DE1275106B

DE1275106B - Analog-Digital-Umsetzer mit Kodescheibe

Info

Publication number: DE1275106B
Application number: DEG39546A
Authority: DE
Inventors: Chai B Byun; Kenneth F Rendler
Original assignee: General Precision Inc
Current assignee: General Precision Inc
Priority date: 1963-02-15
Filing date: 1964-01-07
Publication date: 1968-08-14
Also published as: US3286251A; GB1002369A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/00

Nummer: 1275 106

Aktenzeichen: P 12 75 106.3-31 (G 39546)

Anmeldetag: 7. Januar 1964

Auslegetag: 14. August 1968

Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital-Umsetzer mit einer Kodescheibe, deren Kodemuster einzelne, den Binärstellen des Ausgangssignals zugeordnete, aus abwechselnden Kontakt- und Unterbrechungssegmenten bestehende konzentrische Spuren umfaßt, die zur Vermeidung von Übergangsfehlern an zwei verschiedenen Stellen abtastbar sind.

Bei der Konstruktion von mit Kodescheiben ausgestatteten Analog-Digital-Umsetzern sind bekanntlich besondere Maßnahmen erforderlich, um Mehrdeutigkeiten bei der Abtastung der Kodemuster zu vermeiden. Selbst bei bester Justierung der Abtastelemente gibt es immer Stellungen, in denen diese Elemente wegen ihrer endlichen Dicke zwei benachbarte Kodekombinationen abgreifen. Das kann zu falschen oder zu widersinnigen digitalen Ergebnissen führen.

Zur Lösung dieses Mehrdeutigkeitsproblems wurden bereits verschiedene Anordnungen entwickelt. So ist es bekannt, zur Abtastung einer Ziffernspur der Kodescheibe mehrere Fühler zu verwenden, die so zueinander angeordnet sind, daß sie niemals gleichzeitig an einer Trennlinie zwischen zwei benachbarten Kodekombinationen zu liegen kommen. Bei der sogenannten U-Abtastung beispielsweise wird für die der untersten Binärstelle entsprechende Ziffernspur ein einziger Fühler verwendet, während für die höheren Binärstellen wahlweise einschaltbare erste und zweite Fühler vorgesehen sind. Die ersten und zweiten Fühler sind jeweils dicht beieinander angeordnet, so daß beim Durchgang einer Trennlinie durch die Abtastvorrichtung die erste Fühlergruppe die nächsthöhere Binärzahl mit Ausnahme der untersten Stelle abtastet, während die zweite Fühlergruppe die nächsttiefere Binärzahl mit Ausnahme der untersten Stelle erfaßt. Die wahlweise Einschaltung der Gruppen erfolgt entsprechend dem Zustand der untersten Stelle.

Bei einem weiteren bekannten System, der sogenannten V-Abtastung, ist für die Ziffernspur mit der geringsten Bedeutung ein Fühler bzw. eine Kontaktbürste vorgesehen, während die restlichen Spuren mit jeweils zwei Kontaktbürsten beaufschlagt werden, deren Abstand zueinander sich mit zunehmender Bedeutung der Ziffernspur vergrößert. Eine logische Schaltung sorgt dafür, daß nur jeweils eine der beiden auf einer Spur befindlichen Bürsten eingeschaltet wird, wobei die Auswahl von dem Abtastergebnis der nächsttieferen Spur abhängt.

Die beschriebenen Anordnungen haben zwar den Vorteil, daß sie mit verhältnismäßig wenig Fühlern bzw. Kontaktbürsten auskommen, was den Reibungswiderstand vermindert, sie erfordern jedoch einen Analog-Digital-Umsetzer mit Kodescheibe

Anmelder:

General Precision, Inc., Glendale, Calif.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. v. Schumann,

Patent- und Rechtsanwalt,

8000 München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:
ao Chai B. Byun, Canoga Park, Calif.;

Kenneth F. Rendler, La Crescenta, Calif.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. Februar 1963
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relativ hohen elektrischen Schaltungsaufwand zur Ansteuerung und zur Umschaltung der einzelnen Fühler. Insbesondere bei der U-Abtastung ergeben sich schaltungstechnische Schwierigkeiten, wenn zwei Kodescheiben zur Erweiterung der Stellenzahl vorgesehen sind. Die V-Abtastung hat den Nachteil, daß alle Fühler einzeln eingeschaltet werden müssen. Um zu verhindern, daß sowohl die abgetastete Spur als auch das abgetastete Segment auf unrichtige Weise eine Spur oder ein Segment höherer Ordnung einschaltet, ist es daher erforderlich, für jede Spur oder jedes Segment zur Abtrennung eine Diode vorzusehen. Somit wird für jede Zone der Durchlaßwiderstand einer Diode eingeführt, und die Spannung an einer beliebigen Ausgangsleitung ist eine Funktion der Widerstände der in allen Ausgangsleitungen des Umsetzers in Reihe geschalteten Dioden. Infolgedessen muß eine geeignete Schaltung vorgesehen

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werden, um die Differenzen der Spannungen auszugleichen, welche an die Spuren und Segmente höherer Ordnung angelegt werden, da der Gesamtwiderstand der in Reihe geschalteten Dioden größer wird. Die bisher vorgeschlagenen Lösungen dieses Problems sind nicht befriedigend, da es erforderlich ist, erheblich kompliziertere Muster zu verwenden und jeweils mehrere isolierte Segmente innerhalb des Musters jeder Ziffernspur vorzusehen.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, durch Verwendung eines besonderen Binärkodes die Übergangsfehler bei der Abtastung klein zu halten. Hierbei wird eine Zahlenfolge so in binärer Weise verschlüsselt, daß die einer bestimmten Zahl entsprechende Binärzahl nur in einer Stelle von der vorhergehenden bzw. der folgenden Binärzahl abweicht. Wenn in diesem Falle bei der Abtastung einer Übergangsstelle die Ziffernanzeige doppeldeutig wird, so wird in Abweichung vom richtigen Wert allenfalls die nächsthöhere bzw. die nächstniedrigere Zahl angezeigt ungeachtet dessen, welche Ordnung die fehlerhaft abgetastete Ziffer besitzt. Der Fehler kann also nie größer werden, als es einer binären Einheit entspricht.

