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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
zur Überwachung eines elektronischen Binärzählers, der aus bistabilen, hintereinandergeschalteten
Kippstufen aufgebaut ist und bei dem im Zählbetrieb der ersten Kippstufe die zu
zählenden Impulse zugeführt werden.
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Bei derartigen Binärzählern werden normalerweise die an einem der
Ausgänge der Kippstufen abgenommenen Ausgangsimpulse den miteinander verbundenen
beiden Kippeingängen der nachfolgenden Kippstufe zugeführt. Dadurch wird jedesmal,
wenn die m der Reihenfolge vorhergehende Kippstufe in eine bestimmte der beiden
möglichen Richtungen kippt, die nachfolgende Kippstufe ebenfalls veranlaßt, ihren
Kippzustand zu ändern.
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Bei bekannten Verfahren wird zur vollständigen Überwachung eines derartigen
elektronischen Binärzählers dieser jeweils ganz durchgezählt. So ist es beispielsweise
bekannt (deutsche Auslegsehrift 1206 480) einen aus der Hintereinanderschaltung
mehrerer bistabiler Kippstufen bestehenden Binärzähler, an dessen Ausgänge ein Dekodierer
angeschaltet ist, dadurch zu überwachen, daß auf das zyklische Erreichen einer bestimmten
Endstellung des Dekodierers als Kennzeichen für das fehlerfreie Weiterschalten geprüft
wird. Dies geschieht hier dadurch, daß eine bistabile Prüftriggerschaltung bei Erreichen
der Endstellung des Zählers in die eine der beiden Kipplagen versetzt wird und durch
ein erstes Zeitglied vor Ablauf der Zyklusperiode des Zählers in ihren zweiten Zustand
zurückversetzt wird. Falls die Zyklusperiode des Zählers infolge fehlerhaften Betriebes
verkürzt wird, stellt sich der zweite Zustand der Prüftriggerschaltung nicht ein,
was mit Hilfe eines zweiten Zeitgliedes als Fehler gemeldet wird. Wenn dagegen infolge
eines andersartigen Fehlers die Endstellung des Zählers überhaupt nicht erreicht
wird, wird dies mit Hilfe eines dritten Zeitgliedes ebenfalls als Fehler gemeldet.
Wie man sieht, kann hier eine Aussage über die richtige Funktion des Zählers erst
dann gemacht werden, wenn dieser jeweils eine volle Zyklusperiode durchlaufen hat.
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Außerdem ist vorgeschlagen worden (S 105418 VIII a/21 a1), bei der
Überwachung eines aus mehreren bistabilen Stufen aufgebauten Zählers auf das Vorhandensein
der beiden charakteristischen Zählerzustände zu prüfen, in denen sämtliche Kippstufen
die dem binären Wert L entsprechende Kipplage bzw. sämtliche Kippstufen die dem
binären Wert 0 entsprechende Kipplage einnehmen. Ein Fehlersignal wird bei diesem
vorgeschlagenen Verfahren dann abgegeben, wenn einer der beiden charakteristischen
Zählerzustände zweimal gemeldet wird, ohne daß zwischenzeitlich eine Meldung des
anderen charakteristischen Zählerzustandes erfolgt ist. Auch hier ist aber zur vollständigen
Prüfung, ausgehend von einem der charakteristischen Zählerzustände, nochmals das
ganze Zählvolumen des Zählers durchzuzählen.
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Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren weist demgegenüber den
Vorteil auf, daß zur Überwachung eines elektronischen Binärzählers höchstens bis
auf die Hälfte aller möglichen Zählschritte gezählt werden muß, wozu noch zwei zur
Überwachung dienende Zählschritte kommen. Wenn ein Binärzähler benutzt wird, bei
dem sich die einzelnen Zählzustände voreinstellen lassen, ist die Prüfung sogar
schon nach zwei Zählschritten beendet. Die Erfindung betrifft also, wie bereits
erwähnt, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines elektronischen
Binärzählers, der aus bistabilen, hintereinandergeschalteten Zählerkippstufen aufgebaut
ist und bei dem im Zählbetrieb der ersten Zählerkippstufe die zu zählenden Impulse
zugeführt werden. Dieses Verfahren ist durch zwei Verfahrensschritte gekennzeichnet,
die in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können, nämlich: a) ausgehend
von dem Zählzustand, in dem alle Kippstufen bis auf die letzte dieselbe Kipplage
einnehmen und nach dem beim folgenden Zählschritt alle Kippstufen ihre Kipplage
ändern, wird ein Zählschritt ausgeführt, wonach auf das Vorhandensein des komplementären
Zählzustandes geprüft wird, b) ausgehend von dem Zählzustand, bei dem alle Kippstufen
bis auf die letzte denselben Kippzustand einnehmen und der hinter demjenigen Zählzustand
liegt, bei dem alle Kippstufen eine andere Kipplage haben, wird unter Sperrung der
Eingänge der Kippstufen gegenüber von in der Reihenfolge vorhergehenden Kippstufen
abgegebenen Impulsen den Eingängen sämtlicher Kippstufen ein Zählimpuls zugeführt,
so daß ein Zählschritt in Rückwärtsrichtung ausgeführt wird, und es wird der sich
daraufhin einstellende Zählzustand auf das Vorhandensein des zum Zählzustand vor
dem Rückwärtsschritt komplementären Zustandes geprüft.
