DE2039557B2

DE2039557B2 - Anordnung zum Frequenzvergleich zweier Impulsfolgefrequenzen

Info

Publication number: DE2039557B2
Application number: DE2039557A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Peter 2000 Tangstedt Kunert
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1970-08-08
Filing date: 1970-08-08
Publication date: 1978-07-20
Also published as: CA945224A; GB1290129A; FR2104053A5; DE2039557A1; DE2039557C3; SE363943B; US3735218A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Differenzimpulsen mit einer Frequenz gleich der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen, wobei die erste Impulsfolge aus den Impulsen eines Taktpulses, z. B. durch Ausblenden, abgeleitet ist und die zweite Impulsfolge unabhängig von diesem Taktpuls ist und die Differenzimpulse als Impulse an jeweils einem von zwei vorzeichenbewerteten Ausgängen der Anordnung erscheinen.

Derartige Differenzbildner zur Erzeugung von Differenzimpulsen werden z. B. in digitalem Verhältnisregelanordnungen benötigt, in denen die verschiedenen Sollgrößen Impulsfolgen sind, die durch Untersetzen bzw. durch Ausblenden aus einem Taktpuls abgeleitet werden. Aus Gründen der regelungstechnischen Weiterverarbeitung ist es günstig, wenn der Soll-Ist-Vergleich im Zeitraster der Taktimpulsfolge durchgeführt wird. Überschreitet die Istfrequenz die Taktfrequenz, dann müssen zur Vermeidung eines Informationsverlustes zusätzlich zwischen den Taktimpulsen vorzeichenrichtige Differenzimpulse gebildet werden. Zwei Ausführungsbeispiele für Differenzbildner sind in der VDE-Buchreihe Band 8 »Digitale Signalverarbeitung in der Regelungftechnik« auf den Seiten 215/216 und auf Seite 231 beschrieben. Diese bekannten

Differenzbildner erfüllen die Anforderungen nicht vollständig.

Bei dem als Wechselsperre bekannten Differenzbildner werden die Ausgangsimpulse über zwei Torstufen vorzeichenrichtig ausgewählt. Die Torstufen werden von dem komplementären Ausgängen einer Kippstufe angesteuert, die von den Eingangsimpulsen gesteuert wird. Solange an beiden Eingängen der Wechselsperre immer abwechselnd ein Impuls erscheint, wird cliesc Kippstufe bei jedem Impuls umgekippt, an den Ausgängen der Wechselsperre erscheinen jedoch noch keine Impulse. Erst wenn an einem Eingang η + 1 -Impulse erscheinen, ohne daB dazwischen an dem anderen Eingang ein Impuls erscheint, werden an dem entsprechenden Ausgang η Differenzimpulse abgegeben. Bedingt durch die Arbeitsweise stellt die Wechselsperre im regelungstechnischen Sinne ein Glied mit Lose dar. Außerdem werden die Differenzimpulse nicht wie gefordert im Zeitraster einer Taktimpulsfolge gewonnen.

Bei dem zweiten als Differenzgatter bezeichneten Differenzbildner werden die Impulse einer Soll- und Ist-Impulsfolge in Hilfsspeichern zwischengespeichert, dann synchron mit einer Tastimpulsfolge in den Hauptspeicher übernommen und mit einer Koinzidenzerkennung die gewünschten Differenzimpulse gebildet. Dieser Differenzbildner ist aufwendig und kann nicht für den Fall erweitert werden, wenn die Impulsfolgefrequenz die der Tastimpulsfolgc überschreitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Anordnung zur Differenzimpulserzeugung anzugeben, in der die genannten Einschränkungen nicht gegeben sind und die ohne Lose, d. h. unmittelbar bei Abweichung um nur einen Impuls, in möglichst einfacher Weise die für den Einsatz in digitalen Reglern genannten Bedingungen erfüllt. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen.