Eine solche Anordnung hat ebenso wie die anderen bisher erwähnten Abtastsysteme den Nachteil, daß man sie nicht ohne weiteres in Umsetzern verwenden kann, die mit mehreren getrennt laufenden Kodescheiben ausgestattet sind. Es ist jedoch in vielen Fällen erforderlich, mehrere Kodescheiben vorzusehen, die durch ein Untersetzungsgetriebe miteinander verbunden sind, um die Stellenzahl der auszugebenden Binärzahl und somit die Genauigkeit der Analog-Digital-Umsetzung zu erhöhen. Um auch hier eine eindeutige Abtastung zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, die Ubergangsfehler bei der untersetzt laufenden Scheibe durch einen Doppelabgriff zu verhindern, wobei über sogenannte »Vorwahlsegmente« von der ersten Scheibe aus der gültige Abgriff gewählt wird. Die Vorwahlsegmente werden gleichzeitig mit einer auf der ersten (schneller laufenden) Scheibe befindlichen Ziffernspur abgetastet, wobei ein bestimmtes Vorwahlsegment einem bestimmten Bereich auf der Ziffernspur genau entsprechen muß. Hierbei ist eine sehr feine Justierung der Kontaktbürsten der Segmente und der Ziffernspur zueinander erforderlich, die bei der angestrebten Kleinheit der heute benötigten Umsetzergeräte technisch kaum möglich ist. Außerdem bilden die Vorwahlsegmente zusätzlich zu den einzelnen Kodespuren mindestens eine weitere für sich abzutastende Spur, was wegen des erhöhten Raumbedarfs ebenfalls nachteilig ist. Durch die Einführung der Vorwahlsegmente ergibt sich zudem eine weitere Fehlerquelle, da zwischen den einzelnen Segmenten Isolationsstege vorgesehen sein müssen, die ihrerseits unsichere Übergangsbereiche darstellen.

Bei einem mit Kodescheiben ausgestatteten Analog-Digital-Umsetzer der eingangs erwähnten Art werden die vorstehend beschriebenen Nachteile erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß in an sich bekannter Weise am äußeren Umfang der Scheibe eine aus gleich langen Kontakt- und Unterbrechungssegmenten bestehende Spur angeordnet ist, während der übrige Teil des Kodemusters davon getrennt in zwei im wesentlichen gleiche, jeweils 180° umfassende Kodebahnen zerlegt ist, die um den Winkel eines Segments der äußeren Spur mehr als 180° gegeneinander versetzt sind, deren einzelne Spuren von zwei längs eines Scheibendurchmessers angeordneten Gruppen von Fühlern abgetastet werden, und die über einen Schalter in Abhängigkeit von der Stellung der äußersten Spur abwechselnd eingeschaltet werden. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, die Kodierscheibe mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl isolierter Segmente zu versehen. Die Trenndioden für jede Spur können parallel geschaltet werden, und da in jedem

ίο Zeitpunkt nur ein Muster entsprechend dem Zustand der Spur der geringsten Bedeutung eingeschaltet ist, liegt in jedem Zeitpunkt des Ausgabevorgangs nur eine Trenndiode im Stromkreis. Dadurch wird der Reihendurchlaßwiderstand erheblich verringert, und für jede Ausgabespur ergibt sich der gleiche Spannungsabfall.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist eine weitere Kodescheibe vorgesehen, deren Kodebahnen denen der ersten Kodescheibe gleich sind, und die mit einer dem Modulus der ersten Scheibe entsprechenden Untersetzung mit dieser gekuppelt ist. Hierbei stellt sich als günstig heraus, wenn in Abhängigkeit von dem am Ausgang der höchsten Binärstelle der ersten Scheibe auftretenden Signal die eine oder andere Kodebahn der weiteren Scheibe eingeschaltet wird. Durch diese Art der Umschaltung und durch die besondere Gestaltung des Scheibenmusters ist es möglich, ohne großen schaltungstechnischen Aufwand mehrere Scheiben zu verwenden. Alle nachfolgenden Scheiben höherer Ordnung können das gleiche Muster enthalten wie die Scheibe der untersten Ordnung.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die leichte Justierbarkeit der einzelnen Abtastelemente in ihrer Stellung zueinander und zur Kodescheibe. Diese Justierung ist kein Problem, wenn es sich um Kodescheiben mit großen Durchmessern handelt, bei miniaturisierten Umsetzern jedoch ist es sehr schwierig, die Abtastelemente genau in ihre vorgeschriebene Stellung zu bringen. Insbesondere wenn es sich um eine U- oder V-Abtastung handelt, stellt die Justierung der Bürsten an einer kleinen Kodescheibe ein fast unlösbares Problem dar. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch liegen alle Bürsten auf einer geraden Linie, die durch den Scheibenmittelpunkt verläuft, wodurch die Herstellung und der Aufbau des Umsetzers sehr viel einfacher werden. Die linienmäßige Ausrichtung der Kontaktbürsten ist deshalb möglich, weil die beiden sich gegenüberliegenden Kodemuster etwas gegeneinander versetzt sind, d. h. sich in einem Winkel gegenüberstehen, der etwas mehr als 180° beträgt. Bei herkömmlichen Anordnungen, die rotationssymmetrische Kodescheiben besitzen, ist eine Abtastung auf einander gegenüberliegenden Seiten der Scheibe zwar ebenfalls möglich, doch müssen hierbei, wie es bereits vorgeschlagen worden ist, die Kontakte mit einer kleinen Abweichung von der genauen 180°-Lage angebracht sein, so daß eine linienmäßige Ausrichtung nicht erfolgen kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine vereinfachte abgewickelte Darstellung der verschlüsselten Muster und der Bürstenanordnung nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild und das Scheibenmuster bei einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung;

