DE1537443C - Schaltungsanordnung zum Umformen von durch mechanische Kontaktvorrichtung erzeugte prellbehaftete Signale in prellfreie elektrische Signale - Google Patents

Description

In elektronischen Steueranlagen besteht häufig die Notwendigkeit, Eingangsinformationen von mechanischen Kontaktgebern zu übernehmen und anschließend mit elektronischen Mitteln weiter zu verarbeiten. Die Schwierigkeit an diesen Grenzstellen besteht vorwiegend darin, die Eingangsinformation von den unerwünschten Prellungen der mechanischen Kontakte zu befreien.

Es ist eine Reihe von Schaltungsanordnungen bekannt, die sich die Entprellung der Information zur Aufgabe gestellt haben.

Allgemein arbeitet man mit einfachen Zeitgliedern oder Kettenschaltungen von Zeitgliedern, durch die die. großen Signalamplituden der Prellungen weitgehend abgeschwächt werden, oder mit monostabilen Kippschaltungen, die von der ersten Prellung ausgelöst, eine Eigenkippzeit besitzen, die etwas länger ist als die erwartete Prellzeit, so daß für diese Zeitdauer eine elektronische Unterdrückung der Signalprellungen wirksam werden kann.

Eine weitere bekannte Art, Kontaktprellungen für die nachfolgende Informationsverarbeitung zu unterdrücken, ist stets dann anwendbar, wenn ein Umschaltekontakt zur Verfügung steht und eine Kontaktprellung von der Arbeitsseite zur Ruheseite bzw. umgekehrt ausgeschlossen werden kann. Eine solche Anordnung zeigt die deutsche Auslegeschrift 1096 415. Diese Voraussetzung dürfte in den meisten Anwendungsfällen gegeben sein. Die Signalentprellung wird dann mit Hilfe eines einfachen RS-Flip-Flops durchgeführt.

Bei Verwendung der heutzutage vielfach benutzten hermetisch abgeschlossenen Schutzgas-Kontakte als Signalgeber für elektronische Weiterverarbeitung werden aus verschiedenen Gründen vorzugsweise nur Arbeitskontakte verwendet, so daß die erwähnte Anordnung, die auf Umschalter beschränkt ist, nicht angewendet werden kann.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Umformen von Signalen, die durch mechanische Kontaktvorrichtungen, insbesondere durch Arbeitskontaktvorrichtungen, erzeugt sind, aber durch das Prellen der Kontakte an Anfang und Ende der Kontaktgabe mit unerwünschten Störsignalen behaftet sind, in reine Signale, d.h. solche, die keine durch Kontaktprellungen bedingten Störsignale enthalten. Während die bekannten Anordnungen nur die ' Störsignale am Anfang einer Kontaktgabe und somit am Anfang eines dadurch erzeugten Stromimpulses beseitigten, soll durch die Anordnung nach der Erfindung ein Signal erzeugt werden können, daß auch am Ende der Kontaktgabe solcher Störsignale entbehrt. Auch die Anordnung nach der Erfindung benutzt eine bistabile Kippschaltung, wie in den erwähnten bekannten Schaltungsanordnungen zufinden ist.

Eine bekannte Anordnung löst die Aufgabe, prellbehaftete Signale in prellfreie umzuwandeln, dadurch, daß unter Verwendung eines Miller-Integrators ein Kondensator linear aufgeladen und entladen wird und die Ladespannung eine bistabile Kippschaltung steuert, deren Schwellwerte zur Auslösung der beiden Kippvorgänge unterschiedliche Beträge aufweisen. Bei einer anderen Anordnung liegt ein steuerbarer kontaktloser Schalter mit Thyratroncharakteristik in einem Hauptstromkreis mit einem Sendekontakt, der Durchlaß bzw. Sperrung vorbereitet und von einem in vorbestimmtem Takt betätigten Zeitgeber gesteuert wird.

Für diese beiden bekannten Anordnungen ist jedoch der Schaltungsaufwand sehr hoch, was eine Anlage, in der mehrere Kontakte liegen, deren Signale behandelt werden sollen, erheblich verteuern kann. Der Schaltungsaufwand einiger Anordnungen kann durch die Verwendung integrierter Schaltkreise auf einen Bruchteil verringert werden. Voraussetzung dabei ist jedoch, daß sich die aufzubauende Schaltung in einem oder höchstens zwei solchen integrierten Schaltkreisen unterbringen läßt. Dies ist aber weder bei Schaltungen, die mit einem Ladekondensator, noch solchen, die mit Schaltern mit Thyratroncharakteristik arbeiten, möglich, ist aber hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der Herstellung und Wartung unbedingt erforderlich.

