-
Impulsdifferenzzähler aus ruhenden logischen Bausteinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, mit der vermittels ruhender logischer
Bauelemente über zwei getrennte Leitungen eintreffende Impulsfolgen vergleichbar
sind. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf einen Impulsdifferenzzähler,
welcher einen Zählschritt registriert, wenn nacheinander zwei Impulse über ein und
dieselbe Eingangsleitung eintreffen. Der resultierende Zählwert ist dagegen Null,
wenn die Impulse abwechselnd nacheinander über die beiden Leitungen bzw. Eingänge
der Vorrichtung eintreffen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, mit logischen Bauelementen ein wenig
aufwendiges und vorteilhaftes Impulsdifferenzzählwerk aufzubauen. Dieses Impulsdifferenzzählwerk
erzeugt ein Ausgangssignal auf einer von zwei Ausgangsleitungen nur dann, wenn zwei
aufeinanderfolgende Impulse einer Impulsfolge auf ein und dieselbe von zwei Eingangsleitungen
gegeben werden.
-
Es ist eine Vorrichtung zum Zählen von Impulsen zweier Impulsserien,
und zwar zur fortlaufenden Differenzzählung zweier nicht synchroner Impulsserien
bekannt, bei der es wesentlich auf den absoluten Betrag der Zählergebnisse und der
Differenz dieser Ergebnisse ankommt. Die Vorrichtung besteht aus mehreren Dekaden
eines vorwärts und rückwärts steuerbaren Ringzählers; das Zählergebnis bzw. die
Differenz der ermittelten Größen wird dem Betrag nach durch Dekadenzählröhren wahrnehmbar
gemacht. Der Aufwand an Schaltmitteln für einen solchen Zähler ist beträchtlich,
weil für jede Dekade, d. h. für eine Zählkapazität von zehn Impulsen, eine
große Anzahl von Bauelementen erforderlich ist.
-
Demgegenüber bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung
zur Ermittlung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen mit zwei Eingängen, denen
je eine der beiden miteinander zu vergleichenden Impulsfolgen zuführbar ist,
und zwei Ausgängen zur Auswertung der Differenzfrequenz. Die gesamte Vorrichtung
umfaßt im Hinblick darauf, daß lediglich die Differenzfrequenz ermittelt werden
soll, eine relativ geringe Anzahl von Bauelementen.
-
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein zwischen
die Eingänge und die Ausgänge geschaltetes, aus einer Mehrzahl von statischen kontaktlosen
Steuerorganen in Form von Umkehrstufen (mit einem Eingang oder mehreren ODER-Eingängen)
bestehendes Netzwerk, dessen Bausteine in der Weise miteinander verknüpft sind,
daß jeder der beiden Eingänge über je eine Umkehrstufe an einen von zwei
Eingängen je einer Ausgangsumkehrstufe und außerdem unmittelbar an die beiden
Eingänge einer Kopplungsumkehrstufegef ührtist, deren Ausgang je einen von
zwei Eingängen der Umkehrstufen eines Kopplungsumkehrstufenpaares belegt, dessen
Ausgänge je sowohl mit einem der beiden Eingänge eines aus den Stufen gebildeten
ersten bistabilen Schalters als auch mit den ersten Eingängen der Umkehrstufen eineszweitenKopplungsumkehrstufenpaaresverbunden
sind, dessen zweite Eingänge an die beiden Ausgänge des Schalters und dessen Ausgänge
an die Eingänge eines zweiten, aus den Stufen gebildeten bistabilen Schalters angeschlossen
sind, dessen einer Ausgang sowohl den zweiten Eingang der einen Ausgangsumkehrstufe
als auch den zweiten Eingang der Umkehrstufe des Kopplungsumkehrstufenpaares belegt
und dessen anderer Ausgang sowohl den zweiten Eingang der anderen Ausgangsumkehrstufe
als auch den zweiten Eingang der Umkehrstufe des Kopplungsumkehrstufenpaares besetzt.
-
Die Wesensmerkmale der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden
Beschreibung und des Anspruchs in Verbindung mit der Zeichnung aufgezeigt.
-
In dieser Zeichnung ist eine bevorzugte, vorteilhafte beispielsweise
Ausführungsform der Erfindung an Hand von vier Figuren näher veranschaulicht.