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild und die Scheibenmuster eines Umsetzers mit zwei Scheiben für dreizehn Bits. In den Zeichnungen, wo entsprechende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, sind alle schraffierten Flächen leitfähig, während alle nicht schraffierten Flächen nicht leitfähig sind. F i g. 1 zeigt eine vereinfachte Abwicklung und läßt die verschiedenen verschlüsselten Muster erkennen sowie das Prinzip der Unzweideutigkeit und typische Bürstenstellungen für Ausgabe und Erregung. Es sei bemerkt, daß die abgewickelte Darstellung in erster Linie zur Vereinfachung dient und daß sich die Erfindung zwar bei Trommeln, Bändern u. dgl. anwenden läßt, daß sie sich jedoch insbesondere zur Anwendung bei Scheiben eignet, wie es in F i g. 2 und 3 gezeigt ist.

Um die Erfindung zu erläutern, zeigt F i g. 1 zwei binär verschlüsselte Sektoren 10 und 110, die durch Zahnräder so miteinander verbunden sind, daß die lineare Bewegungsgeschwindigkeit der Scheibe 110 gleich einem Sechzehntel der Geschwindigkeit der Scheibe 10 ist, welch letztere durch ein äußeres Organ verstellt wird. Die verschlüsselten Scheiben oder Sektoren 10 und 110 der Abwicklung in F i g. 1 werden zur Vereinfachung als mit den verschlüsselten Scheiben 10 und 110 nach Fig. 2 und 3 identisch betrachtet. Die Scheibe 10 trägt ein verschlüsseltes Steuermuster 14, das die Spur 16 der geringsten Bedeutung und eine zusammenhängende gemeinsame leitfähige Spur 18 umfaßt. Ferner trägt die Scheibe 10 zwei binär verschlüsselte Muster 20 und 22, die jeweils aus elektrisch leitendem Material bestehen, das so angeordnet ist, daß alle leitfähigen Segmente jedes Musters unter sich leitend verbunden, die beiden Muster jedoch voneinander isoliert sind.

Das binär verschlüsselte Muster 20 umfaßt mehrere Spuren 24, 28, 30, 32 und 34, von denen jedes leitfähige Segmente umfaßt, die so angeordnet sind, daß sie ein binäres Muster bilden, wobei die Spur 34 mit der zweitletzten Bedeutung der Spur 16 mit der geringsten Bedeutung benachbart ist, wie es in F i g. 1 mit schraffierten Flächen dargestellt ist.

Entsprechend umfaßt das binär verschlüsselte Muster 22 die Spuren 40, 42, 44 und 46, von denen jede leitfähige Segmente entsprechend denjenigen des Musters 20 enthält, wobei die Spur mit der zweitletzten Bedeutung mit 46 bezeichnet ist; hierbei ist das Muster 22 gegen das Muster 20 um einen Betrag versetzt, der gleich der Länge eines Steuersegments der Spur 16 mit der geringsten Bedeutung ist und der Zeit für ein Bit entspricht.

Gemäß F i g. 1 ist jeder Spur jedes Musters auf der Scheibe 10 eine Ausgabebürste zugeordnet. Die Ausgabebürste 63, welche die leitfähigen Segmente der Spur 16 mit der geringsten Bedeutung berührt, liefert ein binär gewogenes Ausgangssignal von 2°. Die der nächstbedeutsameren Spur 34 zugeordnete Ausgabebürste liefert ein binär gewogenes Ausgangssignal von 2¹; die der Spur 32 zugeordnete Bürste liefert das binär gewogene Ausgangssignal 2²; die Bürste auf der Spur 30 liefert das binär gewogene Ausgangssignal 2³, und die Bürste auf der Spur 28, d. h. die Bürste 76, liefert das binär gewogene Ausgangssignal 2⁴. Entsprechend liefern die den verschiedenen Spuren des Musters 22 zugeordneten Bürsten binär gewogene Ausgangssignale, die mit denjenigen des Musters 20 identisch sind. Eine Unsicherheit ergibt sich jedoch dann, wenn die Ausgabebürsten auf der Trennlinie zwischen einem leitfähigen und einem nicht leitfähigen Segment stehen. Gemäß F i g. 1 stehen z. B. die den Spuren 32 und 34 zugeordneten Bürsten gerade auf einer solchen Trennlinie, so daß sie fehlerhafte Ergebnisse hervorrufen könnten. Die dem Muster 22 zugeordneten Ausgabebürsten befinden sich dagegen in der Mitte der zugehörigen Segmente, so daß sie bei der Ausgabe keine Fehler verursachen können. Eine eindeutige Ausgabe kann somit nur erfolgen, wenn die Ausgabe mit Hilfe der

ίο dem Muster 22 zugeordneten Bürsten erfolgt und das verschlüsselte Muster 20 wirkungslos gemacht wird, so daß die den Spuren 28, 30, 32 und 34 zugeordneten Bürsten nicht eingeschaltet werden. Zu diesem Zweck wird das Muster 22 zur Wirkung gebracht, während das Muster 20 wirkungslos gemacht wird, und zwar in Abhängigkeit vom jeweiligen Zustand des verschlüsselten Steuermusters 14 bzw. der am wenigstens bedeutsamen Spur 16.