Der Hilfstakt hat allgemein eine Frequenz, die sehr viel höher als die Taktpulsfrequenz ist. Der Taktpuls ist daraus vorzugsweise durch Frequenzteilung abgeleitet und daher mit dem Hilfstakt synchronisiert. Der Hilfstakt dient im übrigen in bekannter Weise hauptsächlich dazu, den Auslöseeingang von bistabilen Kippstufen anzusteuern.

In dem Fall, daß die Folgefrequenz der zweiten Impulsfolge die Taktpulsfrequenz überschreitet, so daß der Speicher noch gesetzt ist, wenn der nächste Impuls der zweiten Impulsfolge erscheint, wird unmittelbar ein Impuls am positiven Ausgang erzeugt. Dieser Impuls kann nun naturgemäß nicht mehr im Zeitraster des Taktpulses erscheinen.

Wenn der Speicher noch gesetzt ist und ein weiterer Impuls der zweiten Impulsfolge erscheint gleichzeitig mit einem Impuls des Taktpulses, so besteht die Gefahr, daß dieser weitere impuls der zweiten Impulsfolge verloren geht, da erst der gesetzte Speicher mit dem Taktimpuls abgefragt und danach gelöscht wird. Daher ist für diesen Fall ein weiterer Speicher vorgesehen, der den weiteren Impuls der zweiten Impulsfolge speichert bzw. vergrößert, bis der Inhalt des ersten Speichers ausgewertet ist. Mittels eines dritten Speichers kann dann außerdem die Synchronisation der Impulse der zweiten Impulsfolge durchgeführt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung für synchronisierte Eingangssignale,

Fig. 2 eine erweiterte Anordnung nach Fig. 1 mil zusätzlicher Synchronisation eines der Eingangssignale. In der Fig. 1 führt der Eingang E₂ für die synchronisierten Impulse der vom Taktpuls unabhängigen, zweiten Impulsfolge auf ein ODER-Glied Gi, dessen anderer Eingang von dem 1-Ausgang einer bistabilen Kippstufe FFvangesteuert wird, die Vorbereitungseingänge und einen Auslöseeingang besitzt. Der 1-Ausgang einer solchen Kippstufe führt dann ein Signal, wenn am Vorbereitungseingang zum Setzen ein Sigi;al anliegt und an dem mit einem Hilfstakteingang CP verbundenen Auslöseeingang ein Impuls erscheint. Das Signal am 1-Ausgang verschwindet wieder und erscheint dafür am O-Ausgang einer solchen Kippstufe, wenn am Vorbereitungseingang zum Löschen ein Signal anliegt und der Auslöseeingang einen Impuls erhält. Die Ansteuerung der Vorbereitungseingänge der bistabilen Kippstufe FFv wird jedoch erst später erläutert. Im Normalfall ist die Kippstufe FFv gelöscht, so daß der 1-Ausgang kein Signal führt und am Ausgang des ODER-Gliedes G\ nur die dem Eingang £■> zugeführten Impulse der zweiten Impulsfolge erscheinen.

Der Ausgang des ODER-Gliedes G\ führt nun u. a. auf einen Eingang des UND-Gliedes Gj, dessen anderen

2^r> Eingängen mit dem Eingang £yfür den Taktimpuls und über einen Inverter Gt, mit dem Eingang Ei für die erste Impulsfolge verbunden sind. Diese erste Impulsfolge ist aus dem Taktpuls durch Untersetzen bzw., bei nicht ganzzahligen Untersetzungsverhältnissen, ζ. Β. durch

JO Ausblenden abgeleitet, so daß die Impulse immer gemeinsam mit einem Impuls des Taktpulses erscheinen. Außerdem sind die Impulse aller drei Impulsfolgen so mit dem Hilfstakt synchronisiert, daß sie jeweils nur eine Hilfstaktperiode lang sind.

