DE2109587A1 - Impulszähler und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Description

Hewlett-Packard Company
1501 Page Mill Road
Palo Alto
Kalifornien 94304, USA

26. Februar 1971

IMPULSZÄHLER UND VERFAHREN ZU DESSEN BETRIEB

Die Erfindung betrifft einen Impulszähler und ein Verfahren zu dessen Betrieb.

Bei herkömmlichen FrequenzZählsystemen wird ein Gatter am Eingang des Zählers während einer bestimmten Zeitspanne, beispielsweise einer Sekunde, geöffnet, so daß der eintreffende Impulszug an den Zähler gelangen kann. Am Ende dieser festen Zeitspanne wird das Gatter geschlossen, und die im Zähler gespeicherte Anzahl gezählter Impulse bestimmt die Frequenz in Hz. Nachdem das Gatter am Eingang abgeschaltet worden ist, wird eine kurze Verzögerungszeit vor der Auslesung des Zählers vorgesehen, so daß die Übertragsimpulse den Zähler umschalten können und dieser sich bei der endgültigen Einstellung stabilisieren kann.

Es gibt Zählvorgänge, bei denen der eintreffende Impulszug nicht unterbrochen werden darf, da die Information von der Summe aller Impulse und nicht von deren Frequenz getragen wird. Beispielsweise wird in Laser-Interferometer-

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systemen jede Längenänderung von beispielsweise einer Viertel-Wellenlänge des Lichtes, das sind ungefähr 152 χ IO mm, durch einen Eingangsimpuls für den Frequenzzähler angezeigt. Daher würde jeder am Eingang des Zählers verlorene Impuls einen Fehler in der Entfernungsmessung von 152 χ 10 mm bedeuten. Indessen wird angestrebt, daß man den Zähler periodisch während der Aufnahme des eintreffenden Impulszuges auslesen kann. Dabei tritt das Problem auf,« den Inhalt des Zählers auszulesen, ohne den Fluß der Eingangsimpulse zum Zähler zu unterbrechen. Die Schwierigkeit besteht darin, daß bei den herkömmlichen Übertragszählern (ripple-carry counter) Fehler während der Auslesung auftreten können, da die bedeutsamsten Stellen des Zählers vor den weniger bedeutsamen Stellen zählen. Die zur Herabschaltung des Zählers durch die Übertragsimpulse erforderliche Zeit ist viel länger als das kleinste Zeitintervall zwischen zu zählenden Eingangsimpulsen. Man sagt, daß der Zählerinhalt zeitverschoben wird.

Eine Lösung besteht darin, einen schnell herabschaltenden Übertragszähler (ripple-carry counter) zu verwenden, der sich innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne von beispielsweise einer Mikrosekunde stabilisiert, und die erlaubte Geschwindigkeit der Eingangsimpulse vom Interferometer auf beispielsweise ein MHz abzusenken. Dann kann sich der Zähler stabilisieren und innerhalb eines Zeitintervalle« (1 Mikrosekunde) zwischen aufeinanderfolgenden, eintreffen-

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den Impulsen stabilisiert werden, und die Auslesung kann sicher am Ende des Zeitintervalles erfolgen,. Ein anderes Verfahren besteht darin, aufwendige Übertrag-Erkennungszähler (carry-look-ahead counter) zu verwenden, welche die Erzeugung von Übertragsimpulsen vorwegnehmen. Sie können derart aufgebaut sein, daß sie die Überträge so schnell assimilieren, wie zu zählende Eingangsimpulse aufgenommen werden, und es ist eine Auslesung ohne Zeitverschiebung möglich.

Sowohl die bei Überträgen schnell herabschaltenden Zähler als auch die Zähler mit Übertragserwartung haben Nachteile; die einen Zähler sind zu langsam und die anderen zu aufwendig.

Wechselstrom-Laser-Interferometer, die auf zwei Frequenzen arbeiten, verwenden einen vorwärts/rückwärts arbeitenden, d.h. reversiblen Zähler, der sowohl die eintreffenden Referenzfrequenzimpulse als auch die eintreffenden Vergleichfrequenzimpulse zählt und einen Zählimpuls von dem anderen abzieht, um eine Ausgangsfrequenz abzugeben, die der Frequenzdifferenz zwischen den Referenzfrequenzen und den Vergleichsfrequenzen entspricht. Derartige Vorwärts/Rückwärts-Zähleranwendungen benötigen eine Antikoinzidenzschaltung am Eingang, um beide Impulszüge richtig zu verarbeiten, so daß die aufwärtszählenden Impulse nicht zeitlich mit den abwärtszählenden Impulsen zusammen-