Das Steuermuster 14 arbeitet mit einer Bürste 50

ao zusammen, die in ständiger Berührung mit der gemeinsamen leitfähigen Spur 18 steht, und ferner ist eine Bürste 63 vorgesehen, die mit den Segmenten der am wenigsten bedeutsamen Spur 16 zusammenarbeitet. Um die Wirkungsweise zu veranschaulichen,

as ist die Bürste 63 in F i g. 1 mit einer Schaltung verbunden, die eine Relaiswicklung 53, eine Batterie 54 und die gemeinsame Spur 18 berührende Bürste 50 umfaßt. Wenn die Bürste 63 ein leitfähiges Segment der am wenigsten bedeutsamen Spur 16 berührt, fließt ein Strom durch die Relaiswicklung 53 und betätigt den Relaisanker 56, um die Spannung der Batterie 54 an die Bürste 52 anzulegen, welche die gemeinsame Spur 36 des Musters 22 berührt. Wenn die Spur 36 auf diese Weise eingeschaltet ist, sind alle leitfähigen Segmente des Musters 22 auf ähnliche Weise eingeschaltet, und alle dem Muster 22 zugeordneten Bürsten geben ein Signal aus. Wird die Relaiswicklung 53 erregt, ist somit nur das Muster 22 eingeschaltet, und alle dem Muster 20 zugeordneten Bürsten bleiben wirkungslos, da das verschlüsselte Muster 20 abgeschaltet ist. Bei der in F i g. 1 gezeigten Bürstenstellung wird somit die binäre Zahl 11011 ausgegeben. Es sei bemerkt, daß es sich bei dem Relais 53 und der Batterie 54 nur um ein Beispiel handelt und sich zuverlässigere Ergebnisse und ein schnelleres Arbeiten erzielen lassen, wenn man das Relais und die Batterie durch eine geeignete elektronische Flip-Flop-Schaltung und die zugehörige Energiequelle ersetzt.

Wird die Scheibe 10 im Vergleich zu Fig. 1 um ein Bit nach rechts oder links bewegt, wird die Bürste 63 der am wenigsten bedeutsamen Spur 16 ausgeschaltet. Hierdurch wird das Relais 53 veranlaßt, den Kontakt für die Bürste zu schließen und gleichzeitig den Kontakt für die Bürste 52 zu öffnen. Dann wird das verschlüsselte Muster 22 abgeschaltet, während das Muster 20 eingeschaltet wird; alle leitfähigen Segmente des Musters 20 werden auf ähnliche Weise eingeschaltet, und alle dem Muster 20 zugeordneten Bürsten geben ein Ausgangssignal in Form einer Spannung ab. Wird die Scheibe um ein Bit nach links bewegt, lautet das binäre Ausgangssignal 11100, während es nach einer Bewegung um ein Bit nach rechts die Form 11010 annimmt.

Um die Ausgabemöglichkeiten des Kodierers zu erweitern, ist es zweckmäßig, eine oder mehrere Scheiben höherer Ordnung, z. B. die in F i g. 1 gezeigte Scheibe 110, vorzusehen, Da die bedeutsamste

Ausgangszahl derScheibelO dem binären Wert2⁴ oder sechzehn binären Bits entspricht, ist die Scheibe 110 für die nächsthöhere Ordnung mit der Scheibe 10 der niedrigeren Ordnung durch Zahnräder 59 verbunden, die eine Untersetzung von 16 :1 liefern, so daß sich die Scheibe 110 mit einem Sechzehntel der Geschwindigkeit der Scheibe 10 bewegt. Die Scheibe 110 trägt zwei verschlüsselte Muster 112 und 114 von gleicher Form wie die Muster 20 und 22 der Scheibe 10. Die den am wenigsten bedeutsamen Spuren der Muster 112 und 114 zugeordneten Bürsten liefern daher ein Ausgangssignal entsprechend dem binären Wert 2⁵; die nächstbedeutsamere Spur liefert das Signal 2⁶; die darauffolgende Spur liefert das Signal 2⁷, und die Spur mit der höchsten Bedeutung liefert das Signal 2⁸.

