DE1267252B - Multistabiler statischer Zaehler mit Hauptspeichern und mindestens einem nachgeschalteten Hilfsspeicher - Google Patents

Multistabiler statischer Zaehler mit Hauptspeichern und mindestens einem nachgeschalteten Hilfsspeicher

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DE1267252B
DE1267252B DE19651267252 DE1267252A DE1267252B DE 1267252 B DE1267252 B DE 1267252B DE 19651267252 DE19651267252 DE 19651267252 DE 1267252 A DE1267252 A DE 1267252A DE 1267252 B DE1267252 B DE 1267252B
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Dr Klaus Haxel
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K21/00Details of pulse counters or frequency dividers

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  • Complex Calculations (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

  • Multistabiler statischer Zähler mit ' Hauptspeichern und mindestens einem nachgeschalteten Hilfsspeicher Die Erfindung betrifft einen multistabilen statischen Zähler mit Hauptspeichern, deren Eingangsgrößen durch Zählinipulse durchgeschaltet werden und mit mindestens einem nachgeschalteten Hilfsspeicher, dessen Eingangsgrößen durch mit den Zählimpulsen lückende Hilfsinipulse durchgeschaltet werden.
  • Statische Zähler sind bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt, z. B. als Zähler mit Binärstufen usw. W. W e b c r hat eine Berechnungsmethode für inultistabile statische Zähler geliefert »Eine Berechnungsvorschrift für digitale Zählschaltungen« in Elektronische Datenverarbeitung, #/1963, bei denen die Eingangsgrößen sämtlicher Speicher (Zählstufen) als eine Funktion der Ausgangsgrößen dieser Speicher gebildet und durch einen Zählimpuls auf die Speichereingänge durchgeschaltet werden. Um eine durch die Verzögerungszeit der Speicher bestimmte Zeitspanne nach dem Eintreffen eines Zählimpulses ändert mindestens eine Ausgangsgröße ihren Wert. denn der Zählimpuls hat die Aufgabe, das im Zählcode nachfolgende Codewort einzustellen. Aus den durch den Zählimpuls auf das nachfolgende Codewort eingestellten Ausgangsgrößen werden jetzt die Eingangsgrößen teilweise anders gebildet. und zwar derart. daß sie nach Durchschaltung auf die Speichereingänge den Zähler um ein weiteres Codewort vorstellen. Damit jeder Zählimpuls den Zählei nur um ein Codewort verstellt. werden die Ausgangsgrößen durch Zeitglieder um eine Zeitspanne \erzögcri. welche größer als die maximale Dauer des Zählinipulses ist. Dadurch kann sich während der Dauer eines Zählimpulses keine der durchgeschalteten Eingangsgrößen der Speicher ändern.
  • Die Verzögerungszeit de#, Zeitgliedes muß jedoch anderseit,# kleiner sein als der minimale Zeitabstand z\\1-,clicii zwei Zählinipulsen. damit eine Änderung \(in Ausgangsgrößen durch einen Zählimpuls vor dein Eintreffen des nächsten Zählinipulses eine Änderung von Eingangsgrößen bewirkt. der Zählci- also rechtzeitig auf das nächste Codewort vorbereitet wird. Zur Erzielung einer hohen Schaltfrequenz ist es daher notwendig, die Verzögerungszeil des Zeitglivdes möglichst klein zu wählen und entspre-Chend einen möglichst kurzen Zählinipuls vorzuschreiben.
  • Durch das vorstehende Prinzip werden jedoch keine echten statischen Zählschallungen realisiert. Sie haben vielmehr mit dynamischen Zählschaltungen den Nachteil gemeinsam, daß sie Zählimpulse %,(-ii schi- kurzer Dauer benötigen und daher relativ störanfällig sind.
  • Aus der obengenannten Arbeit ist es auch bekannt, diesen Nachteil zu beseitigen. Die Zeitglieder werden durch Speicher ersetzt, im folgenden Hilfsspeicher genannt. deren Eingangsgrößen durch einen zwischen zwei Zählinipulsen liegenden Hilfsimpuls auf die zu vergrößernden Ausgangsgrößen nachgestellt werden. Zur Unterscheidung von den Hilfsspeichern werden die anderen Speicher (Zählstufen) nachstehend Ilauptspeicher genannt. An die Stelle eines Speichers mit nachgeordnetem Zeitglied tritt also eine Reihenschaltung von zwei Speichern. von denen der erste (flauptspeicher) durch den Zählimpuls eingestellt und der zweite (Hilfsspeicher) durch den Hilfsimpuls auf die Einstellung des ersten gebracht wird. Die Eingangsgrößen der Hauptspeicher werden als Funktion der Ausgangsgrößen der nachgeschalteten jeweils ein,#in Hauptspeicher zugeordneten Hilfsspeicher gebildet und können daher, wie bei Speichern mit Zeitglied, erst nach dein Ende eines Zählimpulses ihren Zustand äiid-#i-ii. Eine definierie Maxii-n#ildiiii.--ides Zählimpulses ist jetzt nicht mehr erforderlich. Es muß nur die Bedingung eingehalten werden, daß Zählinipulse und Hilfsinipulse sich nicht überlappen.
  • Der aus den Ausgangsgrößen (A) der Hauptspeicher zusammengestellte Code soll als »vorgegebener Code« und der aus den Ausgangsgrößen ( 4 und B) der Haupt- und 11iIN-speicher zusammengestellte Code als erweiterter Code bezeichnet werden. Bei s Wörtern des »vorgegebenen Codes« existieren dann zwei s Wörter Zi (A", . . . A, B", . . . BI) des »erweiterten Codes«. von denen jeweils ein durch einen Zählimpuls eingestelltes Wort und das durch den nachfolgenden HilNinipuls eingestellte Wort zur gleichen Zählerstellung gehören. Der Index für die Ausgangsgröße 4 eines Ilauptspeichers stimmt init dem Index für die Ausgangsgröße B des zugeordneten Hilfsspeichers überein. Die Codewörter Zi sollen in zwei Teilwörtern Zi (A", . . . A,) und Zi' (B", . . . Bl) unterteilt werden. Darm kann man als charakteristisches Merkmal des vorstehenden bekannten Zählers feststellen, daß die beiden Teilwörter des »erweiterten« Codes gleich sind.
  • Ein Nachteil des bekannten Zählers besteht darin, daß er ebensoviel Hilfsspeicher wie Hauptspeicher benötigt, also einen hohen Aufwand erfordert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Aufwand zu verringrn. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt flir einen multistabilen statischen Zähler mit Hauptspeichern, deren Eingangsgrößen durch Zählimpulse durchgeschaltet werden und mit mindestens einem nachgeschalteten Hilfsspeicher, dessen Eingangsgrößen durch mit den Zählimpulsen lückende Hilfsimpulse durchgeschaltet werden, wobei die Ausgangsimpulse der Haupt- und der Hilfsspeicherjeweils ein bestimmtes Codewort bilden. gemäß der Erfindung dadurch, daß die Eingangsgrößen mindestens eines Teils der Speicher durch logische Verknüpfungseinheiten je- weils als Funktion mehrerer Ausgangsgrößen der Speicher mit der Maßgabe gebildet werden. daß die Codewörter für Haupt- und Hilfsspeicher verschieden sind.
  • Die Erfindung liegt der Erkenntnis zugrunde. daß die Eingangsgrößen sämtlicher Speicher eines multistabilen statischen Zählers als Funktion der Ausgangsgrößen beliebiger Speicher gebildet werden können unter der Bedingung, daß Eingangsgrößen eines Speichers, dessen Stellung sich nach der Durchschaltung der Eingangsgrößen durch den Zähl- bzw. Hilfsimpuls ändert, nicht vor der Ausgangsgröße dieses Speichers sowie der Ausgangsgrößen anderer Speicher abhängen, welche gleichzeitig ihre Stellung ändern. Ein »erweiterter Code«. welcher es ermöglicht. für alle Eingangsgrößen Funktionen gemäß der vorstehenden Bedingung aufzustellen, wird als »realisierbarer Code« bezeichnet. Ein »realisierbarer Code« kann völlig anders aufgebaut sein und benötigt flir viele »vorgegebene Code« weniger zusätzliche Ausgangsgrößen von Hilfsspeichern als ein »erweiterter Code« bekannter statischer Zähler. wodurch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird.