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fallen. Eine derartige Antikoinzidenzschaltung macht reversible Zähler komplexer und teurer als es zwei gewöhnliche aufwärtszählende Zähler für sich wären, die nach einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zählersystem zu schaffen, das die Abtastung und Auslesung eines rever-

ein

siblen Zählers ermöglicht, der Paar kontinuierlich eintreffender Impulszüge zählt, ohne irgend eine Information in den eintreffenden Impulszügen während der Unterbrechungsperiode zum Auslesen des Zählers zu verlieren. Dabei sollen die Geschwindigkeitsvorteile der Zähler mit Übertragserkennung mit der Wirtschaftlichkeit der bei Überträgen herabschaltenden Zähler (ripple-carry Counter) verbunden werden. Auch soll es möglich sein, zusätzlich ein Paar vorwärtszählende Zählkreise zum Zählen der Impulse zweier unterschiedlicher eintreffender Impulszüge sowie eine Subtraktionsschaltung zu verwenden, um den Zählimpuls des einen Zählers von demjenigen des anderen Zählers abzuziehen, um die gleiche Differenz der Zählimpulse zu erhalten, wie sie von einem komplexeren, herkömmlichen reversiblen Vorwärts/ Rückwärtszählersystem und einer Impuls-Antikoinzidenzschaltung erhalten würde.

Ausgehend von einem Impulszähler mit einem ersten Zählkreis

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zur Zählung der Anzahl von Impulsen eines eintreffenden Impulszuges wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste Einrichtung zur momentanen Unterbrechung der Eingabe des eintreffenden Impulszuges an den ersten Zählkreis, so daß sich der erste Zählkreis stabilisieren kann, eine zweite Vorrichtung zur Entnahme der Impulszahl der ersten Zählschaltung während dieses Unterbrechungszeitraumes und nach der Stabilisierungdes ersten Zählkreises und eine dritte Vorrichtung zum Zählen der Anzahl von Impulsen in dem eintreffenden Impulszug während dieser Unterbrechungsperiode vorgesehen sind, so daß die letzte Impulszahl nicht durch die Dauer dieser Unterbrechung verfälscht wird. Dabei werden herkömmliche Impulszählkreise mit verhältnismäßig langsamen Übertragungsschaltzeiten bei der Zählung kontinuierlicher Züge eintreffender Impulse verwendet, während die Impulszahl zu jeder beliebigen Zeit abgetastet werden kann. Dies erfolgt bei einer Ausführungsform durch Verwendung einer selektiven Impulsentfernerschaltung in jedem der Eingangsimpulswege zu einem reversiblen Zähler. Jeder selektive Impulsentferner ist dazu ausgelegt, eine vorbestimmte, gleiche Anzahl von Impulsen, beispielsweise 9 oder 10, von jedem Impulszug abzufangen, wobei jeder selektive Impulsentferner nach der Aufnahme des letzten Impulses der vorbestimmten Anzahl derart wirksam ist, daß er die nächsten und zukünftigen eintreffenden Impulse direkt an den reversiblen Zähler zurückführt. Da jeder selektive Impulsentfernerkreis eine identische

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Anzahl von Impulsen jedes Impulszuges zurückbewegt, ist der Ausgang des reversiblen Zählers der gleiche als wenn die Impulszüge nicht unterbrochen worden wären. Während des Zeitintervalles, indem die eintreffenden Impulszüge unterbrochen werden, hat der reversible Zähler Zeit, um ' sich zu stabilisieren und ausgelesen zu werden.

An Stelle eines herkömmlichen reversiblen Zählers,der eine Antikoinzidenzschaltung erfordert, kann ein Paar herkömmlicher Vorwärts-Zähler verwendet werden, um die beiden getrennten eintreffenden Impulszüge zu zählen, wobei der Ausgang der beiden Vorwärts-Zähler auf eine Subtraktionsschaltung übertragen wird, wo die beiden unterschiedlichen Zählungen abgezogen werden können, um denselben Zählerausgang zu ergeben wie bei einem herkömmlichen reversiblen Zähler. Da viele mit reversiblen Zählern arbeitende Systeme schon Logikschaltkreise zur Subtraktion aufweisen, kann diese verfügbare Subtraktions-Schaltung verwendet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die während der ünterbrechungsperiode eintreffenden Impulse in einem hilfsweisen Vorwärts/Rückwärts-Zähler gezählt, während der Hauptzähler sich stabilisiert und ausgelesen wird, wobei die Differenzimpulszählung von dem hilfsweisen Zähler zu einem Speicher übertragen wird, nachdem der Impulsstrom von dem hilfsweisen Zähler zum Hauptzähler zurück-

