DE2058682A1

DE2058682A1 - Mehrstufiger Zaehler

Info

Publication number: DE2058682A1
Application number: DE19702058682
Authority: DE
Inventors: Krebs Peter Eric
Original assignee: Solartron Electronic Group Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1969-12-01
Filing date: 1970-11-28
Publication date: 1971-12-02
Also published as: DE2058682B2; FR2072643A5; GB1272860A; US3673390A

Description

Pcrfenianwälie 2058

Dr.-Ing, Wilhelm Reicliel
Dipl-Ing. Wolfgang EgmI

6 Fiankiuri a. M. 1
Parkstraße 13

6510

THE SOLARTRON ELECTRONIC GROUP LIMITED, Farnborough, England

Mehrstufiger Zähler

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Impulszähler und befaßt sich mit Einrichtungen, die zum dynamischen Auslesen mehrstufiger Zähler und auch für Rechenzwecke verwendet werden können. Ein mehrstufiger Zähler ist ein Zähler mit mehreren hintereinandergeschalteten Stufen, z.B. Dekadenstufen, von denen jede den Stellenwert oder die Ziffer einer Stelle einer Zahl in einem Zahlensystem mit der Basis η zählt, wobei η größer als zwei und gewöhnlich gleich 10 ist. Jede Zählerstufe besteht aus mehreren binären Stufen, die-jedoch im folgenden "Binärschaltungen" genannt werden, um eine Verwechslung mit den Zählerstufen zu vermeiden. Ferner wird im folgenden der Ausdruck "Ziffer" stets für eine Ziffer in dem System mit der Basis η verwendet. Mit "Ziffer" ist also kein "Bit" gemeint.

Unter einer ".dynamischen" Auslese- oder Ausgabeeinrichtung soll eine Auslese- bzw. Ausgabeeinrichtung verstanden werden, die im Zeitmultiplex-Betrieb (oder mit Zeitbündelung bzw. Zeitaufteilung) arbeitet, um Bauteile einzusparen. Dabei teilt sich im wesentlichen ein einziger Datenübertragungskanal zeitlich in alle Stufen, d.h. er bedient alle Stufen

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nacheinander und kann nur eine Ziffer übertragen. Er enthält ferner Stellenleitungen, die jeweils die Zählerstufcn identifizieren. Wenn die Übertragung beim Auslesen zu Neon-Anzeigeröhren erfolgt, enthält der Datenübertragungskanal η Leitungen, und zwar jeweils eine Leitung für einen Ziffernwert, von denen jede mit der entsprechenden Kathode jeder Neon-Röhre verbunden ist, während die Stellenleitungen jeweils mit den Anoden der jeweiligen Röhren verbunden sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art der Auslosung bzw. Ausgabe beschränkt. Im weitesten Sinne ist mit Auslesen oder Ausgeben die Übertragung der Daten vom Zähler zu irgendeinem anderen Gerät, z.B. einem Anzeigegerät, einem Drucker, einem Rechner oder einem anderen Zähler oder Register, gemeint.

Es sind zwei Arten dynamischer Ausgabeeinrichtungen bekannt. Bei der einen Einrichtung, die als Ziffernabtasteinrichtung bezeichnet werden kann, werden alle Stufen des Zählers gleichzeitig zyklisch weitergeschaltet, und die Ziffer in dem Datenübertragungskanal wird ebenfalls zyklisch weitergeschaltet. Wenn irgendeine Zählerstufe einen vorbestimmten Zustand bzw. Zählerstand durchläuft (z.B. die Zahl 9, sofern es sich um Dekadenstufen handelt) wird der entsprechenden Stellenleitung ein Signal zugeführt, das anzeigt, daß der augenblickliche Ziffernwert in dem Datenübertragungskanal zu der betreffenden Stufe gehört. Die Ziffernabtasteinrichtung ist einfach herzustellen, hat jedoch mehrere Nachteile, Wenn man von Zählern mit großem Zählbereich (mehr als zehn Stufen) absieht, ist der Nutzungsfaktor der Stellenleitungen schlecht im Verhältnis zu der "Stufenabtasf-Einrichtung, die noch beschrieben wird. Es werden häufig mehr als eine Stellenleitung gleichzeitig erregt (so werden sogar alle gleichzeitig erregt, wenn die Ziffern des Zählerstandes alle gleich sind), so daß die an die Einrichtung gestellten

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BAD ORIGINAL

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Anforderungen hinsichtlich der Betriebsstromlieferung, z. B. für die Neon-Anzeigeröhren, starken Schwankungen unterliegen.

Bei dem Stufenabtastsystem werden die Stufen praktisch nacheinander abgetastet. Die Stellenleitungen werden dementsprechend nacheinander erregt (so daß starke Betriebsstromschwankungen vermieden werden), und jedesmal wenn eine Leitung erregt (d.h. eingeschaltet) ist, erscheint die Ziffer der entsprechenden Stufe in dem Datenübertragungskanal. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zähleinrichtung: zu schaffen, die besser als dynamische Stufenabstast-Äusgabeeinrichtung· . verwendet v/erden kann.

Ausgehend von einem mehrstufigen Zähler mit ρ hintereinandergeschalteten Stufen, von denen jede einer Stelle einer Zahl in einem Zahlensystem mit der Basis η zugeordnet ist, wobei η größer-als zwei ist und jede Zählerstufe aus m binären,Schaltungen besteht, wird dies nach der Erfindung erreicht durch ein Schaltnetz, das derart betreibbar ist, daß es die Anordnung der binären Schaltungen derart umschaltet, daß sie einmal einen mehrstufigen Zähler und zum anderen ein binäres Schieberegister bilden, eine- Vorrichtung, die den Schieberegisterstufen Schiebeimpulse zuführt und auf aufeinanderfolgende Gruppen aus m Schiebeimpulsen derart anspricht, daß sie die gezählten Ziffern durch die Stufen hindurchschiebt, und eine an eine Stufe angeschlossene Vorrichtung zum dynamischen Ausgeben der Ziffern, während sie nacheinander in diese eine Stufe geschoben werden.

Dieser Zähler ist verhältnismäßig einfach und besonders zur Ausgabe bzw. Ablesung mit Nullpunkt- in der Mitte geeignet,

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d.h. wenn ein im Bereich von 0 bis N liegender Impulszählwert bei der Ausgabe in eine Zahl umgesetzt werden soll, die in dem Bereich von -N/2 bis N/2 liegt, z.B. wenn der Zähler das digitale Meßergebnis eines digitalen Voltmeters liefert. Dies ist jedoch nicht das einzige Anwendungsgebiet der Erfindung.

Wie bereits erwähnt, kann der Zähler auch für Rechenzwecke verwendet werden. Jede Gruppe aus m Impulsen verschiebt die Ziffern um eine Stelle und multipliziert oder dividiert die Zahl daher mit bzw. durch n, je nachdem, in welcher Richtung " die Verschiebung erfolgt. Wenn alle Ziffern erhalten bleiben sollen, kann das Schieberegister als Umlaufregister geschaltet sein. Nach ρ · m Schiebeimpulsen erscheint wieder dieselbe Zahl im Zähler wie die, die im Zähler gespeichert war, bevor die Anordnung zu einem Schieberegister umgeschaltet wurde.

Die Stufe des Zählers, in der die Ziffern nacheinander verschoben werden, kann beispielsweise die höchststellige Stufe sein, und die, in dieser Stufe erscheinenden Ziffern werden nacheinander ausgegeben und können auch für Rechenzwecke modifiziert werden. Es läßt sich jedoch auch auf einfache Weise b erreichen, die Ziffern nacheinander in ein anderes Gerät zu übertragen, z.B. zur Durchführung einer dynamischen Ausgabe. Die Stellenwertigkeit der Ziffern ergibt sich anhand der Reihenfolge, in der sie in der betreffenden Stufe erscheinen, doch ist es gewöhnlich zweckmäßig, die Ziffern in an sich bekannter Weise durch Stellenleitungen zu identifizieren. Die Erfindung ist daher durch einen Stellenzähler, der derart ausgebildet ist, daß er die Schiebeimpulse um einen Faktor m herunterzählt und ρ Stellenleitungen nacheinander als Antwort auf die aufeinanderfolgenden Gruppen aus m Impulsen erregt, weitergebildet. Vorzugsweise enthält der

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Stellenzähler einen p-stufigen Ringzähler, dem eine l:m-Teilerschaltung folgt.

Die Ausgabeimpulse können als eine gleichförmige Impulsfolge auftreten, . und in diesem Falle werden die Gruppen aus m nur operativ in der Einrichtung identifiziert. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, die Impulse so zu gruppieren, daß sie in einer Folge auseinanderliegender Gruppen mit jeweils m zusammengedrängten Impulsen auftreten.

Die Erfindung läßt sich besonders einfach verwirklichen, wenn die Zählerstufen bereits einzelne Schieberegister enthalten, weil dann lediglich an den Eingängen und Ausgängen der Stufen, eine Umschaltung durch das Schaltnetz durchgeführt zu werden braucht. Ein Beispiel wird nachstehend beschrieben, bei dem die Stufen Dekadenstufen (n = 10) sind, die aus 5-Bit-Schieberegistern (m = 5) bestehen, die in der an sich bekannten Johnson-Ring-Anordnung zum Zählen geschaltet sind. Es wird auch gezeigt, wie Komplemente von Zahlen auf einfache Weise ausgegeben werden können, um eine Anzeige mit Nullpunkt in der Mitte zu ermöglichen.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand einer Zeichnung ausführlicher beschrieben, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Form eines Blockschaltbildes darstellt.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel enthält umschaltbare Schieberegister, und zum besseren Verständnis sind als Schaltnetz elektromechanische Schalter dargestellt. Dem· Fachmann ist es jedoch ohne weiteres möglich, diese durch "logische¹¹ Schaltkreise-zu ersetzen und die gesamte Zähl- und Ausgabeeinrichtung in Form einer integrierten Schaltung auszubilden. Die Einzelheiten des Schaltungsaufbaus können

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offensichtlich so geändert werden, wie es für einen integrierten Schaltungsaufbau am günstigsten ist.

Der Zähler enthält ρ Dekadenstufen 1O₁, 10_o bis 10 . Die Indizes 1 bis ρ werden nur verwendet, wenn es zur Unterscheidung der Stufen erforderlich ist. Jede Stufe 10 besteht aus einem 5-Bit-Schieberegister, dessen Ausgang 11 über einen Inverter 13 (auch Umkehrstufe oder NICHT-Glied genannt) und einen Umschalter 14 zum Eingang 12 des Schieberegisters zurückgekoppelt ist. Bei der dargestellten Stellung der Schalter 14 stellt daher jede Zählerstufe einen herkömmlichen Johnson-Ring dar, und wenn dem Takteingang 15 eines Registers Impulse zugeführt werden, durchläuft es 'zyklisch die in der folgenden Tabelle angegebenen Zustände:

Impulsanzahl	Registerzustand	Neuner Komplement des Registerzustands
		00011
1	10000	00111
2	11000	01111
3	11100	11111
4	11110	11110
5	Hill	11100
6	01111	11000
7	00111	10000
8	00011	00000
9	00001	Ό0001
0	00000

Bei Betrieb als Zähler werden die Eingangsimpulse einem Anschluß 16 zugeführt, der mit dem Takteingang 15 der Stufe 1O₁ über ein ODER-Glied 17 verbunden ist. Die Stufe 1O₁ hat einen 9-Erkennungsausgang 18, der mit dem Takteingang 15 der Stufe 10_o über ein weiters ODER-Glied 17 verbunden ist, so daß jedesraal dann, wenn die Stufe 1O₁ von'dem Impulszählwert 9 auf

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-Ί Ο übergeht, dem Takteingang der Stufe 10 ein Übertragimpuls zugeführt wird» Die Stufen sind in ähnlicher Weise bis zur höchststelligen Stufe 10 hintereinandergeschaltet. Da diese Anordnung an sich bekannt ist, wird sie hier nicht ausführlicher beschrieben.

Wenn die Schalter 14 umgeschaltet sind, sind alle Johnson-Ringe unterbrochen. Stattdessen sind die 5-Bit-Schieberegister zu einem großen Schieberegister (mit 5p Bits) verbunden. Für Rechenzwecke oder zur dynamischen Ausgabe werden einem Anschluß 19 Schiebeimpulse, vorzugsweise in auseinanderliegenden Stößen oder Schüben mit je fünf Impulsen zugeführt. Der Anschluß 19 ist mit allen ODER-Gliedern 17 verbunden, so daß die ersten fünf Ausgabeimpulse die in der Stufe 10 - enthaltene Ziffer in die Stufe "10 , die nächsten fünf Ausgabeimpulse die ursprünglich in der Stufe 10

enthaltene Ziffer in die Stufe 10 usw. verschieben. V/enn

P
zerstörungsfrei ausgelesen werden soll, wird beim Umschalten der Schalter 14 ein Schalter 20 geschlossen. Wenn der Schalter 20 geschlossen ist, ist der Ausgang 11 der Stufe 10 mit dem Eingang 12 der Stufe 10- verbunden. Nach ρ · m (in diesem Ausführungsbeispiel ist m = 5) Ausgabeimpulsen, steht die vor Beginn der Ausgabe im Zähler enthaltene Zahl wieder in dem Zähler.

Andere Schalter 22 und 23 können mit den Anschlüssen 16 und 19 verbunden und so ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig mit den Schaltern 14 betrieben werden, um die Zuführung von Ausgabeimpulsen im Zählbetrieb und die Zuführung von Zählimpulsen im Ausgabebetrieb zu verhindern.

Wenn diejenige Dekade markiert werden soll, deren Inhalt sich gerade in der Stufe 10_ befindet, werden die Ausgabeimpulse auch einem p-stufigen Ringzähler 24 über eine 1:5-

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Teilerschaltung 25 zugeführt, wobei die Stufen des Ringzählers mit Stellenleitungen 26 , 26 ^ ... 26^ verbunden sind. Es kann dafür gesorgt sein, daß der Zähler zurückgesetzt wird, um die pte Stufe zu markieren, wenn die Schalter 14 umgeschaltet sind. Der Zähler 24 ist jedoch nicht wesentlich. Die verschiedenen Dezimalziffern werden anhand der Reihenfolge identifiziert, in der sie in der Stufe erscheinen.

^ Zum dynamischen Ausgeben erfolgt die Ausgabe des Inhalts der Stufe 10 über fünf Leitungen 27a bis 27e, die jeweils mit den fünf Binärschaltungen der Stufe 10 verbunden sind und jeweils die fünf Bits des Johnson-Codes übertragen. Durch Vertauschen des ersten und vierten Bits des Codes und des zweiten und dritten Bits und Invertierung des fünften Bits ist es möglich, das Komplement auszugeben. Dementsprechend ist der Datenübertragungskanal 27 über Schalter 29 und einen Inverter 30 mit einem weiteren Datenübertragungskanal 28 verbunden. Wenn die Schalter 29 die dargestellte Stellung einnehmen, werden die wahren Ziffern über den Kanal 23 geleitet. Wenn die Schalter dagegen umgeschaltet sind, erscheint das Neuner-Komplement der Ziffer im Kanal 28.

Der Kanal 28 ist über einen Dekodierer 32, der den Johnson-Code in einen l-aus-10-Code umsetzt, mit einem aus zehn Leitungen bestehenden Kanal 31 verbunden. Der Kanal 31 kann beispielsweise mit den Kathoden von ρ Neon-Anzeigeröhren verbunden sein, wobei die Leitungen 26 jeweils mit den Anoden der Röhren verbunden sind.

Um eine Ausgabe bzw. Anzeige mit Nullpunkt in der Mitte zu ermöglichen, kann der Zähler 10- bis 10 zunächst auf N/2 eingestellt sein, mit N = 10^p+ , wobei eine Schaltung 33

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vorgesehen ist, di@ anspricht, wenn alle Stufen IQ eine 9 enthalten, und $abpi eineii Impuls addiert, um den Zähler auf null weiterzu^ehalten. Der Zähler zählt nur vorwärts, und bevor nicht alle Stufen eine 9 enthalten, wird die Ausgabe bei Steuerung der Umschaltung der Schalter 29 durch ein polaritatsbistabiles Flipflop 34 zur Komplementierung der giffern bewirkt, wobei die tatsächlich ausgegebene Ziffer als negative Ziffer behandelt wird. Wenn alle Stufen auf 9 stehen, bedeutet dies eine Null, und danach-erfolgt die Ausgabe in der dargestellten Stellung der Schalter 29, in die sie durch das Flipflop 34 zurückgestellt werden, um die wahre Ziffer darzustellen.

Rückstelleinrichtungen können dem Bedarfsfalle entsprechend ausgebildet sein. Wenn der Schalter 20 geöffnet ist, wird der Zähler schließlich gelöscht. Der Zähler kann dann auf N/2 zurückgesetzt werden, und zwar dadurch, daß einem Anschluß 35, der mit dem Takteingang 15 der Stufe 10- über ein UND-Glied 36 verbunden ist, und daß die Schalter 14 auf Zählbetrieb umgeschaltet sind, Rückstellimpulse in schneller Folge zugeführt werden. Der andere Eingang des UND-Gliedes 36 ist über einen Inverter 37 mit ,dem Ausgang 11 der Stufe 10 verbunden, und sobald die Stufe 10 auf den Zustand übergeht, in dem sie nur Einsen enthält, wird das UND-Glied 36 gesperrt*

Wie die Zeichnung zeigt, können zwei Zähler in dem gleichen Gerät verwendet werden, wobei der Inhalt des einen Zählers im Schiebebetrieb in den anderen übertragen werden kann, indem der Ausgang 11 der Stufe 10 des einen Zählers mit dem

p
Eingang 12 der Stufe 10- des anderen Zählers verbunden wird

und beiden Zähler« synchron Schiebeimpulse zugeführt werden.

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Claims

- ίο -

Patentansprüche

Mehrstufiger Zähler mit ρ hintereinandergeschalteten Stufen, von denen jede einer Stelle einer Zahl in einem Zahlensystem mit der Basis η zugeordnet ist, wobei η grosser als zwei ist und jede Zählerstufe aus m binären Schaltungen besteht, gekennzeichnet durch ein Schaltnetz (14), das derart betreibbar ist, daß es ^ die Anordnung der binären Schaltungen (10) derart umschaltet, daß sie einmal einen mehrstufigen Zähler und zum anderen ein binäres Schieberegister bilden, eine Vorrichtung (19, 23), die den Schieberegisterstufen Schiebeimpulse zuführt und auf aufeinanderfolgende Gruppen aus m Schiebeimpulsen derart anspricht, daß sie die gezählten Ziffern durch die Stufen hindurchschiebt, und eine an eine Stufe (10 ) angeschlossene Vorrichtung (32) zum dynamischen Ausgeben der Ziffern, während sie nacheinander in diese eine Stufe geschoben werden.
2. Zähler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindung (20), die das Schieberegister

^ als Umlaufregister schaltet.
3. Zähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zählerstufe (10) eine Dekadenstufe ist, die aus einem 5-Bit-Schieberegister besteht, das zu einer Johnson-Ring-Anordnung geschaltet ist.
4. Zähler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum dynamischen Ausgeben einen Dekodierer (32) enthält, der zwischen die m Schaltungen der einen Stufe und einen aus η Leitungen gebildeten Datenübertragungskanal (-31) geschaltet ist.

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- ii -
5. Zähler nach Anspruch 4, gekennzeichnet
durch Schalter (29), durch die die Verbindungen von den m Schaltungen zu dem Dekodierer (32) derart umschaltbar sind, daß eine Komplementbildung erfolgt.
6. Zähler nach einem der Ansprüche 1-5, g"e kennzeich net durch einen Stellenzähler (24, 25), der derart ausgebildet ist, daß er die Schiebeimpulse um einen Faktor m herunterzählt und ρ Stellenleitungen (26) nacheinander als Antwort auf die aufeinanderfolgenden Gruppen aus m Impulsen erregt.
7. Zähler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellenzähler einen p-stufigen Ringzähler (24) enthält, dem eine l:m-Teilerschaltung (25) nachgeschaltet ist.

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