerstufe 10 in kaskadenartig, solange der Impuls auf dem Leiter

einen gewünschten binären Zustand voreinzustellen, 35 19 vorliegt. Eine solche Anordnung kann z. B. zur

wird ein negatives Signal an den Voreinstellungs- zeitlichen Steuerung der Länge eines Impulses be-

Steuerleiter 117 gelegt, und das entsprechende binäre nutzt werden.

Signal wird über den Leiter 119 zugeführt. Ohne In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der

Rücksicht auf den derzeitigen Zustand dieser Zähler- Erfindung hat der Zähler fünf Zählerstufen und drei

stufe geht diese in den binären Zustand, der dem 4° Zwischenspeicher. Es sind aber nicht alle möglichen

Signal auf dem Leiter 119 entspricht. Da jede der Kombinationen der Zwischenspeicher verwendet

Zählerstufen 10 bis 16 eine ebensolche Schaltungs- worden. Ein siebenstufiger Zähler läßt sich mit drei

anordnung aufweist, kann jede gewünschte Zahl in Zwischenspeichern aufbauen.

den Zähler jederzeit über Leiter 119 eingeführt wer- """Von Wichtigkeit ist es bei dem im vorstehenden

den, indem eine negative Spannung an den Vor- 45 beschriebenen umkehrbaren elektronischen Zähler,

einstellungs-Steuerleiter 117 gelegt wird. daß während normaler Zähloperationen die Zähler-

Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Anord- stufen ihren Zustand gleichzeitig zu Beginn eines nung kann der Zähler jederzeit auf 0 rückgestellt Impulses ändern und die Zwischenspeicher ihren werden. Da die Leiter 119 normalerweise geerdet Zustand gleichzeitig am Ende eines Impulses ändern, sind, was dem der binären 0 entsprechenden Pegel 5° Zu jeder beliebigen Zeit kann die Zählrichtung umentspricht, braucht nur eine negative Spannung an gekehrt oder ein gewünschter binärer Wert in den den Voreinstellungs-Steuerleiter 117 gelegt zu wer- Zähler eingegeben werden. Außerdem kann der den, und der Zähler wird sofort gelöscht. Wenn also Zähler jederzeit gelöscht werden,
der Zähler nach einem Zählerstand, der kleiner als _D .. ,
die Zählerkapazität ist, erneut in Umlauf gesetzt 55 .Fatentansprucne:
werden soll, wird ein negativer Impuls an den Vor- 1. Impulszähler aus bistabilen Kippschaltungen einstellungs-Steuerleiter 117 gelegt, wenn die be- (Zählerstufen), in welchem die Schaltzustände treffende Zahl gezählt worden ist. Die Zählerstufen der Zählerstufen zwischengespeichert und einem 10 bis 14 ändern gleichzeitig ihren Zustand, wonach logischen Netzwerk zugeführt werden, das, aussofort die Zwischenspeicher 15 bis 17 eine gleich- 60 gelöst durch den dem logischen Netzwerk zugezeitige Umschaltung erfahren. Die Zwischenspeicher führten Zählimpuls, alle umzukippenden Zählerändern ihren Zustand, da der Leiter 19 einen posi- stufen gleichzeitig in den neuen Zustand kippt, tiven Spannungspegel hat und ein die binäre 1 dar- dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl stellendes negatives Signal jedem der logischen der Zwischenspeicher gleich der kleinstmöglichen Blöcke 83 bis 94 zugeführt wird. 65 ganzen Zahls ist, die der Beziehung 2^s^c+ 1

Der Zähler kann auch nach Erreichen eines vor- genügt, wobei c die Zahl der bistabilen Zählerherbestimmten Zählerstandes automatisch rück- stufen ist, daß zur Steuerung der Zwischenspeigestellt werden, und die dafür bestimmte Anordnung eher ein weiteres logisches Netzwerk vorgesehen

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die nicht umkehrenden Treiber 107 und 108 züge- darstellenden negativen Pegel — und daß der Vorführt. Die Umkehrungen der zu zählenden Impulse wärts-Steuerleiter 105 erregt ist. Die Steuersignale dienen als direkte Eingangssignale zu den logischen 51 und 53 haben zu dieser Zeit den negativen Pegel, L 1-Blöcken 83 bis 94 der Steuerelemente. Wie schon der der binären 1 entspricht.

