DE2002429A1 - Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Digitalsignalen - Google Patents

Description

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Dft. CLAUS REINLÄNDER ^UU^4^3

DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT D-I MÖNCHEN 60 IBÄCJCERSTRASSE 3

. ■ HEWLETT-PACKARD COMPANY ·

Palo Alto/California,

Schaltungsanordnung zur Yerarbeit-ctng -von Digitalsignalen

Priorität: 22. Januar 1969 - USA Serial, No. 793 114

Gewisse handelsübliche Geräte zählen gewöhnlich Eingangsimpulse, die mit einer unbekannten Rate wiederkehren, eine Zeitspanne lang, die durch die bekannte Wiederholrate von Bezugsimpulsen festgelegt ist, um eine Anzeige der !frequenz der Eingangsimpulse am Ausgang zu erhalten. Diese Geräte sind gewöhnlich auch in der Lage, die sich wiederholenden Bezugsereigiiisge eine Zeitspanne lang zu zählen, die durch die ¥iederho3:rate der Eingangsimpulse festgelegt ist, um aia Aus galig eine Anzeige ftir die Periode der iBingangsereignisse zu erhalten* dieser Periodenrnessüngs-BetrielDsmodus ergibt gewöhnlich eine größere Auflösung der Messung in einem gegebenen Heßintervällf weil die Wiederholrate de"r Bez-ugsiJtiise,, die gezählt werden, so gewählt werden kann, daß sie etwa, aw der oberen Grenze der- fähigesehwindlgkeit ' dee Gerätes; f& alle Betriebswerte der Wiederhalraten von Bingangsereignissen liegt» Die sich ergebende Anzeige der Periodej»iies0tiHg 1st Jedoch ungünstiger cals rlie direkte der fr&fjiaena, die dttroh den erstgenannten Betriebs«-

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modus geliefert wird, und, es wird eine Rechnung erforderlich, wenn die Periodenanzeige in eine Frequenaanaeige umgewandelt werden soll.

Durch die Erfindung sollen deshalb während eines Meßintervalls, das durch die Eingangsereignisse und die ungefähre gewünschte Meßperiode festgelegt ist, sowohl die Eißgangsereignisse als auch die Bezugsereignisse gezählt werden und dann die getrennten Zählungen arithmetisch weiterverarbeitet werdenj um eine Anzeige der Frequenz des Wiederauftretens der lingangsereignisgö au erhalten. Die Erfindung ergibt damit mtv» '-'Ai&ld#un{f^v' ; entsprechend den üblichen Periodenzählern eowie die direkte Anzeige, die durch übliche Frequenzzähler erhalten wird»

Die Erfindung soll anhand der Zeiohnung näher erläutern werden!

es^eigen:

Fig, 1 ein Blockschaltbild eines übliche» Hihlest, mit üem die Periode oder Frequenz voa lingangeimfaistft wenden kann; - * ■ Fig. 2 ein Blockschaltbild einer er£indußgsgeniä$fn

anordnung! und

'Fig. 3 graphisch die Betriebs-SpanniingevtrlStafe # w Schaltungsanordnung nach Fig. 2*

In Fig. 1 ist eine vereinfachte Schaltungsanordnung mit awti Bereichseinstelluncen 9 und 11, einem Gatter 13 Ä»i einest Betriebsartenwahlschalter 15 dargestellt» 3ShIeS¹ dieesr Art sind in erheblichem umfang vorbeschrieben und sollen deshalb hier nur kurz besprochen werden." Die Bereiohseinstellung 9 kann auch als eine oder mehrere Dekadenzähleinhtiten bezeichnet werden, von denen jede Gruppen von zehn angelegten Impulsen zahlt imd ein Übertragsi^nal für die nächste in der Reihe liegende Einheit liefert. Jede Dekadenzfihleinheit setzt also • die Wiederholrate der angelegten Impulse um Zehn herab, so daß

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mit jeder■-Einheit" zugeordneten Anzeigegeräten die Einheiten die Gesamtzahl· der angelegten Impulse nach Einern, Zehnern, Hundertern, Tausendern und so fort zählen und auf dem Anzeigegerät auswerfen können. . -

Zu zählende Impulse können der Bereichseinsteliung 9 ein vorgegebenes Zählintervall läng zugeführt werden» .Das Gatter 13 steuert die Zuführung von Impulsen zur Bereichseinstellung 9 entsprechend der Betriebsart, die durch·den Schalter 15 ausgewählt worden ist. In der Betriebsart FREQUenz-Messung leitet der Schalter 15 in der dargestellten Stellung unbekannte Signale von einer Quelle 17 zur Bereichseinstellung 9 über Jttk Gatter 13 für ein Zeitintervall, das durch das Bezugssignal von der Quelle 19 und der Bereichseinstellung 11 festgelegt .ist.

Die Bereichseinstellung 11 weist gewöhnlich einen oder mehrere Dekädenteiler auf, von denen jeder ein Ausgangssignal zur Weitergabe an einen folgenden Teiler liefert, wenn zehn Impulse angelegt worden sind. Auf diese Weise leitet das Gatter 13 das unbekannte Signal von der Quelle 17 zur Bereichseinstellung 9 ein Zeitintervall lang, das äezimal mit der Frequenz der Bezugssignale von Quelle 19 in Beziehung steht.. Wenn dieses Meßintervall zu einer &eitSekunde in Beziehung steht, kann das Wiedergäbegerät, das der Bereichseinstellung 9 zugeordnet ist, auf diese Weise eine direkte Anzeige der Frequenz in Hertz des unbekannten Signals von der Quelle 17 liefern* ■ w

Wenn der Schalter in die Betriebsart PERIODE eingestellt ist (geSbrichelt dargestellte S ehalt st ellung) zählt die Bereichseinstellung 9 Bezugssignale von der Que3.1e 17 ein Zeitintervall lang, das durch das unbekannte Signal von Quelle 17 festgelegt ist. Das Zeitintervall,, in dem das Gatter 13 leitet, wird durch die Dekadenteilung von der Bereichöeinstellung 11 durch die Frequenz des unbekannten Signals von. Quelle 17 festgelegt. Das Wiedergabegerät, das der Bereichseinstellung 9 zugeordnet ist, liefert damit eine direkte Anzeige der Anzahl von Bezugs-,

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Signalen von der Quelle 19, die während des unbekannten . Zeitintervalls gezählt wurden, und diese Anzeige stellt damit die mittlere Periode zwischen den unbekannten Signalen von der Quelle 17 dar, TJm die gewünschte Information über die Frequenz des unbekannten Signals von Quelle 17 zu erhalten, . muß jedoch mit der direkten Anzeige eine Rechnung durchgeführt werden, um den Kehrwert der Periodenanzeige zu erhalten.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, nämlich ein Zähler 21, der so angeordnet ist, daß er die unbekannten Eingangssignale N zählt, und ein Zähler 23, der so angeordnet ist, daß er die Bezugssignale N_n von einer Bezugsquelle oder Taktgeberuhr 25 zählt. Erfindungsgemäß werden beide Zähler 21 und 23 gleichzeitig praktisch identische Zählintervalle lang betrieben, um Gesamt-

; zählungen von unbekannten Signalen (in Zähler 21) und von

BezugsSignalen (in Zähler 23) vom '.Paktgeber 25 einzusammeln. Das Zählintervall für die beiden Zähler wird durch #ie Gatter 27, 29 kontrolliert, die in die entsprechenden Eingangsleitungen zu den Zählern 21, 23 geschaltet sind, wobei die Gatter 27, ein synchronisiertes Gattersignal gemäß Fig. 3c erhalten, das von einem Asynchron-Synchron-Konverter 31 geliefert wird. Dieser Konverter 31 nimmt von der Steuerung 33 ein asynchrones α Bereitschaftssignal (Fig. 3b), das eine Länge oder Dauer'hat, ^ die das ungefähre gewünschte Zählintervall repräsentiert» Dieses ungefähre Zählintervall wird durch die Steuerung 33 als das Intervall von beispielsweise einer Anzahl yon K Wiederholungen des BezugssignalsN , untersetzt durch den fahler 23, festgelegt. Im allgemeinen sind die Gattersignale (Mg* 5b) nicht mit den unbekannten EingangsSignalen (Fig. 3&)^:flynohronisiert, und können deshalb in der Praxis ungeeignet ft in, um die Zählgatter 27, 29 zu betreiben, wenn ein hoher^rörad Meßgenauigkeit gefordert wird. Der Konverter 31 kafin Übliche getaktete Flipflops, oder andere vorbereit-·und auslösbare Schaltimren aufweisen, dip ein tatsächliches Gattersignal

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gemäß Fig« 3c -mit voreilenden und nacheilenden Planken erzeugen, das mit dem Auftreten -von unbekannten Eingangssignalen N„ synchronisiert ist. Die Gatter' 27, 29 werden damit für die Periode des tatsächlichen Zahlintervalls (Fig*3c) erregt, dessen Dauer gleich einer ganzen Zahl von Auftritten -.

des unbekannten Signals N ist. Der Zähler 21 zählt damit

^x , eine ganze Zahl von Wiederholungen des unbekannten Signals ¥„ während des tatsächlichen Zählintervalls ('Fig. 3c), und der Zähler 23 zählt die Anzahl von Wiederholungen des Bezugssignals vom Taktgeber 25 wahrend des gleichen Zählintervalls. -

Am Ende der tatsächlichen Zählperiode, Fig. 3c, entregt die W Steuerung 33 die Gatter 27 und 29* so daß die Zähler 21, daran gehindert werden/ zusätzliche Zählwerte anzusammeln. Die Signalzählwerte in den Zählern 21, 23 werden über Übertragungsgatter 32, 34 an Schieberegister 35 bzw. 37 übertragen, sobald ein Übertragungsbefehl (Fig. 3e) von der Steuerung an die Übertragungsgatter 32* 34 gelegt werden* Jedes der Schieberegister 35» 37 erreicht einen Betriebszustand; der der Zählung entspricht, die von den zugehörigen Zählern -21, dahin übertragen ist* Die Betriebszustände der Schieberegister 55» 31 weisen üblicherweise mehrere Datenbits oder Logikzustände auf$ von denen jeder," oder von denen Gruppen, ausgewählte Ziffern der an sie übertragenen Zählungen därstelleni Selbst- ^| verständlich können die einzelnen Ziffernstüfen der Zähler 21, auch direkt als Schieberegisterstufen dienen« Auf diese Weise können die tiogiteelemente pro Ziffer, die dazu dienen, die Zählungen während de? tatsächlichen Gatterperiode gemäß Fig» 3c anzusammeln, dann in Ziffernfolge auf Befehl (etwa Fig. 3e) während des DAvisionsvorgangs abgefragt werden, um die gewünschten Dividenden*- und Divisor-Zahlen zu erhalten*

Während der Division werden die Datenbits oder Logikzustände jedes Registers 35, 37 (oder Zähler.registers 21,. 23) einem öhenwörfe- 39 zugeführt werden, das die' durch'die Logikin E9,«:"'.0ter 35, repräsentierte Zahl (dividend) durch

