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"Elektronische Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden
Steuerimpulsen für ein digitales Frequenzmeßgerät" Digitale Meß- und Zählgeräte
dienen zur Messung von Frequenzen, Frequenzverhältnissen, Periodendauern und Zeiten
sowie zur Zählung periodischer oder statistisch verteilter Ereignisse.
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Diese Geräte entstehen durch die Kombination von Funktionseinheiten
der elektronischen Zähltechnik. Das Meßprinzip beruht darauf, daß während der Zählzeit
t Impulse der zu messenden Frequenz £x in eine elektronische Zählkette eingezählt
werden.
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Das Zählergebnis ZE = fx t wird durch einen Schiebeimpuls S aus der
Zählkette in einen Speicher übertragen, von wo aus es einer Anzeigeeinrichtung zugeführt
wird. Zusätzlich kann das Zählergebnis ZE auch. weiterverarbeitet werden. Ist die
Frequenz f1 während der Zählzeit t nicht konstant, dann stellt ZE die mittlere Frequenz
oder bei statistisch verteilten Ereignissen die mittlere Impulszahl Je Zeiteinheit
dar. Die Spannung der unbekannten Frequenz f1, deren Nulldurchgänge die MeBinformation
liefern, wird in einer Impulsformerstufe so umgeformt,
daß die Nulldurchgänge
mit derselben Richtung gleichartige Impulse am Ausgang der Impulsformerstufe ergeben.
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Bei der Messung nach dem oben beschriebenen Verfahren kann man entweder
während einer bekannten Zählzeit die Anzahl der von der zu messenden Frequenz fx
gelieferten Impulse zählen, oder aber die Zeit messen, die vergeht, bis in die Zählkette
eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen der zu messenden Frequenz fx eingezählt sind.
Im allgemeinen wird bei der Messung hoher Frequenzen eine festgelegte Zählzeit t
verwende, während man bei der Messung niedriger Frequenzen eine bestimmte Anzahl
von Impulsen vorgibt und die Zählzeit t mißt.
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Fig. zeigt das Blockschaltbild eines oben beschriebenen digkeiten
Frequenzmeßgerätes, bei dem die Zählzeit t aus einen normalfrequenz fn abgeleitet
ist. die umgeformten Impulse der Frequenz fx werden über eine Torschaltung 1 dem
Zähler 2 mit den hintereinander geschalteten Zählde-und 2a, 2b und 2c zugeführt.
Die Zählzeit t, in der die T@@@chaltung 1 geöffnet ist, wird von dem Untersetzungsverhältnis
eines Frequenzteilers 3 bestimmt, der die Zählimpulse Z@liefert und auf dessen Eingang
E die Impulse eines Normalfrequenzgenerators 4, dessen Frequenz als Vergleichsrequenz
die@t, gelangen. Durch einen Schiebeimpuls S wird das Zahlergebnis in einen den
Zähldekaden 2a, 2b und 2c nachgeschalteten Speicher 5a, 5b und 5c übertragen und
den Anzeigeröhren 6a,
6b und 6c zugeführt. In Fig. 1 wird als Meßergebnis
die Frequenz f = 436 Hz angezeigt. Nachdem das Zählergebnis in den Speicher 5 übertragen
worden ist, wird der Zähler 2 durch einen Nullstellimpuis N wieder auf Null zurückgestellt.
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Danach ist der Zähler für einen neuen Meßvorgang bereit. Eine elektronische
Schaltung 7 leitet aus der Rückflanke des Zählimpulses Z den Schiebeimpuls S und
den Nullstellimpuls N ab.
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Fig. 2 zeigt die zeitliche Zuordnung der Steuerimpulse an Hand eines
Schaltfolgeplanes. Zu Beginn eines Meßvorganges stehen die Zähler 2a, 2b und 2c
auf Null. Der Meßvorgang beginnt zu dem Zeitpunkt to mit einem Zählimpuls Z, dessen
Dauer die Zählzeit t bestimmt. Die Zählzeit t muß größer als die Periodendauer T
der zu messenden Frequenz fx sein. Nach dem Ablauf des Zählimpulses beginnt zum
Zeitpunkt t1 ein erster Sicherheitszeitraum. An diesen schließt sich zum Zeitpunkt
t2 der Schiebeimpuls S an, der das Zählergebnis in den Speicher 5 überträgt.
