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Digitaler Frequenz-Untersetzer Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anordnung zur feinstufigen Verminderung einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz.
Eine solche Aufgabe liegt beispielsweise vor, wenn man zu Längenmessungen ein Reibrad
bestimmten Umfanges verwendet, das an einen Drehimpulsgeber angekuppelt ist und
dessen dem Umfang z. B. in Millimeter entsprechende Impulszahl in einem Zähler eingezählt
wird. Nutzt sich das Reibrad ab, so müßten von Zeit zu Zeit die Geber ausgewechselt
werden. Durch eine Einrichtung, die es gestattet, die vom Geber eintreffende Impulszahl
feinstufig zu vermindern, kann ein Auswechseln der Geber vermieden werden. Da Geber
meist im Zusammenhang mit Meß- und Steuergeräten Verwendung finden, sind an den
digitalen Frequenz-Untersetzer folgende Forderungen zu stellen: 1. Hohe Feinstufigkeit,
d. h., er soll z. B. eine Untersetzung in Stufen von 1%o vornehmen können; 2. eine
möglichst gute Gleichmäßigkeit der Ausgangsimpulsfolge.
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Letztere Forderung bedeutet, daß beispielsweise bei einem Untersetzungsverhältnis
von 211/o von fünfzig Impulsen der Eingangs-Impulsfolge einer unterdrückt wird und
nicht von hundert Impulsen zwei oder gar von tausend Impulsen zwanzig unmittelbar
aufeinanderfolgend. Es ist bereits eine Anordnung bekannt, die diese Forderungen
erfüllt (deutsche Auslegeschrift 1174 362). Jedoch erfordert dieser Impulsuntersetzer
eine aufwendige Und- und Oder-Logik, um über eine Koinzidenz eines dekadischen Vorwahlschalters
mit dem binär verschlüsselten Zahlstand der Zähldekade die untersetzte Impulsfolge
direkt abrufen zu können.
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Gemäß der Erfindung werden nun bei dem digitalen Frequenz-Untersetzer,
der mit einer Hilfsfrequenz arbeitet und bei dem ein Zähler (Hauptzähler) vorgesehen
ist, der jeweils bei Erreichen seiner Zählkapazität einen Impuls der untersetzten
Impulsfolge liefert, die obengenannten Forderungen dadurch erreicht, daß ein zusätzlicher
Zähler (Hilfszähler) vorgesehen ist, der zusammen mit dem Hauptzähler von der Hilfsfrequenz
beaufschlagt wird und der bei Erreichen eines einstellbaren Zählstandes für die
Dauer der Koinzidenz die Eingangstore beider Zähler schließt, und daß die zu untersetzende
Impulsfolge die Rückstelleingänge des Hilfszählers steuert. An Hand der Zeichnung
sei ein Ausführungsbeispiel eines digitalen Frequenz-Untersetzers gemäß der Erfindung
erläutert.
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Ein Quarzgenerator 1 erzeugt eine Frequenz 2 fH. Diese Quarzfrequenz
steuert ein bistabiles Flip-Flop 2 symmetrisch an. An dessen Ausgang erscheint dann
eine Impulsfolge der halben Quarzfrequenz. Diese Impulsfolge mit der halben Quarzfrequenz
fH sei als Hilfsfrequenz bezeichnet. Zwei Zähler, ein Hauptzähler 3 und ein Hilfszähler
4, im Ausführungsbeispiel beide aus drei Dekaden bestehend, sind parallel zueinander
geschaltet und werden von der Hilfsfrequenz fH beaufschlagt. Der Hilfszähler kann
mittels Vorwahlschalter VW 1 ... VW 3, bei Koinzidenz von vorgewählter
Zahl und eingezählter Impulszahl, Impulse abgeben, die über Torsteuerleitungen 5,.
5', 5" die Tore parallelliegender Zähldekaden gleicher Wertigkeit sperren. Damit
wird folgendes bezweckt: Die Zähldekaden von Haupt- und Hilfszähler zählen so lange
gleichzeitig die vom Quarzgenerator kommenden Impulse, bis Koinzidenz zwischen Zählstand
der Zähldekade des Hilfszählers und der eingestellten Zahl am Vorwahlschalter besteht.
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Im Koinzidenzfall wird das Signal der Torsteuerleitung negativ, dadurch
schließt sich das Tor der oberen und unteren Zähldekade gleichzeitig. Beide Zähler
sind also für die weitere Aufnahme von Impulsen der Hilfsfrequenz gesperrt. Erst
ein Impuls der vom Geber 6 kommenden und zu reduzierenden Impulsfolge fE setzt über
die Löschdioden den Hilfszähler wieder in seine Anfangslage zurück. Dadurch ist
der Koinzidenzfall nicht mehr gegeben, die Torsteuerleitung wird mit Null-Signal
beaufschlagt und öffnet wieder die Tore beider Zähldekaden. Damit der Hauptzähler
während dieses Löschvorganges nicht schon wieder Impulse der Hilfsfrequenz zählt,
wird das bistabile Flip-Flop über eine Löschdiode ebenfalls mit der zu untersetzenden
Impulsfolge fE beaufschlagt und in eine definierte Lage gezwungen, so daß für die
Dauer der Löschung auf sämtliche
Dekaden keine Zählimpulse der Hilfsfrequenz
gelangen.