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Der Zählzustand, von dem bei der Überwachung ausgegangen wird, wird
entweder durch Durchzählen oder, wenn es sich um einen voreinstellbaren Zähler handelt,
durch Voreinstellen hergestellt.
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Wenn der Zählzustand, von dem bei der Prüfung ausgegangen wird, durch
Durchzählen erreicht wird, werden die der Anzeige des Prüfergebnisses dienenden
Einrichtungen zu einem bestimmten Zeitpunkt eines Impulszyklus aktiviert, genau
wie dies beim obengenannten Stand der Technik oder wie bei einer Überwachungsanordnung
gemäß der deutschen Auslegeschrift 1236 554 der Fall ist. Das Einhalten einer bestimmten
zeitlichen Lage der Prüfschritte ist jedoch nicht die Ursache für die durch das
erfindungsgemäße Verfahren erzielbaren Fortschritte.
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Durch die Erfindung werden außerdem Schaltungsanordnungen angegeben,
mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Varianten durchgeführt
werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun an Hand einer Schaltungsanordnung
beschrieben, die zu seiner Durchführung dient und die in einer Figur dargestellt
ist.
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In der Figur ist schematisch ein Binärzähler dargestellt, der die
Kippstufen K 1... K10 enthält. Die Zählsignale bzw. die von den in der Reihenfolge
vorhergehenden Kippstufen abgegebenen Ausgangssignale werden den Kippstufen zum
Weiterschalten über ihre Eingänge 1 e 1, 1 e 2 ... 1 e 10, 2 e 10 zugeführt.
Außerdem weisen die Kippstufen K1... K10 Voreinstelleingänge EI, E3
... E 10, EH auf, über die sie unabhängig von den Zählimpulsen in den einen
oder den anderen ihrer stabilen Zustände eingestellt werden können. Um zu verhindern,
daß während einer derartigen Voreinstellung Zählimpulse bzw. die von den Ausgängen
der Kippstufen abgegebenen Ausgangsimpulse an die Kippeingänge der
Kippstufen
gelangen können, ist jeder der Kippstufen ein Weitergabe-Koinzidenzgatter G
1 ... G 10 zugeordnet. Jeweils einem Eingang dieser Gatter werden
die Zählimpulse bzw. die Ausgangsimpulse der in der Reihenfolge vorhergehenden Kippstufe
zugeführt. Die zweiten Eingänge dieser Gatter sind mit einer Klemme S verbunden,
an der im Zählbetrieb Durchlaßpotential für die Gatter, während des Voreinstellens
jedoch Sperrpotential liegt. Die Gatter G2 . . . C10, die der zweiten bis zehnten
Kippstufe zugeordnet sind, weisen außerdem noch einen dritten Eingang auf, auf dessen
Bedeutung später eingegangen wird. Der Ausgang des Gatters G 1 ist direkt mit den
Kippeingängen lel und leg der Kippstufe K1 verbunden, die Ausgänge der übrigen Gatter
G 2 ... G 10 sind über Mischgatter M 2 ... M10
mit den Kippeingängen der ihnen jeweils zugeordneten Kippstufen K2 ... K10
verbunden. Wenn an der Klemme S während des Voreinstellens Sperrpotential liegt,
können sich Zählimpulse bzw. die Ausgangsimpulse der Kippschaltungen nicht auf die
Eingänge der nachgeordneten Kippstufe auswirken.