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geschickt wurde. Wenn danach der Impulsstrom zum Hauptzähler wiederum unterbrochen und zum Hilfszähler geschickt wird, kann die Stabilisierung und die Auslesung des Hauptzählers erfolgen und die Impulszählung vom Speicher wird digital zur Impulszählung im Hauptzähler addiert, um die digitale Zählung des Hauptzählers auf den neuesten Stand zu bringen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung können zwei herkömmliche Vorwärts/Rückwärts-Zähler mit Übertragsumschaltung (ripple carry up-down counter) verwendet werden, von denen der eine als der Hauptzähler und der andere als der Hilfszähler arbeitet. Nach jeder Periode, in der der Hilfszähler verwendet wurde, um die eintreffenden Impulse zu zählen, kann der Hilfszähler sich stabilisieren und seine Differenzzählung wird dann an einen Speieher übertragen. Während jeder Periode, in der der Impulsstrom zum Hauptzähler zu dessen Stabilisierung und Auslesung unterbrochen ist, wird der stabilisierte Zählerausgang des Hauptzählers der stabilisierten Hilfszählung im Speicher hinzugefügt, um einen auf den neuesten Stand gebrachten Gesamtdigitalausgang abzugeben.

Erfindungsgemäß können ein Paar Antikoinzidenzschaltkreise bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um die im Hilfszähler während der Stabilisierungs- und Ausleseperiode des Hauptzählers gespeicherten Impulse zusammen mit dem

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StromJ3intreffen_der Impulse zum Hauptzähler nach jeder Unterbrechungsperiode zurückzuführen, wodurch der Hauptzähler vor der nächsten Stabilisierungs- und Ausleseperiode auf den neuesten Stand gebracht werden kann.

Zusammengeht handelt es sich also um ein Impulszählsystem zur Bestimmung der Differenz zwischen den Impulsen zweier kontinuierlicher, eintreffender Impulszüge mit einem Vorwärts/Rückwärts- Zähler, wobei der Impulsfluß zum Zähler unterbrochen wird, um dem Zähler Zeit zur Stabilisierung und Auslesung zu geben. Dabei sorgt die Zählvorrichtung für die Zählung der unterbrochenen Impulse, um einen Informationsverlust zu vermeiden. Bei einer Ausführungsform wird bei jedem der Vorwärtsimpulse und Rückwärtsimpulse der Impulszüge eine gleiche Anzahl von Impulsen unterbrochen, so daß keine Information im Zähler verloren geht. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Impulse in einem Hilfs-Vorwärts/Rückwärts-Zähler gezählt und der Impulsunterschied wird vom Hilfszähler aufgenommen und digital zu den Impulsen des Hauptzählers hinzugezählt, nachdem der Hauptzähler ausgelesen worden ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Differenzimpulszahl in der Unterbrechungsperiode im Hilfszähler gehalten und der Ausgang des Hauptzählers und des HilfsZählers digital addiert,um den Zählerausgang zu ergeben. Wiederum bei einer anderen Ausführungsform werden Antikoinzidenzschaltungen und Gatter verwendet, um die

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unterbrochenen Impulse jeweils nach der Auslesung des Hauptzählers zur Vervollständigung der Addition vom Hilfszähler zum Hauptzähler zu leiten. Auch können zwei Vorwärts/ Rückwärts-Zähler sowie eine Subtraktionsschaltung verwendet werden, um die Funktionen eines reversiblen Zählers bzw. eines Vorwärts/Rückwärts-Zählers und einer Antikoinzidenzschaltung auszuführen.

Im folgenden.werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert; es stellen dar

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Zählersystemes für ein Interferometer mit zwei Frequenzen;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines selektiven Impulsentferner systemes einerAusführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Form einer selektiven Impulsentfernerschaltung;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Systemes mit zwei Vorwärts/ Rückwärts-Zählern an Stelle des herkömmlichen reversiblen Zählers;

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung, das einen Hilfs- Vorwärts/Rückwärts-Zähler zur Zählung der unterbrochenen Impulse aufweist;

Fig. 5A ein Impulsdiagramm, das die Zeitverhältnisse der Impulse nach Fig.5 wiedergibt;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit zwei Vorwärts/Rückwärtszählern mit Übertrags-Herabschaltung des Zählers zur Aufrechter-

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haltung der Zählung der unterbrochenen Impulse;

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer anderen Ausfuhrungsform, bei der eine neue Vorrichtung zur Rückführung der unterbrochenen Impulse zur Hauptzählschaltung vorgesehen ist;

Fig. 7A ein Impulsdiagramm, das die Zeitverhältnisse der Impulse nach Fig. 7 wiedergibt.