  • Im allgemeinsten Fall sind also die Eingangsgrößen der Hauptspeicher jeweils eine Funktion der Ausgangsgrößen von Hilfs- und Hauptspeichern sowie die Eingangsgrößen der Hilfsspeicher jeweils eine Funktion der Ausgangsgrößen der Haupt- und Hilfsspeicher.
  • Im speziellen Fall genügt es, wenn diese Verschlüsselung der Ausgangsgrößen beider Speichergruppen entweder für die Eingangsgrößen der Hauptspeicher oder für die Eingangsgrößen der Hilfsspeicher durchgeführt wird.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin. daß die Eingangsgrößen der Hauptspeicher jeweils nur eine Funktion von mehreren Ausgangsgrößen der Hilfsspeicher undioder die Eingangsgrößen der Hilfsspeicher jeweils nur eine Funktion von mehreren Ausgangsgrößen der Hauptspeicher sind.
  • Dabei können auch Kombinationen zwischen den einzelnen Ausführungen gebildet werden. indem die Eingangsgröße'n der Hauptspeicher als Funktion von Ausgangsgrößen der Haupt- und Hilfsspeicher und die Eingangsgrößen der Hilfsspeicher nur als Funktion der Ausgangsgrößen der Hauptspeicher gebildet werden bzw. umgekehrt.
  • Während bei dem bekannten Zähler die beiden Teilwörter des erweiterten Codes gleich sind, ist es ein charakteristisches Merkmal des erfindungsgemäßen Zählers, daß die beiden Teilwörter verschieden sind.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, welche sich insbesondere für Zähler eignet, deren vorgegebener Code eine ungerade Zahl von Codewörtern aufweist, werden auf die gleichen Eingänge von Speichern durch den Zähl- und den Hilfsimpuls von verschiedenen logischen Netzwerken gebildete Eingangsgrößen durchgeschaltet.
  • An Hand von in der Zeichnung dargestellten logischen Schaltungen, Diagrammen und Wertetabellen werden nachstehend das Prinzip sowie mehrere Ausrührungsbeispiele der Erfindung päher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen statischen Zählers.
  • F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Zählvorganges, F i g. 3 die Wertetabelle fiJir den pentatischen Walking-Code.
  • F i gy. 4 die Wertetabelle flir den zu einem realisierbaren Code erweiterten Code nach F i g. 3.
  • F i g. 5 die Wertetabelle rCir den Gray-Code.
  • F i g. 6 die Wertetabelle flür den zu einem realisierbaren Code erweiterten Code nach F i g. 5.
  • F i g. 7 Ausschnitte aus der Tabelle eines beliebigen Grav-Codes.
  • - 8 Ausschnitte aus einer Wertetabelle zur F ty Berechnung der Teilgrößen A., F i g. 9 den Aufbau eines im Gray-Code ziihlenden erfindungsgemäßen Zählers.
  • F i g. 10 die Wertetabelle für einen ffinfstelligen Gray #i -Code-Zähler.
  • F 1 g. 11 ein Diagranim zur Erläuterung der Synthese des Zählers nach F i g. 12.
  • .F i g. 12 den Aufbau eines im Gray-Code zählenden. in den Zählschritten prograrmnierbaren erfindungsgemäßen Zählers.
  • F i g. 13 die Programintabelle zum Zähler nach F i g. 12.
  • F i g. 14 den vorgegebenen Code flir die Schaltung nach F i g. 17.
  • F i g. 15 den realisierbaren Code flir die Schaltung nach F i g. 17.
  • F i g. 16 eine Tabelle zur Erläuterung der unbelegten Punkte.
  • F i g. 17 eine Zählschaltung gemäß dem Code nach F i g. 15.
  • Die Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Zählers gemäß F i g. 1 besteht aus den Hauptspeichern S,31. Sa:1 * * * S"",. den Hilfsspeichern Sb, St" bis S"". der logischen Schaltung c und den UND-Gliedern zum Sperren der Speichereingangsgrößen. Sämtliche Speicher sind im dargestellten Fall einfache statische Speicher. d. h.. sie besitzen keine Eingangsgröße oder Kombination von Eingangsgrößen. deren Auftreten jede vorher vorhandene Ausgangsgröße negiert. Einfache statische Speicher sind also RS-. EL- und SL-Speicher, jedoch nicht JK-. T- und RST-Speicher.
  • Der Zählimpuls ZO (Hilfsimpuls HO) schaltet die in der logischen Schaltung c gebildeten Eingangsgrößen flür die Hauptspeicher (Hilfsspeicher) über die UND-Glieder auf die Eingänge durch. Jeder Impuls löst einen halben Zählschritt aus. Zu einem ganzen Zählschritt sind ein Zählimpuls und ein Hilfsimpuls erforderlich.
  • Die Ausgangsgrößen A", Al# B, B, der Speicher, im folgenden Teilgrößen genannt, können als Stellen einer (in + n)-stelligen Ausgangsgröße Z (Aj?, » . * Al# Bly ... BI) des Zählers aufgefaßt werden (in bzw. n = Zahl der Speicher S, bzw. Sb,).
  • Die einzelnen Stellen sind durch Konimala getrennt, um anzudeuten, daß es sich nicht um eine Konjunktion der Teilgrößen handelt. Bei s ganzen Zählschritten gibt es zwei s verschiedene Werte der Ausgangsgrößen, die nachstehend als Ausgangswerte Zi bezeichnet werden. Jeweils zwei dieser Werte, und zwar der durch den Zähliinpuls und der durch den nachfolgenden Hilfsimpuls eingestellte Wert Z, werden der gleichen Zählerstellung zugeordriet. Die Zählerstellungen sind von »0« -an fortlaufend in der beim Zählen auftretenden Reihenfolge mit einer Dezimalzahl numeriert. Der Index i des Ausgangswertes setzt sich aus zwei Zahlen zusammen. Links steht die Nummer der zugeordneten Zählerstellung und rechts, durch ein Komma getrennt. eine »0« (»1(o für den ersten (zweiten) Wert der be- treffenden Zählerstellung. Der erste Wert wird durch einen Zählimpuls und der zweite durch einen Hilfsinipuls eingestellt. Für i ergibt sich folglich: i 1 = 0.0. 0.1. 1.0# 1.1.... s. 0. s# 1. Jeder Wert ist mit einem Codewort identisch, die Zusammenstellung Z,).(,. Z".,. . . .. Z,.". Z,., dieser Werte bzw. Codewörter ergibt den Zählcode.
  • Alle Ausgangswerte Z, werden Punkten --, eines Booleschen Raumes zugeordnet. Der besseren Anschaulichkeit wegen wird nachstehend zur Ableitung der Gesetzmäßigkeiten des erfindungsgemäßen Zählers die Darstellung der Ausgangswerte als Punkte g * hlt. Entsprechend wird eine zu dieser Darewä stellung passende Ausdrucksweise verwendet. Die Aussage: »Der Zähler hat den Ausgangswert Z,« wird ersetzt durch die Aussage: »Der Zähler steht auf dem Punkt --,«. Die Zahl der möglichen Ausgangswerte bzw. Codewörter beträgt 2 Für 2 s < 2"' ' " existieren daher Codewörter Z",. welche nicht Bestandteil des Zählcodes sind und daher durch den z "tzlicheii Index »ii« gekennzeichnet werden. Zur usä Unterscheidung werden Codewörter Z,. welche Bestandteil des Zählcodes sind. als belegte und Codewörter Z.i als unbelegte Codewörter bezeichnet.
  • Jede Boolesche Funktion der Teilgrößen B".. . B, ist eindeutig durch die Werte bestimmt. welche sie auf diesen Punkten annimmt. Eine Funktion. welche auf einem Punkt ::i den Wert 1 und auf allen anderen Punkten den Wert 0 hat. wird als Minterm II, aller Teilgrößen zu diesem Punkt bezeichnet. Er läßt sich als Konjunktion dieser Teilgrößen darstellen. Beispielsweise gilt rür den Minterm zum Punkt ::i (A3. A,. A,. &,# Bl) = 10101 : Ili = A3, ,i,. A,. K B,. Für aie nachstehenden Ausführungen ist es noch zweckmäßig. den Begriff des reduzierten Nfinterms 3l# i zu einem Punkt ::i und dem vorausgehenden Punkt ::. einzuführen. welcher aus einer Konjunktion derjenigen Teilgrößen besteht, welche auf beiden Punkten gleich sind. Folglich hat Il#, auf den Punkten ::. und ::, den Wert 1. Für 1 > 1 hat II., auf weiteren 2-' Punkten den Wert 1, welche nachstehend Zwischenpunkte genannt werden, da der Zähler beim Ubergang von zh nach zi kurzzeitig auf einem oder mehreren dieser Punkte stehen kann (1 = Zahl der Teilgrößen, welche auf ::h und ::i verschieden sind).