Wenn nun ein Impuls am Eingang E₂ und damit am Ausgang des ODER-Gliedes d erscheint und gleichzeitig damit ein Taktimpuls am Eingang £7-, aber kein Impuls am Eingang Ei, dann erhalten alle drei Eingänge des UN D-Gliedes Gj ein Signal, damit entsteht auch am

•♦ο Ausgang des UND-Gliedes Gj ein Signal, das über das ODER-Glied G10 zum positiven Ausgang A + geführt wird und damit anzeigt, daß am Eingang E₂ ein Impuls mehr als am Eingang Ei angekommen ist.

Häufig trifft ein Impuls am Eingang E₂, aber nicht mit einem Taktimpuls am Eingang Er zusammen. In diesem Fall ist die UND-Bedingung für die Vorbereitungseingänge zum Setzen der bistabilen stabilen Kippstufe FFo erfüllt, und der nächste Hilfstaktimpuls setzt diese Kippstufe. Damit führt der 1-Ausgang der bistabilen Kippstufe FFd ein Signal, das aber kein Ausgangssignal am positiven Ausgang A + bewirken kann, weil die anderen Signalbedingungen fehlen. Erst wenn ein Impuls am Taktpulseingang Er eintrifft und am Eingang Ei für die erste Impulsfolge liegt kein Impuls, sind die drei Bedingungen für das UND-Glied G₈ erfüllt, und es entsteht ein Signal am positiven Ausgang A -f. Dieses Ausgangssignal erscheint wie gefordert im Zeitraster des Taktpulses, obwohl der Impuls am Eingang E₂ zu beliebiger Zeit eintreffen kann.

Da der Taktpulseingang Ey direkt auf den Vorbereitungseingang zum Löschen der bistabilen Kippstufe FFo führt, wird diese Kippstufe mit dem nächsten Hilfstcktimpuls gelöscht.
Wenn am Eingang Ei für die erste Impulsfolge ein Impuls eintrifft, der wie erläutert immer mit einem Impuls des Taktpulses Et zusammenfällt, und die bistabile Kippstufe FFo ist gesetzt, dann sind die Bedingungen für das UND-Glied Gs nicht erfüllt, und es

entsteht kein Ausgangssignal, da ja an beiden Eingängen E\ und £2 je ein Impuls eingetroffen ist und somit die Differenz Null ist. Ist die bistabile Kippstufe FFo beim Eintreffen eines Impulses der ersten Impulsfolge aber nicht gesetzt und trifft auch nicht gleichzeitig ein Impuls der zweiten Impulsfolge ein, was durch den Inverter G) festgestellt wild, so sind die Bedingungen für das UND-Glied C₉ erfüllt, und es entsteht ein Signal am negativen Ausgang A —,denn nun ist am Eingang Ei ein Impuls weniger eingetroffen als am Eingang £|.

Damit sind also alle Möglichkeiten des zeitlichen Auftretens der Impulse der ersten und zweiten Impulsfolge berücksichtigt, und es entsteht nur dann ein Signal am positiven oder negativen Ausgang A + bzw. A — im Zeitraster des Taktpulses, wenn wirklich eine Differenz zwischen den Anzahlen der Impulse beider Impulsfolgen auftritt.

Bei manchen Anwendungsfällen ist es jedoch möglich, daß die Impulsfolgefrequenz der zweiten Impulsfolge sogar höher ist als die Frequenz des Taktpulses, so daß zwischen zwei Taktimpulsen mehr als ein Impuls der zweiten Impulsfolge eintrifft. Hierfür ist das zusätzliche UND-Glied G_b vorgesehen. Der erste Impuls der zweiten Impulsfolge setzt mit dem nachfolgenden Hilfstaktimpuls wie beschrieben die bistabile Kippstufe FFa und mit dem zweiten Impuls ist dann auch die andere Bedingung des UND-Gliedes Gb erfüllt, und es wird unmittelbar ein Signal am positiven Ausgang A + erzeugt, das naturgemäß nicht mehr im Zeitraster des Taktpulses liegt. Auch weitere Impulse der zweiten Impulsfolge erzeugen unmittelbar Ausgangssignale, bis wieder ein Taktimpuls erscheint, der mit der gesetzten Kippstufe FFo ein Ausgangssignal am positiven Ausgang A + erzeugt, wenn nicht gleichzeitig ein Impuls der ersten Impulsfolge erscheint, und der in jedem Fall die Kippstufe FF»löscht.

Eine Schwierigkeit tritt hierbei auf, wenn bei gesetzter bistabiler Kippstufe FFd gleichzeitig mit einem Taktimpuls auch ein Impuls der zweiten Impulsfolge, aber kein Impuls der ersten Impulsfolge erscheint. Dann sind die Bedingungen sowohl des UND-Gliedes C_b wie auch den UND-Gliedes G₈ gleichzeitig erfüllt, am positiven Ausgang A + werden die Impulse aber durch das ODER-Glied vereinigt und erscheinen als Signal. Um zu verhindern, daß auf diese Weise ein Impuls verloren geht, wird dieser letzte Impuls der zweiten Impulsfolge verzögert bzw. verlängert, wozu die zusätzliche bistabile Kippstufe FFv vorgesehen ist, die ebenfalls Vorbereitungseingänge zum Setzen und zum Löschen sowie einen mit dem Hilfstakteingang CP verbundenen Auslöseeingang besitzt. Die oben genannte Kombination von Eingangssi gnalen wird durch das UN D-Glied G₂ festgestellt, dessen Ausgang mit dem Vorbereitungseingang zum Setzen und über einen Inverter mit dem Vorbereitungseingang zum Löschen verbunden ist. Sobald diese Kombination von Eingangsimpulsen also auftritt, wird die bistabile Kippstufe mit dem folgenden Hilfstaktimpuls gesetzt, mit dem auch die bistabile Kippstufe FFd gelöscht wird. Da der 1 -Ausgang der bislabilen Kippstufe FFv, der nun Signal führt, mit einem Eingang der ODER-Schaltung Gi verbunden ist, erscheint dieses Signal auch am Ausgang der ODER-Schaltung, so daß der letzte Impuls am Hingang /?? verlängert bzw. verzögert erscheint. Mit dem nun folgenden Hilfstaktimpuls setzt dieses Signal die bistabile Kippstufe /·7·/_λ da inzwischen der Taktimpuls am Eingang Et beendet war, und aus dem gleichen Grund wird die bistabile Kippstufe FFv mit diesem Hilfstaktimpuls wieder gelöscht, da die Bedingungen für das UND-Glied G2 nicht mehr alle erfüllt sind und damit der Inverter Gn den Vorbereitungseingang zum Löschen erregt. Auf diese Weise kann kein Impuls der zweiten Impulsfolge verloren gehen.

Es wurde eingangs vorausgesetzt, daß die Impulse der vom Taktpuls unabhängigen zweiten Impulsfolge mit dem Hilfstakt synchronisiert ist. Dieses Synchronisieren kann auf bekannte Weise mittels zweier bistabiler Kippstufen vorgenommen werden. Bei entsprechender Ausgestaltung dieser Synchronisationsstufe läßt sich jedoch die Funktion der oben genannten zusätzlichen bistabilen Kippstufe FFv mit einbeziehen. Dies ist in F i g. 2 dargestellt, deren übrige Schaltung gegenüber der F i g. 1 unverändert ist.

Der Eingang £2' für die unsynchronisierten Impulse der zweiten Impulsfolge führt auf den Vorbereitungseingang zum Setzen einer ersten bistabilen Kippstufe FF.si. Sobald an diesem Eingang also ein Impuls erscheint, wird mit dem nächsten Hilfstaktimpuls diese Kippstufe FFi-i gesetzt. Da die darauf folgende bistabile Kippstufe FF.« noch in Ruhelage ist, sind die Bedingungen für das UND-Glied Gt2 erfüllt, und am Punkt £2 erscheint ein mit dem Hilfstakt synchroner Impuls. Mit dem nächsten Hilfstaktimpuls wird die zweite bistabile Kippstufe FFs2 gesetzt, wobei zunächst das Signal am anderen Eingang des UND-Gliedes vor

in dem Vorbereitungseingang zum Setzen der zweiten bistabilen Kippstufe FFsi als vorhanden angenommen wird. Bei gesetzter Kippstufe FF.s2 sind aber die Bedingungen für das UND-Glied G12 nicht mehr erfüllt, so daß der Impuls am Punkt Ei nur eine Hilfstaktperiode lang ist, unabhängig davon, wie lange der Impuls am Eingang £2' ansteht.

