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Statischer Zähler zur Vorwärts- und Rückwärtszählung Zusatz zum Patent:
1247 395 Gegenstand des Hauptpatentes 1247 395 ist ein statischer Zähler zur Vorwärts-
und Rückwärtszählung bei beliebiger Voreinstellung mit einer Vielzahl von Zählstufen
mit je einem Vorspeicher und je einem das Zählergebnis einer Binärstelle angebenden
Hauptspeicher.
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Dieser statische Zähler ist aus einer jede Zustandsänderung eines
Zählsignals angebenden Eingangsgatterschaltung und den eigentlichen dieser Eingangsgatterschaltung
nachgeschalteten Zählstufen aufgebaut. Die zweite bis n-te Zählstufe ist dabei von
den Schaltzuständen der Speicher der jeweils unmittelbar vorhergehenden Zählstufe
sowohl für eine Weiterschaltung als auch für eine selbsttätige Zählrichtungsbestimmung,
ansteuerbar. Die der Eingangsgatterschaltung unmittelbar folgende, als Eingangszählstufe
bezeichnete erste Zählstufe wird dagegen nach Maßgabe eines Zählrichtungssignals
und dem Zustand der ihr vorgeschalteten Eingangsgatterschaltung eingestellt.
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Dadurch, daß die Eingangszählstufe außer den für die Einstellung dieser
Stufe notwendigen Zählsignalen noch ein Zählrichtungssignal erhält, wird der Vor-
und Hauptspeicher in einer ganz bestimmten Weise beaufschlagt. Aus der Zustandskombination
dieser beiden Speicherinhalte wird die folgende Zählstufe weitergeschaltet, ohne
daß diese noch ein Zählrichtungssignal benötigt. Analog arbeiten alle nachfolgenden
Zählstufen des statischen Zählers.
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Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, daß zwei gegensätzliche Zählrichtungssignale
auch bei sehr dichter Aufeinanderfolge nicht zu falschen Zählungen in den höheren
Zählstufen des Zählers führen, da es zur Berücksichtigung der neuen Zählrichtung
bereits ausreicht, die Eingangszählstufe richtig einzustellen. Die der Eingangszählstufe
nachgeschalteten weiteren Zählstufen schalten sich unabhängig von einer eventuellen
Zählrichtungsänderung in der Eingangsstufe nur nach Maßgabe des Speicherinhaltes
der jeweils unmittelbar vorhergehenden Zählstufe fort.
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Der statische Zähler wird von Impulsfolgen angesteuert, die z. B.
von den gegeneinander phasenverschobenen Ausgangssignalen eines sogenannten Inkrementgebers
abgeleitet sind.
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Derartige als Inkrementgeber aufgebaute digitale Stellungsgeber werden
z. B. für die Angabe einer Drehbewegung durch Abgabe einer bestimmten Inkrementfolge
verwendet und arbeiten z. B. mit gegenseitig um eine viertel Periode versetzten
Segmenten, so daß zwei gegeneinander um eine viertel Periode phasenverschobene Impulsfolgen
am Ausgang des Inkrementgebers abnehmbar sind. Durch ein logisches Netzwerk, wie
es z. B. im Patent 1248 720 beschrieben ist, werden diese zwei Impulsfolgen so ausgewertet,
daß je nach Richtungssinn einer vom Inkrementgeber in elektrische Impulse
umgeformten Bewegung getrennte Impulsfolgen entstehen, wobei das durch den Inkrementgeber
mit gegenseitig versetzten Segmenten erreichte hohe Auflösungsvermögen erhalten
bleibt.
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Um eine Nullsetzung oder auch eine beliebig wählbare Voreinstellung
des Zählers vornehmen zu können, ist die Eingangsgatterschaltung und die sich von
den weiteren Zählstufen des Zählers unterscheidende Eingangszählstufe in ganz bestimmter
Weise aufgebaut, wozu eine größere Anzahl einzelner Bauelemente nötig ist, um einen
störungsfreien Betrieb und die Möglichkeit einer Nullsetzung bzw. Vore:instellung
des Zählers sicherzustellen.