  • Es gibt drei Möglichkeiten, das Verhalten des erfindungsgemäßen Zählers vollständig durch Gleichungen zu beschreiben, und zwar: 1. durch die Ubertragungsgleichungen rtir die Minterme zu allen Punkten, auf welchen der Zähler stehen kann, 1. durch die Ubertragungsgleichungen rür alle Teilgrößen, 3. durch die Gleichungen für die Eingangsgrößen der Speicher und die Ubertragungsgleichungen der Speicher.
  • An Hand der Ubertragungsgleichungen rür die Minterme (Möglichkeit 1) soll das Prinzip der Erfindung näher erläutert werden.
  • Ein Zähler springt offenbar nach dem Eintreffen eines Zählimpulses 4, von einem Punkt ::"., auf einen Punkt ::i., bzw. nach dem Eintreffen eines Hilfsimpulses H, von einem Punkt z,., nach einem Punkt ::,.1, wenn die Gleichung Mi.o + Mi.o) 4) bzw.
  • .IIi., + IIi.1) 11) (2) erfüllt ist und die aufeinanderfolgenden Punkte ::h.1-::,.(, bzw. z,.(). ::,., sich nur in einer Teilgröße unterscheiden. Wenn sich dagegen die aufeinanderfolgenden Punkte in zwei oder mehr Teilgrößen unterscheiden, kann der Zähler durch Realisierung der Gleichung (1) bzw. (2) auch auf alle anderen Punkte ::i. ::;,. . . . springen. auf weichen der reduzierte Minterm bzw. NII., zu den aufeinanderfolgenden Punkten den Wert 1 hat. Diese Punkte werden nachstehend auch als Zwischenpunkte bezeichnet. Für einen eindeutigen Sprung müssen daher die Bedingungen rtir einen Sprung von jedem der Punkte zj, --k . . . nach ::1,0 bzw. ::j., durch Erfüllung der zusätzlichen Gleichungen .lfi." = Nli zo. = M1, Zo ... (3) bzw.
  • Mi. 1 = -%lj HII, -%li. 1 = Mk H ... (4) gegeben sein. Die Gleichungen (1) und (3) können zu der Gleichung .IIi.() (mh.' + Mi + Mk + + MLO) ZO 34.1 i.0 Z() (5) und die Gleichungen (2) und (4) zu der Gleichung mi.' = + vi + Mk + - - - + mi.1) HO --.
  • = Mi.o i. , HO (6) zusammengefaßt werden (M#.1 j., bzw. Vi.0,i.1 ist der reduzierte Minterm ZU ZhA und zi.0 bzw. zi.o und ::i.i).
  • Ein Punkt, auf welchem von einem anderen Punkt aus ein Sprung durch eine Gleichung für den Minterm zu diesem Punkt realisiert ist. wird nachstehend auch als Kettenpunkt ein Punkt, auf welchem von mehreren anderen Punkten aus entsprechende Sprünge realisiert sind, als Knotenpunkt und ein Punkt, auf welchen kein derartiger Sprung realisiert ist, als Anfangspunkt bezeichnet. Ein Zwischenpunkt kann also ein Anfangspunkt im Sinne dieser Definition sein.
  • Bedingung ffir das Zählerprinzip ist es. daß alle Gleichungen für den Minterm zu einem Knotenpunkt durch den gleichen Impuls und alle Gleichungen für aufeinanderfolgende Punkte durch verschiedene Impulse erfUllt werden. Springt also der Zähler z. B. durch den Zählimpuls Z, auf den Punkt z" verweitt er dort bis zum Eintreffen des Hilfsimpulses. Dieser errüllt die Gleichung für den Minterm zum nachfolgenden Punkt zj und bewirkt folglich, daß der Zähler auf zj springt. Die Gleichung ruir den Minterrn zum auf - folgenden Punkt ::A. wird dann wieder durch den Zahlimpuls errüllt usw. Der Zählimpuls und der Hilfsimpuls dürfen sich natürlich nicht überlappen, da beim gleichzeitigen Auftreten beider Impulse immer die Gleichungen flür die Minterme zu zwei verschiedenen Punkten errüllt sind und die Zählstellung folglich nicht eindeutig ist. Der vorstehenden Bedingung steht es nicht entgegen, wenn von einem Anfangspunkt aus Sprünge nach zwei verschiedenen Punkten zi und zj realisiert werden, wenn die Gleichungen für die Minterme zu diesen Punkten durch verschiedene Impulse' erfüllt werden.
  • Man kann den Ablauf des Zählvorganges übersichtlich durch ein Schema gemäß F i g. 2 darstellen. Darin sind belegte Punkte des Booleschen Raumes als ausgefüllte und unbelegte Punkte als nicht ausgefüllte kleine Kreise dargestellt. Kettenpunkte und Knotenpunkte sind durch ein »::« (»h«) gekennzeichnet, wenn die Gleichung für den Minterm zu diesem Punkt durch einen Zählimpuls (Hilfsimpuls) erfüllt wird. Aufeinanderfolgende Punkte sind durch Linien verbunden, die nachstehend als Wege bezeichnet werden. Die Richtung, in welchen der Zähler von Punkt zu Punkt springt, ist durch Pfeile markiert. Treten beim Ubergang von einem Punkt zi nach einem Punkt ::, Zwischenpunkte auf. sind diese mit dem Punkt -,- durch gestrichelte Linien verbunden, um anzudeuten, daß es sich nicht um definierte. sondern um mögliche Wege handelt. welche zu Punkten führen. die sofort in einen anderen Punkt übergehen.
  • Das Schema gemäß F i g. 2 ist ohne Rücksicht auf möglichst einfache Ubertragungsgleichungen derart ausgelegt, daß alle möglichen Gestaltungsmöglichkeiten derselben berücksichtigt sind. Es enthält also Kettenpunkte, Knotenpunkte und Anfangspunkte. Diese drei Punktarten sind teilweise gleichzeitig Zwischenpunkte. Von zwei Anfangspunkten führen zwei verschiedene Wege zu zwei verschiedenen Punkten. Gleichgültig, auf welchem Punkt der Zähler beim Zählbeginn sieht, führt der Weg immer auf den über die belegten Punkte führenden geschlossenen Weg. Ein Anfangspunkt ist gleichzeitig zweimal Zwischenpunkt.
  • Grundsätzlich sind auch zwei geschlossene, nicht ineinander übergehende Wege möglich. Der Zähler könnte dann, je nach seiner Anfängsstellung, in zwei verschiedenen Codes'zählen. Wird der Zähler von dem Zählbeginn auf einen belegten Punkt voreingestellt, können keine unbelegten Punkte mit Ausnahme von Zwischenpunkten auftreten. Die nicht auftretenden Punkte müssen folglich in einem Scherna gemäß F i g. 2 nicht berücksichtigt werden. Die Minterme zu diesen Punkten können beliebig in den Gleichungen für die Minterme zu belegten Punkten disjungiert werden. da sie immer den Wert 0 haben. Auf diese Weise lassen sich die Gleichungen teilweise vereinfachen.
  • Das Schema für die belegten Punkte und die Zwischenpunkte liegt bereits durch den Zählcode fest. Die Wege von den anderen unbelegten Punkten, falls solche vorhanden sind, auf die vorstehenden Punkte müssen bei einem nicht voreingestellten Zähler zusätzlich festgelegt werden. Diese Festlegung erfolgt am zweckmäßigsten, indem man möglichst einfache Ubertragungsgleichungen rür die Teilgrößen anstrebt. Ein Zähleode wird als realisierbar bezeichnet, wenn das durch ihn festgelegte Schema gesetzmäßig ist. Dies ist der Fall, wenn von einem Zwischenpunkt aus nicht zwei oder mehr Wege zu Punkten führen, an welchen der gleiche Buchstabe (:: bzw. h) angeschrieben ist. Folglich dürfen nicht zwei verschiedene reduzierte Minterme M,,."j.0 und Oder Ali." 1.1 und Alj.o 1- , vorhanden sein, welche auf einem Punkt gleichzeitig den Wert 1 haben.