Bei der Scheibe 110 ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten bezüglich der Mehrdeutigkeit wie bei der Scheibe 10. Um ein eindeutiges Ausgabesignal sicherzustellen, ist es erforderlich, entweder das Muster 112 oder das Muster 114 in einem Zeitpunkt zu erregen, in welchem sich die zugehörigen Bürsten in einem gefahrlosen Abstand von den Trennlinien zwischen den leitfähigen und den nicht leitfähigen Segmenten der Spuren befinden. Wenn die Muster 112 und 114 entsprechend dem jeweiligen Zustand der am wenigsten bedeutsamen Spur 16 der Scheibe 10 eingeschaltet würden, würde der Ausgabevorgang mehrdeutig sein, denn jedes der Muster 112 und 114 würde bei jedem am wenigsten bedeutsamen Bit der Scheibe 110 sechzehnmal eingeschaltet werden. Damit die Muster 112 und 114 in der richtigen Weise abwechselnd jeweils für eine Bitlänge der Scheibe 110 eingeschaltet werden, erfolgt die Erregung über die Bürsten 76 und 136 auf der Spur 28 und die Bürsten 88 und 138 auf der Spur 40; bei diesen Spuren handelt es sich um die bedeutsamsten Spuren der Muster 20 und 22 auf der Scheibe 10. Die Bürste 76 zum Ausgeben des binären Signals 2ⁱ aus dem Muster 20 und die Bürste 88 zum Ausgeben des binären Signals 2⁴ aus dem Muster 22 sind über Sperrdioden 106 und 104 mit der Zuführungsbürste 124 verbunden, die die gemeinsame Spur 154 des Musters 112 auf der Scheibe 110 berührt. Die Dioden 104 und 106 müssen vorgesehen werden, um eine falsche Erregung des ausgeschalteten Musters vom eingeschalteten Muster aus zu verhindern. Die Bürsten 136 und 138 sind auf den Spuren 28 und 40 in einem Abstand von den Bürsten 76 und 88 auf den gleichen Spuren angeordnet, der einer Hälfte des binären Zyklus entspricht. Die Bürsten 136 und 138 sind mit den Kathoden von Dioden 107 und 105 verbunden, deren Anoden gemeinsam an die Bürsten 142 auf der gemeinsamen Spur 168 des Musters 114 angeschlossen sind. Wenn die Bürsten 76 oder 88 auf einem leitfähigen Segment der Scheibe 10 stehen, ist somit das Muster 112 auf der Scheibe 110 abgeschaltet. Stehen die Bürsten 136 oder 138 auf leitfähigen Segmenten, ist das Muster 114 auf der Scheibe 110 abgeschaltet. Man erkennt somit, daß die Bürsten höherer Ordnung der Scheibe 110 eine eindeutige Signalausgabe ermöglichen, wobei jeweils immer nur eines der Muster 112 und 114 eingeschaltet ist.

Nach der Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung an Hand der vereinfachten abgewickelten Darstellung in Fig. 1 bezieht sich die weitere Beschreibung auf Fig. 2, wo man das Scheibenmuster und die Bürstenanordnung einer 7-Bit-Kodiererscheibe 10 erkennt, die auf einer Seite mit einem Muster versehen ist und mit Hilfe einer Welle 13 gedreht wird. Es sei angenommen, daß sich die Scheibe 10 gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn, d. h. in Richtung des Pfeils, dreht. Die Scheibe 10 trägt drei getrennte, voneinander isolierte Kodemuster. Bei dem am äußeren Rand der Scheibe 10 liegenden ersten Kodemuster handelt es sich um das Steuermuster 14 mit der Spur 16 der geringsten Bedeutung und einer leitfähigen gemeinsamen Spur 18.

ίο Die beiden übrigen Kodemuster werden als das linke Muster 20 und das rechte Muster 22 bezeichnet. Das vom Steuermuster 14 und vom rechten Muster 22 elektrisch isolierte linke Muster 20 enthält sechs Ziffernspuren, wobei die bedeutsamste Spur 24 dem Scheibenmittelpunkt benachbart ist und die fünf weiteren Ziffernspuren 26, 28, 30, 32 und 34 nach außen abnehmenden binären Werten zugeordnet sind. Vorzugsweise ist eine schmale zweite gemeinsame Spur 35 vorgesehen, um allen Segmenten und Spuren längs des äußeren Randes des linken Musters 20 eine bessere elektrische Leitfähigkeit zu verleihen.

Das rechte Muster 22 ähnelt dem linken Muster 20, abgesehen davon, daß seine bedeutsamste Ziffernspur 36 dem äußeren Rand der Scheibe 10 benachbart ist. Die fünf übrigen Ziffernspuren 38, 40, 42, 44 und 46 sind vom Scheibenmittelpunkt nach außen abnehmenden binären Weiten zugeordnet, wobei die zweitbedeutsamste Spur 46 der bedeutsamsten Spur 36 benachbart ist; die weiteren Spuren sind in der Reihenfolge ihrer abnehmenden Bedeutung mit 44, 42, 40 und 38 bezeichnet.

Das linke Muster 20 und das rechte Muster 22 sind etwas gegeneinander versetzt, d. h., die bedeutsamste Spur 36 des rechten Musters 22 überlappt etwas die Endkante der vorletzten Spur 34 des linken Musters 20, wie es in F i g. 2 bei 48 gezeigt ist. Diese Versetzung gewährleistet in der an Hand von F i g. 1 beschriebenen Weise die Vermeidung der Mehrdeutigkeit beim Ausgeben.

Die Spuren des rechten Musters 22 und des linken Musters 20 werden entsprechend dem Zustand des Steuermusters 14 eingeschaltet. Eine Erregerspannung wird der die gemeinsame Spur 18 berührenden Bürste 50 zugeführt. Wenn die Bürste 63, welche die leitfähigen Segmente der am wenigsten bedeutsamen Spur 16 berührt, auf einem leitfähigen Segment steht, spricht die Flip-Flop-Schaltung 51 an, um das rechte Muster 22 einzuschalten. Wenn die Bürste 63 auf einem nicht leitfähigen Segment steht, schaltet die Flip-Flop-Schaltung 51 um, so daß das linke Muster 20 eingeschaltet wird. Die Flip-Flop-Schaltung arbeitet ähnlich wie das an Hand von F i g. 1 beschriebene Relais 53.

Wird die Scheibe 10 gedreht, werden das rechte Muster 22 und das linke Muster 20 nacheinander ein- und ausgeschaltet, und zwar jedesmal dann, wenn die am wenigsten bedeutsamen Segmente von oben nach unten schalten, um zu gewährleisten, daß an den Bürsten auf den verschiedenen kodierten Spuren der Scheibe keine mehrdeutigen Signale erscheinen.