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Nach dem Zeitpunkt t3 beginnt ein zweiter Sicherheitszeitraum, an
den sich im Zeitpunkt t4 der Nullstellimpuls N anschließt.
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Dieser dauert bis zum Zeitpunkt t5. Nach einem dritten Sicherheitszeitraum
beginnt ein neuer Meßvorgang zum Zeitpunkt t6 mit einem Zählimpuls Z der Dauer t.
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Zur Erzeugung der Zählimpulse Z ist es bekannt, eine Normalfrequenz
£n mittels einer Zähldekade im Verhältnis 10 : 1 herunterzuteilen. Frequenzteiler,
die nach diesem Prinzip
arbeiten, sind aus dem "Archiv für technisches
Messen" J 071 - 9 vom Juli 1964 bekannt. Die dort verwendeten Zähldekaden bestehen
aus vier bistabilen Kippetufen, die nach Art eines Dualzählers so hintereinander
geschaltet sind, daß eine Kippstufe beim Eins-auf-Null-bergang der davor liegenden
Stufe gekippt wird. Damit die Zahl der unterscheidbaren Zustände bei einer solchen
Zählkette von sechszehn auf zehn reduziert wird, sind zwischen den vier Kippstufen
Rückführungen vorgesehen, die die Kette nach dem zehnten Eingangsimpuls wieder in
die Ausgangsstellung zurück kippen. Bei dem bekannten Frequenzteiler sind Zähldekaden
verwendet9 bei denen. die vier Kippstufen so miteinander verbunden sind, daß ihre
Ausgänge die Wertigkeiten 1, 2, 4, 2 haben.
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Die Wertigkeit einer Kippstufe gibt den Zahlenwert an, der dem Ausgang
dieser Kippstufe zugeordnet ist. Haben die Ausgänge einer Zähldekade die Wertigkeiten
1, 2, 4, 8, so steht z.B.
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an den Ausgängen mit den Wertigkeiten 1 und 4 ein Signal an, wenn
die Ziffer 5 dargestellt werden soll. Zur Darstellung der Ziffer 7 steht an den
Ausgängen mit den Wertigkeiten 1,2 und 4 ein Signal an.
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Um die zeitliche Zuordnung der Nullstell- und Schiebeimpulse zu den
Zählimpulsen zu gewährleisten, werden bistabile und monostabile Multivibratoren
eingesetzt, die aus der Rückflanke des Zählimpulses Z die weiteren Steuerimpulse
ableiten. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß mindestens vier Multivibratoren
vorgesehen
werden messen, um den Schiebeimpuls und den Nullstellimpuls aus dem Zählimpuls abzuleiten.
Darüber hinaus ist die Impulsdauer von dem Temperaturgang der einzelnen Multivibratoren
abhängig. Der erfindungsgemäßen Schaltung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte
Steuerschaltung zu verbesseren und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken.
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Die Erfindung geht aus-von einer elektronischen Schaltung zum Erzeugen
von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen (Zähl-, Nullstell- und Schiebeimpuls)
für ein digitales Frequenzmeßgerät, bei dem die Anzahl der von einer ersten Frequenz
abgeleiteten Impulse während einer von einer zweiten Frequenz abgeleiteten Zählzeit
ein Maß für die zu messende Frequenz und eine der beiden Frequenzen die zu messende
und die andere eine Vergleichsfrequenz ist, das Zählergebnis nach Ablauf der Zählzeit
durch einen Schiebeimpuls von dem Zähler in einen Speicher übertragen wird und anschließend
durch einen Nullstellimpule der Zähler wieder auf Null gestellt wird und bei der
aus Kippstufen bestehende Zählketten vorgesehen sind, die eine der Frequenzen in
einem vorgegebenen Verhältnis herunterteilen und besteht darin, daß die Ausgänge
der letzten dieser Kippstufen durch Gatter derart verknüpft sind, daß ihre Ausgangsimpulse
als Nullstell- bzw. Schiebeimpulse dienen. Nach einer bevorzugten Ausbildung der
Erfindung, bei der zur Pestlegung der Zählzeit die Vergleichsfrequenz durch die
aus Kippstufen bestehende Zählkette heruntergeteilt ist, sind die letzten
vier
Kippstufen der Zählkette so miteinander verbunden, daß ihre Ausgänge die Wertigkeiten
1, 2, 4, 5 haben.
