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Elektrischer Impulsschreiber mit Digitalsteuerung Die Erfindung betrifft
des Problem des Ahsantriebs einen Mechanismus, z.B. zur Aufzeichung od. Datendarstellung,
mit einer Winkelgröße proportional zum Wert einer in Digitalform in einem Register
enthaltenen Größe. Dies gilt insbesondere für den Fall, bei dem das Register aus
einem Rücklaufzähler besteht, der in regelmäßigen od. unregelmäßigen Abständen Impulse
erhält, damit die Winkellage der Achse des Mechanismus dann von der Frequenz dieser
Impulse (bzw. von der mittleren Impulsrate) gesteuert wird.
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Gewöhnlich wird zur Lösung dieses Problems die Information jeweils
durch einen Digital-Analog-Übertrager umgewandelt und anschließend die Steuerung
od. Speicherung in der Analogform durchgeführt. Das Gerät ist somit ziemlich kompliziert
und ungenau.
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Zweck der Erfindung ist die Steuerung direkt in Digitalform zu ermöglichen,
um dadurch einen einfacheren und genaueren Mechanismus zu bekommen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die verSchiedenen Ausgänge einer
und derselben Dekade das Registers, das die Größe enthält, an eine Dioden-Dekodiermatrix
angeschlossen werden, so daß alle Ausgänge der Matrix bis zu einem bestimmten
Stellenwert
in einem bestimmten Zustand und alle diec;e Ausgänge, die über diesem Stellenwert
liegen, in einem anderen Zustand sind, dabei ist dieser Stellenwert der Ausdruck
des in der in betracht; gezogenen Dekade enthaltenen Digitalwerts; andererseits
besteht die Erfindung in der Ver-Wendung eines Servorlotors mit zwei laufrichtungen,
der beim Lauf den gewünschten Mechanismus und gleichzeitig Drehschal-ter mitnimmt,
von denen jeder einer dekade mit gegenseitigem Übertragungsmechanismus entsricht,
jeder Schalter besteht dabei aus zwei Konsekutivschiebern und einer Reihe von Kontakten,
deren Anzahl dem gewählten Zahlensystem entspricht und jeder Kontakt ist mit dem
Eingang eines Tors verbunden, das die Durchführung der Spannung einer der Matrixausgänge
erlaubt, wobei die Ausgänge dieser Tore an-eine Logik angeschlossen sind, die für
jede Dekade den-Stop des Servomotors bestimmt, bzw. dessen Rotation in der einen
od.
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anderen Richtung, je nachdem, ob die Anzahl Ausgänge im anderen Zustand
entweder eins, null od. zwei beträgt, dabei haben die Daten den Vorrang, die aus
der größeren Dekade stammen, falls mehrere Dekaden vorhanden sind.
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Um den Gegenstand der Erfindung leichter verständlich zu machen, soll
im Folgenden zur Veranschaulichung und ohne jede Einschreinkung eine Ausführungsform
beschrieben werden, die als Beispiel herausgegriffen und auf beiliegender Zeichnung
dargestellt ist, auf der: - Abb. 1 das Gesamtschaltschema eines Impulsschreibers
mit einer Dekade und - Abb. 2 das Schaltschema eines Schreibers mit zwei Dekaden
darstellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann natürlich jedes beliebige
Zahlensystem verwendet werden. Zur Erleichterung des Exposés soll hier das Dezimalsystem
mit einen Dezimal-Binärkode angenommen werden der am häufigsten verwendet wird Andererseits
wird in der gesamten- folgenden Darstellung
willkürlich eine- positive
Logik gewählt, d.h . in der der Logikzustand 1 einer positiven S Spannung bzvJ einem
offenen Stromkreis entspricht, während der Logikzustand 0 einer Spannung null bzw.
einem an Masse-gelegten Stromkreis entspricht .
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Die verwendeten Tore sind dergestalt, daß man, wenn auf die Eingänge
die Zustände 1 und 1 angewendet werden am Ausgang den Zustand 0 hat, während man
bei der Anwendung der Zustände 0 und 1 bzw. 0 und 0 am Ausgang den Zustand 1 hat.
Infolgedessen handelt es sich um Umkehrtore.