Auch eine in Verbindung mit Fernschreibimpulsen bekanntgewordene Anordnung verwendet einen Kondensator, der sich nicht in einem integrierten Schaltkreis unterbringen läßt.

Die Erfindung besteht deshalb darin, daß beiden Eingängen der bistabilen Kippschaltung das umzuformende Signal einmal unmittelbar und einmal über einen Inverter zugeführt wird und die Kippschaltung zusätzlich von Impulsen einer besonderen Taktfolge mit größerer Taktfolgezeit als die maximale Prellzeit gesteuert wird, wobei Kippschaltung und Inverter aus einem oder höchstens zwei integrierten Schaltkreisen gebildet werden.

Es ist offensichtlich, daß es vorkommen kann, daß die Taktzeit teilweise oder vollständig in die Prellzeit fällt. Daher ist es zweckmäßig, die Dauer eines Taktimpulses (Taktzeit) sehr klein, mindestens kleiner als die Dauer eines durchschnittlichen Prellimpulses, zu machen.

Doch auch diese Maßnahme findet in übertragungstechnischen Gründen ihre Begrenzung, so daß es nicht auszuschließen ist, daß sehr kurze Prellimpulse bewirken könnten, daß sich während der Taktzeit die Markierung der Ausgänge der Kippschaltung ein- oder mehrmals ändern, womit die Aufgabenstellung als nicht befriedigend gelöst betrachtet werden muß.

Der beschriebene Nachteil kann dadurch verhindert werden, daß zwei hintereinandergeschaltete Kippschaltungen mit zwei gegeneinander phasenverschobenen Taktfolgen gleicher Taktfrequenz verwendet werden und jede Kippschaltung von einer der beiden Taktimpulsfolgen gesteuert wird.

Der oder die »integrierten Schaltkreise«, die die Kippschaltung und den Integrator bilden, zeichnen sich durch exaktes Arbeiten, geringen äußeren Schaltungsapfwand und niedrige Kosten aus. Eine besondere Art dieser Schaltungen ist das sogenannte »Master-slave-Flip-Flop«. Hierunter ist eine Anordnung zu verstehen,, die aus zwei miteinander koppelbaren Flip-Flops besteht, die in einer Art Zwei-Takt-Technik als Zwischen- und Haupt-Flip-Flop zusammenarbeiten. Mit zunehmender Taktspannung wird zunächst die Kopplung der beiden Flip-Flop gelöst und anschließend die am Eingang stehende Information in das Zwischen-Flip-Flop (master) übernommen. Bei abnehmender Taktspannung werden die Eingänge gesperrt, und dann wird durch erneute Kopplung beider Flip-Flop die Information vom Zwischen-Flip-Flop in das Haupt-Flip-Flop (slave) übergeben.

Die Erfindung kann demzufolge sowohl mit zwei einzelnen, hintereinandergeschalteten, üblichen Kipp-

schaltungen unter Verwendung von zwei gegeneinander phasenverschobenen Taktfolgen als auch unter Benutzung eines »Master-Slave-Flip-Flops« mit nur einem Taktsignal durchgeführt werden.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen.

F i g. 1 zeigt die grundsätzliche Schaltungsanordnung nach der Erfindung;

F i g. 2 zeigt die Impulsverhältnisse an den Eingängen und Ausgängen der Schaltung nach Fig. 1;

F i g. 3 ist die Schaltungsanordnung mit zwei hintereinandergeschalteten bistabilen Kippschaltungen;

Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung mit einem »Master-Slave-Flip-Flop« und

F i g. 5 ein Diagramm der Eingangs- und Ausgangssignale, sowie der Taktsignale bei einer Anordnung nach F i g. 4.

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 werden an die Klemmen H und L, die den Logikpegeln für »1« (high) und »0« (low) entsprechenden Spannungswerte angelegt. Zwischen den beiden Klemmen befindet sich der Arbeitskontakt K in Reihe mit dem Arbeitswiderstand W. Die bistabile Kippschaltung F besitzt die Eingänge R und S, sowie den gemeinsamen Takteingang T. Die Ausgänge der Kippschaltung sind Q und ~Q. Das Potential, das jeweils an der Verbindung zwischen Kontakte und Arbeitswiderstand W herrscht, wird unmittelbar dem Eingang R zugeführt und dem Eingang 5 unter Zwischenschaltung des Inverters I. Durch den Inverter wird gewährleistet, daß an den beiden Eingängen S und R stets zueinander komplementäre Logiksignale auftreten. Beim Schließen des Kontaktes K entsteht am Eingang R durch das unvermeidliche Prellen der Impulszug α (Fig. 2), der von den beiden Logikpegeln »0« und »1« begrenzt wird. Der hierzu spiegelbildliche Impulszug b, der hinter dem Inverter I entsteht, liegt am Eingang S der Kippstufe. Der von einem äußeren, nicht dargestellten Taktgeber erzeugte Impulszug c enthält eine Folge von Impulsen mit der Taktfolgezeit t_v die größer ist als die maximale Kontaktprellzeit t_p des Kontaktes K.