-
F i g. 1 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines
Impulszählwerkes nach der Erfindung, F i g. 2 das Schaltbild einer Umkehrstufe
mit ODER-Eingängen (NOR-Element), F i g. 3 eine symbolische Darstellung einer
solchen Umkehrstufe mit ODER-Eingängen gemäß F i g. 2 und
F
i g. 4 eine Verkörperung des Impulszählwerks. In der F i g. 1 sind
mit a und a' die beiden Eingangsklemmen der Vorrichtung bzw. des Zählers
bezeichnet. Die Eingangsimpulse werden der jeweiligen Eingangsklemme gegen Masse
zugeführt. Der Zähler wird zweckmäßig in Verbindung mit einem Koinzidenzimpulsausscheider
verwendet, der vor die Eingänge a und a' angeschaltet ist. Dieser soll gewährleisten,
daß die Vorrichtung auch dann fehlerfrei arbeitet, wenn die zu verarbeitenden Impulse
der Impulsfolgen gleichzeitig an den Zählereingängen eintreffen. Der Zähler hat
ein Fassungsvermögen von einem Impuls. Werden einzelne Impulse abwechselnd an die
Klemmen a und a' angelegt, dann ist die Spannung an den Ausgangsklemmen c und c'
Null, bzw. es erscheinen an den Ausgängen wechselseitig Impulse, deren Mittelwert
Null
ist. Wird außer dem ersten noch ein weiterer Impuls auf die Klemmen a
bzw. a' gegeben, dann wird einer der beiden aufeinanderfolgenden Impulse auf Grund
der Arbeitsweise der Vorrichtung an einer der Ausgangsklemmen c oder c' unterdrückt.
Durch Hintereinanderschaltung einer Mehrzahl solcher Zählwerke können Zählvorrichtungen
mit dem gewünschten Impulsfassungsvermögen aufgebaut werden.
-
In der F i g. 2 ist das Schaltbild eines logischen Umkehrbausteins
veranschaulicht, wobei die Schaltung mit dem Transistor 20 also die logische Funktion
einer Umkehrstufe ausübt. Bei einer solchen Umkehrstufe entsteht ein Ausgangssignal
nur dann, wenn keiner der Eingänge 10, 12 oder 14 Signal führt. Wird diese
logische Funktion in einem Binärzahlensystem durchgeführt, dann führt der Ausgang
L-Signal (entsprechend der binären Eins) nur dann, wenn ein L-Signal an keinem der
Eingänge 10, 12 oder 14 anliegt. Ist aber einer dieser Eingänge des Gatters
durch ein L-Signal belegt, dann führt der Ausgang 26 0-Signal.
-
Der Transistor 20 weist einen Emitter 21, einen Kollektor 22 und eine
Basis 23 auf. Der Emitter ist geerdet, und die Basiselektrode ist mit einer
Mehrzahl von Eingängen 10, 12 und 14 über Entkopplungswiderstände
11, 13 und 15 verbunden. Die Basis ist ferner über den Widerstand
24 mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle B verbunden, und der Kollektor
22 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 25 an den negativen Pol dieser
Spannungsquelle angeschlossen. Der Kollektor 22 ist überdies direkt an die Ausgangssklemme
26 geschaltet. Der Anschluß der positiven Batterieklemme an die Basis des
Transistors hält an der Basis des Transistors eine Vorspannung aufrecht, die den
Transistor sicher sperrt. Ist also kein L-Signal an einer der Klemmen
10, 12 und 14, dann ist der Transistor 20 gesperrt, und an der Ausgangsklemme
26 erscheint ein Ausgangssignal (L-Signal), wobei die Größe dieser Ausgangsspannung
etwa der Batteriespannung entspricht. Wird ein negativer Impuls, also ein L-Signal,
genügender Stärke an eine der Eingangsklemmen 10, 12 oder 14 angelegt, so
wird der Transistor 20 gesättigt; er ist dann durchlässig, und an seinem Ausgang
26 erscheint 0-Signal, das etwa dem Erdpotential entspricht. Die Schaltungsanordnung
ist also in der Lage, eine Umkehrfunktion auszuüben; d. h., wenn L-Signal
an einen oder mehrere der Eingänge 10, 12, 14 angelegt wird, führt der Ausgang
26
0-Signal. Sind die Eingänge 10, 12, 14 unbeschaltet oder führen
sie 0-Signal, dann erscheint am Ausgang 26
L-Signal. Der Transistor 20 ist
ein pnp-Transistor. Es kann selbstverständlich auch ein npn-Transistor verwendet
werden, wenn die Polarität der Vorspannungsquelle und der Eingangssignale umgekehrt
wird.