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Das in Abb. 1 dargestellte Gerät hat eine Eingangsklemme 2, an der
die Steuerungsimpulse eintreffen. Diese Impulse werden auf der Leitung 3 in einen
Dezimal-Binärzähler 4 des herkömmlichen Typs geschicht, der aus 4 bistabilen. Elementen
mit Nullstellung besteht. Die Dezimalzahl der empfangenen Impulse wird somit in
einen Binärkode übersetzt, und zwar in Form von 4 Spannungen, die durch die Leiter
5 an den Speicher 6 gegeben werden.
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Dieser besteht aus einem Stromkreis mit ebensovielen Ausgängen 7 wie
Eingängen 5 und erstellt, wenn er einen Übertragungsbefehl erhält, an den Ausgängen
7 die Daten, d.h. die Spannungen -die an seinen Eingängen eintreffen und erhält
sie ungeachtet der Veränderung, die an den Spannungen der Eingänge 5 erfolgt, bis
zum folgenden Befehlsimpul unverändert bei.
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Das Gerät ist andererseits mit einer Zeitbasis 8 ausgerüstet, die
so angeordnet ist, daß sie in regelmäßigen Abständen, jedesmal, wenn eine ganz bestimmte
und konstante Zeit abgelaufen ist, zwei Impulse, von denen einer ein Übertragungs
impuls ist, über die Leitung 9 in den Speicher 6 und einen Nullstellampuls über
die- Schaltung 10 in den Zähler 4 schicht.
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wobei zwischen dem letztgenannten Impuls und dem vorausgehenden ein
äußerst kurzer Zeitabschnitt liegt. Somit stellen die Spannungen der Ausgänge 7
im Dezimal-Binärkode die während -der in Betracht gezogenen Zeit- (die unmittelbar
von dem letzten Übertragungsimpuls liegt) in 2 erhaltene Anzahl Impulse dar.
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In dem als Beispiel gewählten Fall, d.h. Binär-Dezimalzählung und
Dezimalarbeit, wird ein Dekodierungskreis II von bekanntem Typ verwendet, der vier
Eingänge hat, die mmit dem Eingängen 7 des Speichers 6 verbunden sind, und 10 Ausgänge
12, die den zehn Dezimalzahlen entsprechen, wobei diese Schaltung so funktioniert,
daß sich nur der Ausgang 12 mit einem Stellenwert, der dem Wert der im Speicher
6 kodiertem Dezimalzahl entspricht, in Stellung 0 befindet und alle anderen Ausgänge
12 im Stellung 1.
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Diese Ausgänge 12 sind gemäß der Erfindung mit dem Eingängen E0, E1
... E8, E9 einer Diodenmatrix verbunden, die in ihrer gesamtheit im Abb. 1 mit 13
gekennzeichnet ist und ebensoviele Ausgänge S0, S1 .... S8, S9 hat. Alle diesem
Ausgänge entsprechende senkrechten Leitungen sind durch Katodenwiderstände 14 und
eine bestimmte Anzahl Dioden 15 mit einer Spannungsquelle verbunden und sind so
angeordnet, wie in der Abb. dargestellt, daß am allen Kreuzungspunkten über und
rechte von einer Diagonale, die den Schnittpunkt E0S0 und den Schnittpunkt E0S0
verbindet, ein Eingang und ein Ausgang vereinigt sind.
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Wenn man die während der Übertragung entsprechend der in Betracht
gezogenen Zeit im Speicher 6 gespeicherte Zahl mit k bezeichnet, befindet sich ein
einziger Eingang Ek im logischen Zustand 0, alle anderem Eingänge E0, E1 .... E9
sind im logischen zustand 1. In diesem Fall sieht man, daß an der horizontalen Leitung,
die Ek enspricht, sämtliche senkrechten Leitungen ab Sk+1 bis S9 dank der dioden
15 in O-Spannung sind, während alle Ausgänge von S0 bis einshcließlich Sk im Zustand
1 sind. Daraus ergibt sich, daß, wenn ein einziger Eingang im 0 Zustand ist, alle
Ausgänge mit einem größeren Stellenwert als dieser Eingang im 0-Zustand sind.
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Das Gerät ist außerdem mit einem Servomotor 16 für zwei Laufrichtungen
ausgerustet, der den gewünschten Mechanismus, z.B.
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die Nadel des Schreibers und gleichzeitig, wie schematisch in
Abb.