  • Nachstehend wird die Bedingung abgeleitet, welche zwei reduzierte Minterme und M,., ." erfüllen müssen, damit sie nicht auf einem Punkt gleichzeitig den Wert 1 haben können. Zu diesem Zweck werden sie zunächst aufgespalten: 34. , i#o i.0 i.W (7) Al i., A..() Al"ll;k.0 M.i'i k.0 (8) mit M;#', j.()# M] . Konjunktion aller Teilgrößen, welche in AI"., und Ali.1 k.0 vorkommen, j., A.(,) = Konjunktion aller Teilchengrößen.weiche nicht in 31 vorkommen. Es ist evident. daß die beiden reduzierten Minterme gemäß Gleichungen (7) und (8) nur darin nicht auf einem Punkt gleichzeitig den Wert 1 haben können. wenn M,,' j.0 ungleich Al' . 1 k.1 ist. Für einen realisierbaren Code gilt also die Ungleichung: i.0 4 M,l,k.0* (9) Die entsprechende Bedingung für zwei reduzierte Minterme Al' 1., j., und M'.o i j., lautet dann natürlich: Ali,', 1., 4=,MJ,O,J-., - (10) Die Aufspaltung eines reduzierten Minterms gemäß Gleichung (7) bnv. (8) richtet sich nach dein anderen reduzierten Minterm. mit welchem der erste verglichen wird. Daher kann #ie flür die einzelnen Vergleiclie verschieden sein. Ein Zählcode ist nur realisierbar. wenn für alle möglichen Paare MI,A i.O# Al;.l k., bzw.
  • i.() die Ungleichung (9) bzw. (10) erfüllt M' i ist. Ein Zählcode für s Zählschritte enthält s (s-1) solche P#iii'i-e.e;ndek#idischerZählerz.B.also90Paare. Zu in A ufbau der logischen Schaltung C gemäß F i g. 1 sind die öbertragungsgleichungen für die Eingang#,-größen der Speicher erforderlich, welche aus ihren vorgegebenen 111bertragungsgleichungen und den Ubei -tragungsgleicliungen flür die Teilgrößen abgeleitet werden können. Letztere erhält man aus den öbertragungsgleh.hungen für die Minterme. Für eine beliebige Teilgröße A., bzw. h#, gilt: A, Mi (A_, = 1), (11) .ß#, mi (h#, = 1). (12) Das Zeichen »E« bedeutet, daß alle Minterrne zu Punkten mit A, = 1 bzw. B,. = 1, für weiche eine Uberiragungsgleichung existiert (das sind Minterine zu Knoten- und Kettenpunkten), disjungiert sind. Ersetzt man in den Gleichungen (11) und (12) die Minterme durch ihre Ubertragungsgleichungen, erhält inan: A, + = V 2: y,,. AI', , (A., (A, 1) 1) H, 4) + Z)H,)A, - (13) B, = 1 M,', j., (BY 1 ) ZO ." M'.() j., (B1, 1) HO + ZOHoB%,. (14) + V, i Zu einem Knotenpunkt::i.0 bzw. z,., existieren natürlich zwei oder mehr reduzierte Minterrne Al 111 O# M1,1 i, ... bzw. Ml,.() i.l# Mi.0,j., ... Man kann die vorstehenden Gleichungen auch in der Form schreiben: #41 = dE lt IM,"., li.. (A, = 1)] & + E". [Mit., j., (A, 0)1 E"A" (15) B, = _Y, ll [MI". , 7i.1) (B, 1)] E" [M'.() j., (B3, 1)1 Ei, + + (B, Ofl E" + En. [Mi.0 i.1 (B1, 0)] EI,B, (16) Das Zeichen » E",« bedeutet, daß mindestens die reduzierten Minterme zu denienigen aufeinanderfolgenden Punkten disjungiert sind, auf welchen A, bzw. B, einen verschiedenen Wert hat. wobei der in der Klarniner stehende Wert für den nachfolgenden Punkt gilt. Weitere reduzierte Minterme können zur Vereinfachung der Gleichungen zusätzlich disjungiert werden.
  • Aus den vorstehenden Ubertragungsgleichungen für die Teilgrößen sollen nachstehend die Ubertragungsgleichungen für die Eingangsgrößen von RS-Speichern abgeleitet werden.
  • Für einen RS-Speicher mit der Stellgröße S. der Löschgröße R und der Ausgangsgröße Q gilt bek anntlich die Ubertragungsgleichung: Q = RS + RS Q (17) init der Bedingung: RS = 0. Zur Anpassung der B, -zeichnung der Größen Q. R und S an die Bez(ichnung der Größen gemäß F i g. 1 muß in in setzen: Q A, bzlA. Q B,.. S a, bzw. S b, und R a. bzw. R b,-Darm erhält man aus Gleichung (15) bzu. (IM als Gleichungen für die Speichereiiigaiig"gi-ößuz : MI".iii.0 (A, 1) Z, M'.o i. , (,4, 1) 1-1". (18) Mi,., j., (A, 0) Z, M'.,i., (A, 0) H, (191 b, Mi.., ij) (B, 1) Zu (B3, (210 1 1) H, (BY 0) 4) Vlt. M'.(),j., (B1, (21 1 1.-4 f Da die Ungleichungen (9) und (10) sowie die Bedingung ZoH(, = 0 für den erfindungsgemäßen Zähler erfüllt sein müssen, ist auch die Bedingung 0 bzw. b,b" = 0 der RS-Speicher erfüllt.
  • Im allgemeinen ist ein realisierbarer Code derart aufgebaut, daß alle Teilwörter Zi (A",. .. A,) sich nur nach dem Eintreffen eines Zählirnpulses und alle Teilwörter Zi (B, . . B,) nur nach dem Eintreffen eines Hilfsimpulses ändern, denn in den meisten Anwendungsrällen wird gefordert, daß der realisierbare Code einen Teilcode enthält, dessen Teilwörter sich nur nach dem Eintreffen eines Zählimpulses ändern, in einer bestimmten Zählerstellung also nicht verschieden sein können. Daher sind als Prinzip der Erfindung gemäß F i g. 1 nur Speicher dargestellt, deren Eingangsgrößen durch den gle ' ichen Impuls durchgeschaltet werden. Die Durchschaltung von Eingangsgrößen des gleichen Speichers durch einen Zähl- und einen Hilfsimpuls wird als eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrachtet. Im ersten Fall kann man in den Gleichungen (15), (18) und (19) H, = 0 und in den Gleichungen (16), (20) und (21) Z, = 0 setzen, wodurch sich diese vereinfachen.
  • Ein vorgegebener Zählcode ist im allgemeinen nicht in halbe Schritte unterteilt und muß daher zu einem realisierbaren Code mit zwei s Codewörtern erweitert werden. Es kann jedoch auch ein in halbe Schritte unterteilter Code, also ein Code mit zwei s Codewörtern, vorgegeben sein, weicher nicht die vorstehende Bedingung für einen realisierbaren Code erfüllt. Auch in diesem Fall ist eine Erweiterung des Codes erforderlich. Grundsätzlich kann jeder beliebige Code zu einem realisierbaren Code erweitert werden. indem weitere Teilgrößen A" und/oder By hinzugefügt werden. Zur Erweiterung eines Codes mit s Codewörtern ist mindestens die Teilgröße B, hinzuzufügen.
  • Ordnet man bekannte Zählschaltungen in das vorstehende allgemeine Schema der erfindungsgemäßen Zählschaltungen ein, so hat man den vorgegebenen Code als Teileode mit den Teilwörtern Zi (A"l ... A,) zu betrachten. Die Erweiterung besteht aus gleichartigen Teilwörtern Zi'(B".. . BI) (mit ni = n), welche gegenüber den ersteren um einen halben Zählschritt nacheilen. Bekannte Zählschaltungen stellen also einenSondLifalldesvo--siehendenallgemeinenScherrias dar. Sie benötigen füi einen vorgegebenen ni-stelligen Code zwei in-Speicher. Erweitert man dagegen einen vorgegebenen Code nur durch Hinzurügung von Teilgrößen B, zu einem durch die erfindungsgemäße Zählschaltung realisierbaren Code, benötigt man mindLstens einen und höchstens ni + (2logs)" Speicher. Der Index a kennzeichnet eine Aufrundung zur ganzen Zahl- Daher werden durch die Erfindung für in > (,logs)" auf jeden Fall Speicher eingespart.