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Die ersten Ausgänge 1 A 1... 1 A 9 der Zählerkippstufen K1...
K9 sind mit den Eingängen eines ersten Mehrfach-Koinzidenzgatters MK1 verbunden,
und die zweiten Ausgänge 2A 1... 2A 9 dieser Zählerkippstufen sind mit den
Eingängen eines zweiten Mehrfach-Koinzidenzgatters MK2 verbunden. Der erste Eingang
1A 10 der letzten Zählerkippstufe K 10 ist mit einem Eingang des zweiten
Mehrfach-Koinzidenzgatters MK2 und der zweite Ausgang 2A 10 dieser Zählerkippstufe
ist mit einem Eingang des ersten Mehrfach-Koinzidenzgatters MK1 verbunden.
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Die Ausgänge der beiden Mehrfach-Koinzidenzgatter MKP1 und MK2 sind
mit den Vorbereitungseingängen v 1 und v 2 einer ersten Prüfkippstufe
PK 1 verbunden. Den Kippeingängen t 1 und t 2 dieser Prüfkippstufe werden
über die Klemme EP, wie weiter unten beschrieben, die die Prüfvorgänge veranlassenden
Prüfsignale zugeführt. Die Prüfkippstufe PK 1 kann nur dann ihren Kippzustand
ändern, wenn gleichzeitig am Vorbereitungseingang v 1 und am Kippeingang
t 1 bzw. gleichzeitig am Vorbereitungseingang v 2 und am Kippeingang t 2
ein Signal anliegt. Die erste Prüfkippstufe PK 1 bildet zusammen mit einer
zweiten Prüfkippstufe PK2 einen zweistufigen Prüfzähler. Einer der Ausgänge der
ersten Prüfkippstufe ist dazu mit den miteinander verbundenen Eingängen 2 t 1 und
2 t 2 der zweiten Prüfkippstufe PK 2 verbunden. Diejenigen beiden Ausgänge des Prüfzählers,
die nach seinem ersten Zählschritt dem Binärzustand L entsprechendes Potential führen,
sind mit den Eingängen z 1 und z 2 eines Zweifach-Koinzidenzgatters ZK verbunden.
Die von dem Zweifach-Koinzidenzgatter ZK abgegebenen Ausgangssignale werden einerseits
über einen Negator N als Sperrsignale an die schon erwähnten dritten Eingänge der
Weitergabe-Koinzidenzgatter G 2 ... G 10 weitergegeben und bilden andererseits
gemeinsam mit den über den Klemme EZ zugeführten Zählsignalen, die auch dem ersten
Weitergabe-Koinzidenzgatter G 1 zugeführt werden, die Eingangssignale für ein Rückschalte-Koinzidenzgatter
RK. Die Ausgangssignale dieses Rückschalte-Koinzidenzgatters werden über Mischgatter
M 2 ... M 10 den Zählerkippstufen K 2 ... K
10 gleichzeitig zugeführt.
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Wie schon angegeben, können die Verfahrensschritte a) und b) erfindungsgemäßen
Verfahrens in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Bei der Erläuterung des
erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand der beschriebenen Figur wird zunächst davon
ausgegangen, daß der Verfahrensschritt b) vor dem Verfahrensschritt a) durchgeführt
wird. Es werden hierzu die Weitergabe-Koinzidenzgatter G 1 ... G10
durch
Anlegen eines entsprechenden Potentials an die Klemme S gesperrt, und es wird über
die Voreinstelleingänge E 1 ... E 10 bzw. F ... EID ein Zählzustand
des Zählers eingestellt, in dem alle Kippstufen bis auf die letzte denselben Kippzustand
einnehmen und der hinter demjenigen Zählzustand liegt, in dem alle Kippstufen eine
andere Kipplage haben. Es ist dies der Zählzustand, in dem die Zählerkippstufen
K 1... K 9 die dem binären Wert 0 entsprechende Kipplage einnehmen und die
letzte Kippstufe K10 den dem binären Wert L entsprechende Kipplage einnimmt.