Fig. 1 stellt ein Blockdiagramm eines Wechselstrom-Laser-InterferometersySternes mit ,zwei Frequenzen dar, wie es in dem USA Patent 3 458 259 erläutert ist, das am 29. Juli 1969 unter dem Titel " Interferometrie System" für Alan S. Bagley ausgegeben wurde. Der Ausgang des Laser-Interferometers Il weist ein Paar Radiofrequenzsignale, eine Referenzfrequenz f und eine Vergleichs- oder Meßfrequenz f auf. Die Referenzfrequenz f ist eine konstante Frequenz von beispielsweise 2 MHz und die Vergleichsfrequenz f variiert nach Maßgabe der Längenänderung der mit dem Interferometer gemessenen Entfernung. Wenn sich keine Längenänderung ergibt, ist f =. f = 2MHz, während f größer oder kleiner als 2 MHz ist, wenn die gemessenen Längen zunehmen oder abnehmen. Beispielsweise ändert sich f um 1 Hz bei jedem Ring oder jeder Viertelwellenlänge der LichtSchwankung in der gemessenen Entfernung pro Sekunde.

Die beiden Frequenzen £ und f werden an einem Vorwärts/

^- er

Rückwärts-Zähler (reversiblen Zähler) 12 übertragen, der die eine Frequenz vorwärtszählt und die andere rückwärts-

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zählt, wobei am Ausgang des Zählers die Entfernung in Ringen erscheint.

Das Ausgangsignal des Zählers 12 wird an einen Tischrechner oder Computer übertragen, wo der Zählerausgang in Längen umgerechnet wird, die beispielsweise in Millimetern gemessen werden, oder es kann die Geschwindigkeit der Entfernungsänderung in mm/Sekunde gemessen werden. Diese berechneten Werte werden dann auf eine digitale Anzeigevorrichtung 14 übertragen, wo die Werte auf einer Reihe von Bildröhren zur Beobachtung dargestellt werden. Bei dieser Vorrichtung ist es wichtig, daß keine der Perioden der beiden einkommenden Frequenzen f und f verloren wird, da dies zu einer Ungenauigkeit in der Ablesung der Entfernung führen würde. Indessen wird angestrebt, daß der Zähler während der Zeit ausgelesen werden kann, in der die kontinuierlichen Impulszüge gerade vom Zähler 12 empfangen werden. Diese Auslesung könnte erreicht werden, indem die Geschwindigkeit von f und f auf 0,5 MHz oder weniger herabgesetzt würde und indem man einen schnellen Zähler mit übertragsumschaltung für den reversiblen Zähler 12 verwenden würde. Andererseits könnten die Frequenzen f und f bei 2 MHz belassen werden, und man könnte teuere Zähler mit Übertragserkennung verwenden.

Fig. 2 und 3 stellen ein System dar, bei dem ein herkömm-

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licher langsam reversibler Zähler mit iibertragsumschaltung verwendet werden kann und bei dem die eintreffenden Impulse unterbrochen werden, ohne Information zu verlieren. Dieses System weist ein Paar selektiver Impulsentfernerkreise 15 und 16 auf, die mit einer Zeitgeber-Logikschaltung 17 verbunden sind. Der selektive' Impulsentferner 15 ist im Wege des Impulszuges f angeordnet, während der selektive Impulsentferner 16 im Eingangsweg der Referenzfrequenz f liegt. Die Ausgänge der selektiven Impulsentferner sind mit den beiden Eingängen eines herkömmlichen, langsamen Vorwärts/Rückwärts-Zählers 12 mit übertragsumschaltung verbunden, der seine eigene Impuls-Antikoinzidenzschaltung aufweist.

Wenn die jeweilige Zählung des Zählers 12 abgetastet werden soll, überträgt die Zeitgeberschaltung 17 einen Übertragsimpuls an die beiden Impulsentferner 15 und 16. Diese Impulsentferner unterbrechen eine vorbestimmte Anzahl eintreffender Impulse in jedem der Impulszüge f und f , wobei eine typische Impulszahl 9 oder 10 ist. Nach dem Empfang des letzten Impulses der vorgewählten Anzahl bewirkt dann der selektive Impulsentferner, daß die folgenden Impulse direkt zum Eingang des Zählers 12 übertragen werden. Da jeder Impulsentferner 15 und 16 dieselbe Anzahl von Impulsen jedes Frequenzzuges unterbricht, ist der Ausgang des Zählers 12 dergleiche,als wenn die vorbestimmte Anzahl

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von Impulsen jedes Zuges in dem herkömmlichen Vorwärts/ Rückwärts-Zähler 12 abgezogen worden wäre. Daher wird durch die Entnahme dieser gleichen Anzahl von Impulsen jedes Zuges keine Information verloren.

