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Dezimalzählwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrere Dekaden
umfassendes, aus je vier dezimal verschlüsselten Binärstufen (Flip-Flops) bestehendes,
durch Zählimpulssprünge vorgegebener Polarität fortschaltbares Zählwerk.
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Bei bekannten Zählern dieser Art ist im Rahmen einer Dekade der Ausgang
jeder Binärstufe mit dem Zähleingang der nächsten verbunden; außerdem ist der Ausgang
der vierten Binärstufe jeder Dekade an den Zähleingang der ersten Binärstufe der
folgenden Dekade angeschlossen. Beim Einzählen des zehnten Eingangsimpulses werden
sämtliche Binärstufen einer Dekade umgesteuert; außerdem wird ein übertragsimpuls
in die folgende Dekade eingegeben. Diese Umsteuerung nimmt eine gewisse Zeit in
Anspruch. Beim Zusammenschalten mehrerer Dekaden addieren sich bei dieser Schaltungsart
des Zählers die einzelnen Grundlaufzeiten, was in vielen Anwendungsfällen nicht
tragbar ist.
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Die Erfindung sieht zur Behebung dieses Nachteils Mittel vor, die
es mit geringem Aufwand ermöglichen, die sich bei der übertragsverarbeitung über
mehrere Dekaden ergebenden Laufzeiten wesentlich zu verringern.
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Die Erfindung besteht bei aufgetrennter Verbindung zwischen dem Ausgang
der letzten Binärstufe jeder Dekade und dem Eingang der ersten Binärstufe der folgenden
Dekade darin, daß der Dezimalübertrag, in Abhängigkeit von der Zählimpulsfolge,
durch jeder Dekade zugeordnete Gatter vor dem Einzählen jedes zehnten (bzw. hundertsten
bzw. tausendsten usf.) Zählimpulses mindestens für die folgende Dekade vorbereitet
und, gleichzeitig mit dessen Eintreffen, in diese sowie gleichzeitig in alle folgenden
(vorbereiteten) Dekaden eingegeben wird.
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Dadurch entfällt praktisch die übertragslaufzeit, unabhängig davon,
wieviel Dekaden der Zähler umfaßt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an Hand von
drei Figuren näher erläutert. Die F i g. 1 veranschaulicht einen Dreidekadenzähler
mit je vier dezimalverschlüsselten Binärzählern pro Dekade. Die einzelnen Binärstufen
sind mit A, B, C und D bezeichnet. Die mit dem Index 1 versehenen
Binärstufen A, B, C, D gehören zur ersten Dekade, die mit dem Index 2 zur
zweiten Dekade und die mit dem Index 3 versehenen zur dritten Dekade. Jede einzelne
Binärstufe weist einen Zähleingang und zwei Ausgänge auf, die mit A und Ä bezeichnet
sind. Der Ausgang A jeder Binärstufe ist mit dem Zähleingang der nächsten Stufe
verbunden. Es handelt sich also um einen in der Vorwärts-Zählrichtung fortschaltbaren
Zähler. Die Signalzustände an den Ausgängen A und Ä sind stets invers zueinander,
d. h., führt der Ausgang A L-Signal, dann führt der Ausgang Ä gleichzeitig 0-Signal
und umgekehrt. Ein Signalwechsel an den Ausgängen A und Ä tritt immer nur dann ein,
wenn das dem Eingang einer Binärstufe zugeführte L-Signal verschwindet, d. h. wenn
das L-Signal in ein 0-Signal wechselt.