Bei der Scheibe nach F i g. 2 sind alle Bürsten auf einer geraden Linie und einem Durchmesser der Scheibe angeordnet. Wie schon erwähnt, sind dem kodierten Steuermuster 14 zwei Bürsten zugeordnet; die Bürste 50 berührt die gemeinsame Spur 18, um eine Erregerspannung zuzuführen, und die Bürste 63 berührt die am wenigsten bedeutsame Ziffernspur 16, um ein Ausgangssignal mit dem binären Wert 2° zu

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erzeugen und außerdem die Flip-Flop-Schaltung 51 net, der um eine Stelle höher ist als die bedeutsamste zu triggern. Die Flip-Flop-Schaltung schaltet entweder Ziffernstelle der Scheibe 10. Die Spuren 146, 148, das linke Muster 20 oder das rechte Muster 22 über 150, 152 und 154 sind zunehmend höheren Werten die Bürsten 64, 65 oder die Bürsten 66, 67 ein. Diese zugeordnet, so daß die Spur 154 bei dem linken Bürsten wirken nur als Einschaltbürsten, während 5 Muster 112 der Scheibe 110 der bedeutsamsten alle übrigen Bürsten als Ausgabebürsten arbeiten. Ziffer dieser Scheibe und damit des gesamten Kodie-Man erkennt, daß der Überlappungsabschnitt 48 der rers entspricht. Die Spur 146 hat das binäre Gebedeutsamsten Ziffernspur 36 des Musters 22 vor- wicht 2⁸, die Spur 148 das binäre Gewicht 2⁹ und die gesehen ist, um zu gewährleisten, daß eine Kontakt- Spur 154 das binäre Gewicht 2¹². Die bedeutsamste gebung durch die Bürsten 64 und 65 nur im richtigen io Ziffernspur 154 ist, wie an Hand von F i g. 2 erZeitpunkt erfolgt. Wird die Scheibe 10 gedreht, steht läutert, auf der Außenseite der am wenigsten bedeutentweder die Bürste 64 oder die Bürste 65 in stan- samen Ziffernspur 144 angeordnet,
diger Berührung mit der Spur 36. Entsprechend Das rechte Muster 114 nimmt die rechte Hälfte berührt entweder die Bürste 66 oder die Bürste 67 der Kommutatorscheibe 110 gegenüber dem linken ständig die Spur 24 des Musters 20. 15 Muster 112 ein. Das rechte Muster 114 umfaßt eben-Das Ausgeben erfolgt bei der Scheibe 10 nach falls sechs Informationsspuren 158, 160, 162, 164, Fig. 2 in der an Hand von F i g. 1 beschriebenen 166 und 168, die fortschreitend zunehmenden Werten Weise; nur diejenigen Bürsten, welche das jeweils zugeordnet sind. Die Spuren des rechten Musters 114 eingeschaltete Muster berühren, erzeugen ein Aus- sind auf der Scheibe 110 so angeordnet, daß die am gangssignal. Die Ausgänge der verschiedenen ent- so wenigsten bedeutsamen Ziffern auf dem äußersten sprechenden Bürsten auf den betreffenden Spuren Rand liegen und die Ziffernwerte zum Scheibenmittelkönnen gemäß F i g. 2 über Sperrdioden miteinander punkt zunehmen, wo die Spur 168 für die bedeutverbunden werden, so daß man der Kodiererscheibe samste Ziffer liegt. Die Spur 158 hat das binäre ein eindeutiges Signal mit sieben Bits entnehmen Gewicht 2⁷ und stellt die am wenigsten bedeutsame kann. Die Sperrdioden gewährleisten, daß keine der 25 Ziffer auf der Scheibe 110 dar, doch ist diese Ziffer ein eingeschaltetes Segment berührenden Bürsten um einen Stellenwert höher als die bedeutsamste eine Rückkopplungswirkung ausübt und das abge- Ziffer auf der Scheibe 10. Die Spur 160 hat das schaltete Muster einschaltet. binäre Gewicht 2⁸, die Spur 162 das binäre Ge-Um gemäß F i g. 3 einen Kodierer für dreizehn Bits wicht 2⁹, die Spur 164 das binäre Gewicht 2¹⁰, die oder einen Kodierer zu schaffen, bei dem ein größeres 30 Spur 166 das binäre Gewicht 2ⁿ und die Spur 168 binäres Ausgangssignal oder ein höheres Bit-Zähl- das binäre Gewicht 2¹².