Fig. 3 stellt ein System zvx Ausführung der Funktionen des selektiven Impulsentferners dar. Der selektive Pulsentferner 15 umfaßt einen Dekadenzähler 18, einen Multivibratorkreis 19 und drei Gatter 21, 22 und 23. Falls die Ausgangszählung des reversiblen Zählers ausgelesen werden soll, wird ein übertragungsimpuls an den Dekadenzähler 18 abgegeben, der den Dekadenzähler auf den dezimalen Nullzustand zurückstellt, wobei auf die Leitung 24 ein Signal zur Zustandsänderung gegeben wird, so daß der Multivibrator (Flip-Flop) 19 bei der Aufnahme des nächsten Eingangssignales f eingestellt wird. Der Multivibrator schließt das Gatter 21, so daß der Impulszug f nicht die Dekadenzähler 25 erreichen kann. Der Multivibrator öffnet auch das Gatter 22, so daß die nächsten eintreffenden Impulse des Impulszuges f zum Dekadenzähler 18 gelangen.

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Der Dekadenzähler 18 zählt die nächsten acht Impulse und öffnet beim Empfang des achten Impulses das Gatter 23 und läßt auch den Multivibrator 19 bei der abfallenden Flanke des neunten Impulses das Gatter 21 öffnen und das Gatter 22 schließen, so daß die zehnten und nachfolgenden Impulse direkt durch das Gatter 21 zu den Dekadenzäh-

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lern 25 übertragen werden.

Während des UnterbrechungsZeitraumes der Impulse können die Dekadenzähler 25 nicht durch Übertragsimpulse herabgeschaltet und stabilisiert werden. Der neunte Impuls des Impulszuges f wird durch das Gatter 23 an ein Schieberegister 26 weitergegeben, so daß die Zählung in den Dekadenzählern in Parallelausgabe an das Schieberegister und dann nachfolgend an das Rechnersystem übertragen wird.

Der selektive Pulsentferner 16 wirkt auf den Impulszug f in ähnlicher Weise, um neun Impulse dieses Impulszuges zu entfernen, und es ergibt sich kein Informationsverlust am Ausgang des reversiblen Zählers, da beide reversible Impulsentferner die gleiche Anzahl von Impulsen entfernen.

In Fig. 4 ist ein System dargestellt, in dem herkömmliche, langsame Vorwärtszähler 27, 28 mit übertragsumschaltung" an Stelle des herkömmlichen, langsamen Vorwärts/Rückwärts-Zählers .12 mit Übertragsumschaltung (carry ripple counter) verwendet werden können. Der herkömmliche Vorwärts/Rückwärtszähler 12 weist als Teil seiner Schaltung eine Antikoinzidenzschaltung auf. Die Anordnung nach Fig. 4 mit zwei Aufwärtszählern benötigt eine derartige Schaltung nicht und, da das Interferometersystem schon im Computer eine Subtraktionsschaltung aufweist, ist die durch die beiden Vorwärtszähler verwendete Subtraktionsschaltung

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schon erhältlich. Die Frequenzen f und f werden beide vorwärtsgezählt, die Summen werden parallel übertragen an Schieberegister 29 und 31/ und die Ausgänge der Register werden an die Subtraktionsschaltung 32 abgegeben, wo die Differenz der Zählerstände durch gegenseitige Subtraktion bestimmt wird. Der Ausgang der Subtraktionsschaltung ist dergleiche Ausgang wie er von einem herkömmlichen Vorwärts/ Rückwärts-Zähler erhalten wird.

Gemäß Fig. 5 und 5A werden die beiden Impulszüge vom Interferometer 36 von elektronischen Schaltern 37, 38 geschaltet, die von einem Generator 39 für die Abtastgeschwindigkeit gesteuert werden. Dieser Generator empfängt die Phaseninformation von den Impulszügen, so daß er die elektronischen Schalter nur in einem geeigneten Zeitintervall zwischen Impulsen der eintreffenden Impulszüge betätigt. Während des normalen Betriebes werden die Impulszüge in den Vorwärts/Rückwärts-Zähler 41 mit übertragsumschaltung eingekoppelt, wo die Vorwärtsimpulse und Rückwärtsimpulse gezählt werden, und die Differenz erscheint als digitale Entfernungsinformation auf den Ausgangsleitungen 42 des Zählers, Wenn der Zähler 41 zur Auslesung stabilisiert werden soll, bewirkt dergleiche Generator 39, daß die elektronischen Schalter 37, 38 die eintreffenden Impulszüge vom Zähler 41 auf den Hilfs-Vorwärts/Rückwärts-Zähler 43 schalten, wo die Vorwärtsimpulse und Rückwärtsimpulse gezählt werden. Nachdem der Zähler 41 stabilisiert und in noch zu beschreibender

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Weise ausgelesen worden ist/ bewirkt der Generator 39 wiederum, daß die Impulszüge vom HiIfszähler 43 zurück auf den Haüptzähler 41 bis zur nächsten Periode geschaltet werden, wenn die Entfernungsinformation vom Hauptzähler 41 ausgelesen werden soll.

Nachdem die Impulszüge zum Hauptzähler 41 zurückgeschaltet worden sind, und der Hilfszähler 43 sich auf den endgültigen Zählerstand stabilisieren konnte, wird ein Übertragsimpuls vom Generator 39 für die Abtastgeschwindigkeit auf die Speicherschaltung 44 gegeben, so daß der endgültige Zählerstand im Hilfszähler 43 auf die Speicherschaltung übertragen und ein Rückstellimpuls an den Hilfszähler 43 abgegeben wird, um diesen auf Null zu stellen. Dieser Zählerstand in der Speicherschaltung 44 wird dem vorhandenen Zählerstand im Hauptzähler 41 der Addierschaltung 45 in der nächsten Periode zugezählt, wenn die Impulszüge auf den Hilfszähler 43 umgeschaltet werden und der Hauptzähler sich stabilisiert hat. Ein Einstell- und Ausleseimpuls vom Generator 39 öffnet die Gatter 46, so daß der aufsummierte Zählerstand in der Addierschaltung 45 in den Hauptzähler 41 eingegeben wird, so daß dessen Zählerstand auf den neuesten Wert gebracht wird, und gleichzeitig erscheint diese digitale, auf den neuesten Stand gebrachte Entfernungsinformation auf den Ausgangsleitungen 47. Auch kann digitale Entfernungsinformation vom Ausgang 42 des Hauptzählers 41 erhalten werden, wobei dieser Information nur der Impulsstand

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im Speicher .44 von der letzten Periode fehlt, als die eintreffenden Impulszüge auf den Hilfs-Vorwärts/Rückwärts-Zähler 43 geschaltet wurden. Es ergibt sich daher, daß die Impulse, die im Fluß zum Haupt-Vorwärts/Rückwärts-Zähler unterbrochen wurden, während des Zeitraumes gespeichert sind, indem der Hauptzähler sich stabilisiert und ausgelesen wird, und daß diese Impulse danach wieder in die Entfernungsinformation des Hauptzählers zurückaddiert werden, um während der nächsten Auslesung dargestellt zu werden.

In Fig. 6 ist ein anderes System zur Aufrechterhaltung der Zählung der unterbrochenen Impulse dargestellt, welches zwei Vorwärts/Rückwärts-Zähler 41, 48 mit übertragsumschaltung (ripple carry) aufweist. Einer der Zähler 41 hält den Zählerstand der eintreffenden Impulszüge während des Hauptteiles der Betriebszeit des Systemes aufrecht, und der zweite Zähler 48 hält den Zählerstand der Impulse während der Periode aufrecht, in der die elektronischen Schalter 37, 38 durch den Generator 39 betätigt werden, um vom Hauptzähler 41 auf den zweiten Zähler 48 umzuschalten, so daß der Hauptzähler 41 Zeit zur Stabilisierung hat. Während des Zeitraumes, indem der Hauptzähler 41 die eintreffenden Impulszüge zählt und nachdem der zweite Zähler 48 sich stabilisieren konnte, bewirkt der Generator 39 die übertragung eines überträgsimpülses auf die Speicherschaltung 44 _t die den zu diesem Zeitpunkt im zweiten Zähler 48 existierenden Zählerstand ausliest und speichert. Wenn im nächsten Zeitintervall der

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Ausleseimpuls an den Gattern 46 vom Generator 39 (vergleiche beispielsweise Fig. 5A) erscheint, wird die stabilisierte Information des Zählerstandes vom Hauptzähler 41 in der Addierstufe 45 zu dem stabilisierten Zählerstand addiert, der in dem Speicher 44 gespeichert wurde, und die aufsum-. mierte Entfernungsinformation erscheint an den Ausgängen der Gatterkreise 46 als digitale Entfernungsinformation. Diese Entfernungsinformation ist daher mit der Ausnahme derjenigen Impulse, die dann in dem zweiten Zähler 48 während der Auslesezeit des ersten Zählers 41 gespeichert sind, auf den neuesten Stand gebracht. Es sei angemerkt, daß die beiden Zähler 41, 48 eine laufende Zählung aufrechterhalten, und die Information vom zweiten Zähler 48 wird nicht zum Hauptzähler 41 zurückübertragen, wie es der Fall bei dem System nach Fig. 5 war.