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Zur Erläuterung der Arbeitsweise sei zunächst die erste Dekade mit
den Binärstufen A1, Bi, Cl' Dl betrachtet: Ist der Zähler gelöscht, so führen alle
Ausgänge A jeder Binärstufe A1, Bi, C1, Dl 0-Signal und demzufolge alle Ausgänge
Ä L-Signal. Als maßgeblich für den Zählerstand sei der Signalzustand jeweils am
Ausgang A der Binärstufen zu betrachten. Bei gelöschtem Zähler, d. h. bei Eingabe
der Dezimalzahl 0, führen somit die Ausgänge A der einzelnen Binärstufen die aus
der Tabelle in F i g. 2 ersichtlichen Signalzustände 0000. Wird nunmehr ein L-Signal
auf den Zähleingang E', d. h. auf den Zähleingang der Binärstufe A1 gegeben, so
tritt keine Änderung der Signalzustände an den Ausgängen A bzw. Ä ein. Verschwindet
aber das L-Signal am Zähleingang E', d. h., wechselt das Eingangs-L-Signal in ein
0-Signal, so schlägt das 0-Signal am Ausgang A der Binärstufe A1 in ein L-Signal
um, wobei gleichzeitig das L-Signal am Ausgang Ä in ein 0-Signal umschlägt. In den
Zähler ist nunmehr die Dezimalzahl 1 eingegeben, was nach der Tabelle (von
A nach D gelesen) der Tetrade L000 entspricht. Wird nach dem Verschwinden
des ersten Eingangsimpulses auf den Zähleingang des Zählers ein weiterer Zählimpuls
(L-Signal) gegeben, so tritt eine Änderung der Signalzustände an den Ausgängen der
Binärstufen
nicht ein. Verschwindet aber der zweite Eingangsimpuls,
d. h., wechselt das L-Signal der Zählimpulsfolge fz in F i g. 3 nun wieder in ein
0-Signal (s. die gestrichelten Linien in F i g. 3), so ändern sich die Signalzustände
an den Ausgängen der Binärstufe A 1. Es liegt nunmehr also wieder 0-Signal am Ausgang
A und L-Signal am Ausgang Ä der Binärstufe A1. Mit dem Verschwinden des L-Signals
am Ausgang A der Binärstufe A der Binärstufe A1 wird aber gleichzeitig der Signalzustand
an den Ausgängen der Binärstufe B1 verändert. Demzufolge liegt nun am Ausgang A
der Binärstufe Bi L-Signal und am Ausgang Ä 0-Signal. In den Zähler ist nunmehr
die Dezimalzahl 2 eingegeben, was (von A nach D gelesen) der Tetrade
0L00 entspricht, wie sich der Tabelle in F i g. 2 entnehmen läßt.
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Durch Eingabe weiterer Zählimpulse fz in das Zählwerk werden - bei
nicht näher veranschaulichter dezimaler Verschlüsselung des an sich von 0 bis 15
zählenden Zählwerks - die in der Tabelle (F i g. 2) im einzelnen angegebenen Signalzustände
an den A-Ausgängen der einzelnen Binärstufen auftreten. Nach dem neunten Eingangsimpuls
führen also sämtliche Ausgänge A der Binärstufen Al, B1, Cl, Dl L-Signal,
während die Ausgänge ;i gleichzeitig sämtlich 0-Signal führen. Nach dem zehnten
Eingangsimpuls führen alle Ausgänge A der vier Binärstufen wieder 0-Signal und die
Ausgänge ;i L-Signal. Dabei wird vom Ausgang A der Binärstufe Dl ein übertragssignal
gebildet, das der nächsten Dekade zugeführt werden kann.
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Zu diesem Zweck ist es bei bekannten Zählwerken dieser Art üblich,
den Ausgang A der Binärstufe Dl mit dem Zähleingang der Binärstufe A z der nächsten
Dekade zu verbinden. Ebenso wird der Ausgang A der Binärstufe D2 mit dem Zähleingang
der Binärstufe A.3 der dritten Dekade verbunden usw. In der F i g. 7. sind diese
Verbindungslinien gestrichelt dargestellt, ebenso wie die Eingangsleitung E' für
die Eingabe der Zählimpulse in das Zählwerk am Zähleingang der Binärstufe Al. Die
Zählimpulse sind hierbei Signalfolgen fz, wie sie in der F i g. 3 dargestellt sind;
es handelt sich also um etwa rechteckförmige L-Signal-Zählimpulse, die mit 1 und
2 bezeichnet und durch eine 0-Signalpause 3 voneinander getrennt sind.
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Wird bei der folgenden Betrachtung angenommen, daß die Ausgänge A
sämtlicher Binärstufen aller drei Dekaden L-Signal führen, ist also in jeder Dekade
die Dezimalzahl 9 eingegeben und damit der Gesamtzählerstand p999« nach Eingabe
von neunhundertneunundneunzig Zählimpulsen, so wird nach Eingabe des tausendsten
Impulses jede einzelne Binärstufe aller Dekaden von links nach rechts fortschreitend
umgesteuert, wonach sämtliche Binärstufen am Ausgang A wieder 0-Signal führen. Auf
Grund der beschriebenen Betriebsweise des Zählers ist leicht einzusehen; daß die
schrittweise Umsteuerung der einzelnen Binärstufen, ausgehend vom Zählerstand p999«
zum Zählerstand p1000«, eine gewisse Zeit beansprucht. Wenn auch die Umsteuerzeit
einer einzigen Binärstufe relativ klein ist, so beträgt doch die Umsteuerzeit aller
Binärstufen ein entsprechendes Vielfaches hiervon. Bei der beschriebenen bekannten
Zusammenschaltung von mehreren Binärstufen zu mehreren Dekaden addieren sich somit
die Laufzeiten der einzelnen Binärstufen und damit die Grundlaufzeiten der einzelnen
Dekaden. Dieser Zeitverlust - die Totzeit - ist in vielen Anwendungsfällen nicht
tragbar.