ergebnis erzielbar ist, wobei sich eine zu gedrängte Auf der Scheibe 110 sind zwei Satze von Ausgabe-Anordnung der benötigten Spuren auf einer einzigen bürsten längs eines Durchmessers der Scheibe ange-Scheibe ergeben würde, kann man eine zweite ordnet. Der eine Bürstensatz ist gegenüber dem ande-Kommutatorscheibe 110 verwenden, die zwei kodierte 35 ren um 180° versetzt. Ein Satz umfaßt die Bürsten Muster 112 und 114 trägt, welche dem linken Muster 178,180,182,184,186 und 188, Außerdem sind auf 20 und dem rechten Muster 22 auf der Kommutator- dem gleichen Scheibendurchmesser die Eingabescheibe 10 ähneln. Die Kommutatorscheibe 110 bürsten 130 und 140 angeordnet. Die Lage der dreht sich im Vergleich zu der Kommutatorscheibe 10 Bürste 178 ist derart, daß sie je nach der Winkelin der entgegengesetzten Richtung, und daher ist das 40 stellung der Scheibe entweder die Spur 144 des linken Muster auf der Scheibe 110 spiegelbildlich zu dem Musters 112 oder die Spur 158 des rechten Musters Muster auf der Scheibe 10 ausgebildet. 114 berührt. Die Bürste 180 berührt je nach der Die Bürsten 76 und 88 der Scheibe 10 sind mit Winkelstellung der Scheibe entweder die Spur 146 den Kathoden von Dioden 106 und 104 verbunden. des linken Musters 112 oder die Spur 160 des rechten Die Anoden dieser Dioden sind an die Zuführungs- 45 Musters 114. Die Bürste 182 ist auf ähnliche Weise bürsten 124 und 130 der Scheibe 110 angeschlossen. den Spuren 148 und 162 zugeordnet. Die Bürste 184 Diese Bürsten berühren die bedeutsamste Ziffernspur arbeitet mit den Spuren 150 und 164 zusammen. Die 168 des rechten Musters 114 auf der Scheibe 110. Ausgabebürste 186 ist den Spuren 152 und 166 zuZwei bei der Ausbildungsform der Scheibe 10 geordnet, und die Bürste 188 arbeitet nur mit der benach F i g. 2 fehlende Bürsten 136 und 138 arbeiten 50 deutsamsten Spur 168 des rechten Musters 114 zugemäß F i g. 3 mit den bedeutsamsten Ziffernspuren sammen.

36 und 24 der Scheibe 10 zusammen und sind nahe Auf dem gleichen Durchmesser der Scheibe 110, den Zuführungsbürsten 64 und 67 angeordnet. Die jedoch um 180° gegen den ersten Satz von Ausgabe-Bürste 136 ist mit der Kathode der Diode 107 und bürsten versetzt, ist der zweite Satz von Ausgabedie Bürste 138 mit der Kathode der Diode 105 ver- 55 bürsten 190,192,194,196,198 und 200 angeordnet, bunden. Die Anoden der Dioden 105 und 107 sind Auf dem gleichen Durchmesser liegen an dieser Stelle miteinander verbunden und an zwei Zuführungs- die Eingabebürsten 124 und 142. Die Ausgabebürste bürsten 140 und 142 auf der Scheibe 110 ange- 190 ist der bedeutsamsten Ziffernspur 154 des linken schlossen. Musters 112 zugeordnet, während die Bürste 192 je Die Kommutatorscheibe 110 trägt zwei Informa- 60 nach der Winkelstellung der Scheibe 110 mit der tionsmuster. Das linke Muster 112 nimmt gemäß Spur 144 des linken Musters 112 oder der Spur 158 F i g. 3 die linke Hälfte der Scheibe ein und umfaßt des rechten Musters 114 zusammenarbeitet. Die sechs Spuren 144,146,148,150,152 und 154, wobei Bürste 194 ist den Spuren 160 und 146 zugeordnet; die Spur 144 dem binären Signal 2⁷ entspricht und die die Bürste 196 arbeitet mit den Spuren 162 und 148 am wenigsten bedeutsame Ziffer der Scheibe 110 dar- 65 zusammen; die Bürste 198 ist den Spuren 164 und stellt. Wegen der Zahnradverbindung 202 zwischen 150 zugeordnet, und die Bürste 200 arbeitet je nach den Scheiben 10 und 110 ist die am wenigsten be- der Winkelstellung der Scheibe 110 mit der Spur 166 deutsame Spur der Scheibe 110 einem Wert zugeord- oder der Spur 152 zusammen. Die Ausgabebürste

190 berührt gemäß F i g. 3 nur die Spur 154 für die bedeutsamste Ziffer des linken Musters 112. Alle Ausgabebürsten der betreffenden Spuren sind in der an Hand von Fig. 2 beschriebenen Weise über Dioden angeschlossen.

Das Ein- bzw. Ausschalten des linken Musters 112 bzw. des rechten Musters 114 der Kommutatorscheibe 110 erfolgt auf neuartige Weise, und zwar durch wahlweises Einschalten des linken oder des rechten Musters entsprechend der Stellung der Bürsten auf den am wenigsten bedeutsamen Spuren der Scheibe 10 niedrigerer Ordnung. Das linke Muster 112 der Scheibe 110 wird über eine von zwei Eingabebürsten 140 und 142 eingeschaltet. Ohne Rücksicht auf die Winkelstellung der Scheibe 110 steht immer eine dieser beiden Bürsten in Berührung mit der Spur 154 für die bedeutsamste Ziffer. Das rechte Muster 114 der Scheibe 110 wird über eine der Eingabebürsten 124 und 130 eingeschaltet. Ohne Rücksicht auf die Winkelstellung der Scheibe 110 ist stets eine der Bürsten 124 und 130 in Berührung mit der Spur 168 für die bedeutsamste Ziffer.

Während einer halben Umdrehung der Scheibe 10 ist die Bürste 76 oder 78 in ständiger Berührung entweder mit dem linken Muster 20 oder dem rechten Muster 22 und liefert dem Muster 114 der Scheibe 110, mit welcher die Bürsten 130 und 124 in ständiger Berührung stehen, einen ständigen Strom. Während der zweiten Hälfte der Umdrehung der Scheibe 110 stehen die Bürsten 136 und 138 in ständiger Beruhrung mit dem Muster 20 oder 22 und liefern den Bürsten 140 und 142 einen ständigen Strom, von denen immer eine mit dem Muster 112 der Scheibe 110 in Berührung steht. Das Einschalten der Kodemuster 112 und 114 geschieht daher abwechselnd mit jeder halben Umdrehung der Scheibe 110.