Gemäß Fig. 7 und 7A werden zwei Impuls-Antikoinzidenzschaltkreise 51, 52 und ein Hilfs-Vorwärts/Rückwärts-Zähler 58 verwendet. Während des größten Teiles des Betriebs liefern die elektronischen Schalter 37, 38 den Vorwärts-Impulszug und den Rückwärts-Impulszug an die Antikoinzidenzschaltungen 51 bzw. 52. Diese Schaltkreise nehmen Synchronisierimpulse mit der Geschwindigkeit yon IO MHz von einem Taktgeber 53 auf. Die Schaltkreise verhindern die zeitliche Koinzidenz zwischen den Vorwärtsimpulsen und den Rückwärtsimpulsen vom Interferometer 36 mit den Vorwärts- baw* Rückwärtsimpulsen vom noch zu beschreibenden Hilfsaählsystem.

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Die beiden Züge von Ausgangsimpulsen jeder Antikoinzidenzschaltung werden durch Oder-Gatter 54, 55 an eine dritte Antikoinzidenzschaltung 56 weitergeleitet, die einen Synchronisierpulszug von 20 MHz vom Taktgeber 53 empfängt. Diese dritte Antikoinzidenzschaltung verhindert die zeitliche Koinzidenz zwischen den Vorwärts- und Rückwärtsimpuls zügen von den Oder-Gattern 54, 55 und bildet manchmal einen Teil des 20 MHz-Haupt-Vorwärts/Rückwärts-Zählers 57 mit Übertragsumschaltung.

Wenn der Zähler 57 stabilisiert und ausgelesen werden soll, werden die eintreffenden Impulszüge von den Antikoinzidenzschaltkreisen 51 und 52 zu dem Hilfs-Vorwärts/Rückwärts-Zähler 58 über die Oder-Gatter 59, 61 geschaltet. Die eintreffenden Züge von Vorwärts- und Rückwärtsimpulsen werden danach in dem Hilfsspeicher 58 gespeichert, während sich der Hauptspeicher stabilisiert. Nachdem genügend Zeit vergangen ist, so daß der Hauptzähler sich stabilisieren konnte, bewirkt der Generator 39 für die Abtastgeschwindigkeit, daß die Schalter 37, 38 die eintreffenden Impulszüge vom Hilfszähler 58 zurück zu den Antikoinzidenzschaltkreisen 51, 52 überträgt. Gleichzeitig bewirkt das Ausgangssignal eines Inverters 63, der durch denselben Generator 39 angetrieben ist, daß das Und-Gatter 64 durchschaltet und die Bildung eines kurzen positiven Impulses durch das Netzwerk 65 verursacht. Dieser kurze positive Impuls wird je einem Eingang der Gatter 65' zugeführt, die mit den Ausgangs-

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leitungen vom Hauptzähler 57 verbunden sind, und dadurch erscheint der Zählerstand des Hauptzählers 57 als digitale Entfernungsinformation auf den Ausgangsleitungen der Gatter 65" .

Unmittelbar nachdem die eintreffenden Impulszüge auf die Antikoinzidenzschaltkreise 51, 52 geschaltet worden sind, bewirkt das Vorhandensein eines Zählerstandes in dem Hilfszähler 58, daß das Und-Gatter 54 und der Eingang der Verzögerungs-Multivibratorschaltung 66 betätigt werden. Der Hilfszähler 58 gibt auch eine Information an die Und-Gatter 67, 68 ab, die anzeigt, ob die Zählung im Zähler 58 eine Vorwärtszählung oder eine Rückwärtszählung ist, so daß das eine oder das andere der Gatter 67, 68 betätigt wird, abhängig von dem Vorzeichen der Anzeige im Zähler. Die Verzögerungs-Multivibratorschaltung 66 erhält ein 5 MHz-Steuersignal von dem Zeitgeber 53, und dieses Signal erscheint auch am Eingang jedes der Und-Gatter 67 und 68. Solange der Multivibrator eingestellt und sein Eingang vom Gatter 64 aktiviert ist, können die 5 MHz-Taktimpulse durch die Gatter 67 und 68 gelangen. Diese Impulse werden zurück zum Vorwärtseingang oder Rückwärtseingang des HiIfsZählers über Gatter 59 und 61 und zu dem Vorwärtseingang oder Rückwärtseingang einer der Antikoinzidenzschaltungen 51 oder 52 geleitet. Jeder Impuls an einem Vorwärts- oder Rückwärtseingang einer der Antikoinzidenzschaltung 51 oder 52 wird über die Oder-Gatter 61 oder 59 auf den Rückwärts- oder Vorwärts-

