DE1801405B2

DE1801405B2 - Elektronische schaltung zum erzeugen von periodisch wiederkehrenden steuerimpulsen fuer ein digitales frequenzmessgeraet

Info

Publication number: DE1801405B2
Application number: DE19681801405
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing 6000 Frank fürt Machens
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1968-10-05
Filing date: 1968-10-05
Publication date: 1972-04-06
Also published as: DE1801405A1

Description

Zeitpunkt t₅, Nach einem dritter Sicherheitszeimtum beginnt ein neuer Jvleßvorgang zum Zeitpunkt r„ mit einem Zählimpuls Z der Dwer i.

Zur Erzeugung der Zählimpulse Z ist es bekannt, eine Normalfrequenz f_a mittels einer Zähldefcade im Verhältnis XO : 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 Kippstufen, die nach Art eines Dualzählers so hintereinandergeschaltet sind, daß eine Kippstufe beim »Eins-auf-Nulk-Übergang der davorliegenden Stufe gekippt wird. Damit die Zahl der unterscheidbaren Zvstände bei einer solchen Zählkette von sechzehn auf zehn reduziert wird, sind zwischen den vier Kippstufen Rückführungen vorgesehen, die die Kette nach dem zehnten Eingangsimpuls wieder in die Ausgangsstellung zurückkippen. Bei dem bekannten Frequenzteiler sind Zähldekaden verwendet, bei denen die vier Kippstufen so miteinander verbunden sind, daß ihre Ausgänge die Wertigkeiten 1. 2, 4, 2 haben.

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. 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.

Cm die zeitliche Zuordnung der Nullstell- und Sdiiebeimpulse zu den Zählzeitimpulsen zu gewährleisten, werden bistabile und monostabile Multivibrator eingesetzt, die aus der Rückflanke des Zählz.utimpulses Z die weiteren Steuerimpulse ableiten. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß mindestens vier monostabile Multivibratoren vorgesehen werden müssen, um den Schiebeimpuls und den NuIlstcllimpuls aus dem Zählzeitimpuls abzuleiten. Abgesehen ν m dem Aufwand für die Multivibratoren, beeinflußt die Umgebungstemperatur die Impulsdauer der monostabilen Multivibratoren. welche für die zeitliche Aufeinanderfolge der Steuerimpulse maßgebend ist.

Aus der Zeitschrift »Internationale Elektronische Rundschau«. 1968. S. 47 bis 50 und 63 bis 66, ist eine elektronische Schaltung zum Frzcugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen für ein digitales Frequenzmeßgerät bekannt, bei dem ein aus sechs Teilerdekadcn bestehender Frequenzteiler eine bekannte Frequenz herunterteilt und ein dem Frequenzteiler nachgeschalteter Zeitbasisgenerator, der

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gäbe zugrunde, die bekannte Steuerschaltung z.u vereinfachen und damit die Herstellungskosten der Steuerschaltung zu senken.

Die Erfindung geht aus von einer elektronischen Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen (Zählzeit-, Nullstell- und Schiebeimpuls) für ein digitales Frequenz- bzw, Zeitmeßgerät, bei dem von einer ersten Frequenz Zählimpulse abgeleitet und über eine Torschaltung einem Zähler zugeführt sind sowie von einer zweiten Frequenz Zählzeitimpulse zur Steuerung der Zählzeit abgeleitet sind und eine der beiden Frequenzen die zu messende und die andere eine bekannte Vergleichsfrequenz ist, ein Schiebeimpuls das Zählergebnis nach Ablauf der Zählzeit von r>m Zähler in einen Speicher überträgt und anschließend ein Nullstellimpuls den Zähler wieder auf NuI' stellt, mit einer Kippstufenschaltung zur Unterteilung der zweiten Frequenz und an die Kippstufen geschalteten logische .? Schaltungen, welche durch Verknüpfung der Ausgangsimpulse der Kippslufen die Schiebe- und NullstelTimpulse erzeugen, und besteht darin, daß die Eingänge und Ausgänge der letzten vier Kippstufen dieser Kippstufenschaltung derart miteinander verbunden sind, daß sie eine Teilerdekade bilden und das Ausgangssignal dieser Teilerdekade als Zählzeitimpuls direkt auf die Torschaltung geschaltet ist und daß die logische Verknüpfung der Kippstufen durch die Schaltungen zur Erzeugung der Schiebe- und Nullstellimpulse so gewählt ist. daß diese Impulse mit entsprechenden Sicherheitsabständen jeweils anschließend an das Zählzeitintervall erzeugt werden. Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind die letzten vier Kippstufen der Kippstufenschaltung so miteinander verbunden, daß ihre Ausgänge die Wertigkeiten I, 2, 4, 5 haben.