Als Kipplage, die dem binären Wert 0 entspricht, wird hier diejenige verstanden,
in der die zweiten Ausgänge 2A 1 ... 2A10 der Zählerkippstufen ein dem binären
Wert 0 zugeordnetes Potential und die ersten Eingänge 1A 1... 1A 10 ein dem
binären Wert L zugeordnetes Potential aufweisen. Bei dem voreingestellten Zustand
des Zählers weisen also die ersten Eingänge 1 A 1... 1 A 9 der Kippstufen
K 1 ... K 9 und der zweite Ausgang der Kippstufe K 10 ein dem binären Zustand
L entsprechendes Potential auf. Damit liegt auch an sämtlichen Eingängen des Mehrfach-Koinzidenzgatters
MK 1 der Binärwert L, so daß dieses ein Ausgangssignal abgibt. Beim zweiten
Mehrfach-Koinzidenzgatter MK2 dagegen liegt nur an dem mit dem ersten Ausgang 1
A 10 der letzten Kippstufe K 10 verbundenen Eingang das Binärsignal L, so daß dieses
Gatter kein Ausgangssignal abgibt.
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Das Ausgangssignal des Mehrfach-Koinzidenzgatters MK 1 wirkt
als Vorbereitungssignal für die Prüfkippstufe PK 1, so daß Prüfimpulse, die
der Klemme EP und damit den Kippeingängen 1 t 1 und 1t2 der
Kippstufe zugeführt werden, diese veranlassen, ihre Kipplage zu ändern. Der durch
die PrüfkippstufenPKl und PK2 gebildete Prüfzähler, der vor Beginn der Prüfung den
Binärzählzustand 0, 0 eingenommen hatte, nimmt nun daher den Zählzustand L ein.
Da, wie schon erläutert, diejenigen Ausgänge der Prüfkippstufen, die bei diesem
Zählzustand das dem binären Zustand L, 0 entsprechende Potential führen, mit den
Eingängen z 1 und z 2 des Zweifach-Koinzidenzgatters verbunden sind, gibt dieses
nun ein Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangssignal wird einerseits dem Negator N zugeführt
und wirkt in negierter Form für die Weitergabe-Koinzidenzgatter G 2 ... G
10 als Sperrpotential. Es können nun also von den Zählerkippstufen K 1...
K 9 abgegebene Ausgangsimpulse nicht mehr an die Eingänge der jeweils nachfolgenden
Zählerkippstufe gelangen. Das Ausgangssignal des Zweifach-Koinzidenzgatters ZK gelangt
andererseits an einen der Eingänge des Rückschalte-Koinzidenzgatters RK, dessen
anderer Eingang mit dem Eingang EZ des zu überwachenden Zählers verbunden ist. Ein
nun auftretender Zählimpuls kann daher gleichzeitig an die Eingänge sämtlicher Zählerkippstufen
gelangen. An den Eingang der ersten Zählerkippstufe K1 gelangt er über das Weitergabe-Koinzidenzgatter
G 1, da dieses über die Klemme S nur während der Voreinstellung gesperrt war, und
an die Eingänge der
Zählerkippstufen K2 ... K10 gelangt er
über das Rückschalte-Koinzidenzgatter RK und über die Mischgatter M2 . .M10. Da
sämtliche Zählerkippstufen einen Zählimpuls erhalten, führt der Zähler einen Zählschnitt
aus, bei dem sämtliche Kippstufen ihre Kipplage ändern. Es stellt sich daher ein
Zählzustand ein, der bei richtiger Funktion des Zählers zu dem voreingestellten
Zählzustand komplementär ist. Dementsprechend nehmen die Kippstufen K1
... K9 nun die dem Binärzustand L entsprechende Kipplage und die Kippstufe
K10 die dem Binärzustand 0 entsprechende Kipplage ein. Dieser Zählzustand ist der
bei normalem Zählbetrieb dem voreingestellten Zustand vorangehende. Der Zähler hat
nun also einen Schritt in Rückwärtsrichtung ausgeführt. Das Vorhandensein dieses
zum Zählzustand vor dem Rückwärtsschritt komplementären Zählzustandes wird wieder
mit Hilfe eines der Mehrfach-Koinzidenzgatter und mit Hilfe des aus den Prüfkippstufen
PK 1, PK 2 aufgebauten Prüfzählers geprüft. Die zweiten Ausgänge 2A 1...
2A 9 der Zählerkippstufen K1... K9 und der erste Eingang 1A10
der ZählerkippstufeK10, die alle jeweils mit einem Eingang des zweiten Mehrfach-Koinzidenzgatters
MK2 verbunden sind, führen nun alle das dem binären Zustand L entsprechende Potential.