Wenn dieser Eingangsimpuls wieder verschwindet, wird über den Inverter Gq der Vorbereitungseingang zum Löschen der ersten bistabilen Kippstufe erregt, so daß mit dem nächsten Hilfstaktimpuls diese Kippstufe FF51 und mit dem darauf folgenden Hilfstaktimpuls die zweite bistabile Kippstufe FFs2 gelöscht wird, wobei an dem UND-Glied G12 kein Ausgangssignal erscheint.

Wenn nun bei gesetzter bistabiler Kippstufe FFd ein Impuls am Eingang E₂' kurz vor einem Taktimpuls am Eingang Et erscheint, so daß der Ausgangsimpuls des UND-Gliedes G12 gleichzeitig mit dem Taktimpuls erscheint, und am Eingang E\ liegt kein Impuls, so sind alle Bedingungen des UND-Gliedes G2 erfüllt. Da es sich hier aber um ein UND-Glied mit nachfolgenden Inverter handelt, führt der Ausgang in diesem Fall gerade kein Signal. Damit ist das UND-Glied vor dem Vorbereitungseingang zum Setzen de; bistabilen Kippstufe FFs2 gesperrt, und diese Kippstufe bleibt beim nächsten Hilfstaktimpuls noch in Ruhestellung, und das UND-Glied G12 liefert weiterhin ein Signal am Ausgang. Erst mit dem übernächsten Hilfstaktimpuls, wenn der Taktimpuls beendet und damit die Bedingungen für das UND-Glied G₂ nicht mehr erfüllt sind, wird die bistabile

Mi Kippstufe FFs? gesetzt und damit das Signal am Ausgang des UND-Gliedes G12, das mit diesem Hilfstaktimpuls in die bistabile Kippstufe FFd übernommen wird, beendet. Auf diese Weise ist der synchronisierte Impuls der zweiten Impulsfolge in der Synchroni-