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Hier setzt nun die Erfindung ein, die es unter Anwendung lediglich
zweier Zusatzbauteile (Gatter) pro Dekade und pro Zählrichtung erlaubt, die Überträge
von einer Dekade zur nächsten bereits vorzubereiten, bevor der den Übertrag auslösende
zehnte Impuls jeder Dekade in den Zähler eingegeben wird. Diese Maßnahme gestattet
es, jeweils gleichzeitig mit dem zehnten, hundertsten, tausendsten Impuls usw. alle
vorbereiteten Dekaden gleichzeitig umzusteuern.
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In der F i g. 1 ist der Zählwerkeingang, auf den die in der F i g.
3 veranschaulichten Zählimpulse als Zählimpulsfolgefrequenz fz gegeben werden, mit
E bezeichnet (die gestrichelt gezeichneten Verbindungen entfallen). Es sei angenommen,
daß an der Eingangsklemme E 0-Signal liegt, was in der Impulspause 3 zwischen zwei
Impulsen 1. und 2 gemäß F i g. 3 der Fall ist. Außerdem sei zu der nachfolgenden
Betrachtung vorausgesetzt, daß sämtliche Binärstufen an ihrem Ausgang A 0-Signal
führen, der Zähler also gelöscht ist. Bei diesem Betriebszustand (Ruhezustand) liegt
am Eingang der Umkehrstufe N1 ebenfalls 0-Signal, folglich an deren Ausgang und
am Eingang der Binärstufe A1 L-Signal. An den mit 5 bezeichneten Eingängen der Umkehrstufen
N2, N4, NB (bzw. an den weiteren Umkehrstufen mit geradzahliger Ordnungszahl)
liegt ebenfalls 0-Signal.
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Die weiteren Eingänge der Umkehrstufen N2, N4 und N6 sind mit Ausgangssignalen
der Ausgänge A der Binärstufen A, B und C belegt. Diese Umkehrstufen sollen
nach Eingabe der Dezimalzahl 9 in den Zähler den Übertrag vorbereiten. Die Dezimalzahl
9 ist aber nach der Aiken-Tabelle in F i g. 2 dadurch charakterisiert, daß mindestens
die Binärstufen A, B
und C an ihrem Ausgang A L-Signal und an ihrem Ausgang
Ä 0-Signal führen. Zur Vorbereitung des Übertrags wird somit von den Umkehrstufen
N2, N4, N6 die Dezimalzahl »9« an den entsprechenden Binärstufen abgefragt. Demzufolge
sind die Eingänge der Umkehrstufen N., N4 und Ne durch die Ausgänge Ä der Binärstufen
A, B und C belegt. Eine Umkehrstufe mit mehreren Eingängen gibt aber dann
und nur dann ausgangsseitig ein L-Signal ab, wenn sämtliche beschalteten Eingänge
gleichzeitig durch 0-Signal belegt sind. Führt dagegen auch nur ein einziger Eingang
L-Signal, während die anderen mit 0-Signal belegt sind, so wird ausgangsseitig nach
wie vor 0-Signal abgegeben. Die Umkehrstufen N JN4 und N6 können deshalb
ausgangsseitig nur dann L-Signal abgeben, wenn in die entsprechende Dekade die Dezimalzahl
9 eingegeben ist und außerdem an der Klemme E der Eingangsleitung gleichzeitig 0-Signal
liegt. Dies kann nach den gegebenen Erläuterungen aber nur dann der Fall sein, wenn
der neunte Eingangsimpuls verschwindet, d. h. in der Impulspause zwischen dem neunten
und zehnten Impuls.