erwähnt, führt ein einziger logischer Block L mit 5 Die negative Vorderflanke des nächsten Impulses einem einzigen Eingang eine Umkehrfunktion aus. auf Leiter 19 macht die logischen Blöcke 58, 62, 66, Ein Treiber 111 ist zur Verstärkung mit dem Block 70 und 74 wirksam. Die Rückstelleingänge jedes der 110 in Reihe geschaltet. binären Speicher der Zählstufen werden erregt und Die übrigen Eingänge zu dem logischen Netzwerk der Zähler auf 0 rückgestellt. Obwohl alle Zählerzur Steuerung der Zählerstufen 10 bis 14 bestehen io stufen ihren Zustand ändern, ist die für die Zählaus entsprechenden Kombinationen der Steuersignale operation benötigte Gesamtzeit gleich der Zeit, die 51, 5Ί, 53 und 53\ Ebenso werden die anderen Ein- für die Rückstellung einer der bistabilen Vorrichtungänge für das logische Netzwerk zur Steuerung der gen nötig ist.

Zwischenspeicher 15 bis 17 durch Kombinationen Die Zählsignale 1 bis 16 haben jetzt den Pegel 0 der Zählsignale 1 bis 16 und T bis 16 gebildet. Ein 15 wodurch die logischen Blöcke 84 und 92 vorbereitet Teil der logischen Blöcke 57 bis 76, die die Zähler- werden. Wenn der Impuls endet, kehren die Steuerstufen steuern, wird wirksam gemacht, wenn die signale 51 und 53 auf den Pegel 0 zurück. Jetzt Vorderflanke eines negativen Impulses auf dem haben alle Zählsignale 1 bis 16 und alle Steuersignale Leiter 19 erscheint. Die richtigen logischen Blöcke 51 bis 53 den der binären 0 entsprechenden Pegel. 83 bis 94 für die Zwischenspeicher werden jedoch 20

erst beim Ende eines Impulses auf dem Leiter 19 Beispiel 3 wirksam gemacht, da ihnen die Umkehrung dieses

Impulses über den logischen Block 110 zugeführt Wenn der Zähler zunächst auf 0 eingestellt worden wird. Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebe- ist und ein negatives Signal auf dem Rückwärtsnen, in seiner Zählrichtung umkehrbaren Zählers 25 Steuerleiter 106 vorhanden ist, zählt der Zähler in wird wohl am besten verstanden, wenn bestimmte Rückwärtsrichtung. Die Steuersignale 51 und 53 Beispiele von Zähloperationen in Verbindung mit haben infolge der Erregung der logischen Blöcke 86 Reihenfolgetabellen von Fig. 6 und 7 betrachtet und 94 den die binäre 1 darstellenden negativen werden. Pegel. Die Steuersignale 51 und 53 und das Rück-. 30 wärtssignal bereiten die den Zählerstufen 10 bis 14 Beispiel 1 zugeordneten logischen Blöcke 60, 64, 68, 72 und 76 Es sei angenommen, daß der Zähler zunächst auf vor. Beim Erscheinen des negativen Impulses auf Null steht, d. h., daß die Signale 1, 2, 4, 8 und 16 Leiter 19 werden diese letztgenannten logischen den positiven Spannungspegel haben und eine nega- Blöcke wirksam gemacht, um alle Zählerstufen in tive Spannung an den Vorwärts-Steuerleiter 105 ge- 35 ihren der binären 1 entsprechenden Zustand zu schallegt wird, wodurch der Zähler dann in Vorwärtsrich- ten. Dies stellt natürlich den Zählerstand 31 dar. tung zählt. Die Zwischenspeicher sind ebenfalls im Die danach dem Leiter 19 zugeführten Impulse Ruhezustand, und zwar haben die Steuersignale 51, veranlassen weiterhin den Zähler zum Rückwärts-52 und 53 den positiven, die binäre 0 darstellenden zählen. Dies ist deutlich im linken Teil des Reihen-Spannungspegel und die umgekehrten Steuersignale 40 folgediagramms von F i g. 7 dargestellt. S¹T, 32 und 53" den die binäre 1 darstellenden Pegel.

