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Anordnung zur Multiplikation einer Impulsfolgefrequenz Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zur Multiplikation einer Impulsfolgefrequenz. Der
Multiplikationsfaktor a kann dabei größer oder kleiner als 1 sein; es erscheint
dann also am Ausgang des Multiplikators eine Impulsfolgefrequenz, die a-mal größer
oder kleiner als die Eingangsimpulsfrequenz ist.
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Es sind bereits Frequenzuntersetzer für Impulsfolgen bekannt, bei
denen von einer gegebenen Frequenz durch ganzzahlige Teilung untersetzte Frequenzen
gewonnen werden. Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die so
gewonnenen Frequenzen jeweils nur die Hälfte, ein Drittel, ein Viertel usw. der
Grundfrequenz betragen können, also bei erwünschter Vorgabe in Prozenten der Grundfrequenz
nur annähernd zur Verfügung stehen. Bei digitalen Regelungen ist es nun oft besonders
erwünscht, die Sollwerte in Prozenten einer Bezugsgröße vorzugeben, d. h. einen
Multiplikationsfaktor a in der Form 100 mal ganze Zahl einstellen zu können. Diese
Forderung tritt insbesondere bei Mischungsregelungen auf, bei denen die betreffenden
Anteile, die miteinander gemischt werden sollen, in Prozenten vorgegeben werden.
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Frequenzteiler, die dekadisch einstellbar sind und mit Hilfe von Wahlschaltern
eine bestimmte, in Prozenten der Eingangsfrequenz ausdrückbare Ausgangsfrequenz
liefern, sind an sich bekannt. Man benutzt dazu Zähldekaden, die aus im allgemeinen
vier bistabilen Elementen bestehen, und zwar pro Dezimale der gewünschten Einstellung
eine. Jede Zählkette wird nach Einlauf einer bestimmten Impulsanzahl zurückgestellt,
und über Wahlschalter, die voreingestellt werden, wird eine bestimmte Anzahl von
den die Zähldekaden durchlaufenden Impulsen auf eine Ausgangssammelleitung gegeben.
Der Aufwand für eine solche Anordnung ist im allgemeinen sehr groß; ihr Vorteil
liegt darin, daß nicht nur die pro Zeiteinheit gelieferte Anzahl von Impulsen konstant
ist, sondern auch eine annähernd gleichmäßige Verteilung erreicht wird. Oft ist
die letztgenannte Eigenschaft jedoch nicht erforderlich; es reicht völlig, intermittierend
zu arbeiten. Ein solcher Frequenzteiler wird in der deutschen Auslegeschrift 1100
084 beschrieben. Neben dem soeben erläuterten Nachteil des großen Aufwandes tritt
bei diesem Frequenzteiler noch der weitere Nachteil auf, daß er nicht in statischer
Schaltweise arbeitet, sondern die Differenzierimpulse von Zählerzustands'ännderungen
an den Ausgang abgibt, wodurch sehr leicht Fehler auftreten können; insbesondere
gelangt nicht die einlaufende Impulsfolge, nur mit Ausblendungen versehen, direkt
wieder an den Ausgang. Darüber hinaus müssen bei diesem Frequenzteiler besonders
verschaltete Zähler an Stelle gebräuchlicher Zähler verwendet werden.
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Es ist ferner durch die deutsche Auslegeschrift 1171954 ein Frequenzteiler
vorgeschlagen worden, bei dem zur Einstellung des gewünschten Frequenzverhältnisses
ein kontaktloses Steuerwerk vorgesehen ist, das entsprechende binäre Signalkombinationen
an die Stelleingänge von Auswahlgattern anlegt. Dabei sind wie bei den bereits genannten
bekannten Frequenzteilern diese Auswahlgatter jeweils einzelnen Zähldekaden einer
Zählanordnung zugeordnet, und ihre abgegebenen Impulse werden ebenfalls summiert
auf einen gemeinsamen Ausgang gegeben. Auch bei diesem Frequenzteiler liegt der
wesentliche Nachteil an dem sehr großen notwendigen technischen Aufwand, der neben
einer unerwünschten Verteuerung noch zu einer wesentlichen Steigerung der Störanfälligkeit
führt.