Während der Taktzeit i₂ übernimmt das i?5-Flip-Flop den von den Eingängen S und R herrschenden digitalen Zustand, das Flip-Flop »folgt« gewissermaßenden Eingangsbedingungen; während der folgenden Taktpause verharrt es dann in diesem Zustand. Da eine Zustandsänderung des Flip-Flops nur zur Taktzeit erfolgen kann, ergibt sich eine Signalverzögerung des Flip-Flop-Ausganges gegenüber dem Kontaktzustand von maximal einer Taktfolgezeit (Impulszug d in F i g. 2).

Fällt der Abfragezeitpunkt, die Taktzeit, in eine Prellzeit, so kann, je nach den Eingangsbedingungen der alte oder der neue Zustand am Flip-Flop-Ausgang erscheinen (erste bzw. zweite Prellgruppe in Fig. 2). Fallen jedoch in die Taktzeit eine oder mehrere sehr kurze Prellungen (dritte Prellgruppe in Fig. 2), so ändert sich entsprechend oft auch die Ausgangsmarkierung des Flip-Flops.

Abhilfe hiergegen bringt die Verwendung der Anordnung nach Fig. 3, die aus zwei hintereinandergeschalteten RS-Flip-Flops Fl und F 2 besteht. Die Eingänge dieser Anordnung sind wieder mit 5 und jR, die Ausgänge mit Q und £7 bezeichnet. Die Ausgänge des ersten Flip-Flop Fl sind unmittelbar mit den entsprechenden Eingängen des zweiten Flip-Flop F2 verbunden; an den beiden Takteingängen Π und T 2 liegen zwei gegeneinander phasenverschobene Taktfolgen gleicher Taktfrequenz. Die Dauer der Taktzeiten beider Taktfolgen ist nicht von Bedeutung, solange sich beide Taktzeiten nicht überschneiden. Normalerweise wird man jedoch die

ίο Taktzeit kurz gegenüber der Taktfolgezeit wählen und die Phasenverschiebung beider Taktfolgen etwa um eine halbe Taktfolgezeit festlegen.

Die Wirkung der in F i g. 3 dargestellten Anordnung ist mit dem in Fig. 4 gezeigten »master-slave-Flip-Flop M« zu vergleichen. Die Eingänge R und S (die Impulszüge α und b in F i g. 5) sind in gleicher Weise angeschaltet wie bisher bei der Kippschaltung nach F i g. 1. Das an den Takteingang anzulegende Taktsignal (Impulszug c in F i g. 5) besitzt wiederum die Taktfolgezeit t_v Auf der ansteigenden Taktflanke ist der Schwellwert markiert, bei dem die Übernahme der Eingangsinformation in den »master« erfolgt. Diesem Zeitpunkt entspricht in Fig. 3 die Taktzeit der Taktfolge Tl. Die markierte Schwelle auf der abfallenden Flanke stellt den Zeitpunkt dar, zu dem der »slave« dem »master« folgt und sich damit gegebenenfalls die Ausgangsmarkierung ändert (erste Prellgruppe in Fig. 5). Diesem Zeitpunkt entspricht in Fig. 3 die Taktzeit der Taktfolge Γ2. Der Impulszug rf in Fig. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangsmarkierung Q.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1· Schaltungsanordnung zum Umformen von durch mechanische Kontaktvorrichtungen erzeugte prellbehaftete Signale in prellfreie elektrische Signale mittels einer der Kontaktvorrichtung nachgeschalteten bistabilen Kippschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Eingängen der Kippschaltung das umzuformende Signal einmal unmittelbar und einmal über einen Inverter zugeführt wird und die Kippschaltung zusätzlich von Impulsen einer besonderen Taktfolge mit größerer Taktfolgezeit als die maximale Prellzeit gesteuert wird, wobei die Kippschaltung und der Inverter aus einem oder höchstens zwei integrierten Schaltkreisen gebildet werden.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer eines Taktimpulses kleiner als die Dauer eines durchschnittlichen Prellimpulses ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei hintereinandergeschaltete bistabile Kippschaltungen verwendet werden, die von getrennten Taktfolgen gleicher Taktfrequenz, aber verschiedener Phasenlage gesteuert werden.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippschaltung aus zwei miteinander gekoppelten Flip-Flop-Schaltungen besteht die in Zwei-Takt-Technik als Zwischen- und Haupt-Flip-Flop zusammenarbeiten (Master-Slave-Schaltung).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen