DE2057937C3 - Schaltanordnung zum synchronisierten Darstellen von Funktionsverläufen auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum synchronisierten Darstellen einer Folge von diskreten Funktionswerten periodischer oder getriggert ablaufender Funktionsveriäufe für jede Meßperiode über ihren unabhängigen Variablen in einem Darstellbereich auf einem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, wobei ein Funktionswertgeber zur Quantisierung des Darstellbereichs einer Meßperiode in η Quantisierungsstufen

synchron mit der unabhängigen Variablen eine Anzahl von π Funktionswerten liefert, die η unabhängigen Variablen zugeordnet sind, und wobei die Funktionswerte über einen steuerbaren Schalter in einen rückkoppelbaren Speicher mit π Zellen einlesbar sind, dessen Takteingang mit Taktimpulsen aus dem Funktionswertgeber, die den Quantisierungsstufen entsprechen, beaufschlagt ist, und die Folge der Funktionswerte nach Zwischenspeichern der einen Ablenkeinheit und die unabhängigen Variablen der anderen Ablenkeinheit der Kathodenstrahlröhre zugeführt sind. Als Zwischenspeicher werden für digitalisierte Funktionswerte Schieberegister eingesetzt. Wenn im folgenden jeweils von einem Schieberegister die Rede ist, dann ist jeweils d'e Parallelschaltung und der Parallelbetrieb so vieler Einzelsysteme gemeint, wie es der Bit-Anzahl der abzuspeichernden Information entspricht.

Um die Auswertbarkeit einer Darstellung von Funktionsverläufen, bei denen sich nicht stets der gleiche Verlauf in rascher Folge wiederholt, zu erleichtern, ist es üblich, den interessierenden Funktionsverlauf über einer Meßperiode einmalig abzuspeichern und dann in so rascher Folge wiederholt auszulesen und auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre anzuzeigen, daß ein stehendes Bild dieses Funktionsverlaufs während der Meßperiode erscheint. Wenn der Funktionsverlauf sich einmal ändert, wird fortan dieser geänderte anstelle des bisherigen Funktionsverlaufs entsprechend eingespeichert und dann wiederholt ausgelesen und dargestellt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 19 32 346 ist eine Schaltanordnung bereits bekannt, die zum Speichern zwei Schieberegister aufweist, wobei in das zweite der momentane Funktionsverlauf in Form diskreter Werte der abhängigen Variablen während einer Meßperiode eingespeichert wird, während gleichzeitig der Funktionsverlauf der vorangegangenen Meßperiode, der den Inhalt des ersten Schieberegisters darstellt, mit großer Geschwindigkeit mehrfach zerstörungsfrei, z. B. durch Rückkopplungsbetrieb des Schieberegisters ausgelesen und als stehendes Bild dargestellt wird.

Nach Ablauf jeweils einer Meßperiode, bzw. — bei einmalig ablaufenden nichtperiodischer! Funktionsverläufen — mit jedem Triggern einer Meßperiode findet ein Umschalten in den umgekehrten Betriebsfall statt, d. h. nun werden die neuen Funktionswerte in das erste Schieberegister eingespeichert und gleichzeitig wird der Inhalt des zuvor gerade gefüllten zweiten Schieberegisters wiederholt in rascher Folge zur Darstellung gebracht So ist eine Entkopplung zwischen den unterschiedlichen Einspeicher- und Auslesezeiten während einer Darstellperiode mittels zweier Schieberegister erzielt, wobei das Einspeichern in das jeweils gerade eine Meßperiode aufnehmende Schieberegister in Abhängigkeit vom Anfall von Funktionswerten, also in Abhängigkeit von der unabhängigen Variablen getaktet wird, während die Frequenz des Auslesens aus dem anderen Schieberegister von der minimalen Bildwechselfrequenz zum Erzielen einer flackerfreien Darstellung bestimmt ist

Neben dem Aufwand für zwei komplette Schieberegister mit den zugehörigen Steuerschaltungen für jeweils eine abhängige Variable besteht ein wesentlicher weiterer Nachteil dieser herkömmlichen Vorrichtung darin, daß die Darstellung nicht synchron zum Anfall von Funktionswerten einer in eines der Schieberegister gerade einzuspeichernden Meßperiode erfolgt und infoleedessen eine gleichzeitige parallele Kontrolle des aktuellen Funktionsverlaufs aufgrund momentaner Darstellung nicht möglich ist Das tritt besonders dann störend in Erscheinung, wenn sich ändernde Verhältnisse zu Beginn einer einzuspeichernden Meßperiode von Bedeutung sein können, weil solche Änderungen dem Beobachter ja erst nach Ablauf des Einspeicherns der gesamten neuen Meßperiode und nach Umschalten der Darstellung des Inhalts des bisher ausgelesenen auf den Inhalt des neu gefüllten Schieberegisters erkennbar werden.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit der der momentan anfallende Funktionswert über seiner unabhängigen Variablen ohne Zeitverschiebung auf einer Kathodenstrahlröhre zusammen mit dem Funktionsverlauf als stehendes Bild dargestellt wird. Bei der Lösung dieser Aufgabe ist von der Überlegung ausgegangen, daß sich in der technischen Praxis interessierende Funktionsverläufe in aufeinanderfolgenden Meßperioden wenig ändern. Daraus ist die Erkenntnis hergeleitet, daß die Möglichkeit bestehen müßte, die Darstellung fortlaufend aus zwei aneinander grenzenden Teilperioden aufzubauen, indem der Funktionsverlauf der momentanen Meßperiode bis zur momentan gemessenen unabhängigen Variablen und daran angrenzend der Funktionsverlauf der vorherigen Meßperiode über den nächstfolgenden unabhängigen Variablen bis zum Ende der vorherigen Meßperiode gezeigt wird, so daß gewissermaßen eine gedachte Grenze zwischen der ersten Teilperiode und der zweiten Teilperiode über die Darstellung der vorherigen Meßperiode läuft und dadurch die vorherige Meßperiode durch den Funktionsverlauf der momentanen Meßperiode sukzessive ersetzt wird.

Ausgehend von diesen Überlegungen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Signaleingang des Speichers mit der Ablenkeinheit für die Funktionswerte y verbunden ist, daß der Schalter (Signalweiche) während der Dauer von π Taktimpulsen auf eine Rückkoppelleitung des Speichers, beim (n+ l)-ten Taktimpuls auf den Ausgang des Funktionswertgebers zur Übernahme des nächsten Funktionswerts y umschaltbar ist und beim nächsten Taktimpuls wieder für η Taktimpulse auf die Rückkoppelleitung zuruckschaltbar ist.

Eine entsprechend ausgebildete Schaltanordnung enthält dann vorzugsweise

a) für jede der darzustellenden digitalisierten Funktionswerte y über einer gemeinsamen unabhängigen Variablen χ nur ein Schieberegister mit einer Anzahl von π Zellen, die der Anzahl π darzustellender diskreter Funktionswerte des Funktionsverlaufs über eine Meßperiode gleich ist,

b) ein Impulssteuerglied für Taktimpulse als Darstellsteuertakte, dessen Ausgang sowohl mit dem Takteingang für eine Schiebeleitung des Schieberegisters als auch — über einen zählenden Digital-Analog-Wandler mit Rückstellung nach jeweils derselben Anzahl von η Darstellsteuertakten — mit der Ablenkeinheit für Darstellung der unabhängigen Variablen χ während je einer Meßperiode verbunden ist,

c) einen Impuls- oder Bildfrequenzgenerator im Funktionswertgeber, dessen Ausgang sowohl mit dem Eingang eines Taktzählers verbunden ist, welcher eine Rückstelleitung zum Rückstellen in die Zählanfangsstellung mittels eines Rückstellimpulses nach Aufsummieren von einer der Anzahl η

von Zellen gleichen Anzahl η von Takten aufweist, wobei die Rückstelleitung außerdem mit einem zweiten Eingang des Impulssteuergliedes verbunden ist, das in die Folge von Takten mit dem Rückstellimpuls jeder Meßperiode addiert,

d) einen eingangsseitig mit der Rückstelleitung des Taktzählers verbundenen, jeweils während einer dargestellten Meßperiode dieselbe Anzahl von η Rückstellimpulsen des Taktzählers aufaddierenden Verschiebezählers und

e) eine Signalweiche als Schalter, die ausgangsseitig sowohl mit dem Eingang des Schieberegisters als auch, gegebenenfalls über einen Digital-Analog-Wandler, mit der Ablenkeinheit für Darstellung der Funktionswerte y, ferner über einen zweier Eingänge mit der Rückkoppelleitung des Schieberegisters verbunden ist, sofern diese Signalweiche nicht — gesteuert durch den Funktionswertgeber aus y-Geber und x-Geber — gerade über seinen zweiten Eingang, gegebenenfalls über einen Analog-Digital-Wandler, mit dem y-Geber für den momentanen Funktionswert y des darzustellenden Funktionsverlaufes verbunden ist.

Durch diese erfindungsgemäße Schaltanordnung mit einem einzigen Schieberegister als Speicher und entsprechender Steuerung der Darstellsteuertakte wird erreicht, daß eine flackerfreie Darstellung des Funktionsverlaufs durch die Wahl der Folgefrequenz der Darstellsteuertakte und dabei eine fortlaufend zeitsynchrone Anzeige des momentan gemessenen Funktionswerts innerhalb der Meßperiode gewährleistet ist.

Die Darstellung besteht stets aus Funktionswerten y_t, y2, ■.-, y, der bisher abgelaufenen unabhängigen Variablen x\, X2, ■■■, x/ der gegenwärtigen Meßperiode, dem gerade über die Signalweiche eingespeicherten neuesten Funktionswert y,- des Funktionsverlaufes, der die vorgenannte gedachte Grenze x, darstellt, und den Funktionswerten y,+ i. ..., y„ über den unabhängigen Variablen x,+ i, .... x„ jenseits dieser Grenze aus den restlichen Zellen des Schieberegisters.

Bei der Lösung gemäß dieser Erfindung wird also der jeweils aktuelle Funktionswert gleichzeitig mit seinem Einspeichern in das Schieberegister auch als Korrekturwert in die Darstellung des Funktionsverlaufes bei der zugehörigen unabhängigen Variablen übernommen. Dieser jüngste Funktionswert kann somit gewünschtenfalls unmittelbar Grundlage für eine Auswertung sein, da keinerlei Zeitverzögerung durch getrennte Einspeicher- und Ausleseperioden mehr vorkommt: der aktuelle, neu eingespeicherte Funktionswert ist stets der als genannte Grenze dargestellte, die sich im Laufe einer Meßperiode vom Anfang bis zum Ende der Darstellung verschiebt, weil die Darstellsteuertakte aus η Takten zuzüglich eines Rückstellimpulses bestehen.

Sobald diese Grenze das Ende der Darstellung erreicht hat, ist auch eine Meßperiode abgelaufen. Mit Triggern oder mit periodischem Neubeginn der nächsten Meßperiode beginnt das Verschieben dieser Grenze wiederum am Anfang der Darstellung; die zeitliche Verteilung der Funktionswerte über eine Meßperiode erfolgt also dadurch, daß das Schieberegister um einen Takt (ein Bit, d. h. um eine Zelle) kürzer ist, als es der Anzahl der Darstellsteuertakte einer Meßperiode und damit der impulszahl für einen Umlauf der gespeicherten Information entspricht, jeder neu erfaßte Funktionswert überschreibt den bisherigen Inhalt der gerade erreichten nächsten Zelle des Schieberegisters.

Es ist mit dieser Erfindung somit eine Darstellung mit der idealen Speicherzeit von exakt einer Meßperiode erreicht, ohne Zeitverzögerung zwischen Übernahme von Funktionswerten einerseits und Auswertung der aktuellen Funktioiiswerte des gesamten Funktionsverlaufes andererseits, und mit optimaler Darstellung unabhängig vom Ablauf der unabhängigen Variablen.

Bei Anwendung dieser erfindungsgemäßen Schaltanordnung in der Rückstrahlortungstechnik zum Darstellen empfangener Echosignale einer Lotperiode dient ein Empfangswandler als y-Geber für die Folge der Funktionswerte y einer Meßperiode. Zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten als quantisierten Werten für die unabhängige Variable χ werden Empfangsinformationen der Echosignale, beispielsweise Amplitude oder Frequenz des Echosignals, in das Schieberegister eingespeichert, gesteuert vom die unabhängige Variable χ quantisierenden Takt. Der die Takte liefernde Impulsgenerator wird mit Außenenden eines Sendeimpulses, also zu Beginn der jeweiligen Lotperiode — bzw. bei unterdrücktem Nullpunkt für die Darstellung der Lotperiode, mit entsprechender Zeitverzögerung — gestartet, und mit Ende der Lotperiode, wenn nämlich die Grenze über den gesamten Bereich des darzustellenden Funktionsverlaufs einmal verschoben wurde, wieder gestoppt. Ein erneuter Start einer nächsten Lotperiode kann dann automatisch erfolgen, wenn der Verschiebezähler aufgrund des Auszählens der dargestellten unabhängigen Variablen das Ende der Meßperiode entsprechend einem vorgegebenen maximalen Entfernungsbereich festgestellt hat.

Bei entsprechender Weiterbildung dieser Erfindung ist die Schaltanordnung nach geringfügiger Modifikation auch für Darstellung solcher Funktionsverläufe geeignet, deren Funktionswerte nicht zeitkontinuierlich, sondern beispielsweise in Abhängigkeit von irgendwelchen mechanischen Bewegungen oder von anderen vorgegebenen Größen anfallen, so daß die zeitliche Darstellung als stehendes Bild besonders erschwert würde, die für Auswertung des Funktionsverlaufes aber wünschenswert ist Die vorliegende erfindungsgemäße Schaltanordnung eignet sich auch für solche Anwendungsfälle, wenn nur gewährleistet ist — was wegen zunehmender Digitalisierung der Auswertung von Meßwerten ohnehin normalerweise der Fall ist —, daß die Funktionswerte diskret und jeweils einer unabhängigen Variablen zugeordnet vorliegen. Obwohl die unabhängige Variable nun nicht die Zeit ist, wird der Inhalt des Schieberegisters, durch einen separaten Bildfrequenzgenerator gesteuert, mit für flackerfreie Darstellung optimaler Geschwindigkeit ständig umgeladen und ausgelesen, so lange, bis einmal ein neuer Funktionswert anliegt und auch gerade eine Zelle im Schieberegister erreicht ist, die der unabhängigen Variablen dieses neu anstehenden Funktionswertes entspricht Dieser neue Funktionswert wird dann in die betreffende Zelle übernommen, und daraufhin der Inhalt des Schieberegisters mit dieser neuen Funktion beginnend mit dieser neuesten Information, als besagtei to Grenze, wiederum zyklisch dargestellt

Da bei dieser zuletzt beschriebenen Lösung eine kontinuierliche zeitliche Zuordnung zum zyklischer Umspeichern des Schieberegisters nicht mehr erforder Hch ist, eignet sich diese Modifikation der erfindungsge mäßen Schaltanordnung insbesondere auch zum Dar stellen von unperiodischen Funktionsverläufen be wahllos und ungeordnet anfallenden Problemwerten die somit an zugehöriger Stelle in das Schieberegistei

eingespeichert werden und im Rahmen des Funktionsverlaufes aller schon ermittelten und noch gültigen Proben für andere unabhängige Variable als stehendes Bild dargestellt werden. Ein Verschiebezähler zum Erfassen des Endes einer Signalperiode erübrigt sich dann.

Anhand der Zeichnung werden Schaltanordnungen gemäß dieser Erfindung an schaltungstechnischen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild für die Steuerung des Schieberegisters,

F i g. 2 eine beispielhafte Skizze zur Erläuterung der Darstellung eines Funktionsverlaufes,

F i g. 3 Datenwandler für einen Einsatz dieser Schaltanordnung bei der Rückstrahlortungstechnik,

F i g. 4 eine weiterbildende Ergänzung zur Schaltanordnung gemäß dem Blockschaltbild F i g. 1 und

Fig.5 ein einfaches Ausführungsbeispiel für das Impulssteuerglied.

Zur Vereinfachung der Beschreibung ist ein Funktionsverlauf 1 einer unabhängigen Variablen χ mit nur einer einzigen abhängigen Variablen y angenommen (vgl. F i g. 2) und zunächst ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 zugrunde gelegt. Ein Funktionswertgeber 2 besteht dort aus einem y-Geber 3 und einem x-Geber 4 für die abhängige Variable y und die unabhängige Variable x. Bei über der Zeit als unabhängiger Variabler χ ablaufenden Funktionsverläufen 1 liefert der x-Geber 4 die Zeitbasis, bei anderen unabhängigen Variablen x, z. B. solchen, die mechanischen Bewegungen entsprechen, liefert der x-Geber 4 dementsprechend z. B. Werte proportional einer Wegstrecke oder proportional einem Drehwinkel.