-
Die F i g. 3 veranschaulicht das Symbol für ein solches NOR-Gatter,
wie es in der F i g. 2 in Einzelheiten dargestellt ist.
-
Die F i g. 4 veranschaulicht ein einen Impulsdifferenzzähler
bildendes Netzwerk entsprechend der Lehre der Erfindung. Getrennte Impulszüge können
an jede der beiden Eingangsklemmen a bzw. a' angelegt werden. Jede dieser Eingangsklemmen
ist mit den Eingängen einer Umkehrstufe G verbunden; außerdem ist die Klemme
a mit dem Eingang der Umkehrstufe A und die Klemme a' mit dem Eingang der
Umkehrstufe A' verbunden. Der Ausgang m, m'
der Umkehrstufe
G führt jeweils zu einem Eingang von zwei Umkehrstufen eines Kopplungsumkehrstufenpaares
B, B'. Ferner ist ein Flip-Flop-Kreis bzw. ein bistabiler Schalter vorgesehen,
der sich aus den Umkehrstufen C und C zusammensetzt, und der durch
die entsprechenden Ausgänge f und f' der Umkehrstufen B und B' gesteuert
wird. Die Ausgänge g
und g' dieses ersten Flip-Flop-Kreises steuern
je einen Eingang zweier Umkehrstufen eines zweiten Kopplungsumkehrstufenpaares
D, D' an, wobei jeweils der andere Eingang dieser Umkehrstufen
D und D' vom Ausgang der Umkehrstufen B bzw. B' besetzt ist. Die beiden
Umkehrstufen bzw. Gatter D und D' dienen dazu, den Arbeitszustand
eines zweiten Flip-Flop-Kreises bzw. bistabilen Schalters, der sich aus den Umkehrstufen
E und E' zusammensetzt, zu steuern. Der Ausgangf des Gatters
E' ist auf einen zweiten Eingang der Umkehrstufe B rückgekoppelt. Der Ausgangj
des Gatters E andererseits ist auf einen zweiten Eingang des Gatters B'rückgekoppelt.
Die Ausgänge k
und k' der Gatter A und A' sind mit Eingängen
der Ausgangsumkehrstufen F und F' verbunden, und die Ausgänge der Gatter F und F'
sind an die Ausgangsklemmen c und e' angeschlossen.
-
Die Arbeitsweise des in F i
g. 4 veranschaulichten NOR-Gatternetzes
kann am besten an Hand der nachfolgenden Tabelle verstanden werden, welche die Signalzustände
an den angegebenen Klemmen jeweils für die verzeichneten Betriebsbedingungen wiedergibt.
| 1 -lk Im 1
e lf Ig Ih li Ic 1 a'l
k'l W J --'l f'l g'l YI i' 1 d |
| Ruhezustand .............................. 0 1 1 1 0 0 1
0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 |
| Erster Impuls an a ......................... 1 0 0 1 0 1
0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 |
| Nach Verschwinden des Impulses an a ....... 0 1 1 1 0 1
0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 |
| Ein weiterer Impuls an a ................... 1 0
0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 |
| Nach Verschwinden des zweiten Impulses an a
0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 |
| Erster Impuls an a . ........................ 0 1 0 1 0
1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 |
| Nach Verschwinden des Impulses an a . ....... 0 1 1 1 0
1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 |
| Ein weiterer Impuls an a . ................... 0 1 0 0 1
0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 |
| Nach Verschwinden des zweiten Impulses an a' 0 1 1 0 0 0
1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 |
Die vorstehende Tabelle veranschaulicht die Schaltzustände an den
Klemmen
a. k. m, e. f, g, hj,
e, a',
k',
m',
e', f', g', h',j',
und c', und zwar in Zeile
1 beim Ruhezustand des Netzwerkes, Zeile 2 beim Anlegen eines Impulses an
a,
Zeile
3 nach Verschwinden des Impulses an
a,
Zeile 4 beim
Anlegen eines zweiten Impulses an a, Zeile
5 nach Verschwinden des zweiten
Impulses an
a,
Zeile
6 beim Anlegen eines Impulses an
a',
Zeile
7 nach Verschwinden des Impulses an
a',
Zeile
8 beim Anlegen
eines zweiten Impulses an
a',
Zeile
9 nach Verschwinden des zweiten
Impulses an
a'.