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Für bestimmte Anwendungszwecke in der Raumfahrt, z. B. beim Einsatz
derartiger Zähler in Satelliten, ist eine Nullsetzung bzw. Voreinstellung des Zählers
nicht erforderlich, da eine solche Nullsetzung oder Voreinstellung in Form äquivalenter
Maßnahmen von im Satelliten bereits aus anderen Gründen vorhandenen Baueinheiten
übernommen werden kann. So ist z. B. in vielen Satelliten ein zentraler Bordrechner
vorhanden, dessen Kapazität so groß ist, daß er auch eine Nullsetzung bzw. Voreinstellung
eines solchen Zählers simulieren kann, indem er z. B. einen gespeicherten Zahlenwert
ändert, der als Nullreferenz des Zählerstandes dient.
Da nun gleichzeitig
besonders in der Raumfahrt aus Gewichts- und Zuverlässigkeitsgründen der Aufwand
an Bauelementen so niedrig wie möglich gehalten werden muß, ist es Aufgabe der Erfindung,
einen derartigen Zähler unter Verzicht auf die Möglichkeit einer Nullsetzung bzw.
Voreinstellung des Zählers in Betriebsweise und Schaltungsaufwand möglichst weitgehend
zu vereinfachen.
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Ausgehend von einem statischen Zähler zur Vorwärts- und Rückwärtszählung
mit einer Vielzahl von Zählstufen und mit je einem Vorspeicher und je einem das
Zählergebnis einer Binärstelle angebenden Hauptspeicher, wobei die Zählstufen sowohl
für eine Weiterschaltung als auch für eine selbsttätige Zählrichtungsbestimmung
von den Schaltzuständen der Speicher der jeweils unmittelbar vorhergehenden Zählstufen
steuerbar sind, gemäß Patent 1247 395, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß die beiden niedrigsten Binärstellen an einer den eigentlichen Zählstufen
vorgeschalteten logischen Schaltung abnehmbar sind, die unmittelbar von den Zähler
steuernden, gegeneinander phasenverschobenen Signalen ansteuerbar ist und die folgenden
logischen Funktionen der Booleschen Algebra erfüllt: Zo=(AAB)V(BAÄ), Z1
- B,
wobei A, Ä und B, N die Zustände der z. B. von einem Inkrementgeber
abgegebenen, gegeneinander phasenverschobenen Signale und Zo und Z1 die die beiden
niedrigsten Binärstellen angebenden Ausgangssignale der logischen Schaltung sind,
und daß die der logischen Schaltung folgende erste eigentliche Zählstufe von den
natürlichen und invertierten, gegeneinander phasenverschobenen Signalen unmittelbar
angesteuert ist.
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Mit einer solchen sehr einfach aufgebauten logischen Schaltung werden
die beim ursprünglichen Zähler vorgesehene Eingangsgatterschaltung und die ihr folgende
Eingangszählstufe ersetzt. Da diese logische Schaltung und auch die ihr unmittelbar
folgende erste eigentliche Zählstufe von den z. B. von einem Inkrementgeber abgegebenen,
gegeneinander phasenverschobenen Signalen unmittelbar angesteuert werden, ist auch
ein zur Ansteuerung des ursprünglichen Zählers notwendiges logisches Netzwerk, wie
es z. B. im Patent 1248 720 beschrieben ist, nicht mehr erforderlich, so daß ein
großer Teil von Bauelementen eingespart wird. Durch die vereinfachte Ansteuerung
des statischen Zählers wird dabei lediglich die Möglichkeit einer Nullsetzung bzw.
Voreinstellung der beiden niedrigsten Binärstellen des Zählers aufgegeben, während
eine Nullsetzung und Voreinstellung der eigentlichen Zählstufen des Zählers und
damit aller höheren Binärstellen nach wie vor in der im Hauptpatent beschriebenen
Weise möglich ist.
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Selbstverständlich ist die Anwendung eines solchen vereinfacht angesteuerten
Zählers nicht auf die Raumfahrt beschränkt, sondern er kann auch überall dort eingesetzt
werden, wo eine Nullsetzung oder Voreinstellung der beiden niedrigsten Binärstellen
entbehrlich ist.
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Alles Nähere der Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert. Im einzelnen zeigt F i g.1 einen statischen Zähler,
wie er Gegenstand des Hauptpatentes ist, F i g. 2 einen statischen Zähler mit vereinfachter
Ansteuerung gemäß der Erfindung und F i g. 3 einen Impulsplan der an den Eingängen
und Ausgängen der logischen Schaltung auftretenden Signale.