  • Bei vielen vorgegebenen Codes mit m = #logs)" können ebenfalls Speicher eingespart werden. Diese Ersparnis ist um so größer, je weniger Stellen des vorgegebenen Codes sich von Wort zu Wort ändern, je weniger unbelegte Punkte also als Zwischenpunkte benötigt werden. Die größte Einsparung an Speichern wird bei einem vorgegebenen Gray-Code erzielt, dessen aufeinanderfolgende Codewörter sich in nur einer Teilgröße unterscheiden. Zu seiner Realisierung ist dieser Code nur durch die Teilgröße B, zu erweitern.
  • Als Beispiel eines vorgogebenen Codes mit 111 > (2109 -%)" 'S' "' l-" 9- 3 Walking- Code dargestellt. Der zusätzliche Index v kennzeichnet die Teilgrößen eines vorgegebenen, ohne Erweiterung nicht realisierbaren Codes. Der Code gemäß F i g. 3 kann, wie der Gray-Code, durch nur eine zusätzliche Teilgröße B, zu einem realisierbaren Code erweitert werden, welcher in F i g. 4 dargestellt ist. Jedem Codewort Zi sind der Index i sowie diejenigen Werte für ZO und HO zugeordnet, weiche den Zähler auf das betreffende Codewort stellen.
  • Zum Aufbau eines bekannten statischen Zählers, dessen Code den vorgegebenen Code gemäß F i g. 3 als Teilcode enthält, sind fünf Hauptspeicher und fünf Hilfsspeicher erforderlich. Demgegenüber benötigt der erfindungsgemäße Zähler flür die gleiche Aufgabe flünf Hauptspeicher und nur einen Hilfsspeicher.
  • Als Beispiel eines Zählcodes mit in = Glog n)" sind in F i g. 5 der Gray-Code bis 8 und in F i g. 6 der zugehörende realisierbare Code dargestellt, welcher ein Gray-Code bis 16 ist.
  • Da im Gray-Code von Codewort zu Codewort immer nur eine Teilgröße A., bzw. B, ihren Wert ändert, ist evident, daß jeder reduzierbare Minterm M#,i nur für den Punkt zi und den vorausgehenden Punkt Zh den Wert 1 hat. Dieses ist aber, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, die an einen realisierbaren Code zu stellende Bedingung.
  • Zum Aufbau der erfindungsgemäßen Zählerschaltung rür einen realisierbaren Code müssen aus diesem zunächst die Übertragungsgleichungen der Teilgrößen gemäß Gleichungen (15) und (16) abgeleitet werden. Dieses soll nachstehend am Beispiel des Gray-Codes gezeigt werden.
  • Zunächst soll die allgemeine Ubertragungsgleichung für eine beliebige Teilgröße A., abgeleitet werden. Zur Erleichterung der Ableitung dienen die Ausschnitte aus der Tabelle eines beliebigen Gray-Codes gemäß F i g. 7 und 8.
  • In F i g. 7 ist ein Ausschnitt mit den Teilgrößen A, A,-" A,-,.. « A" B, dargestellt, wobei nur die beiden vor u#d nach einer Änderung des Wertes von A., stehenden Codewörter berücksichtigt sind. Die gezeichneten waagerechten Striche zwischen einzelnen Codewörtern sowie der obere und untere Begrenzungsstrich der Codetabelle sind Symmetrieachsen. d. h., zählt man von einer dieser Achsen n Schritte vorwärts oder rückwärts, erhält man das gleiche Codewort (ii = 1. 2 ... ). Dabei muß natürlich berücksichtigt werden, daß beim Vorwärtszählen (Rückwärtszählen) ein Sprung vom letzten auf das erste (ersten auf das letzte) Codewort der vollständigen Tabelle stattfindet. Zwei der in F i g. 7 gezeichneten Symmetrieachsen beziehen sich nur auf einen Teilcode mit den Größen von A.,-, bis B, Die Fortsetzung der Tabelle ist durch die Symmetrieachsen eindeutig festgelegt.
  • Zum Zweck, der allgemeinen übertragungsgleichung für A, eine übersichtliche, leicht in eine logische Schaltung umzusetzende Form zu geben, werden die reduzierten Minterme aufgespalten: Af#Ii # Kix Li., Ki, = Ki., (A",-, A.",..4:#7,1) Li. = Li. (A. A, BJ. (22) Der Einfachheit halber erhalten die Größen K und L nur den rechten der beiden Indizes von M, i* Beschränkt man sich auf diejenigen reduzierten Minterme, welche in der Ubertragungsgleichung (1 5# für A" mindestens vorhanden sein müssen (alse reduzierte Minterme Mhii, Milk ... zu allen Punktpaaren (zh, zi), (zj, zk) . . ., auf welchen A., verschiedene Werte hat, so erhält man gemäß F i g. 7 für alle Größen Li, Lk, ... : Li., = Lk. = - - - = 1. = A.-1 Z-1-2 ... Äl -äl - (23) Setzt man noch Z , Ki. (,4:, = 1) = 4.1 (24) und 2: , Ki., (A., = 0) = k.(), (25) so kann man schreiben: Y, Mali (A., = 1) = k.,1 (26) Mali (A.# = 0) = k.04. (217) Durch Eirmetzen der beiden vorstehenden Gleichungen in Gleichung (15) erhält man: A., = k-."IIXZO + k-:#()l#ZOA.#,. (28) Hierbei ist berücksichtigt, daß bei einem Gray-Code Ax nach einem Hilfsimpuls seinen Wert nicht ändert und folglich in Gleichung (15) HO = 0 eingesetzt werden kann. Entsprechend gilt natürlich für die Teilgröße Ax,I: A.N+, # k(x+1),#x+IZo + k(x+,)()#v+IZOAx,l. (29) In F i g. 8 ist ein Tabellenaussehnitt mit den Teilgrößen . ..A,+" A.,+" A., und den Größen k,.",1)1. ki. + 1)(), k" und Z-.,0 dargestellt, welcher durch Symmetrieachsen in Abschnitte aufgeteilt wird. Auf einen Abschnitt der Teilgröße A.", entfallen zwei Ab- schnitte der Teilgröße A, Innerhalb eines Abschnittes von A, -, , (Ax) bleiben die Größen k(x -, 1, , und k(x + 1)o (kx, und kxo) kohstant. da sie ihren Wert nur ändern können, wenn eine der Größen A"" A", ... A.,+, (All, A,11-1 ., * A.,+,) ihren Wert ändert. Dieses ist aber innerhalb des betreffenden Abschnittes nicht der Fall. Da die Größen k,..1,1 und k"4-1)() (k.,1 und k.",) aber zur Erfüllung der Gleichung (26) bzw. (27) auf mindestens einem Punkt jedes Abschnittes antivalent sein müssen. sind sie es folglich auch auf allen anderen Punkten. Es gilt also: k(x+1)1 # F(.,c-1)o- (30) k.yl # k.xo* (31) Durch den Tabellenausschnitt gemäß F i g. 8 wird außerdem die Gleichung evident: k.,1 = + 1-(x,1),A.,#+l- (32) Setzt man diese Gleichung in Gleichung (29) ein. erhält man als allgemeine Ubertragungsgleichung lür die Teilgröße A.,: A,= (k(x+I)Izir+l + Z(X-I)lAx+1) #J)' + + k(x,1)1.4xi-I#,c4)Ax* (33) Die Ubertragungsgleichungen (29) und (33) sind auch für B, gültig. wenn man ZO durch HO ersetzt. Zur Anpassung in das Bezeichnungsschema wird nachstehend für B, auch .40 geschrieben. Da zu AO keine Größe 4 gemäß Gleichung (23) existiert. setzt man # = 1.
  • Für die Ableitung der Gleichung (33) für die Teilgröße A., wurde angenommen. daß der aus den Teilgrößen A, A.,-, ... A" B, gebildete Teilcode symmetrisch ist. Das ist aber nur für x :2## in - 1, also bis zur Teilgröße A, mit dem zweithöchsten Index der Fall. Für A., = A gilt abweichend von Gleichung (33): A,?, # Aljl-,Aljl-2 ... A1B1ZO + All,-,Al?,-2.. , AIBZOA",. (34) Dies ist sofort einzusehen. wenn man annimmt, daß die obere Hälfte der Tabelle gemäß F i g. 7 den vollständigen Code darstellt.