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Liegt in dieser Impulspause zwischen dem neunten und zehnten Impuls
am Ausgang der Umkehrstufe N, L-Signal, so gelangt das L-Signal auch an den Eingang
der Binärstufe A2 der zweiten Dekade. Läuft danach der zehnte Impuls in den Zähler
ein, so führen die Ausgänge der Umkehrstufen N1 und N., wieder 0-Signal. Damit wird
die erste Dekade mit den Binärstufen A1, B1, Cl, Dl auf die Dezimalzahl »0«
gesetzt, wogegen die Binärzahl A2 der zweiten Dekade durch den L/0-Übergang an ihrem
Zähleingang
umgesteuert wird. In die erste Dekade ist somit die Dezimalzahl 0, in die zweite
Dekade die Dezimalzahl 1 eingegeben. Der Zählerstand ist also »10«.
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Solange die Umkehrstufe N2 ausgangsseitig 0-Signal führt, liegt dieser
Signalzustand, wie zuvor dargelegt wurde, auch am Eingang der Binärstufe A., und
damit auch am Eingang der Umkehrstufe N3. Folglich führt der Ausgang der Umkehrstufe
N3 L-Signal, was in jedem Falle am Ausgang der Umkehrstufe N4 zu einem 0-Signal
führt. Führt aber die Umkehrstufe N4 ausgangsseitig 0-Signal, so hat in diesem Betriebszustand
die Umkehrstufe NS ausgangsseitig der Umkehrstufe N6 in jedem Falle ein 0-Signal
zugeführt. Liegt aber' in der Impulspause zwischen dem neunten und zehnten Impuls
an der Umkehrstufe N, ausgangsseitig L-Signal, so liegt gleichzeitig 0-Signal am
Ausgang der Umkehrstufe N3. In diesem Augenblick führen also die Eingänge 4 und
5 der Umkehrstufe N4 0-Signal, aber an den Eingängen 1, 2, 3 der Umkehrstufe N4
liegt gleichfindet, also gelöscht ist. Die Ausgänge A der Binärstufen Az, B., C2,
D2 sich noch im Ruhestand befindet, also gelöscht ist. Die Ausgänge A der Binärstufen
A2, B2, C2, D, führen demnach 0-Signal, während gleichzeitig die Ausgänge
Ä dieser Dekade L-Signal führen. Das bedeutet, daß auch am Ausgang der Umkehrstufe
N4 nach wie vor 0-Signal liegt, ebenso am Ausgang der Umkehrstufe N6.
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Beim Verschwinden des neunundneunzigsten auf den Zähleingang E gegebenen
Impulses, d. h. in der Impulspause zwischen dem neunundneunzigsten und dem hundertsten
Eingangsimpuls führt die Umkehrstufe N2, wie zuvor erläutert worden ist, ausgangsseitig
L-Signal, was zu einem 0-Signal am Ausgang der Umkehrstufe N2 führt. Damit sind
sämtliche Eingänge der Umkehrstufe N4 durch 0-Signal belegt, was ausgangsseitig
zu einem L-Signal führt, das auch am Zähleingang der Binärstufe A3 der dritten Dekade
anliegt. Wird nun der hundertste Impuls auf den Zähleingang gegeben, so verschwinden
die L-Signale an den Ausgängen der Umkehrstufen Ni, N2 und N4. Dadurch werden aber
sämtliche veranschaulichten Dekaden gleichzeitig umgesteuert, und zwar die erste
Dekade auf die Dezimalzahl »0«, die zweite Dekade ebenfalls auf »0«, während die
dritte Dekade auf die Dezimalzahl »1« gesetzt wird. Damit ist die Zahl »100« in
den Zähler eingegeben, bei der ausschließlich die Binärstufe A3 an ihrem Ausgang
A L-Signal führt.
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Aus dem Vorstehenden ist erkennbar, daß nach dem Verschwinden des
neunhundertneunundneunzigsten Eingangsimpulses, d. h. der Impulspause zwischen dem
neunhundertneunundneunzigsten und dem tausendsten Impuls auch die Umkehrstufe N,
ausgangsseitig L-Signal führt. Dieses L-Signal kann zur Vorbereitung der nächsten,
d. h. der vierten nicht veranschaulichten Dekade dienen. Mit dem Einlaufen des tausendsten
Impulses erhalten somit sämtliche Zähleingänge der Binärstufen A1, A2, A3 gleichzeitig
0-Signale von den Ausgängen der Umkehrstufen Ni, N2 und N4, wodurch der Zähler auf
die Zahl 1000 (bzw. 0) gesetzt wird und alle Ausgänge A der Binärstufen wieder 0-Signal
führen. Damit ist der Ruhestand wieder erreicht.