An Hand der Fig. 1 bis 4 i.st ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines digitalen Frequenzmeßgerätes, das zum Stand der Technik gehört.

F i g. 2 die zeitliche Zuordnung der Steuerimpulse an Hand eines Schaltfolgeplanes.

F i g. 3 die erfmdungsgemäße elektronische Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen und

F i g. 4 den Schaltfolgepian der Ausgangsimpulse der letzten Zäh'dekade des Frequenzteilers und die Ausgangsimpulse der Verknüpfungsschaltung.

F i g. 3 zeif/t die erfindungsgemäße elektronische Schaltung /um Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen. Diese Schaltung ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 8 versehen und beinhaltet den Frequenzteiler 3 und die elektronir-che Schaltung 7 zum Erzeugen des Schiebe- und Nullstcllimpuhes. Der Normalfrequenzgenerator 4 liefert eitu Frequenz von 50 Hz. die der Eingangsklemme /·. des Frequenzteilers 3. der wegen der Wahl einer niedrigen Normalfrequenz /„ nur aus einer Zähldekade besteht, zugeführt wird. Die Zähldekade 3 teil! die Nor malfrequenz f„ im Verhältnis 10:1. Fs entstehen am Ausgang/1. Zählimpulse von 100ms Dauer, die durch Pausen gleicher Zeitdauer getrennt sind. Die /iilililekadc 3 besteht aus vier Kippstufen, deren Ausgänge entsprechend ihrer Wertigkeit mit /I₁. Λ A,. Λ. bezeichnet sind.

F i g. 4 zeigt e-nen Schaltfolgepian. hei dem die dem Fingang E zugeführte 50-Hz-Normalfrequen/.

die am Ausgang A_v A₂, A_t und A^ der Zähldekade 3 abgenommenen Ausgangsimpulse sowie die durch Verknüpfung der / usgangsimpulse untereinander entstandenen Steuerimpulse (Schiebeimpüls und Nullstellimpuls) übereinander dargestellt sind. Als Zählimpuls Z dient die 5-Hz-Frequenz, die am Ausgang A. der Zähldekade abgenommen wird.

Aus der Fig. 4 ergibt sich als logische Bedingung für den Schiebeimpuls S — A₁ & 'A₂ & Z₅, für den Nullstellimpuls ergibt sich die Bedingung N = A₁ & A₂ & Z₅. Der Ausgang A_k 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 A₀ 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 A₀ über das NICHT-Gatter 12 und die Impulse des Ausgangs A₅ über das NICHT-Gatter 10 zugeführt. Das UND-Gatter 11 liefert den Schiebeimpuls.

Eine weitere geratetechnische Vereinfachung ergibt sich durch die Verwendung Von integrierten Schaltkreisen, die mehrere UND^ bzw, NidHT>datter enthalten.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat den Vöfteilj daß alle zum Erzeugen der Steuerimpulse erforderlichen Impulse den Ausgängen der vier Kippstufeii einer einzigen Teilerdekade entnommen werden können. So läßt sich durch die schon für die Verknüpf

ίο fung erforderlichen Gatter zusätzlich auf einfache Art sicherstellen, daß Nullstell- und Schiebeimpuls nicht während der Dauer eines Zählzeitimpulses auftreten können.

Schaltet man vor das Frequenzmeßgerät einen Spannungs-Frequenz-Wandler, der eine Meßspannung U_x in eine proportionale Frequenz f_x überführt, so kann das Frequenzmeßgerät als digitaler Spannungsmesser verwendet werden.