Liegt kein Eingangssignal an den Klemmen a und a', dann führt
der Ausgang des Gatters
G L-Signal bei
m und m'. Entsprechend führen
die Gatter
A und
A'
L-Signal an ihren Ausgangsklemmen
k und
k'. Bei diesem Ruhezustand befindet sich der zweite Flip-Flop aus den Umkehrstufen
E und
E' in einem Betriebszustand, bei dem an j'L-Signal und an
j 0-Signal liegt. Demzufolge liegt auch L-Signal am oberen Eingang des Gatters
B, was zur Folge hat, daß dessen Ausgang
f
0-Signal führt. Zu dieser Zeit
ist das Gatter B' durch ein L-Signal an seinem oberen Eingang belegt, so daß sein
Ausgang
f' 0-Signal führt. Der erste Flip-Flop aus den Umkehrstufen
C und
C befindet sich in einem Betriebszustand, bei welchem L-Signal
am Ausgang
g' liegt, während
g 0-Signal führt. Das Gatter
D ist eingangsseitig durch 0-Signal belegt, folglich führt sein Ausgang h
L-Signal. Der obere Eingang des Gatters
D' führt L-Signal, folglich führt
sein Ausgang h' 0-Signal. Wie verständlich ist, halten diese Betriebszustände den
zweiten Flip-Flop mit den Gattern
E und
E' in einem Betriebszustand,
bei welchem L-Signal an der Ausgangsklemmef erscheint, währendj 0-Signal führt.
Da somit die Gatter F und F' eingangsseitig durch L-Signal belegt sind, führen die
beiden Ausgänge c und e' 0-Signale.
-
Wird ein Impuls auf die Klemme a gegeben, ändert sich sofort der-
Zustand des Gatters A sowie des Gatters G, so daß 0-Signal an den
Ausgängen k, m
und m' ansteht. Am Ausgang k' des Gatters
A' liegt L-Signal. Da am Eingang des Gatters B'0-Signal liegt, führt der
Ausgang f'L-Signal, während der Ausgangf des Gatters B weiterhin 0-Signal führt,
da das Rückkoppelsignal e noch immer ein L-Signal ist. Das L-Signal am Ausgang
f, das auf den Eingang des Gatters C des ersten Flip-Flops gegeben
wird, wirft diese bistabile Kippstufe um, so daß nunmehr der Ausgang g' des
Gatters C 0-Signal führt, während der Ausgang g des Gatters
C L-Signal aufweist. Da an den Eingängen der beiden Gatter D und
D' L-Signal liegt, führen ihre entsprechenden Ausgänge h und h'
0-Signal.
Da nun 0-Signal an dem zweiten Flip-Flop mit den Gattern E und
E' liegt, bleibt er in diesem Zustand, und der Ausgangf des Gatters
E' führt weiterhin L-Signal, während der Ausgangj des Gatters E' weiterhin
0-Signal führt. Da auch 0-Signal am Gatter F liegt, führt nunmehr die Ausgangsklemme
c L-Signal. Da am Eingang des Gatters F' L-Signal liegt, führt der Ausgang c' 0-Signal.
-
Verschwindet der Impuls an der Eingangsklemme a', so führen die Gatter
A und A' an ihren Ausgangsklemmen k und k' L-Signal,
ebenso die Ausgangsklemmen m und m' des Gatters G. Da nunmehr die Gatter
B und B' eingangsseitig wiederum mit L-Signal belegt sind, führen ihre Ausgänge
f und f' 0-Signal. Dann liegt aber eine neue L-Signal-Belegung am
Eingang des ersten Flip-Flops vor, so daß der Ausgang g L-Signal fÜhrt und der Ausgang
g' 0-Signal. Da nunmehr kein L-Signal mehr am Gatter D' vorliegt, ändert
sich das Ausgangssignal an h' in ein L-Signal, während der Ausgang h des
Gatters D
0-Signal führt. Das L-Signal an Klemme h' wirft den zweiten Flip-Flop
um, wodurchfnach Null umschlägt und j L-Signal führt. Jetzt liegt L-Signal
an beiden Gattern Fund F, d. h., die Ausgangsklemmen c und c' führen
0-Signal.