Die Scheibe 110 ist mit der Scheibe 10 durch die Zahnräder 202 mechanisch so verbunden, daß die Scheibe 10 für jede Umdrehung der Scheibe 110 vierundsechzig Umdrehungen ausführt. Bei der Ausbildungsform nach Fig. 3 wird somit mit einem Untersetzungsverhältnis von 64:1 gearbeitet, und eine Umdrehung der Scheibe 10 entspricht einer Änderung um ein Bit bei der Scheibe 110.

Bezüglich der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Zählung in der üblichen Weise binär erfolgt, ist zu bemerken, daß die Stellung der Bürsten bei der Stellung der Scheibe 10 in F i g. 2 dem höchsten Zählergebnis von 127 entspricht. Wird die Scheibe 10 im Uhrzeigersinn gedreht, lautet das nächste Ausgabesignal 126 bzw. 0111111. In diesem Zeitpunkt steht die Bürste 63, d. h. die Ausgabebürste für die am wenigsten bedeutsame Spur, auf einem nicht leitfähigen Segment, so daß die Flip-Flop-Schaltung 51 derart getriggert wird, daß das linke Muster 20 eingeschaltet und das rechte Muster 22 ausgeschaltet wird. Dreht sich die Scheibe 10 um ein zusätzliches Bit weiter, steht die Bürste 63 auf einem leitfähigen Segment der am wenigsten bedeutsamen Spur, und die Flip-Flop-Schaltung 51 schaltet jetzt das rechte Muster 22 ein, während gleichzeitig das linke Muster 20 angeschaltet wird. Die Ausgabebürsten in der unteren Hälfte des Kodierers nach Fig. 2, die auf einem eingeschalteten Segment stehen, geben dann die Zahl 1111101 aus. Solange sich die Scheibe 10 weiter im Uhrzeigersinn dreht, geht das Zählergebnis von 127 aus zurück, d. h. vom binären Wert 1111111 auf 0000000 bzw. auf die Nullstellung, die nach einer Drehung um 359° erreicht wird. Wenn es erwünscht ist, auf eine Scheibe höherer Ordnung überzugehen, erfolgt die gleiche Umschaltung für die nächsthöheren bedeutsamen Bits auf der oder den folgenden Scheiben, wobei das Unke Muster 112 und das rechte Muster 114 in Form vollständiger Hälften in der vorstehend beschriebenen Weise über die Schaltbürsten 136, 138 und 76, 88 eingeschaltet werden. Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte somit die Wirkungsweise der Erfindung für den Fachmann ersichtlich sein.

Im Rahmen der Erfindung ist daran gedacht, an Stelle der Bürsten als Geber ohne mechanische Berührung arbeitende Geber zu verwenden, z.B. magnetische Ausgabeköpfe oder optische Einrichtungen, die mit Photozellen zusammenarbeiten. Ferner wäre es möglich, ein gesondertes Steuermuster 14 zu benutzen, um getrennte kodierte Muster auf getrennten Scheiben zu wählen.

Claims

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer mit einer Kodescheibe, deren Kodemuster einzelne, den Binärstellen des Ausgangssignals zugeordnete, aus abwechselnden Kontakt- und Unterbrechungssegmenten bestehende konzentrische Spuren umfaßt, die zur Vermeidung von Übergangsfehlern an zwei verschiedenen Stellen abtastbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise am äußeren Umfang der Scheibe (10) eine aus gleich langen Kontakt- und Unterbrechungssegmenten (16) bestehende Spur (14) angeordnet ist, während der übrige Teil des Kodemusters davon getrennt in zwei im wesentlichen gleiche, jeweils 180° umfassende Kodebahnen (20, 22) zerlegt ist, die um den Winkel eines Segments (16) der äußersten Spur (14) mehr als 180° gegeneinander versetzt sind, deren einzelne Spuren (24, 26, 28, 30, 32, 34; 36, 38, 40, 42, 44, 46) von zwei längs eines Scheibendurchmessers angeordneten Gruppen von Fühlern abgetastet werden, und die über einen Schalter (51) in Abhängigkeit von der Stellung der äußersten Spur (14) abwechselnd eingeschaltet werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kodespuren (24, 26...) aus elektrisch leitenden und nichtleitenden Abschnitten bestehen, die jeweils von Kontaktbürsten (50, 52, 60...) abgetastet werden, daß alle leitenden Abschnitte einer Kodebahn (20, 22) zusammenhängen und über den Schalter (51) auf gleiches Potential (24) geschaltet werden.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei alle leitenden Abschnitte jeweils einer Kodebahn (20, 22) verbindende, sich je über 180° erstreckende Abschnitte (24, 36) die höchste auf der Kodescheibe (10) mögliche Binärstelle darstellen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden eine Spur derselben Binärstelle abtastenden Bürsten über je eine Diode zu einem gemeinsamen Ausgang miteinander verbunden sind.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Kodescheibe (110), deren Kodebahnen (112, 114) denen (20, 22) der ersteren Kodescheibe (10) gleich sind und die mit einer dem Modulus der

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ersten Scheibe (10) entsprechendem Untersetzung mit dieser gekuppelt (202) ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem am Ausgang der höchsten Binärstelle der ersten Scheibe (10) auftretenden Signal die eine oder andere Kodebahn (112 bzw. 114) der weiteren Scheibe (110) eingeschaltet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 909 311, 1059 211; USA.-Patentschriften Nr. 2 747 797, 2 873 440; Elektronik, 7 (1958), Nr.

7, S. 201 bis 207;

A. K. Susskind, »Notes on Analog-Digital-Couversion Techniques«, Auflage 1958, Kap. VI, S. 6-45 bis 6-60.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

S09 590/388 8.68 ® Bundesdruckerei Berlin