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Es lag daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei intermittierendem
Betrieb eine möglichst einfache Multiplikatorschaltung mit einer prozentualen Einstellung
des Multiplikationsfaktors a @_ 0 zu entwikkeln, die von den genannten Nachteilen
frei ist. Gemäß der Erfindung wird diese gestellte Aufgabe bei einer Anordnung zur
Multiplikation einer Impulsfolgefrequenz mit Hilfe vorzugsweise dekadisch einstellbarer
Wahlschalter dadurch gelöst, daß entweder von den einlaufenden Impulsen oder von
Impulsen einer Hilfsimpulsfolge, die durch die einlaufenden Impulse periodisch dem
Multiplikatoreingang zugeführt werden, die der gewünschten Multiplikation entsprechende
Impulsanzahl mittels einer von den Wahlschaltern und Zähldekaden derart gesteuerten
Torschaltung, daß die Ausgänge der ersten Zähldekade parallel auf die Eingänge aller
Wahlschalter geführt sind und von den weiteren Zähldekaden logische Zu-
Satzbedingungen
für die Weiterleitung der von den Wahlschaltern abgegebenen, der Torsteuerung dienenden
Signale hergeleitet werden, zum Ausgang durchgeschaltet wird.
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Es werden also durch die vorliegende Anordnung periodisch aus einer
Impulsfolge durch die gewünschte Voreinstellung eine Anzahl von Impulsen abgezählt
und nur diese über eine Torschaltung weitergeleitet. Die Erfindung wird an Hand
der nachstehenden Ausführungsbeispiele erläutert, wobei zugleich weitere, zur Ausgestaltung
der Erfindung gehörende Merkmale aufgezeigt werden. Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel
mit benutzter Hilfsfrequenz, F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem die
Ausgangsimpulse direkt von der gegebenen zu multiplizierenden Impulsfolgefrequenz
gewonnen werden.
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In F i g. 1 wird eine Hilfsfrequenz f l, die im Generator
1 erzeugt wird, über ein Tor 2 einem Trigger 3
zugeleitet, der
über seinen um 180° phasenverschobenen Ausgang eine Zähldekade 4, die zehn Zählschritte
umfaßt, ansteuert und über ein weiteres Tor 5 die Ausgangsimpulse an der Klemme
6 liefert. In einem Codewandler 8 wird aus dem Tetraden-Code der Zähldekade 4 der
Dezimal-Code »eins aus zehn« hergestellt. Eine Torsteuerstufe 9 wird bei der Zählstellung
0 auf »Auf« und durch einen Impuls, der durch den Schalter 10, der zur Einstellung
der ersten Dezimalen des gewünschten Multiplikationsfaktors dient, ausgewählt wird,
nach Ablauf der eingestellten Impulszahl wieder geschlossen.
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Eine zweite Zähldekade mit elf Zählschritten, die der ersten Zähldekade
nachgeschaltet ist, sorgt in Verbindung mit den logischen Schaltungen 13, 14, 16
und 17 für die Umschaltung auf den zweiten Wahlschalter 12, der zur Einstellung
der zweiten Dezimale des gewünschten Multiplikationsfaktors dient, bei jedem elften
Durchlauf der ersten Dekade 4; am Ausgang des UND-Gatters 13 steht ein Signal an,
wenn die Dekade auf dem elften Schritt angekommen ist; dieses Signal wird über das
ODER-Glied 14 dem negierten Eingang des UND-NICHT-Gliedes 17 zugeführt, wodurch
der Schalter 10 von der Torsteuerstufe 9 abgeschaltet wird. An Stelle des
Schalters 10 wird dabei über das UND-Glied 16 der Schalter 12 an die Torsteuerstufe
9 gelegt.