-
Wird ein zweiter Impuls an die Klemme a angelegt, so wechselt das
Signal am Ausgang k des Gatters A
in ein 0-Signal, ebenso führen die
Ausgänge m und m'
des Gatters G 0-Signal. Der Ausgang k' des
Gatters A'
führt weiterhin L-Signal. Damit liegt 0-Signal am Gatter B, und
Klemme f führt L-Signal, während der Ausgang f' des Gatters B' weiterhin
0-Signal führt, weil L-Signal vom zweiten Flip-Flop her an e' anliegt. Das L-Signal
an der Klemme f wirft den Flip-Flop-Kreis mit den Gattern C und
C um, so daß das Signal am Ausgang g nach Null wechselt, während der
Ausgangg' L-Signal erhält. Jetzt liegt L-Signal an den Gattern D und
D', d. h., die Ausgänge h und h' führen 0-Signal. Diese 0-Signale halten
den zweiten Flip-Flop mit den Gattern E und E' in dem derzeitigen
Betriebszustand. L-Signal liegt also an den Klemmen k', j und an den
Eingängen der Gatter F und P. An den Ausgangsklemmen c und c' liegt also 0-Signal.
-
Verschwindet der an die Klemme a angelegte zweite Impuls, dann wird
jeder der Ausgänge k, m, k'
und m' L-Signal führen. Die
Ausgänge f und f'
führen 0-Signal, und der erste Flip-Flop mit den
Gattern C und C verbleibt in seinem gegenwärtigen Zustand.
Da das Gatter D kein L-Signal erhält, führt sein Ausgang h L-Signal, während
der Ausgang h' des Gatters D' 0-Signal führt. Das L-Signal am Ausgang h veranlaßt
ein Umsteuern des zweiten Flip-Flops mit den Gattern E und E'. Der Ausgangj
führt nun 0-Signal, dagegenf L-Signal. Da somit L-Signal an beiden Ausgangsgattern
F und F' liegt, führen die Ausgangsklemmen c und e' 0-Signal usf.
-
Aus der vorstehenden Beschreibung ist erkennbar, daß beim Anlegen
von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Impulsen an die Eingangsklemme a bei unbesetzter
Eingangsklemme a' an der Klemme c nur ein einziger Ausgangsimpuls entsteht, während
am Ausgang e' ein einziger Impuls entsteht, wenn zwei Impulse auf den Eingang a'
gegeben werden.
-
Die vorstehend erwähnte Tabelle zeigt die Wirkungsweise des Impulsdifferenzzählers,
sobald Impulse auf die Klemmen a bzw. a' gegeben werden. Wenn diese Impulse ausschließlich
auf die Klemme a' gegeben werden, ohne daß dabei inzwischen ein Impuls bei
a
einläuft, so erhält der zweite Flip-Flop mit den Gattern E und
E' abwechselnd Impulse über die Klemmen h und h'. Dasselbe geschieht, wenn
die Impulse ausschließlich auf die Klemme a gegeben werden. Wenn die Impulse abwechselnd
bei den Klemmen a und a' einlaufen, empfängt der zweite Flip-Flop mit den Gattern
E und E' abwechselnd Impulse.
-
Wenn das Ausgangsgatter F, das Eingangsgatter A
unddas Gatter
Eeinerseits sowie das AusgangsgatterF', das Eingangsgatter A' und das Gatter
E' andererseits zusammenarbeiten, dann führen die Zählwerkausgänge c und
e' entweder beide 0-Signal oder beide L-Signal, sobald abwechselnd Impulse auf die
Klemmen a und a' gegeben werden. Entweder die Klemme c oder die Klemme c' wird aber
L-Signal führen, wenn
zwei aufeinanderfolgende Eingangsimpulse auf
die entsprechende Klemme a oder a' gegeben werden.