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die durch die Logil^zustände im Register 37 repräsentierte Zahl (divisor) teilt. Der Teiler 39 kann mit den Datenbits oder Logikzuständen der Register 35, 37 die aufeinanderfolgend in üblicher Weise dem Teiler zugeführt werden, übliche Rechner-Divisionsvorgänge ausführen (vgl, beispielsweise die ältere Anmeldung P 15 49 455.0). Der Quotient der beiden durch die Logikzustände der Register 35, 37 repräsentierten Zahlen ist damit eine direkte Anzeige der Frequenz des Eingangssignals N. Der Quotient kann einem geeigneten Wiedergabegerät 41 zugeführt werden, um eine visuelle Anzeige der Frequenz des Eingangssignals zu erhalten. Dieses Anzeigegerät 41 kann eine übliche Wiedergabespeicherschaltung aufweisen, eine Dekodierschaltung und dgl,, mit der eine kontinuierliche Anzeige beibehalten wird, wenn die zugehörige Schaltung abgetrennt worden ist, um einen anderen Meßvorgang in der beschriebenen Weise durchzuführen. Da die zur Division benötigte Zeit üblicherweise weniger als eine Millisekunde beträgt, kann eines der vorhandenen Register 35 oder 37, oder ein Register zum Ansammeln des Quotienten auch zur Wiedergabespeicherung während der Zeit verwendet werden, in der es zur Rechnung nicht verwendet wird. Wenn Rechnungen häufig sind, kann eine Austastung der Anzeige verwendet werden, um die Verwendung des Speicherregisters zu Rechnerzwecken zu maskieren.

Nachdem die Zählungen in den Zählern 21, 23 an die Register bzw. 37 übertragen worden sind, können die Zähler durch ein Signal auf Leitung 43 von der Steuerung' 33 zurückgestellt werden, und die Gatter 27, 29 können wieder erregt werden, so daß die Zähler 21, 23 neue Zählungen der Eingangs- bzw. Beziigssignale ansai-imeln können.

Der Betrieb der dargestellten AusfUhrungsform der Erfindung in der beschriebenen Weise gewährleistet damit, daß die ■•^ewnhnlicho Zweideutigkeit der Sählunf: um j% 1 auf das Bezugssignal bezogen wird, das eine Frequenz hat, die hoch liegt

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und nahe der Grenze der Zählgeschwindiglceit des ZeIhJLSrI 23» Dadurch wird für die hohe Messungsauflösung geöorg^|: die gewöhnlich mit Periöderi.2ä.hl^rn erreicht wird, ebenso wie für die direkte Prequenzablesung^ die üblicherweise mit Frequenzzählern erhalten wird,; Die arithmetische Verarbeitung der beiden unabhängigen Zählungen liefert auch eine Anpassungs** fähigkeit in der Auswahl"der Meßzeit und die günstige direkte Anzeige der Frequenz über einen großen Bereich γόή-unbekannten EingangsSignalfrequenzen. Die Erfindung mißtauch genau impulsmodulierte Signale oder Signalstöße, weil der Asynchron**. Synchron-Konverter 51 durch die Steuerung 33 beim Fehlen einöB Eingangssignals vorbereitet werden kann. Die Messung beginnt dann beim Empfang eines Eingangssignals, und solange die ^v Meßzeit kleiner ist als die.Stoßdauer, wird eine genaue Messung erhalten.

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Claims (6)

P ja. tentansnrüche

1.) Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von angelegten Digital-Signalen, mit einer Bezugssignalquelle, gekennzeichnet durch zwei Signalzähler zum Ansammeln von Zählungen der Anzahl von BezugsSignalen und von angelegten Signalen während ausgewählter Intervalle, und durch eine Verarbeitungs-Rechners chaltung, mit der ein Ausgangssignal geliefert wird, das die arithmetische Kombination der Zählungen repräsentiert, die während des gewählten Intervalls durch die beiden Zähler angesammelt worden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal proportional dem Quotienten der angesammelten Zählung von Bezixgssignalen geteilt durch die angesammelte Zählung von angelegten Signalen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Gatter, mit denen die angelegten Signale und die Bezugssignale dem entsprechenden Signalzähler während im wesentlichen gleicher Zeitintervalle zugeführt werden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Anzeigegerät, das auf das Ausgangssignal anspricht und eine Anzeige der Wiederholrate der angelegten Signale liefert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatter synchron zum Auftreten von angelegten Signalen betrieben werden,

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Gattersteuerschaltung, die so geschaltet ist, daß sie die i^emrnsi^nale und die ongclofton Signale aufnimmt, um

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die G-attex synchron zum Auftreten eines angelegten Signals nach dem Auftreten eines Bezugssignals erregt, und die Gatter synchron zu einem angelegten Signal nach dem Auftreten eines ausgewählten Bezugssignals entregt.

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