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An die Zähldekade 11 ist eine weitere Zähldekade 18 mit zehn Zählschritten
angeschlossen. Wird diese Zähldekade 18 einmal durchlaufen, so gelangt bei der Rückstellung
in den Zählerstand 0 ein Ausgangsimpuls auf den Speicher-Flip-Flop 19. Beim Umstoßen
der Stufe 19 gelangt ein Ausgangsimpuls einmal auf das ODER-Glied 14, andermal auf
das UND-Glied 15. Das UND-Glied 15 bewirkt die Durchschaltung vom Wahlschalter
20, der zur Einstellung der dritten Dezimale des gewünschten Multiplikationsfaktors
dient, zur Torsteuerstufe 9. Vom ODER-Glied 14 geht das Signal einmal auf den negierten
Eingang des UND-NICHT-Gliedes 17 und sperrt daher die Verbindung vom Wahlschalter
10 zur Torsteuerstufe 9, andermal zum UND-NICHT-Glied 16, welches zwei normale
Eingänge und einen negierten Eingang besitzt. Da zugleich auch am negierten Eingang
Signal anliegt, schaltet dieses UND-NICHT-Glied nicht, d. h., der Wahlschalter 12
bleibt ebenso wie der Wahlschalter 10 von der Torsteuerstufe 9 getrennt. Gleichzeitig
werden vom Speicher-Flip-Flop 19 bei seiner Umschaltung durch den Ausgangsimpuls
des Zählers 18 die beiden Tore 21 und 22 umgesteuert, und zwar so, daß 21 schließt
und 22 öffnet. Durch das Schließen des Tores 21 kann der Übertrag der ersten Dekade
4 nicht mehr auf die Dekade 11 weitergegeben werden, so daß die zweite
Dekade 11 und die dritte Dekade 18 für den jetzt folgenden Zählvorgang gesperrt
bleiben.
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Der nächste Übertragsimpuls der Dekade 4 (d. 1i., es wird dann der
insgesamt 111. Durchlauf dieser Dekade 4 beendet) wird über das Tor 22 einmal einer
Torsteuerstufe 23 und andermal dem Rückstelleingang des Speicher-Flip-Flops 19 zugeführt.
Durch das Umschalten von 23 wird das Tor 2 geschlossen und somit die Einzählung
von Impulsen des Generators 1 gestoppt, während gleichzeitig der Zähler durch Rückstellung
der Stufe 19 auf den Ausgangszustand gebracht wird. Damit ist ein Zählvorgang beendet.
In einem solchen Zählzyklus werden also 1110 Perioden des Generators 1 verarbeitet,
von denen maximal 999 auf den Ausgang 6 gegeben wurden. Die Frequenz f1 des Hilfsgenerators
kann dabei beliebig gewählt werden; in einem Zählzyklus erscheinen am Ausgang je
nach Einstellung der Wahlschalter 10;12, 20 von den 1110 Eingangsperioden
(a1, a2, a3 sind die Einstellungen der Wahlschalter 10,
12, 20;
sind die einzelnen Dezimalen des Multiplikationsfaktors; der Faktor 1,11 wird durch
unberücksichtigte Impulse während eines Zähldurchlaufs erreicht).
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An den Eingang 24 wird nun die Impulsfolge mit der zu multiplizierenden
Impulsfrequenz f2 gelegt. Pro eingehenden Impuls wird ein Zählzyklus über die Umsteuerung
der Kippstufe 23 eingeleitet, wobei jetzt die Bedingung gestellt werden muß, daß
bis zum Eintreffen des nächsten Impulses dieser Impulsfolge der Generator 1 die
genannten 1110 Perioden erzeugt hat, damit ein Zählvorgang der vorher beschriebenen
Art abgelaufen ist. Die Frequenz fi des Generators 1 muß also je nach Vorgabe der
Impulsfolgefrequenz f2 gewählt werden, und zwar mit Rücksicht auf eine möglichst
gleichmäßige Verteilung der Ausgangsimpulsfolge, die an 6 erscheint, am besten nur
wenig mehr als 1110-f..
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Am Ausgang 6 erscheint als Ergebnis eine Impulsfolgefrequenz der Größe
1000 - f2 - a, wenn a der eingestellte Multiplikationsfaktor
ist; durch nachgeschaltete Umsetzer kann der Faktor 1000 dabei beliebig verändert
werden.