Im Falle eines Funktionsverlaufes ί aus diskreten Funktionswerten y=f(x) ist das Ausgangssignal des x-Gebers 4 eine Folge von Takten 5 in äquidistanter Folge über der unabhängigen Variablen x. Ist die unabhängige Variable χ die Zeit, dann besteht der x-Geber 4 beispielsweise aus einem starr freilaufenden Impulsgenerator 4.1 mit nachgeschaltetem Taktzähler 4.2. Der Impulsgenerator 4.1 liefert an den Taktzähler 4.2 die Folge von Takten 5, die somit ein ganzzahliges Vielfaches, nämlich ein n-faches, der Rückstellimpulse 6 auf der Rückstelleitung 4.2a des Taktzählers 4.2 darstellt, der jeweils von eins bis η zählt.

Da die in einem Impulssteuerglied 8 aus den Takten 5 am Eingang und den Rückstellimpulsen 6 auf der Rückstelleitung 4.2a des Taktzählers 4.2 kombinierten Darstellsteuertakte 9 über eine Schiebeleitung 7 a den Inhalt des Schieberegisters 7 umladen, und da die Anzahl η der seit Beginn eines jeden vollständigen Umladezyklus — entsprechend der Darstellung des Funktionsverlaufes 1 über eine Signalperiode 16 — vom Taktzähler 4.2 aufsummierten π Takte 5 identisch ist mit der Anzahl π der Zellen 7.1 bis 7.n des Schieberegisters 7, gibt die Zählstellung eines zählenden Digital-Analog-Wandlers 15 zu jedem Augenblick an, der Inhalt welcher der Zellen 7.1 bis 7.n mit einer eingangsseitigen Signalweiche 10 und einem Digital-Analog-Wandler U zum Ansteuern der Ablenkeinheit 12y einer Kathodenstrahlröhre 12 für Darstellung der abhängigen Variablen y verbunden ist. Wegen Rückkopplung des Schieberegisters 7 über eine Rückkopplungsleitung 13 und die Signalweiche 10 erfolgt das Auslesen des Inhalts jeder einzelnen Zelle 7.1 bis 7.n nacheinander, gesteuert durch die Darstellsteuertakte 9, und dementsprechend erfolgt ein Darstellen auf dem Bildschirm 14 (vgl. Fig.2) der Kathodenstrahlröhre 12 für jede abhangige Variable y über der jeweils zugehörigen unabhängigen Variablen x, da die Darstellsteuertakte 9 zugleich mit dem schrittweisen Umspeichern des Inhalts des Schieberegisters 7 im zählenden Digital-Analog-Wandler 15 aufsummiert werden und proportional zu dessen Zählergebnis eine Ablenkeinheit 12xfür die Darstellung der unabhängigen Variablen χ angesteuert wird. Dieser Wechsel von einer Zelle 7, zur nächsten Zelle 7.;+1 -7.j erfolgt entsprechend der Dimensionierung der Taktfolgefrequenz des Impulsgenerators 4.1 mit hinreichend hoher Geschwindigkeit für eine flackerfreie Darstellung des gesamten Inhalts des Schieberegisters 7 als Funktionsverlauf 1.

Jedesmal, wenn alle /i-Zellen 7.1 bis 7.η durchlaufen sind, ist auch in der Darstellung auf dem Bildschirm 14 das Ende der Abszissenachse für die unabhängige Variable χ erreicht, und zu Beginn des nächsten Umlaufes des Schieberegisters 7 stellt sich der zählende Digital-Analog-Wandler 15 mittels eines Endimpulses 15.Π auf seinen Anfangswert zurück; eine Darstellung des im Schieberegister 7 gespeicherten Inhalts erfolgt erneut.

Es ist also der Funktionsverlauf 1 jeder Signalperiode 16 in η diskrete Werte der unabhängigen Variablen x, in die unabhängigen Variablen x.l bis x.n, quantisiert, wie auch das Schieberegister 7 aus n-Zellen 7.1 bis 7.η besteht. Die nach jeweils η Takten 5 am Ausgang des Taktzählers 4.2 erscheinenden Rückstellimpulse 6 werden mittels des Impulssteuergliedes 8 so mit den Takten 5 selbst zu der Folge von Darstellsteuertakten 9 kombiniert, daß auf jeweils η Takte 5 gerade (n+\) Darstellsteuertakte 9 entfallen, d. h. zwischen jeweils die beiden Takte 5.n und 5.Π+1 » 5.2 wird noch der Rückstellimpuls 6 zwischengeschoben.

Gleichzeitig mit Erscheinen des RücksieHirnpulscs 6 wird kurzzeitig die Signalweiche 10 umgeschaltet, so daß nun eine neue abhängige Variable y zur zugehörigen momentanen unabhängigen Variablen χ — gegebenenfalls über einen Analog-Digital-Wandler 17, wenn die unabhängige Variable y noch nicht in für Einspeichern in das Schieberegister 7 geeigneter Quantisierung und Kodierung vorliegt — in das Schieberegister 7 eingespeichert und gleichzeitig über den Digital-Analog-Wandler 11 auf dem Bildschirm 14 dargestellt wird. Allerdings wird diese jüngste abhängige Variable y nicht in die Zelle 7.1 eingelesen, die nach erstmaligem Umlauf des Inhalts des Schieberegisters 7 an der Signalweiche 10 über den Eingang 7b des Schieberegister 7 wieder anstehen wird (im allgemeiner Falle irgendeines Umlaufes innerhalb der Signalperiodf 16 gilt: statt Zelle 7.1 irgendeine Zelle 7.i), sonderr infolge des Rückstellimpulses 6 zusätzlich zur Folge dei Takte 5 werden sowohl das Schieberegister 7 als aucl der zählende Digital-Analog-Wandler 15 noch um einei Schritt weitergesteuert und damit dieser neu übernom mene Funktionswert y.j— f(x.j) in die nächstbenachbart Zelle 7.2 (allgemein: 7./+1 = 7J) eingespeichert, und i der Darstellung erscheint er bei der unabhängige Variablen x.j.

Daraufhin, nach Übernahme der neuen abhängige Variablen y.j, schaltet die Signalweiche 10 wieder in de Rückkopplungsbetrieb für das Schieberegister 7 zurücl verbindet also den Eingang 7b des Schieberegisters wieder mit: der Rückkoppelleitung 13, so daß nun ernei einmal der gesamte Inhalt des Schieberegisters 7 schneller Folge ausgelesen und auf dem Bildschirm 1 zur Darstellung gebracht wird: nach dem neueste Funktionswert y.i - f(x.j) zunächst der Inhalt der ZeIU

ίο

7.Jt bis 7. η der vorangegangenen Signalperiode 16, dann stellt sich der jetzt bis auf den Wert η aufgelaufene zählende Digital-Analog-Wandler 15 über seinen Endimpuls 15.n auf seinen Anfangswert »Eins« zurück, so daß nun noch der Inhalt der verbleibenden Zellen 7.1, 7.2,... 7JaIs Beginn der Darstellung auf dem Bildschirm 14 und damit als Beginn der Signalperiode 16 ausgelesen und dargestellt wird; bis auf den aktuellen Funktionswert, eine schrittweise fortschreitende Grenze 19 zwischen zwei Teilen der Signalperiode 16, erfolgt die Darstellung des Funktionsverlaufes 1 also aus dem Inhalt des Schieberegisters 7.

Da der Taktzähler 4.2 infolge des Rückstellimpulses 6 beim gegenwärtig betrachteten Umlauf mit der Zelle 7.j als erster Zelle zu zählen begann und der nächste Rückstellimpuls 6 nach dem n-ten Takt 5, also nach dem Auslesen der Zelle 7.j, erscheint, wird sofort auf die Zelle 7.j+ 1 =7.k weitergeschaltet, in die jetzt ein neuer Funktionswert y.k=f(x.k) über die Signalweiche 10 eingelesen wird usw.

Es ist ferner ein Verschiebezähler 18 vorgesehen, in den die Rückstellimpulse 6 des Taktzählers 4.2 eingezählt werden. Dieser Verschiebezähler 18 ist so dimensioniert, daß er jeweils nach einem vollständigen schrittweisen Verschieben der gedachten Grenze 19 bis zur letzten Zelle 7.η des Schieberegisters 7 und damit bis zum letzten diskreten Wert der unabhängigen Variablen x.n, also bei Erreichen einer Anzahl von η Rückstellimpulsen 6, ein Endsignal 20 liefert.

Bei einmalig ablaufenden, triggerbaren Vorgängen als darzustellenden Funktionsverläufen 1 kann dieses Endsignal 20 als Triggersignal zum Starten einer neuen Signalperiode 16, bei periodisch wiederkehrenden Folgen von Signalperioden 16 kann es als Synchronisationssignal für eine ansonsten freilaufenden Folge von Signalperioden 16 dienen. Bei von anderen Kriterien auszulösenden Signalperioden 16 kann dieses Endsignal 20 als eine zusätzliche logische Bedingung zum Freigeben des Startens der nächstfolgenden Signalpenode, beispielsweise über eine Starttaste 21, herangezogen werden.

Ein bedeutsames Anwendungsgebiet für eine Vorrichtung nach dieser Erfindung stellt die Rückstrahlortungstechnik dar, insbesondere die Echolottechnik. Bei Ortung über lange Entfernungen liegt nämlich bekanntlich eine relativ lange Zeitspanne zwischen Aussenden eines Sendeimpulses 22 (Fig.3) von einem Sendewandler 23 einerseits und Empfang eines zugehörigen Echosignals 24 an einem Empfangswandler 25 andererseits und damit bis zum Starten einer neuen Rückstrahlortungsperiode, die jeweils als Signalperiode 16 auf dem Bildschirm 14 darzustellen ist. Es handelt sich also hierbei um das Problem der Darstellung eines langsam ablaufenden Funktionsverfahrens 1, nämlich der Echosignale 24 als abhängigen Variablen y über der Zeit — seit Aussenden des Sendeimpulses 22 — als unabhängiger Variablen x.

Ein solcher Funktionsverlauf 1 ist bei unmittelbarer Darstellung etwa mittels einer Kathodenstrahlröhre 12 schwer zu deuten, da die Zeitachse für die Darstellung auf dem Bildschirm 14 stark gedrängt werden muß und die interessierenden unter den empfangenen Echosignalen 24 innerhalb dieser stark gedrängten Zeitdarstellung in Form kurzer Impulsspitzen 26, also nur sehr kurzzeitig erscheinen.

Diesen herkömmlichen Problemen wird abgeholfen bei Anwendung einer Schaltanordnung nach dieser Erfindung, indem jeweils bei Erscheinen eines Rückstellimpulses 6 der diesem Zeitpunkt als unabhängiger Variablen χ zugehörige Amplitudenwert des Echosignals 24 als abhängige Variable y über den Analog-Digital-Wandler 17 als Funktionswert y= f(x) in die nächstbenachbarte Zelle 7.k rechts von der momentanen Position der gedachten Grenze 19 eingespeichert und gleichzeitig über den Digital-Analog-Wandler 11 auf dem Bildschirm 14 angezeigt wird. Da somit keinerlei Zeitverzug zwischen natürlicher

ίο Gegebenheit (Übernahme eines momentanen Funktionswertes y=f(x) in das Schieberegister 7) und Darstellung auf dem Bildschirm 14 vorliegt, kann das momentane Ergebnis der Rückstrahlortung gleichzeitig auch beispielsweise in einem Horchkanal 27 abgehört und somit, aufgrund optischer und akustischer Eindrükke der Echosignale 24 gemeinsam, gleichzeitig bewertet werden.

Bei Schaltanordnungen nach dem Stande der Technik ist es dagegen von ganz erheblichem Nachteil für solche

ίο Aufgabenstellung, daß das nicht möglich ist, weil zunächst ein vollständiger Funktionsverlauf 1 zwischengespeichert wird, ohne zugleich in der Darstellung berücksichtigt werden zu können. Die Darstellung auf dem Bildschirm 14 erscheint bei den Schaltanordnungen nach dem Stande der Technik somit wesentlich später als die tatsächliche und auch über den Horchkanal 27 angegebene Situation.

Wenn nach Ablauf einer Signalperiode 16 das Endsignal 20 erscheint, kann es im Beispiel der Echolotung dann etwa auf einen Impulsgenerator 28 und von dort — gegebenenfalls über eine Verzögerungsstufe 28a zur Nullpunktunterdrückung - zum Starten rips impnkcrenoi-QtQj·«- 41 sowie zum Ansteuern des Sendewandlers 23, also zum Beginn einer neuen

Rückstrahlortungsperiode (Signalperiode 16) dienen.

Die vorstehende Beschreibung eines Anwendungsfalles gemäß Fig.3 betraf der einfacheren Erläuterung wegen eine Amplituden-Zeit-Darstellung als Funktionsverlauf 1; sinngemäß ist diese Erfindung natürlich auch

für Polarkoordinatendarstellung von Funktionswerten

Γ=ί(Φ) anstelle der Darstellung in karthesischen

Koordinaten anwendbar, wenn die Ablenkmittel an der Kathodenstrahlröhre 12 dafür eingerichtet sind.

Es ist so mit der beschriebenen erfindungsgemäßen

Schaltanordnung eine ideale Speicherzeit von genau einer Signalperiode 16 unabhängig vom jeweiligen momentanen Meßzeitpunkt realisiert, wobei als alleinige Voraussetzung zu berücksichtigen ist, daß die zur Darstellung zu bringenden Funktionswerte y=*f(x)

kontinuierlich anfallen, daß also ein Funktionsverlauf 1 auch immer gerade dann definiert ist, wenn bei Erscheinen des Rückstellimpulses 6 ein neuer Funktionswert y=f(x) über die Signalweiche 10 abgefragt und übernommen werden soll. Zwischen dem Abfragen zweier aufeinanderfolgender Funktionswerte y.i** f(xi) und y.i+ \~f(x.i+ IJJ wird jeweils der gesamte momentane Inhalt des Schieberegisters 7 zyklisch ausgelesen und auf dem Bildschirm 14 zur Darstellung gebracht. Die Folgefrequenz der Takte 5 am Ausgang des

Impulsgenerators 4.1, die zugleich die Quantisierung der unabhängigen Variablen χ bewirkt, wird so groß gewählt, daß ein derart schnelles Umspeichern und Auslesen des Inhalts des Schieberegisters 7 erfolgt, daß die Darstellung auf dem Bildschirm 14 als stehendes Bild des Funktionsverlaufes 1 erscheint und somit ohne Schwierigkeiten optisch ausgewertet werden kann. Darüber hinaus wird bei Dimensionierung dieser Impulsfolgefrequenz das Shannon-Theorem in der

Weise berücksichtigt, daß gewährleistet ist, daß die durch Quantisierung verminderte Information dennoch wieder zu einer Reproduktion der tatsächlichen Gegebenheiten für den Funktionsverlauf 1 führt. Bei Beachtung dieser nachrichtentechnischen Grundregel 5 beträgt die Mindestfolgefrequenz für die Darstellsteuertakte 9 zum Umsteuern des Schieberegisters 7 den Wert: (Bandbreite der eingespeicherten Information) mal (Anzahl η der Zellen des Schieberegisters plus Eins).

In Fig.4 ist eine Ergänzung der Schaltanordnung gemäß Fig. 1 angegeben,um gewisse Einschränkungen, die derjenigen gemäß F i g. 1 noch zu eigen sind (und bei den meisten Anwendungsfällen dieser Vorrichtung auch nicht störend in Erscheinung treten), auch noch zu eliminieren. So war für die Schaltanordnung gemäß F i g. 1 vorausgesetzt, daß die Funktionswerte y— f(x) kontinuierlich anfallen, damit bei Erscheinen des Rückstellimpulses 6 auch eine Information an der Signalweiche 10 vorliegt. Im Hinblick auf das schnelle Auslesen des Inhalts des Schieberegisters 7 war außerdem vorausgesetzt, daß die Folgefrequenz der Takte 5 am Ausgang des Impulsgenerators 4.1 einen bestimmten Mindestwert für flackerfreie Darstellung auf dem Bildschirm 14 aufweist und im allgemeinen Falle — wie z. B. bei der Anwendung gemäß F i g. 3 bei der Rückstrahlortungstechnik — während der Signalperiode 16 stetig und konstant über der Zeit ist.

Häufig liegt aber in der Praxis doch auch der Fall vor, daß nur diskrete Funktionswerte y=f(x) zur Verfügung stehen, da bereits an vorgeschalteten Stellen der Signalerfassung und -verarbeitung eine Beschränkung auf diskrete Werte bezüglich der abhängigen Variablen y und der unabhängigen Variablen χ erfolgte. Dazu ist zur Anwendung dieser erfindungsgemäßen Schaltanordnung nur sicherzustellen, daß die Signalweiche 10 auch gerade dann für Aufnahme eines neuen Funktionswertes y= /jty umgeschaltet wird, wenn dieser vorliegt.

In diesem Falle wird gemäß der in F i g. 4 skizzierten erfindungsgemäß weitergebildeten Schaltanordnung, in Ergänzung zu derjenigen in F i g. 1 dargestellten, die Ansteuerung für die Signalweiche 10 und für das Impulssteuerglied 8 nun nicht aus einem freilaufenden Impulsgenerator 4.1 mit nachfolgendem Taktzähler 4.2 gewonnen, sondern diese Ansteuerung wird als Steuersignal 29 zusätzlich oder imolizit mit der unabhängigen Variablen χ eingespeist. Dadurch ist gewährleistet, daß immer dann, wenn — z. B. in unregelmäßiger Folge, also zeitlich nicht kontinuierlich — ein neuer Funktionswert y.j= f(x.j) erscheint, dieser zwangsweise in das Schieberegister 7 übernommen und auf dem Bildschirm 14 als jüngster aktueller Wert zur Darstellung gebracht wird.

Um diese Zelle 7.j für den jüngsten Funktionswert y-j-f(x-j) im Schieberegister 7 aufzufinden, wird der Zahlenwert, der im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 durch den Taktzähler 4.2 ermittelt wurde, nun direkt vom Funktionswertgeber 2' als die unabhängige Variable x.j zusammen mit der zugeordneten abhängigen Variablen y.j übermittelt und gemäß dieser Information die zugehörige Zelle 7.j für das Einspeiehern angesteuert. Dabei ist davon ausgegangen, daß der Wert der abhängigen Variablen y.j so lange ansteht, bis ein neuer Funktionswert y.k**f(x.k) erscheint, wie es bei der Analog-Digital-Verschlüsselung von Abtastwerten mittels Abtast-Haltegliedern (z. B. in bekannter Weise durch einen Integrator mit Halteschaltung) üblicherweise bereits der Fall ist; andernfalls wird dem Analog-Digital-Wcndler 17 diese Halteeigenschaft zusätzlich zugeordnet. Der Taktzähler 4.2 ist also nicht mehr als Bestandteil eines Funktionswertgebers 2' zu betrachten.

Ein separater Bildfrequenzgenerator 30 wird freilaufend mit einer für die Darstellung optimalen Frequenz für die Folge der Darstellsteuertakte 9 zum Umspeichern und damit Auslesen des Inhalts des Schieberegisters 7 betrieben, bis zu irgendeinem von außen vorgegebenen Zeitpunkt über Erscheinen eines neuen Funktionswertes y — f(x) eine neue abhängige Variable y relevant wird und bis das momentane Ergebnis eines die Darstellsteuertakte 9 aufzählenden Positionszählers in Form des zählenden Digital-Analog-Wandlers 15 mit der unabhängigen Variablen χ übereinstimmt. Das Einspeichern in das Schieberegister 7 wird nun durch einen von einem Paritätsgeber 31 ausgelösten Umschaltimpuls 32 gesteuert, der vorübergehend die Signalweiche 10 zur Aufnahme der neu anstehenden abhängigen Variablen yumschaltet. Im übrigen läuft die Funktion dieser Schaltanordnung in gleicher Weise ab, wie im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben, nur, daß eben nun in der Erweiterung gemäß Fig.4 die Probennahme für Funktionswerte y= f(x) völlig willkürlich und hinsichtlich irgendeines Zeitablaufes unstetig erfolgen kann.

In F i g. 4 ist außerdem eine Umsteuerleitung 33 als weitere Zusatzmöglichkeit vorgesehen, die den Bildfrequenzgenerator 30 auf eine wesentlich höhere Folgefrequenz für die Darstellsteuertakte 9 umschaltet, als für eine flackerfreie Darstellung erforderlich wäre, um einen neu anstehenden diskreten Funktionswert y.k= f(x.k)m\l minimaler Verzögerung einspeichern und darstellen zu können, um also das Schieberegister 7 bis zum Erreichen der zugehörigen Zelle 7.Jt extrem schnell umzuspeichern.

Das Impulssteuerglied 8, das gemäß dieser Erfindung von der zentralen Bedeutung ist, kann im einfachsten Falle, wie in F i g. 5 skizziert, aus einem ODER-Glied 34 bestehen, wenn nämlich der Taktzähler 4.2 so aufgebaut ist, daß an seinem Ausgang ein Rückstellimpuls 6 immer ohne Überlappung zwischen dem n-ten und dem (/?+1)-ten Takt 5 erscheint.

Im Rahmen dieser Erfindung kann es besonders hinsichtlich der Anwendung bei willkürlicher Probennahme und Zusammensetzen zu einem Funktionsverlauf auch vorteilhaft sein, ein in der Umspeicherrichtung umschaltbares Schieberegister und dementsprechend einen vorwärts-rückwärts-zählenden Digital-Analog-Wandler einzusetzen, wenn es gilt, häufige Probennahmen in optimal kurzer Zeit auf einen eng quantisierter Funktionsverlauf zu übertragen. Im Zusammenwirker mit dem Paritätsgeber wird dann eine Optimierungslo gik jeweils bei Datenanfall feststellen, bei welchei Umspeicherrichtung die zugehörige Zelle im Schiebere gister schneller erreicht wird. Schließlich ist das WestM dieser Erfindung nicht auf ihren hier beschriebenei typischen Anwendungsfall, die Darstellung von Funk tionsverläufen für einen Betrachter, beschränkt; weiten wichtige Anwendungsfälle liegen auf dem allgemeine Gebiete der Datentechnik, z. B. zum Ordnen eine Funktionsverlaufes vor geschlossener Übergabe in di weitere Datenverarbeitung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltanordnung zum synchronisierte Darstellen einer Folge von diskreten Funktionswerten periodischer oder getriggert ablaufender Funktionsverläufe für jede Meßperiode über ihren unabhängigen Variablen in einem Darstellungsbereich auf einem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, wobei ein Funktionswertgeber zur Quantisierung des Darstellbereichs einer Meßperiode in η Quantisierungsstufen synchron mit der unabhängigen Variablen eine Anzahl von η Funktionswerten liefert, die π unabhängigen Variablen zugeordnet sind, und wobei die Funktionswerte über einen steuerbaren Schalter in einen rückkoppelbaren Speicher mit π Zellen einlesbar sind, dessen Takteingang mit Taktimpulsen aus dem Funktionswertgeber, die den Quantisierungsstufen entsprechen, beaufschlagt ist, und die Folge der Funktionswerte nach Zwischenspeichern der einen Ablenkeinheit und die unabhängigen Variablen der anderen Ablenkeinheit der Kathodenstrahlröhre zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signaleingang (Eingang 7 b) des Speichers (Schieberegister 7) mit der Ablenkeinheit {\2y) für die Funktionswerte y verbunden ist, daß der Schalter (Signalweiche 10) während der Dauer von η Taktimpulsen (Darstellsteuertakte 9) auf eine Rückkoppelleitung (13) des Speichers (Schieberegister 7), beim (n+l)-ten Taktimpuls (Rückstellimpuls 6) auf den Ausgang des Funktionswertgebers (2) zur Übernahme des nächsten Funktionswertes y umschaltbar ist und beim nächsten Taktimpuls wieder für η Taktimpulse (Darste)lsteuertakte 9) auf die Rückkoppelleitung (13) zurückschaltbar ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

a) für jede der darzustellenden digitalisierten Funktionswerte (y) über einer gemeinsamen unabhängigen Variablen (x) nur ein Schieberegister (7) pro Bit als Speicher mit einer Anzahl (n) von Zellen (7.1... 7.n), die der Anzahl (n) darzustellender diskreter Funktionswerte 0-=/[*]) des Funktionsverlaufs (1) über eine Meßperiode (16) gleich ist,

b) ein Impulssteuerglied (8) für Taktimpulse als Darstellsteuertakte (9), dessen Ausgang sowohl mit dem Takteingang für eine Schiebeleitung (7a) des Schieberegisters (7) als auch — über einen zählenden Digital-Analog-Wandler (15) mit Rückstellung nach jeweils der gleichen Anzahl (n) von Darstellsteuertakten (9) — mit der Ablenkeinheit (12x) für Darstellung der unabhängigen Variablen (x) während je einer Meßperiode (16) verbunden ist,

c) einen Impuls- (4.1) oder Bildfrequenzgenerator (30) im Funktionswertgeber (2), dessen Ausgang sowohl mit einem Eingang des Impulssteuergliedes (8) als auch mit dem Eingang eines Taktzählers (4.2) verbunden ist, welcher eine Rückstelleitung (4.2a) zum Rückstellen in seine Zählanfangsstellung mittels eines RücksteSlimpuises (6) nach Aüfsünimierer. von einer der Anzahl (n) von Zellen gleichen Anzahl (n) von Takten (5) aufweist, wobei die Rückstelleitung (4.2a) außerdem mit einem zweiten Eingang des Impulssteuergliedes (8) verbunden ist, das die Folge von Takten (5) und den Rückstellimpuls

(6) jeder Meßperiode addiert,

d) einen eingangsseitig mit der Rückstelleitung (4.2a) des Taktzählers (4.2) verbundenen, jeweils während einer dargestellten Me3periode (16) dieselbe Anzahl (n) von Rückstellimpulsen (6) des Taktüählers (4.2) aufaddierenden Verschiebezähler (18) und

e) eine Signalweiche (10) als Schalter, die ausgangsseitig sowohl mit dem Eingang (7b) des Schieberegisters (7) als auch, gegebenenfalls über einen Digital-Analog-Wandler (11), mit der Ablenkeinheit (i2y) für Darstellung der Funktionswerte (y\ ferner über einen zweier Eingänge mit der Rückkoppelleitung (13) des Schieberegisters (7) verbunden ist, sofern sie nicht — gesteuert durch den Funktionswertgeber (2) aus .K-Geber (3) und x-Geber (4) gerade über seinen zweiten Eingang, gegebenenfalls über einen Analog-Digital-Wandler (17), mit dem y-Geber (3) für den momentanen Funktionswert (y) des darzustellenden Funktionsverlaufes (1) verbunden ist

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, insbesondere für Darstellen von Funktionsverläufen über einer stetig ablaufenden unabhängigen Variablen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellimpuls (6) des Taktzählers (4.2) zugleich ein Umsteuerimpuls für die Signalweiche (10) ist.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 2 oder 3, insbesondere für Darstellen getriggerter Funktionsverläufe, gekennzeichnet durch einen mit dem Rückstellausgang des Verschiebezählers (18) verbundenen Impulsgenerator (28), der ausgangsseitig sowohl den Impulsgenerator (4.1) des ^-Gebers (4) startet, als auch einen Sendewandler (23) erregt, und einen mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers (17) verbundenen Empfangswandler (25) als y-Geber (3) für die abhängige Variable (y).

5. Schaltanordnung nach Anspruch 2, insbesondere für über der unabhängigen Variablen nicht kontinuierliche und/oder unstetige Funktionsverläufe, deren jeweilige Funktionswerte nacheinander nach Art von Abtast-Haltewerten dieser Schaltanordnung vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der x-Geber (4) im Funktionswertgeber (2) und der zählende Digital-Analog-Wandler (15) mit einem Paritätsgeber (31) verbunden sind, der die Signalweiche (10) bei Parität auf den Ausgang des y-Gebers im Funktionswertgeber (2) schaltet.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Umschaltung des Bildfrequenzgenerators (30) von für das Darstellen des Funktionsverlaufs (1) optimaler Folgefrequenz der Takte (5) auf maximale Folgefrequenz, sobald eine neue unabhängige Variable (x) vorgegeben ist, bis Parität im Paritätsgeber (31) erreicht ist.