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Der inFig.1 schematisch dargestellte statischeZähler, wie er Gegenstand
des Hauptpatentes ist, besteht aus einer Eingangsgatterschaltung EG, einer ersten
als Eingangszählstufe bezeichneten Zählstufe A1 und den weiteren als Folgezählstufen
bezeichneten Zählstufen Bz, B3 ... B.. Der Zähler wird über vier Eingangssignale
angesteuert, die über ein hier nicht dargestelltes logisches Netzwerk aus den Ausgangssignalen
eines hier ebenfalls nicht dargestellten Inkrementgebers abgeleitet werden. Über
einen Eingang 10 ist eine Nullsetzung und über Eingänge Ve2 und Ye4 jeder einzelnen
Zählstufe eine Voreinstellung des statischen Zählers vorzunehmen, wobei auch die
die niedrigste Binärstelle angebende Eingangsgatterschaltung EG und die die zweitniedrigste
Binärstelle angebende erste Eingangszählstufe A1 auf Null zu setzen bzw. voreinzustellen
sind. Die Eingangs-und Ausgangsleitungen der Zählstufen Al, B2, B3 . . .
Bn sind in der im Hauptpatent beschriebenen Weise bezeichnet.
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In Fi.g. 2 ist nun ein in vereinfachter Weise angesteuerter statischer
Zähler dargestellt, dessen eigentliche Zählstufen B2, B3 ... B" in gleicher
Weise aufgebaut und miteinander verschaltet sind wie bei dem in F i g.1 dargestellten
Zähler. Die Ansteuerung der Zählstufen und die Ausgabe der niedrigsten beiden Binärstellen
geschieht über eine logische Schaltung LG, die an ihren Eingängen von den
von einem hier nicht dargestellten Inkrementgeber stammenden Ausgangssignalen
A und B beaufschlagt ist.
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Die logische Schaltung LG weist zwei erste NAND-Glieder 1 und 2 auf,
die mit Eingangsleitungen a1 und a2 derart verbunden sind, daß an ihren Ausgängen
jeweils invertierte Signale Ä und IT zu den an den Eingangsleitungen al und a2 anstehenden
Signalen A und B auftreten. Die Eingänge zweier UND-Glieder 3 und 4 der logischen
Schaltung LG sind jeweils mit einer der Eingangsleitungen a1 und a2 unmittelbar
und über die NAND-Glieder 1 und 2 verbunden. Die Ausgänge der UND-Glieder
3 und 4
sind über ein ODER-Glied 5 auf einen die niedrigste Binärstelle
angebenden Ausgang Zo geschaltet. An einem weiteren Ausgang Z, ist über ein NAND-Glied
6 der invertierte Inhalt der niedrigsten Binärstelle abnehmbar. Ein die zweitniedrigste
Binärstelle angebender Ausgang Z1 ist unmittelbar mit der Eingangsleitung a2 verbunden,
so daß an ihm das von dem hier nicht gezeigten Inkrementgeber abgegebene Ausgangssignal
B abnehmbar ist. Ein Ausgang Z1, der den invertierten Inhalt der zweitniedrigsten
Binärstelle angibt, ist mit dem Ausgang des NAND-Glieds 2 verbunden. Die logische
Schaltung LG weist außerdem Ausgangsleitungen cl, dl, ei und f l auf, die auf Eingänge
der folgenden ersten eigentlichen Zählstufe B2 geschaltet sind. Die Ausgangsleitungen
dl und f1 führen dabei die vom Inkrementgeber abgegebenen Ausgangssignale
A und B, während die Ausgangsleitungen cl und e1 die invertierten
Signale Ä und N des Inkrementgebers führen.
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An Hand des in F i g. 3 dargestellten Impulsplans wird die sich von
dem ursprünglichen statischen Zähler gemäß F i g.1 unterscheidende Betriebsweise
des in F i g. 2 dargestellten Zählers erläutert. Die am
Eingang
der logischen Schaltung LG auftretenden Ausgangssignale A und B eines hier
nicht dargestellten Inkrementgebers bewirken über die logischen Glieder der logischen
Schaltung LG die an den Ausgängen Z, und Z1 auftretenden Signale. Unter den die
an den Ausgängen ZO und Z1 auftretenden binären Zustände darstellenden Signalimpulsen
sind die zugehörigen beiden niedrigsten Binärstellen und die durch sie jeweils angegebenen
Dezimalziffern dargestellt.