Die Lehre der Erfindung ist auch anwendbar für

ao Frequenzmeßgeräte, bei denen der Zeitraum gemessen wird, in dem eine vorgegebene Anzahl von aus der zu messenden Frequenz abgeleiteten Impulsen in den Zähler eingezahlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche- ^{Qcier sta}üstisch verteilter Ereignisse, Diese Geräte ent-

' stehen durch die Kombination von Funktionsfinhei-

l_r Elektronische Schaltung zum Erzeugen von ten der elektronischen Zähltechnik, Das Meßprinzip

\ periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen Zähl- beruht darauf, daß während der Zählzeit t Impulse

Ί zeit-, Nullstell- und Schiebeimpuls) für ein digi- 5 der zu messenden Frequenz f_x in eine elektronische

ί tales Frequenz- bzw. Zeitmeßgerät, bei dem von Zählkette eingezählt werden. Das Zählergebnis

L einer ersten Frequenz Zählimpulse abgeleitet und ZE = f_x>t wird durch einen Schiebeimpuls 5 aus der

über eine Torschaltung einem Zähler zugeführt Zählkette in einen Speicher übertragen, von wo aus

sind sowie von einer zweiten Frequenz Zählzeit- es einer Anzeigeeinrichtung zugeführt wird, Zusätz-

I' impulse zur Steuerung der Torschaltung abgelei- io lieh kann das Zählergebnis ZE auch weiterverarbeitet

* tet sind und eine der beiden Frequenzen die zu werden. Ist die Frequenz f_x während der Zählzeit t

messende und die andere eine bekannte Ver- nicht konstant, dann stellt ZE die mittlere Frequenz

',' gleichsfrequenz ist, ein Schiebeimpuls das Zähl- oder bei statistisch verteilten Ereignissen die mittlere

ergebnis nach Ablauf der Zählzeit von dem Zäh- Impulszahl je Zeiteinheit dar. Die Spannung der un-

ler in einen Speicher überträgt und anschließend 15 bekannten Frequenz/^ deren Nulldurchgänge die

ein Nullstellimpuls den Zähler wieder auf Null Meßinfonnation liefern, wird in einer Impulsformer-

stellt. mit einer Kippstufenschaltung zur Teilung stufe so umgeformt, daß die Nulldurchgänge mit der-

der zweiten Frequenz und an die Kippstufen ge- selben Richtung gleichartige Impulse am Ausgang

schalteten logischen Schaltungen, welche durch der Impuisformerstufe ergeben.

Verknüpfung der Ausgangsimpulse der Kipp- 20 Bei der Messung nach dem oben beschriebenen stufen die Schiebe- und Nullstellknpulse erzeu- Verfahren kann man entweder während einer begen, dadurch gekennzeichnet, daß die kannten Zählzeit die Anzahl d-τ von der zu messen-Eingänge und Ausgänge der letzten vier Kipp- den Frequenz /_x gelieferten Impulse zählen oder Stufen dieser Kippstufenschaltung derart mitein- aber die Zeit messen, die vergeht, bis in die Zählander verbunden s^;nd. daß sie eine Teilerdekade 25 kette eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen der zu (3) bilden und das Ausgangssignal dieser Teiler- messenden Frequenz f_s eingezählt sind. Im allgemeidekade (3) als Zähizeitimpüs (Z) Jirekt auf die nen wird bei der Messung hoher Frequenzen eine Torschaltung (1) geschaltet ibt und daß die lo- festgelegte Zählzeit f verwendet, während man bei gische Verknüpfung der Kippstufe.! durch die der Messung niedriger Frequenzen eine bestimmte Schaltungen zur Erzeugung der Schiebe- und 30 Anzahl von Impulsen vorgibt und die Zählzeit / mißt. Nullstellimpulse so gewählt ist, daß diese Impulse Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines oben bemit entsprechenden Sicherheitsabständen jeweils schriebenen digitalen Frequenzmeßgerätes, bei dem anschließend an das Zählzeitintervall erzeugt die Zählzeit / aus einer Normalfrequc 27 /„ abgeleitet werden. ist. Die umgeformten Impulse der Frequenz /_v wer-
2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1. 35 den über eine Torschaltung 1 dem Zähler 2 mit den dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge und hintereinandergeschalteten Zähldekaden 2a. 2b und Ausgänge der letzten vier Kippstufen und der 2c zugeführt. Die Zählzcit t. in der die Torschal-Kippstufenschaltung (3) so miteinander verbun- tung 1 geöffnet ist, wird von dem Untersetzungsverden sind, daß ihre Ausgänge (A₁. A.,. A_x. A_B) die hältnis eines Frequenzteilers 3 bestimmt, der die Wertigkeiten 1. 2. 4, 5 haben. " 40 Zahlimpulse Z liefert und auf dessen Eingang E die
3. F.lektronische Schaltung nach Anspruch 2, Impulse eines Normalfrequenzgenerators 4. dessen dadurch gekennzeichnet, daß" die Ausgänge (A₁. Frequenz als Vergleichsfrequenz dient, gelangen. A₃. A_v A.) folgendermaßen angeschlossen sind: Duch einen Schiebeimpuls5 wird das Zählergebnis