  • Für A, = A", kann die allgemeine Form der Ubertragungsgleichung angewendet werden. Die Größe k""-1, kann jedoch nicht gemii3 Gleichung (32) gebildet werden, da eine Größe k , nicht existiert. In diesem Fall stellt die obere Hälfte der Tabelle gemäß F i g. 8 den vollständigen Teilcode der Größen Ax # A", und A."+, = A dar, aus welchen man ablesen kann: kx, = k(",-1) = Ä?tl, kxo k(,?1-1)() = 4,p#* (35) Die öbertragungsgleichungen für die Teilgrößen eines Gray-Codes werden nachstehend noch einmal in einer geschlossenen Zusammenstellung gebracht. Zwecks einfacher Ableitung der logischen Schaltung zu diesen Gleichungen wird darin die Größe Ix wie folgt aufgespalten: 1, A,11, (36) init ' -, . . . (37) v Die Ubertragungsgleichungen lauten darin: A?l1 A",-Ilt,'IZo + AI?1-11,?'IZOA,pl (38) mit In, A l'n + (39) mit k""-1,1 "lielli"I-1 , r-2* Alt,-, = k(,?1-2),AI,1-31i21-1Z0 + (40) init kon-211 k#P,1)1Ä1,1 + In 1-2 At?,-411?i-3-A2 = k-2,Al#,ZO + k,IA,L,Z..41 (41) mit kil = k31Ä3 + k31A 3-A, = k11A0Z0 + k11A0Z0A1 (42) mit kl, = k21 1 + A,-.
  • A#) = 4#IH0 + k()1HOA() (43) mit ko, = k11Ä1 + Z-,A,.
  • In F i g. 9 ist ein mit RS-Speichern aufgebauter Zähler für einen Gray-Code mit beliebiger Stellenzahl darg6tellt. dessen logische Schaltung direkt die Gleichungen (38) bis (43) realisiert. Beim praktischen Aufbau dieser Schaltung ist zu berücksichtigen. daß nicht alle UND-Glieder rür die Verknüpfungen L, = A" -,1., passiv sein dürfen, da eine häufige Kaskadierung passiver Verknüpfungsglieder nicht zulässig ist. Man kann alle Größen 1., auch ausschließlich durch passive UND-Glieder gewinnen, indem man jede einzelne Größe direkt durch Konjunktion der Teilgrößen gemäß Gleichung (23) bildet. Dieses Verfahren führt bei Zählern mit wenigen Speichern zu einem niedrigeren Aufwand und wird daher bei dem später behandelten Zähler gemäß F i g. 12 angewendet. Die Eingangsgröße a, der RS-Speicher ist mit dem linken der beiden in der Ubertragungsgleichung für A., disjungierten Terme und die Eingangsgröße a., mit dem unter dem Negierungsstück stehenden Teil des rechten Termes identisch. Die zu A, antivalente Größe Ä, welche bei RS-Speichern immer anfällt, wird gemäß F i g. 9 zur Verringerung des Aufwandes verwendet.
  • Die zwei in Schritte der vorbeschriebenen Zählerschaltung für einen Gray-Code können auf einfache Weise reduziert werden, indem man einmal oder mehrmals eine gerade Zahl von Punkten überspringt. Die übersprungenen Punkte müssen zwischen zwei Punkten ::i und ::j liegen, welche von einer beliebigen Symmetrieachse aus die gleiche Zahl halber Vorwärts-bzw. Rückwärtsschritte entfernt ist. Es kann sich hierbei um eine Symmetrieachse zu einem beliebigen Teilcode A., . A" (A., = A",-, . . . A") handeln, welcher minimal nur aus der Teilgröße A(, besteht.
  • Werden nicht mehr als 2"' Punkte übersprungen, unterscheiden sich ::, und z, nur in der Teilgröße A". und es liegt folglich ein realisierbarer Code vor.
  • Einen Sprung von ::, nach ::j erreicht man unter anderem durch die zusätzliche Realisierung der Gleichung (44) und durch Aufheben der Gleichung für den Sprung von =i nach dem im nicht reduzierten Code folgenden Punkt zi": Ali', = Mi i+I Io. (45) In beiden Gleichungen ist 1(, mit Z(, oder H" identisch. Man kann auch Gleichung (45) bestehen lassen und außer der Gleichung (44) die Gleichung Ali # Mii jo (46) realisieren. In diesem Fall erfolgt der Sprung von ::, unter Einbeziehung von z,+, und dem im nicht reduzierten Code vor ::, stehenden Punkt zj-, als Z%% ischenpunkte. Die Gleichungen (44) und (46) kann man zusammenfassen: .lij (mi i + mi', j) Z" (mi + Mi+I + Mj+I + Mj) Zo. (47) Von den allgemeinen Ubertragungsgleichungen (38) bis (43) und der allgemeinen Zählschaltung gemäß F i g. 9 für einen Gray-Code mit beliebiger--Stellenzahl ausgehend wird nachstehend auf einen Gray-Code mit fünf Stellen (m - 4) übergegangen. Dieser ist in der Tabelle gemäß F i g. 10 dargestellt in Zuordnung zum Index i der zu den einzelnen Codewörtern gehörenden Punkte zi, zum Zählimpuls Z" und Hilfsimpuls H(, und zu den Größen k3" 4,1. kl, und k-"l.
  • Außerdem ist jedem Codewort ein zweiter Index zugeordnet, weicher die Punkte zj eines auf zwanzig Wörter reduzierten Codes teilweise anders benennt. Die Ubertragungsgleichungen der Teilgrößen erhält man durch Einsetzen von m = 4 in die Gleichungen (38) bis (43). Diese lauten dann: A4 A3V0 + Ä31;Z,)A4 (48) mit 14 A,#, .43 k31A2V0 + k-31,4,1;ZoA3 (49) mit A-3, A4# A, k,IAIL,'ZO + k-2,All#ZoA, (50) mit k,1 k31A3 + k*3,A3# Ao.
  • A, k11A0Z0 + k11A0Z0A1 (51) mit k, k21 A, + k, A,.
  • Ao l#),HO + k01H0A0 (52) mit kol k11A1 + k,jA,.
  • Bei der geringen Zahl von nur fünf Teilgrößen ist es zweckmäßig, alle Größen 1., direkt durch Konjunktion der Teilgrößen herzustellen, anstatt, wie gemäß F i g. 9, durch fortlaufende Kaskadierung. Zur besseren Umsetzung in eine logische Schaltung wird daher in den Gleichungen (48) und (49) eingesetzt: - - - 14 = A2A1140# (53) 1; = A1A0- (54) In F i g. 11 ist das zu diesen Gleichungen gehörende Schema dargestellt. Sämtliche Punkte ::i des Boolesehen Raumes, für welche der Ubersichtlichkeit wegen nur der Index i angeschrieben ist, sind belegt. Die gestrichelten Linien beziehen sich auf eine nachstehend beschriebene Reduzierung auf zwarizig belegte Punkte. Die Symmetrieachsen für den Teilcode A3 ... Ao sind strichpunktiert gezeichnet.
  • Von den vorstehend erläuterten Möglichkeiten einer Reduzierung um eine beliebige Zahl von ganzen Zählschritten wird nachstehend das Uberspringen von* Punkten erläutert, welche sich auf beiden Seiten der Symmetrieachse anschließen, welche zwischen ::,., und ::8.(, liegt. Dieses Uberspringen soll durch zusätzliche Realisierung der Gleichungen (44) und (46) erreicht werden. Es muß folglich die Gleichuneg, (48) durch Disjunktion des Ausdruckes x = (Ali j -#- Ali', j) io erweitert werden. Wie aus der Tabelle gemäß F i ---. 10 hervorgeht, erhält man für den Ausdruck x bei einer Reduzierung um 1 Schritt: x, = -4.1.4,.4,Ho# (55) 2 Schritte: X-' = A3A-1.40Zo. (56) 3 Schritte: = A3"-1.4,H". (57) 4 Schritte -. x4 = A3A1 AOZO. (58) 5 Schritte: _x5 = A3A2.41 Ho, (59) 6 Schritte: x, = A 3 -"-"A() Zo' (60) 7 Schritte: -x-7 = A3A,ÄIH(l. (61) Die Gleichung für A, lautet darin z. B. bei einer Reduzierung um 6 Schritte, also für einen Dezirrialzähler: A,= A3A2A, A,4, + A3A#A(,Z,) -#- A.3A2A1 AAA.. (62) In diesem Fall erfolgt durch den Zählimpuls ein Sprung vom Punkt ::4.1 nach ::iI.(). Im Schema gemäß F i g. 11 ist dieser Sprung durch den gestrichelten Weg zwischen ::4., und ::".0 dargestellt. Die Punkte ,z_"o und ::j,., sind jetzt nur noch Zwischenpunkte, welche beim Ubergang von z4.1 nach ::".0 kurzzeitig auftreten können, und die Punkte z5.1 bis zio.o unbelegte Punkte.