Mit dem Erscheinen eines negativen Impulses auf Beispiel 4 dem Leiter 19 wird der logische Block 57 wirksam

gemacht, und das Zählsignall geht auf den die Wie schon angedeutet, kann die Zählrichtung binäre 1 darstellenden negativen Pegel über. Jetzt 45 jederzeit durch Umkehrung der Erregung der Vorspeichert der Zähler den Zählerstand 1. wärts- und Rückwärts-Steuerleiter 105 und 106 ver-Am Ende dieses Impulses empfängt der logische ändert werden. Es wird angenommen, daß der Vor-Block 83 die Vorderfianke eines negativen Signals wärts-Steuerleiter 105 den negativen Spannungspegel aus der Umkehrstufe 110, wodurch die bistabile Vor- hat und der Zähler den Zählerstand 25 anzeigt. Die richtung des Zwischenspeichers 15 in den anderen 50 Zählsignalei, 8 und 16 und das Steuersignal51 anderen Zustand umgeschaltet wird. Das Signal 51 haben jetzt den die binäre 1 darstellenden Pegel, geht auf den die binäre 1 darstellenden negativen Um die Zählrichtung umzukehren, wird das nega-Pegel, und das Steuersignal ST steigt auf einen posi- tive Signal von dem Vorwärts-Steuerleiter 105 wegtiven Pegel an. Die logischen Blöcke 58 und 61 der genommen und an den Rückwärts-Steuerleiter 106 Zählerstufen 10 und 11 sind jetzt teilweise wirksam. 55 gelegt. Hierdurch wird sofort der logische Block 85 Durch den nächsten Impuls auf Leiter 19 werden die erregt, und daher wird der Zwischenspeicher 15 rück-Zustände der Zählerstufen 10 und 11 umgeschaltet, gestellt, und das Steuersignal 51 nimmt den der und dadurch wird im Zähler eine 2 gespeichert. binären 0 entsprechenden Spannungspegel an. Beim Der Zähler zählt in Vorwärtsrichtung weiter, so- Erscheinen des nächsten Impulses auf dem Leiter 19 lange das negative Signal an den Vorwärts-Steuer- 60 wird die Zählerstufe 10 über den logischen Block 60 leiter 105 gelegt wird und bis die Kapazität des Zäh- rückgestellt, und daher zeigt der Zähler nun einen lers erreicht ist. Diese Wirkungsweise geht deutlich Zählerstand 24 an. Am Ende dieses Impulses weraus der Reihenfolgedarstellung von F i g. 6 hervor. den die Zwischenspeicher 51 und 52 auf den die . ■ _λ r> binäre 1 darstellenden negativen Pegel geschaltet. Beispiel 2 65 Die Rückwärtszählung wird beim Auftreten der Hier wird angenommen, daß der Zähler bis zur nachfolgenden Impulse so lange fortgesetzt, wie der Grenze seiner Kapazität gefüllt ist — alle Zähl- Rückwärts-Steuerleiter 106 erregt ist. Bei Änderung signale 1, 2, 4, 8 und 16 haben den die binäre 1 der Zählrichtung ändern nur die Zwischenspeicher

ist, welches die Zwischenspeicher in Zustandskombinationen einstellt, die beim Aufwärtszählen (Abwärtszählen) die Zahl η der Einsen (Nullen) der jeweils in den Zählerstufen gespeicherten und in der niedrigstwertigen Zählerstufe beginnenden Folge von Einsen (Nullen) charakterisieren, und daß das logische Netzwerk für die Steuerung der Zählerstufen derart ausgebildet ist, daß es mit dem nächsten Zählimpuls die η +1 oder c (wenn n+l^c) niedrigstwertigen Zählerstufen umkippt.

2. Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur beliebigen Wahl der Zählrichtung zur Steuerung der Zwischenspeicher und der Zählerstufen jeweils zwei logische Netzwerke vorgesehen sind und daß jeweils eines der logischen Netzwerke zur Steuerung der Zwischenspeicher und zur Steuerung der Zählerstufen durch ein

Aufwärtszählen oder Abwärtszählen bewirkendes Signal in Betrieb gesetzt werden.

3. Zähler nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das logische Netzwerk zur Steuerung der Zählerstufen die Zählerstufen mit Beginn eines Zählimpulses und das logische Netzwerk zur Steuerung der Zwischenspeicher die Zwischenspeicher durch Zuführung umgekehrter Zählimpulse nach dem Ende eines Zählimpulses umschaltet.

4. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er nur aus logischen Und-Umkehr- oder Oder-Umkehrnormbausteinen aufgebaut ist, wobei die bistabilen Zählerstufen und die Zwischenspeicher jeweils dadurch gebildet werden, daß der Eingang jedes der Normbausteine mit dem Ausgang des jeweils anderen Normbausteines verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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