1 dargestellt, einen Drehschalter mitnimmt, der mit zehn festen Kontakten und einem
doppelten Drehkontakt 19 ersehen ist, der wiederum gleichzeitig mit zwei aufeinanderfolgenden
Kontakten 18 und eine Verbindung herstellt, ohne der Möglichkeit eines Zwischenstops,
und der sie im Zustand 1 zusammenbringt, die übrigen acht Kontakte sind dabei im
O-Zustand. Zwischen den rotor 16 und den Schalter 17 bzw. zwischen dem Motor 16
und dem mitgenommenen Mechanismus können selbstverständlich Untersetzungsverhältnisse
eingeschaltet werden.
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Die zehn Kontakte 18 ulnd der Reihe nach durch die Leitungen 20 jeweils
mit einer der Eingangsklemmen der zehn Tore 21 eines mit Toren versehenen Komparators
verbunden, der in seiner Gesamtheit durch 22 gekennzeichnet ist, der zweite Eingang
jeder dieser Tore ist dabei jeweils mit den Ausgänge S0 ... S9 der Matrix 13 verbunden.
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Wenn man weiterhin annimmt, daß die Anzahl der in der in Betracht
gezogenen Zeit erhaltenen Impulse der Zahl k entspricht, so stellt man fest, dabei
alle Ausgänge So bis Sk in Zustand L sind, während sich die Ausgänge Sk+1 bis S9
im 0-Zustand befinden. Andererseits ergibt sich daraus, das alle Tore 21, deren
Elngang- mit einem Kontakt 18 verbunden ist, der nicht vom Drehkontakt 19 berührt
wird, gesperrt sind, d.h., daß sich ihr Ausgang 23 bei der in Betracht gezogenen
Hypothese im Zustand 1 befindet. Dabei ist-festzustellen, daß nur die beiden Tore,
deren Eingänge mit den Kontakten 18 verbunden sind,- die vom Drehkontakt 19 berührt
werden, vom Schalter freigegeben werden. Daraus können sich drei Fälle ergeben:
1.) Die beiden freigegebenen Tore 21 entsprechen den Ausgängen 8k und Sk+1. In diesem
Fall hat das Tor 21 mit dem Stellenwert k seine beiden Eingänge im Zustand 1, so
daß sich sein Ausgang 23 im O-Zustand befindet. Dagegen hat das Tor 21 mit dem Stellenwert
k+1 einen einzigen im Zustand 1 und infolgedessen befindet sioh dessen Ausgang 23
im Zustand 1. Daraus ist also zu ersehen, daß schließlich von der Reihe der Ausgänge
23 nur ein einziger im O-Zustand ist.
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2.) Die beiden freigegebenen Tore befinden sich in dem Dereicn S0Sk
In diesem Fall erhalten die in Betracht gezogenen Tore gleichzeitig zwei Zustände
1 im Eingang und infolgedessen befindet sich deren Ausgang 23 im Zustand. Somit
hat man zwei Ausgänge 23, die sich im O-Zustand befinden.
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3.) Die freigegebenen Tore befinden sich im Bereicht Sk+1S9 und bekommen
somit beide einen Eingang in Zustand, so daß deren Ausgang im Zustand 1 bleibt.
Daraus ergibt sich wiederum, daß keiner der Ausgänge 23 im Zustand ist.
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Man kann also sagen, daß es zur Gewährleistung der gewünschten Steuerung
genügt, eine Dekodierungsvorrichtung 24 zu verwenden, die die Anzahl der sich im
Zustand befindlichen Ausgänge bestimmt, wobei diese Zahl nur Q, 1 od. 2 sein kann.
Anschließend wirkt dieser Dekodierrungskreis auf eine Steuerungslogik 25 des Servomotors
16, so daß, ialls zwei Ausgänge im O-Zustand sind, der Servomotor 16 und der Drehkontakt
19 in der durch den Pfeil 26 dargestellten Richtung angetrieben werden, während
in dem Fall, in dem sich kein Ausgang im O-Zustand befindet, der Motor 16 in der
durch den Pfeil 27 dargestellten Richtung angetrieben wird.- Und schließlich, wenn
sich ein einziger Ausgang im Zustand befindet, bleibt der Motor stehen.
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Man kann nämlich feststellen, daß bei den gewählten Richtungen in
jedem Fall der Kontakt 19 in eine Drehbewegung versetzt wird, bis er sich über den
Kontakten befindet, die den Ausgüngen Sk und Sk+1 entsprechen, d.h. daß er die Vorrichtung
jedesmal in seine Gleichgewichtslage zurückbringt. Somit genügt es, daß die Nadel
bzw. der vom Servomotor 16 angetriebene Mechanismus in dieser Lage auf den Wert
Sk gebracht wird, um zu erreichen, daß die Nadel des Schreibers zu jeder Zeit die
genaue Zahl der während der letzten vollständigen Zählzeit in 2 eingegangenen Impulse
anzeigt.
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Um eine noch größere Präzision der Vorrichtung zu erreichen, genugt
es selbstverständlich, die Anzahl der Dekaden zu erhöhen, so daß jeder Wert durch
eine mehrstellige Zahl dargestellt wird, z.B. eine Dezimalzahl mit zwei Ziffern
in dem in Abb. 2 dargestellten Beispiel. Bei dieser Ausführungsform erhält man einen
Zweidekaden-Zähler, bestehend aus einer Einer-Dekade 4 gespeist wie vorher durch
die Eingangsklemme 2 und einer Zehner-Dekade 4 d, gespeist durch den Speicherkreis
28 aus der Dekade 4. Von jeder Dekade ausgehend findet man einem Kreis, der dem
vorhergehenden identisch ist und einen Speicher bzw, 6 d hat, dessen Übertragungsimpulse
sowie die Nullstallimpulse der Zähler 4 bzw. 4 d ton derselben Zeitbasis 8 abgehen.
-Dann findet man in jedem Kreis eine Dekodierungsvorrichtung 11 bzw. 11 d, eine
Dioden-Dekodierungsmatrix 13 bzw 13 d und einen Komparator mit Toren 22 bzw-. 22
d. Jeder dieser Komparatoren ist durch Schaltverbindungen 20 bzw. 20 d mit einem
Drehschalter 17 bzw. 17 d verbunden, der dem vorhergeenden identisch ist.
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Es ist jedoch nur ein Servomotor 16 vorgesehen, der den gewünschten
Mechanismus, nötigenfalls über eine entsprechende Untersetzung, sowie den Schalter
17 mitnimmt, während dieser indirekt den Schalter 17 d vermittels einer angemessenen
Untersetzung antreibt, damit der entsprechende Drekontakt 19 d jedesmal wenn der
Drehkontakt 19 des Schalters 17 einen vollstandigen -Umlauf gemacht hat um eine
Schaltstellung vorrückt. Dieser Servomotor 16 wird noch durch eine Steuerungslogik
25 angetrieben, die mit den Daten der Dekodierungsvorrichtung 24 gespeist wird,
die wiederum nach der Anzahl Ausgänge 23 im O-Zustand in den Komparatoren 22 und
22 d arbe-itet, wobei dem Zehner-Komparator 22 d der Vorrang gelassen wird und infolgedessen
die Daten des Einer-Komparators 22 nur in dem all berücksichtigt werden, in dem
der Komparator 22 d nur ein Tor im O-Zustand hat.
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Auf dieser Weise versetzt nämlich der Servomotor 16 den ganzen Mecanismus
in Drehung bis die Zehnerzahl stimmt, dann bis die Einerzal stimmt und dann stehen
bleibt. Der Registriermechanismus nimmt somit wie vorher eine Winkelstellung ein,
die von der genauen Zahl der während der Letzten vollständigen Zählperiode an der
Klemme 2 eingegangenen Impulse abhängt, in diesem Fall jedoch wird diese Zahl mit
größerer Präzision bestimmt. Man könnte in gleicher Weise die Anzahl der Dekaden
unbegrenzt erhöhen, un eine noch größere Präzision zu erzielen.
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Es ist leicht festzustellen, daß das erfindungsgemäße Gerät gegenüber
den bekannten Vorrichtungen, die mit Schrittmotoren angetrieben werden, den großen
Vorteil aufweist, eine wirkliche Steuerung in allen od. nichts mit ständiger Positionskontrolle
zu haben, die jeden Fehler ausschaltet.
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Selbstverständlich hat die im Vorstehenden beschriebene Ausführungsform
keinerlei einschränkenden Charakter und kann jede gewünchte Änderung erfahren, ohne
deshalb über den Rahmen der Erfindung hinauszugehen. Insbesondere könnte anstelle
des Dezimal-Binärkodes (BCD) jeder andere Kode verwendet werden, z.B. der reine
Binärkode, der 16 Positionen bei einem Zähler mit 4 Bits und 256 Positionen bei
einem Zähler mit zwei Elementen zu vier Bits in Seria ergeben würde.