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An Hand der Figuren 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 das Blockschaltbild eines digitalen
Frequenzmeßgerätes, das zum Stand der Technik gehört, Fig. 2 die zeitliche Zuordnung
der Steuerimpulse an Hand eines SchaltfolgeDlanes, Fig. 3 die erfindungsgemäße elektronische
Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen und Fig 4 den
Schaltfolgeplan der Ausgangsimpulse der letzten Zähldekade des Frequenzteilers und
die Ausgangsimpulse der Verknüpfungsschaltung.
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Fig 5 zeigt die erfindungsgemäße elektronische Schaltung zum Erzeugen
von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen.
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Diese Schaltung ist in Fig, 1 mit dem Bezugszeichen 8 versehen und
beinhaltet den Frequenzteiler 3 und die elektronische Schaltung 7 zum Erzeugen des
Schiebe und Nullstellimpulses0 De Normalfrequenzgenerator 4 liefert eine Frequenz
von 50 Hz, die der Eingangsklemme E des Frequenzteilers 39 der wegen der Wahl einer
niedrigen Normalfrequenz fn nur aus einer Zähldekade besteht, zugeführt wird. Die
Zähldekade 3 teilt die Normalfrequenz fn im Verhältnis 10 : 1. Es entstehen am Ausgang
A5
Zählimpulse von 100 ms Dauer, die durch Pausen gleicher Zeitdauer
getrennt sind. Die Zähldekade 3 besteht aus vier Kippstufen, deren Ausgänge entsprechend
ihrer Wertigkeit mit A1, A2, A4, A5 bezeichnet sind.
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Fig. 4 zeigt einen Schaltfolgeplan, bei dem die dem Eingang E zugeführte
50 Hz-Normalfrequenz, die am Ausgang A1, A2, A4 und A5 der Zähldekade 3 abgenommenen
Ausgangsimpulse sowie die durch Verknüpfung der Auatgangsimpulse untereinander entstandenen
Steuerimpulse (Schiebeimpuls und Nullstellimpuls) übereinander dargestellt sind.
Als Zählimpuls Z dient die 5 Hz-Frequenz, die am Ausgang A5 der Zähldekade abgenommen
wird.
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Aus der Fig. 4 ergibt sich als logische Bedingung für den Schiebeimpuls
S = A1 & A2 & A5, für den Nullstellimpuls ergibt sich die Bedingung N =
A1 & A2 & Ã5. Der Ausgang A4 5.
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wird für die Erzeugung der Steuerimpulse nicht benötigt. Die Verknüpfung
der Ausgangsimpulse der Zähldekade geht folgendermaßen vor sich: Dem UND-Gatter
9 werden als Eingangsgrößen die Impulse der Ausgänge A1 und A2 direkt und die Impulse
des Ausgangs A5 über ein NICHT-Gatter 10 zugeführt. Das UND-Gatter 9 liefert den
Nullstellimpuls N. Dem UND-Gatter 11 werden die Impulse des Ausgangs A1 direkt,
die Impulse des Ausgangs A2 über das NICHT-Gatter 12 und die Impulse des Ausgangs
A5 über das
NICHT-Gatter 10 zugeführt. Das UND-Gatter 11 liefert,
den Schiebeimpuls.
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Eine weitere gerätetechnische Vereinfachung ergibt sich durch die
Verwendung von integrierten Schaltkreisen, die mehrere UND- bzw. NICHT-GaUtter enthalten.
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Die erfindúngsgemäße Schaltung hat den Vorteil, daß die sonst notwendigen
Multivibratoren durch einfache Verknfipfungsschaltungen ersetzt werden können. Darüber
hinaus ist die zeitliche Zuordnung der Steuerimpulse sichergestellt, da sie direkt
aus der Normalfrequenz abgeleitet sind und nicht über mehrere Multivibratoren.
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Schaltet man vor das Frequenzmeßgerät einen Spannungs-Frequenz-Wandler,
der eine Meßspannung Ux in eine proportionale Frequenz f überführt, so kann das
Fequenzmeßgerät als digitaler Spannungsmesser verwendet werden.
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Die Lehre der Erfindung ist auch anwendbar für Prequenzmeßgeräte,
bei denen der Zeitraum gemessen wird, in dem eine vorgegebene Anzahl von aus der
zu messenden Frequenz abgeleiteten Impulsen in den Zähler eingezählt wird.