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Beim Zeitpunkt t1 beginnend, springt der Zähler durch die erste eintreffende
Impulsflanke auf den Zählerstand » l«, durch diezweite eintreffende Impulsflanke
auf den Zählerstand »2«, durch die dritte eintreffende Impulsflanke auf den Zählerstand
»3« und bei der vierten eintreffenden Impulsflanke auf einen durch die beiden niedrigsten
Binärstellen angegebenen Zählerstand »0«, der jedoch einen Gesamtzählerstand von
»4« bedeutet, die die erste eigentliche Zählstufe B2 in der im einzelnen im Hauptpatent
beschriebenen Weise als drittniedrigste Binärstelle ein »L« angibt. Bei den folgenden
an den Eingängen der logischen Schaltung LG eintreffenden Impulsflanken beginnt
der an den beiden die niedrigsten Binärstellen angebenden Ausgängen Z, und Z1 bemerkbare
Zählvorgang von neuem, wobei die tatsächlichen Zählerstände, die sich durch zusätzliche
Berücksichtigung der in den nächstfolgenden Zählstufen auftretenden Ausgangssignale
ergeben, vernachlässigt sind.
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Zum Zeitpunkt t. wird durch die gegenseitige Zuordnung der vom Inkrementgeber
abgegebenen Signale A und B Rückwärtszählung signalisiert, so daß
an den Ausgängen Z, und Z1 der logischen Schaltung LG und auch an den Ausgängen
der hier nicht berücksichtigten weiteren Zählstufen B2, B3 . . . B"
durch
Subtraktion der eintreffenden Zählinkremente gebildete Zählerstände auftreten.
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Die zum Zeitpunkt t., eintreffende erste Impulsflanke bewirkt daher
einen an den Ausgängen Z, und Z1 abnehmbaren Zählerstand »3«, da der vorhergehende
Zählerstand »0«, d. h. in Wirklichkeit ein ein Vielfaches. von »4« angebender, durch
die folgenden Zählstufen ausgegebener Zählerstand war.
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Bei jeder weiteren nach dem Zeitpunkt t2 eintreffenden Impulsflanke
treten an den Ausgängen ZO und Z1 der logischen Schaltung LG Signale auf, die jeweils
um ein Inkrement verminderte binäre Zählerstände bedeuten.
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Es ist ersichtlich, daß mit Hilfe dieser sehr einfach aufgebauten
logischen Schaltung LG die Ansteuerung eines solchen statischen Zählers beträchtlich
vereinfacht und dadurch die Betriebszuverlässigkeit erhöht wird, ohne die hohe Auflösung
bei der Zählung der von einem Inkrementgeber abgegebenen Signale einzuschränken.
Wie auch bei dem im Hauptpatent beschriebenen statischen Zähler wird jede Impulsflanke
der von dem Inkrementgeber abgegebenen Signale als einzelnes Zählinkrement berücksichtigt,
wobei aus der gegenseitigen Zuordnung der beiden vom Inkrementgeber abgegebenen
Signale A und B
selbsttätig der Richtungssinn des Zählvorganges ermittelt
wird.
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Neben dem Vorteil des sehr einfachen Aufbaus und der dadurch erzielten,
gegenüber dem im Hauptpatent beschriebenen Zähler weiter gesteigerten Unanfälligkeit
gegenüber Störungen ist ein weiterer Vorteil in der Erhöhung der maximalen Zählgeschwindigkeit
des Zählers zu sehen.
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Da die jeweils gültige Zählrichtung bereits unmittelbar an den Eingängen
der logischen Schaltung LG
berücksichtigt wird, ist ein Zusammentreffen eines
Zählinkrements mit einem möglicherweise geänderten Zählrichtungssignal des jeweils
folgenden Zählinkrements unmöglich, was bei großer Zählgeschwindigkeit am Eingang
der Eingangszählstufe A1 des ursprünglichen statischen Zählers gemäß F i g. 1 möglich
ist.