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Während bei der nun folgenden Impulszählung der Hilfszähler wieder
von vorn bis zu dem vorgewählten Wert zählt, zählt der Hauptzähler von seinem alten
Zählerstand an aufwärts weiter. Es findet also im Hauptzähler eine Addition von
vorhergegangener - und neuer Impusfolge statt. Immer wenn der Hauptzähler seine
Kapazität überschreitet, gibt er einen Impuls ab, der als untersetzter Signalimpuls
betrachtet werden kann. Dies sei an einem Beispiel erläutert. Der Einfachheit halber
sei eine Verminderung der vorgegebenen Impulsfolge um 20% angenommen. Dann muß lediglich
in der letzten Dekade der- Vorwahlschalter auf 8- -gestellt werden. In den beiden
anderen Dekaden ist die Null einzustellen. Die Untersetzung läuft .nun .folgendermaßen
ab: Zunächst werden acht Impulse der Hilfsfrequenz in beide Dekaden eingezählt.
Dann ist der Köinzidenzfall zwischen Zählstand und Vorwahlschalterstellung gegeben,
Beide Zähler nehmen so lange keine Impulse der Hilfsimpulsfolge mehr auf, bis ein
Impuls der zu untersetzenden Impulsfolge erscheint. Nach diesem ersten Impuls beginnt
der Hilfszähler seinen Lauf von vorn, während der Hauptzähler von 8 bis 16 weiterzählt.
Dabei überschreitet er seine Zählkapazität und gibt einen Impuls der untersetzten
Impulsfolge ab. Der neue Zählstand des Hauptzählers ist nun 6. Bei den nächstfolgenden
drei Impulsen vom Geber gibt der Hauptzähler jeweils einen Impuls ab, da er hier
seine Zählkapazität überschreitet. Erst beim fünften Impuls der zu untersetzenden
Impulsfolge läuft der Hauptzähler von 0 bis 8, und es wird ein Impuls ausgelassen.
Das gleiche geschieht beim zehnten Impuls, der vom Geber kommt, so daß insgesamt
zwei Impulse von zehn Geberimpulsen ausgelassen werden, was einer Verminderung von
20% entspricht (fA --- 0,8 ' fc).
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Um die Untersetzung in Stufen von 1%o vornehmen zu können, muß man
drei Dekaden vorsehen. Dabei liegt für die Dekaden des Hilfszählers eine reine Parallelschaltung
vor, während die unteren Dekaden des Hauptzählers in einer gemischten Reihen-Parallel-Schaltung
ausgeführt sind. Parallel geschaltet sind die Eingänge zur Summierung der Hilfsgeneratorimpulse,
und in Serie sind die übertragsleitungen, d. h. der 10er-Übertrag von einer Dekade
zur anderen geschaltet. Damit ein übertragsimpuls nicht zur gleichen Zeit wie ein
normaler Zählimpuls kommt, was normalerweise annähernd der Fall ist, wird, der Übertragsünpuls
in Speicher 7,7' gespeichert und um 180° phasenverschoben -zum Zählimpuls
eingegeben.
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Mit der hier beschriebenen Schaltung ist es a;unmehr möglich, Impulsfolgen
mit. den Faktoren a = 0;000 bis 1,000- (in Stufen von 0001 verstellbar) zu multiplizieren,
was einer Untersetzung mit 1 °/oo Genauigkeit gleichkommt. Die Feinstufigkeit und
somit die Genauigkeit-ist beliebig dadurch zu steigern, daß man noch weitere Dekaden
parallel schaltet.. Allerdings dauert es dann immer länger, bis die Korrektur wirksam
wird. Auf Grund der Parallel-Serienschaltung der Zähldekaden des Hauptzählers kann
die Frequenz der zu untersetzenden Impulsfolge etwa ein Zehntel der Betriebsfrequenz
des Gerätes betragen, wobei unten Betriebsfrequenz die . Hilfsfrequenz = halbe Quarzfrequenz
(1.00 kHz = Maximalfrequenz der Zähldekaden) zu verstehen ist. Aus Sicherheltsgründen
und weil für die Löschung einige Mikrosekunden benötigt werden, beträgt die maximal
zulässige Eingangsfrequenz unter obigen Voraussetzungen 7 kHz.