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In F i g. 2 ist eine Ausführung des Frequenzmultiplikators dargestellt,
die davon Gebrauch macht, daß pro Durchlauf der ersten Zähldekade maximal neun Impulse
weitergegeben werden. Diese erste Zählkette
104 ist deshalb
mit nur neun Zählschritten ausgerüstet. Die zweite Zähldekade 111 entspricht der
zweiten Zähldekade 11 des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1. Sie besitzt wieder
elf Zählschritte. Die dritte Dekade 118 ist gegenüber der F i g. 1 wiederum leicht
geändert und besitzt diesmal elf Zählschritte, womit eine gesonderte Speicherstufe
in F i g. 1 (die Stufe 19) Gespart wird. Es entsprechen die Elemente 103, 105, 109,110,112,120,117,116,115,114,113,121und
122 in ihrer Wirkungsweise den analogen Elementen 3, 5, 9, 10, 12, 20, 17, 16,
15, 14, 13, 21 und 22
nach F i g. 1.
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Der Codewandler 108 entspricht ebenfalls dem Codewandler 8, nur daß
es sich hier um einen Codewandler, den neun Zählschritten von 104 entsprechend,
handelt, der aus dem Tetraden-Code der Zähldekade 104 den Code 1 aus 9 herstellt.
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Während in F i g. 1 bei der Rückstellung der Zähldekade 18 ein Ausgangssignal
über die Stufe 19 auf das UND-Glied 15, ODER-Glied 14 und den negierten Eingang
des UND-NICHT-Gliedes 16 gegeben wird, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
beim Vorliegen des elften Zählzustandes der Zähldekade 118 über eine UND-Schaltung
125 ein entsprechendes Signal an das ODER-Glied 114, das UND-Glied 115 und den negierten
Eingang des UND-NICHT-Gliedes 116 gegeben.
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Das Speicher-Flip-Flop 119 steuert (im Unterschied zu F i g. 1) diesmal
lediglich die Tore 121 und 122 an, wobei das Tor 121 ebenfalls geschlossen und Tor
122 geöffnet wird. Wiederum wie im ersten Ausführungsbeispiel wird durch das Schließen
des Tores 121 der Zählvorgang der Dekaden 111 und 118 unterbrochen;
der nächste übertragsimpuls der ersten Zähldekade 104 wird über das nun geöffnete
Tor 122 auf den Eingang der Dekade 118 geleitet und stellt diese auf Null (diese
Zähldekade befand sich ja im elften Zustand, wobei, da sie elf Zählschritte hat,
sie durch den nächsten Impuls in die Nullstellung geschaltet wird). Der dadurch
am Ausgang der Zähldekade 118 auftretende übertragsimpuls stellt die Stufe
119 wieder zurück.
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Gleichzeitig bis zu diesem Schaltvorgang sind 999 Impulse der 103
zugeleiteten Eingangsfrequenz verarbeitet worden.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zu F i g. 1 benutzt
man hier keine zusätzliche Hilfsfrequenz, sondern geht direkt von der gegebenen
zu multiplizierenden Impulsfolgefrequenz aus. Diese wird an der Klemme 124 zugeleitet
und über das Tor 102 der Triggerstufe 103 zugeführt. Wir gehen dabei von der Voraussetzung
aus, daß man diesmal nur eine Multiplikation mit Faktoren kleiner als 1 erreichen
will. Wie erwähnt, waren nach der Rückstellung des Flip-Flops 119 durch den übertragsimpuls
des Zählers 118 999 Impulse verarbeitet. Da dies einem Arbeitszyklus - also 100
0/0 = 1000 %o - entspricht, muß aus der einen Frequenz ein Impuls ausgeblendet werden.
Dies wird mit Hilfe der Torsteuerstufe 126 und der Tore 102 und 127 erreicht. Die
Torsteuerstufe 126 wird nach Beendigung des Zählzyklus über den übertragsimpuls
des Zählers 118 umgestellt und sperrt das bis dahin geöffnete Tor 102, während
sie das Tor 127
öffnet. Der nächste an 124 einlaufende Impuls wird daher auf
den Rückstelleingang der Stufe 126 geleitet, steuert diese um und schließt damit
wieder Tor 127 und öffnet Tor 102. Damit ist ein Impuls aus der einlaufenden Impulsfolge
ausgeblendet.