1. Di, Ausgänge (A.. A₉) der Kippstufen mit ⁱⁿ,^ei,^{ncn de}" Zähldekaden 2a 2b und Ic nachgedcn Wertigkeiten i und 2 sind mit den Ein- ⁴⁵ schalteten Speicher Sa. Sb und Sr übertragen und gangen emes ersten UND-Verknüpfu._lgs- £^η Anzeigerohrcn 6ti.fift und 6r zugeführt In glied* (9) verbunden, das den Nullstellim- F ·g-1 wird als Meßergebn.s die Frequenz/ -436H₇ puls (/V) liefert angezeigt. Nachdem das Zahlergebnis in den Spei-

-L , '/,».,,. , . eher 5 übertragen worden ist. wird der Zähler 2

2. Der Ausgang (A) der Kippstufe mit der _{5o durch ejnen Nu}n_stellimpuls /V wieder auf Null zu-Wcrt.gkc.t 2 ist über ein Negationsglicd (12) _{riickgesteIlt}. _{Danach ist der} Zähler für einen neuen mit einem h.ngang eines zweiten UND-Ver- _Mcß;„_rpane bereit. Fine elektronische Schaltung 7 knupfungsgheds(l) verbunden, das den _leitel aus der Rückflanke des Zählimpulscs / .;n

Schiebeimpuls (S) liefert. Schiebeimpuls S und den Nutlstcllimpuls /V ab.

3. Der Ausgang. (/i_Ä) der Kippstufe mit der 55 Fig. 2 zeigt die zeitliche Zuordnung der Steuer-Wertigkeit S ist über ein Negationsglied (10) impulse an Hand eines Schallfoigcplanes. Zu Beginn mit einem Eingang des ersten UND-Ver- _emCs Mdßvöfgangcs stehen die Zähler 2a, 2b und 2c knüpfurtgsglieds (9) und mit einem Eingang auf Null. Der Meßvorgang beginnt zu dem Zeitdes zweiten UND-Verknüpfungsglieds (It) punkt/₀ mit einem Zählimpuls Z, dessen Dauer die verbunden. 60 Zähizeit / bestimmt. Die Zählzeit / muß größer als
4. Der Ausgang (A₆) der Kippstufe mit der die Periodertdatier T der zu messenden Frequenz /_v Wertigkeit 5 liefert den Zählzeitirnpuls (Z). sein, Nach dem Ablauf des Zählittipulses beginnt zum

Zeitpunkt/, ein erster Sicherheitszeitraum. An dic-

,—^^_^ _serl schließt sich zutri Zeitpunkt (₂ der Schiebeim-

65 puls S an, der das Zählergebnis in den Speicher S

Digitale Meß* und Zählgeräte dienen zur Messung überträgt. Nach dem Zeitpunkt ί_Ά beginnt ein zweiter

von Frequenzen, Frequeiizvcfhäitnisscrij Perioden- Sicherheilszeitrauni, an den sich' im Zeitpunkt /, der

dauern und Zeiten sowie zur Zählung periodischer Nullstellimpuls /V anschließt. Dieser dauert bis zum