M sicrungssiufc mit minimalem zusätzlichen Aufwand verlängert bzw. verzögert worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung von Differenzimpulsen mit einer Frequenz gleich der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen, wobei die erste Impulsfolge aus den Impulsen eines Taktpulses, z. B. durch Ausblenden, abgeleitet ist und die zweite Impulsfolge unabhängig von diesem Taktpuls ist und die Differenzimpulse als Impulse an jeweils einem von zwei vorzeichenbewerteten Ausgängen der Anordnungerscheinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Hilfstakt hoher Frequenz synchronisierter Impuls der zweiten Impulsfolge einen Differenzimpuls am positiven Ausgang (A +) erzeugt, wenn er gleichzeitig mit einem Impuls des ebenfalls mit dem Hilfstakt synchronisierten Taktpulses bei abwesendem Impuls der ersten Impulsfolge auftritt, daß der Impuls der zweiten Impulsfolge einen Speicher setzt, wenn dieser Impuls nicht gleichzeitig mit einem Impuls des Taktpulses auftritt, und der nächste impuls des Taktpulses bei abwesendem Impuls der ersten Impulsfolge mit dem gesetztem Speicher einen Differenzimpuls am positiven Ausgang (A +) erzeugt und den Speicher löscht, und daß ein Impuls der ersten Impulsfolge bei nicht gesetztem Speicher und bei abwesendem Impuls der zweiten Impulsfolge einen Differenzimpuls am negativen Ausgang (A —) erzeugt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gesetztem Speicher ein weiterer Impuls der zweiten Impulsfolge unmittelbar einen Differenzimpuls am positiven Ausgang erzeugt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher eine bistabile Kippstufe (FFd) mit Vorbereitungseingängen und « einem Auslöseeingang ist, wobei der Auslöseeingang direkt an den Eingang für den Hilfstakt (CP), der Vorbereitungseingang zum Setzen an die UN D-Verknüpfung des Eingangs für die zweite Impulsfolge (£2) und des invertierten Eingangs für den Taktpuls (Et) und der Vorbereitungseingang zum Löschen direkt an den Eingang für den Taktimpuls (E_T) angeschlossen sind, und daß für die Erzeugung der Differenzimpulse an den Ausgängen (A +, A-) UND-Glieder (Ge bis G₉) vorgesehen sind, deren ⁴^ Eingänge mit den Eingängen für die entsprechenden Impulsfolgen (ΕΊ, £2, Er) bzw. mit dem entsprechenden Ausgang der bistabilen Kippstufe (FFd) verbunden sind, wobei die Feststellung der Abwesenheit einer Impulsfolge durch einen zwischen den Eingang für diese Impulsfolge (E\, £2, Et) und dem Gattereingang geschalteten Inverter (Gi, G4, Gs) verwirklicht ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammentreffen eines Impulses der zweiten Impulsfolge und eines Impulses des Taktpulses bei Abwesenheit eines Impulses der ersten Impulsfolge und bei gesetztem Speicher einen weiteren Speicher setzt, der diesen Impuls der zweiten Impulsfolge um eine Impulsdau- «> er verlängert.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieser weitere Speicher eine zweite bistabile Kippstufe (FFy) mit Vorbereitungseingängen und einem Auslöseeingang ist, wobei an den Auslöseeingang direkt der Eingang für den Hilfstakt (CCP)und an den Vorbereitungseingang zum Setzen die UND-Verknüpfung des Eingangs für die zweite Impulsfolge (E₂), des Takteinganges (E₁), des Ausgangs der ersten bistabilen Kippstufe (FFu) und des invertierten Eingangs für die erste Impulsfolge (E]) und an den Vorbereitungseingang zum Löschen über einen Inverter der Vorbereitungseingang zum Setzen angeschlossen ist und der Eingang der zweiten Impulsfolge (E2) über ein ODER-Glied (G\) führt, an dessen anderen Eingang der !-Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe (FF_V) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 mit zusätzlicher Synchronisierung einer nichtsynchronen zweiten Impulsfolge, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Speicher aus einer zweiten und einer dritten bistabilen Kippstufe (FFs\, FFsi) mit Vorbereitungseingängen und je einem Auslöseeingang besteht, deren Auslöseeingang direkt mit dem Eingang für den Hilfstakt (CP) verbunden ist und bei denen von der dritten bistabilen Kippstufe (FFs\) der Vorbereitungseingang zum Setzen direkt und der Vorbereitungseingang zum Löschen über einen Inverter mit dem Eingang für die unsynchronisierte Impulsfolge verbunden ist und von der zweiten bistabilen Kippstufe (FFsi) der Vorbereitungseingang zum Löschen mit dem O-Ausgang der dritten Kippstufe und der Vorbereitungseingang zum Setzen mit einem UND-Glied verbunden ist, dessen Eingänge mit dem 1-Ausgang der dritten Kippstufe und dem Ausgang eines UND-Gliedes (Gi) verbunden ist, das den Eingang für die zweite Impulsfolge (E₂), den Taktimpulseingang (E_T), die Invertierung (G₄) des Eingangs für die erste Impulsfolge (E_t) und den 1-Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe (FFo) verknüpft, und daß die Eingänge eines UND-Gliedes (Gi 2) mit dem 1-Ausgang der dritten bistabilen Kippstufe (FFii) und dem O-Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe (FFsi) verbunden sind und der Ausgang dieses UND-Gliedes die synchronisierten und gegebenenfalls verlängerten Impulse der zweiten Impulsfolge liefert.