Das zweite Mehrfach-Koinzidenzgatter MK2 gibt daher ein Ausgangssignal ab, das dem
Vorbereitungseingang v1 der ersten Prüfkippstufe PK1 zugeführt wird.
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Bei Auftreten eines zweiten Prüfimpulses, der den zweiten Verfahrensschritt
einleitet, kippt wegen des am Vorbereitungseingang anliegenden Signals die erste
Prüfkippstufe PK 1 wieder in den Binärzustand 0 zurück und schaltet dabei die zweite
Prüfkippstufe PK2 in den Binärzustand L um. Da nun nicht mehr an allen beiden der
Ausgänge, die an die Eingänge z1 und z2 des Zweifach-Koinzidenzgatters ZK angeschlossen
sind, das Binärsignal L anliegt, gibt dieses Zweifach-Koinzidenzschaltung kein Ausgangssignal
mehr ab. Hierdurch ist einerseits das Sperrpotential für die Weitergabe-Koinzidenzgatter
G2. . . G10, andererseits das eine Eingangssignal für das Rückschalte-Koinzidenzgatter
weggenommen. Es wird daher bei Auftreten eines nachfolgenden Zählimpulses am Eingang
EZ des Zählers nur der ersten Zählerkippstufe ein Zählimpuls zugeführt und ein normaler
Zählschritt in Vorwärtsrichtung ausgeführt. Hierbei ändern wieder alle Kippstufen
ihre Kipplage, und es stellt sich bei fehlerfreier Funktion des Zählers wieder der
zum vorangegangenen Zählstand komplementäre Zustand ein. Dieser wird wie bei Beginn
des Prüfverfahrens mit Hilfe des Mehrfach-Koinzidenzgatters MK 1 bzw, des Prüfzählers
mit den Prüfkippstufen PK1 und PK2 festgestellt. Das Mehrfach-Koinzidenzgatter MK
1 gibt in diesen Fall wieder ein Ausgangssignal ab, das dem Vorbereitungseingang
v2 der ersten PrüfkippstufePKl zugeführt wird, die mit Auftreten des nächsten Prüfimpules
wieder in die dem Binärzustand L entsprechende Kipplage kippt. Beide Prüfkippstufen
PK1 und PK2 des Prüfzählers nehmen nun daher die dem binären Zustand L entsprechende
Kipplage ein, was nach den beiden geschilderten Verfahrensschritten, nämlich dem
erzwungenen Zählschritt in Rückwärtsrichtung und dem darauffolgenden Zählschritt
in Vorwärtsrichtung nur der Fall ist, wenn der zu überwachende Zähler fehlerfrei
axbeitet. Dieser Zählerstand zeigt nämlich an, daß sowohl beim ersten als auch beim
zweiten Verfahrensschritt sämtliche Zählerkippstufen in richtiger Weise ihre Kipplage
geändert haben. Da beim zweiten Verfahrensschritt die das Kippen veranlassenden
Signale über die jeweils beim ersten Verfahrensschritt nicht benutzten Eingänge
den Zählerkippstufen zugeführt werden, sind sämtliche Elemente des zu überwachenden
Zählers, die Fehler verursachen können, bei der Prüfung berücksichtig worden, so
daß der erwähnte Zählerstand des Prüfzählers den fehlerfreien Betrieb des zu überwachenden
Zählers angibt. Die Stellung des Prüfzählers wird durch hier nicht dargestellte
Einrichtungen zur Anzeige gebracht.
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Auch wenn die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens
in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden sollen, kann die beschriebene Schaltungsanordnung
angewendet werden. Hierzu müssen lediglich die Ausgangssignale der Mehrfach-KoinzidenzgatterMKl
und MK2 sowie das Ausgangssignal des Zweifach-Koinzidenzgatters ZK noch negiert
werden.
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Auch solche Fehler, die sich darin äußern, daß nach Änderung des Zählerzustandes
des Zählers sich kurzzeitig der richtige nachfolgende Zählzustand einstellt, dieser
sich dann aber in einen falschen Zählzustand ändert, können durch das erfindungsgemäße
Verfahren erfaßt werden. Es werden nämlich die die Prüfvorgänge veranlassenden,
der ersten Prüfkippstufe PK1 zugeführten Prüfsignale gegenüber den Zählsignalen
um eine Zeitspanne später zugeführt, nach der Fehler, die gegenüber einer Zustandsänderung
des Zählers verzögert auftreten, mit Sicherheit bereits aufgetreten sind.