  • Es können auch weitere Sprünge durch zusätzliche Gleichungen realisiert werden. Diese Gleichungen wirken sich auf den Zählcode nicht aus. wenn die übersprungenen Punkte von einem weiteren Sprung übersprungen werden. Es ist folglich zulässig. zu den Größen x gemäß Gleichungen (56) bis (60) b ' cliebig diejenigen für kürzere Sprünge zu disjungieren, wodurch teilweise eine Vereinfachung der Ubertragungsgleichung für A4 erzielt werden kann. Realisiert man z. B. außer dem Sprung von Z.., nach Z11.0 zusätzlich den Sprung von_ Z"., nach Z,.(), lautet die öbertragungsgleichung rür A4: A4 = A3A2A1A0Z0 + A3A,ZO + A3A,A,Äoz,#A4. (63) In F i g. 12 ist eine beliebig rür 9 bis 16 Zählschritte programmierbare Zählschaltung dargestellt. Die Programmierung erfolgt durch Beschalten der offenen UND-Eingänge Io, ei, e2 und e3 entsprechend der Programmiertabelle gemäß F i 13. Ein schräger Strich lautet, daß der betreffende Eingang offen bleibt. Für s = 16 Zählschritte bleiben alle Eingänge offen.
  • Bei einer Progranunierung, für eine ungerade Zahl ä von Schritten wird der Hauptspeicher Sa4 VOM Z# * 111 -impuls Zo und vom Hilfsirnpuls Ho eingestellt, #vährend bei bekannten Zählschaltungen Hauptspächer immer nur vom Zählimpuls eingestellt werden. In der Maßnahme. einen Speicher durch beide Impulse einzustellen, ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu erblicken.
  • Nachstehend wird noch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zählers mit mehreren Hilfsspeichern gebracht, in welchem die Eingangsgrößen der Hauptspeicher nur Funktionen der Ausgangsgrößen der Hilfsspeicher -und die Eingangsgrößen der Hilfsspeicher nur Funktionen der Ausgangsarößen der Hauptspeicher sind. Es handelt sich C hierbei um eine dekadische Zählschaltung mit drei Hauptspeichern und drei Hilfsspeichern.
  • Der vorgegebene Code dieser Zählschaltung ist in F i g. 14 und der erweiterte. realisierbare Code in F i g. 15 dargestellt. Zur eindeutigen Festlegung der ZAhlerstellung reicht der Teilcode mit den Aus-C Cangsgrößen aller Hauptspeicher nicht aus. Die Zählerstellungen 4, 5, 8 und 9 werden erst durch die zusätzliche Ausgangsgröße A, des Hilfsspeichers definiert. Der realisierbare Code gemäß F i g. 15 ist irn Gegensatz zu den Codes gemäß F i g. 4. 6 und 10 nicht qo aufgebaut. daß die Worte des vorgegebenen Codes immer in beiden der gleichen Zählerstellung zugeordneten Worten des realisierbaren Codes als Teilwori vorkommen. Fürdie Zählerstellungen3 und 6 ist dieses vielmehr nicht der Fall, inan kann aKo nicht einfach setzen: B3 =- 1#, Die Worte, welche sich in F i g. 15 gegenüber denen de#, vorausgehenden Codewortes nicht ändern, sind unterstrichelt; in Zeilen mit Z, = 1 mit einer durchgehenden und in Zeilen mit H" = 1 mit einer gestrichelten Linie. Die unterstrichenen Werte gehören zu deiljenigen Teilgrößen. aus welchen die reduzierten Minterme M4j gebildet werden, weshalb durch das Unterstreichen die vorbeschriebene Prüfung des Codes auf Realisierbarkeit erleichtert wird. Der Zählcode kann durch die folgenden Ubertragungsgleichungen realisiert werden: A, = BIZO# (64) A2 = (B3B2,Ü,Zo + Ü2,Ü,Z(,A2, (65) A3 = (B3B2Z0 + B3B2B1Z0A3, (66) B, = Ä, Ho, (67) B2 = Ä2A1110 + A3A2A1H0B2, (68) B3 = A3A2A1H0 + Ä2H0B#3. (69) Die vorstehenden Gleichungen stellen auch sicher, daß der Zähler von jedem beliebigen unbelegten Punkt Z" aus teilweise direkt und teilweise über weitere unbelegte Punkte auf einen belegten Punkt gelangt. Dieses ist leicht nachzuprüfen, indem man für jeden unbelegten Punkt auf Grund der vorstehenden Gleichungen die nachfolgenden Punkte ermittelt.
  • In der Tabelle gemäß F i g. 16 sind als Beispiel die auf z", und z"" folgenden Punkte dargestellt. Man erkennt, daß z", über Zu2, Zu3, 2:"4 und z"5 auf den belegten Punkt zo., führt, wenn zuerst ein Hilfsimpuls auftritt, und daß z", direkt auf zo., führt, wenn zuerst ein Zählimpuls auftritt. Dagegen führt z", immer direkt auf z1.1. Wegen des hohen Aufwandes sind die anderen unbelegten Punkte in der Tabelle nicht enthalten. Die zu den vorstehenden Gleichungen gehörende Zählschaltung ist in F i g. 17 dargestellt.
  • Als Zähl- und Hilfsimpulse eignen sich bei allen erfindungsgemäßen Zählschaltungen die antivalenten Ausgangsgrößen D, D' eines Speichers, dessen Nullsignale überlappen, für den also im statischen Zustand gilt: D = D'und im Ubergangszustand kurzzeitig: D = D'= 0. D Bund D' können z. B. die Ausgangsgrößen eines Speichers einer vorgeschalteten Zählstufe sein.
  • Alle erfindungsgemäßen Zählschaltungen können auf ein beliebiges Codewort voreingestellt werden. In der vorliegenden Beschreibung wird unter »Voreinstellen« verstanden, den Zähler auf das erste (zweite) Codewort zi.0 (zi.1) einer durch das vorgegebene Codewort zi, definierten Zählerschaltung einzustellen. Aus den Teilgrößen des vorgegebenen Codewortes, welche z. B. als Ausgangsgrößen von Speichern vorliegen, ergeben sich die Teilgrößen des voreinzustellenden Codewortes. Je einfacher die Beziehungen zwischen den Teilgrößen des vorgegebenen und des erweiterten realisierbaren Codes sind, um so geringer ist der für die Voreinstellung erforderliche Aufwand an logischen Verknüpfungseinheiten. Bei den Codes gemäß F i g. 4, 6 und 10 (ausgenommen bei einer Reduzierung des Codes gemäß F i g. 10 um eine ungerade Zahl von Schritten) gilt für sämtliche Teilgrößen A" (x = 1, 2 ... in): Ax # A.yl. (70) und rtir die Teilgröße B, des ersten bzw. zweiten Codewortes: (BI)i.o Yj Mi.oli., (B, = 0) (71) bzw.
  • (BI)i., (BI)i.o M#.()li., (B, = 1). (72) Da #: Mi.()li., (B, # 1) Mi.()li., (B, = 0) ohnehin durch eine logische Verknüpfung realisiert werden muß, ist der zusätzliche Aufwand zum Voreinstellen sehr gering. Beim Code gemäß F i g. 15 gilt ebenfalls für sämtliche Teilgrößen A., die Gleichung (70). Für die Teilgrößen By des ersten Codewortes Zi.() gilt: (BA.0 = B3 (73) (BA,0 = 142,- (74) (B,)i.o # A, 1. (75) und für die Teilgrößen BY des zweiten Codewortes Zi.1: (BÄ.0 = A2A3 r + A3A2rA1 r, (76) (B2)i.o = A2 #.Ä-3,A1, + Ä3,.;f2,.A1,#, (77) (BI)i.o # A, (78) Die Gleichungen (76), (77) und (78) sind wesentlich komplizierter als die Gleichungen (73), (74) und (75). Folglich ist die Voreinstellung des zweiten Codewortes mit einem wesentlich höheren Aufwand an logischen Verknüpfungseinheiten verbunden als die Voreinstellung des ersten Codewortes.
  • Wenn der Zähl- und Hilfsimpuls antivalente Signale sind, muß zum Voreinstellen das erste Codewort es,., verwendet werden. Liegt gerade der Hilfsimpuls an, stellt sich dann nach Beendigung der Voreinstellung das zweite Codewort von selbst ein. Die Verwendung des zweiten Codewortes ist nicht zulässig, da sich dann nach dem Voreinstellen beim Anliegen eines Zählimpulses zo das erste Codewort zj.0 der nachfolgenden Zählerstellung einstellt, die Zähischaltung also zu dem voreingestellten Wert den Wert 1 hinzuzählt.
  • Wie bekannte Zählschaltungen eignet sich auch die erfindungsgemäße Zählschaltung litir beide Zählrichtungen. An Stelle der Gleichungen (5) und (6) müssen dann die Gleichungen Mi,o # Mi.oii.i Ho, (79) und Mi.i # Mi.11jo Zol- (80) realisiert werden. Die Gleichung für einen Punkt zi.0 (zi.1) wird also durch einen Hilfsimpuls Ho, (Zählimpuls Zo,) erfüllt, wenn dei reduzierte Minterm i.Oji.1 (M' 01j0) Zu diesem sowie dem - beim Vor-M' i.
  • wärtszählen - nachfolgenden Punkt zi., (zj.0) den Wert 1 hat. Der zusätzliche Index »r« kennzeichnet die Impulse für das Rückwärtszählen.
  • Im Prinzip gleicht das Rückwärtszählen dem Vorwärtszählen vollständig. Ist eine Zählschaltung für zwei Richtungen ausgelegt, kann eine beliebige Zählrichtung als Vorwärtsrichtung definiert werden. Man kann also die Ubertragungsgleichungen für beide Richtungen so aufstellen, wie es vorstehend für eine Zählrichtung beschrieben wurde. Die sich auf Grund der Ubertragungsgleichungen ergebenden Eingangsgrößen der einzelnen Speicher für das Vorwärtszählen sind natürlich anders als für das Rückwärtszählen. Die ersteren werden durch die Impulse ZO und HO und die letzteren durch die Impulse Zo,. und H., auf die Eingänge durchgeschaltet. Die Zählrichtung ist also durch die Zähl- und Hilfsimpulse definiert.
  • In vielen Fällen müssen die Impulse für beide Richtungen aus den antivalenten Ausgangsgrößen D und D' eines Speichers mit überlappendem Nullsignal und einer Richtungsgröße V gewonnen werden. Setzt man für Vorwärtszählen (Rückwärtszählen) V = 1 (V = 0), gilt rür die Impulse: 4) = VD, (81) HO = VD, (82) Z(". = VD' (83) H" = VD. (84) Gemäß Gleichungen (81) bis (84) geht bei einem Ubergang der Größe V von 1 auf 0 (0 auf 1) Z,) in H, oder HO in Z, (Z" in HO oder H",. in ZJ über. Aus den Gleichungen (5), (6), (79) und (80) geht hervor, daß dann für V = 1 und V = 0 bei D = const. nicht Gleichungen für verschiedene Punkte erfüllt sind und folglich kein Ubergang von einem Punkt auf einen anderen erfolgt. Steht z. B. der Zähler auf dem Punkt zi., ist für H, = VD' = 1 die Gleichung (5) erfüllt. Für Z",.= VD' = 1 ist dagegen keine der rür das Rückwärtszählen gültigen Gleichuggen (79) und (80) errüllt. Dagegen würde für H", = VD' die Gleichung (79) erfüllt und der Zähler folglich auf den Punkt Zi., zurückspringen. Aus den Gleichungen (5). (6)# (79) und (80) wird evident, daß bei der unzulässigen Realisierung der Impulse durch die Gleichungen Z, = VD, H" = VD' Z", = 'PD, H,> = 'f/D' der Zähler immer von einem Punkt ::,." bzw. ::j., auf den vorausgehenden Punkt ::h.1 bzw. 21.0 (nachfolgenden Punkt ::j., bzw. ::j.") springt, wenn die Größe V von 1 nach 0 (0 nach 1) übergeht. - Wenn der Zähl- und Hilfsimpuls rür das Rückwärts-* z hlen aus zwei im statischen Zustand antivalenten Signalen D und D' abgeleitet werden, muß für V = 0 zum Voreinstellen das zweite der beiden zu einer bestimmten Zählerstellung gehörenden Codewörter verwendet werden. Liegt gerade der Hilfsimpuls H,), an.stellt sichdann nach Beendigung der Voreinstellung das erste Codewort von selbst ein. Die Verwendung des ersten Codewortes ist nicht zulässig, da sich dann nach dem Voreinstellen beim Anliegen eines Zählimpulses Z" das zweite Codewort der vorausgehenden Zählerstellung einstellt. die Zählschaltung also von dem voreingestellten Wert den Wert 1 abzieht.
  • Durch die Bedingung. für k' = 1 das erste und für l' = 0 das zweite Codewort voreinzustellen. erhöht sich beim Zählen flür beide Zählrichtungen gegenüber einem Zähler für eine Zählrichtung der zum Voreinstellen erforderliche Aufwand an logischen Verknüpfungseinheiten. Er ist bei Zählern mit einem Code gemäß F i g. 4. 6 und 10 noch verhältnismäßig gering. dagegen bei einem Zähler mit einem Code gemäß F i g. 15 wegen der Realisierung der Gleichungen (76). (77) und (78) wesentlich höher.
  • Das Voreinstellen des zweiten Codewortes kann umgangen werden, indem immer bei Vorgabe der 5 Zählrichtung »Vorwärts« (V = 1) voreinstellt und man erst nach Beendigung der Voreinstellung V = 0 vorgibt, wenn der Zähler rückwärts zählen soll.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Multistabiler statischer Zähler mit Hauptspeichern, deren Eiiigangsgrößen durch Zählinipulse durchgeschaltet werden und mit mindestens einem nachgeschalteten Hilfsspeicher, dessen Eingangsgrößen durch mit den Zählimpulsen lückende Hilfsimpulse durchgeschaltet werden, wobei die Ausgangsgröße der Haupt- und die der Hilfsspeicher jeweils ein bestimmtes Codewort bilden. dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgrößen mindestens eines Teils der Speicher durch logische Verknüpfungseinheiten jeweils als Funktion mehrerer Ausgangsgrößen der Speicher mit der Maßgabe gebildet werden, daß die Codewörter rtir Haupt- und Hilfsspeicher verschieden sind.
  2. 2. Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfungseinheit so aufgebaut ist, daß die durch einen Zählimpuls auf die Speichereingänge durchgeschalteten Eingangsgrößen der Hauptspeicher jeweils als eine Funktion von mehreren Ausgangsgrößen der Hilfsspeicher und derjenigen Hauptspeicher gebildet werden, welche vom jeweiligen Zählimpuls nicht in eine andere Stellung gekippt werden oder daß die durch einen Hilfsimpuls auf die Speichereingänge durchgeschalteten Eingangsgrößen der Hilfsspeicher jeweils als eine Funktion von mehreren Ausgangsgrößen der Hauptspeicher und derjenigen Hilfsspeicher gebildet werden, welche vom jeweiligen Hilfsimpuls nicht in eine andere Stellung gekippt werden. 3. Zähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß die logische Verknüpfungseinheit so aufgebaut ist, daß die Eingangsgrößen der Hauptspeicher jeweils nur eine Funktion von mehreren Ausgangsgrößen der Hilfsspeicher und/ oder die Eingangsgrößen der Hilfsspeicher jeweils nur eine Funktion von mehreren Ausgangsgrößen der Hauptspeicher sind.
  3. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1226641.
DE19651267252 1965-11-13 1965-11-13 Multistabiler statischer Zaehler mit Hauptspeichern und mindestens einem nachgeschalteten Hilfsspeicher Pending DE1267252B (de)

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