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eingang des Hilfszählers 58 gegeben, so daß der Hilfszähler rückwärts oder vorwärts zählen wird, bis er die Nullstellung erreicht. In diesem Zeitpunkt wird der Zählerstand des Hilfszählers vollständig entfernt und in der geeigneten Antikoinzidenzschaltung 51, 52 mit der eintreffenden Vorwärts- oder Rückwärtszählung vom Interferometer 36 assimiliert sein. Zu diesem Zeitpunkt schließen die Gatter 64, 69, 67 und 68, und es werden nicht mehr Pulse benötigt und können auch nicht hindurchgelangen. Auf diese Weise wird die Impulszahl, die von dem Strom der eintreffenden Impulse zum Hauptzähler 57 während der Stabilisierungszeit des Hauptzählers entfernt worden war, in dem Strom der eintreffenden Impulse zurückgeführt, nachdem die eintreffenden Impulszüge auf den Hauptzähler 57 zurückgeschaltet worden sind. Der vorher entfernte Impulsstand wird daher in dem Hauptzähler 57 wieder vor der nächsten Auslesezeit ausgeglichen, wenn die Schalter 37 und 38 wieder durch den gleichen Geschwindigkeitsgenerator 39 betätigt werden, um die eintreffenden Impulszüge von den Antikoinzidenzschaltkreisen 51 und 52 auf den Hilfs-Vorwärts/Rückwärtszähler 58 zu schalten.

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Claims (14)

«V. VJ Hewlett-Packard Company 1501 Page Mill Road Palo Alto Kalifornien 94304, USA 26. Februar 1971 Patentansprüche

1.) Impulszähler mit einem ersten Zählkreis zur Zählung der Anzahl von Impulsen eines eintreffenden Impulszuges, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung (37 - 39) zur momentanen Unterbrechung der Eingabe des eintreffenden Impulszuges an den ersten Zählkreis, so daß sich der erste Zählkreis stabilisieren kann, eine zweite Vorrichtung (42) zur Entnahme der Impulszahl der ersten Zählschaltung während dieses UnterbrechungsZeitraumes und nach der Stabilisierung des ersten Zählkreises und eine dritte Vorrichtung (43 - 46) zum Zählen der Anzahl von Impulse in dem eintreffenden Impulszug während dieser Unterbrechungsperiode vorgesehen sind, so daß die letzte Impulszahl nicht durch die Dauer dieser Unterbrechung verfälscht ist. (z.B.Fig. 5)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zählkreis (41) den Unterschied in der Impulszahl zweier ihr zugeführter Impulszüge (vorwärts und rückwärts) ermittelt, der erste Zählkreis (37-39) zur momentanen Unterbrechung der Zufuhr jedes der eintreffenden Impulszüge zu dem ersten Zählkreis verwendet wird, so daß der erste

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Zählkreis sich stabilisieren kann, die zweite Vorrichtung (42) die Impulsdifferenz von dem ersten Zählkreis während der Unterbrechungsperiode und nach der Stabilisierung des ersten Zählkreises entnimmt, und die dritte Vorrichtung (43-46) die Anzahl der Impulse in jedem der eintreffenden Impulszüge während der Unterbrechungsperiode zählt, so daß die endgültige Impulsdifferenz nicht durch die Unterbrechungsperiode beeinträchtigt wird. (z.B. Fig.5)

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laser-Interferometer vorgesehen ist, das einen der eintreffenden Impulszüge als Vorwärts-Zählausgang (UP) und einen der Impulszüge als Rückwärts-Zählausgang (DOWN) erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die dritte Vorrichtung eine Zählvorrichtung (15 und 16) zum Zählen einer gleichen Anzahl von Impulsen in jedem der eintreffenden Impulszüge und zu deren Elimination vom Impulsstrom zum ersten Zählkreis (12) aufweist. (z.B. Fig. 2)

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählvorrichtung ein Paar selektiver Pulsentfernerkreise (15 und 16) aufweist, von denen jeder mit einem anderen der eintreffenden Impulszüge (f und f ) verbunden ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der selektiven Impulsentfernerschaltungen (15 und 16) eine zweite Zählschaltung (18) und eine Schalteinrichtung (19-22) zur Schaltung jedes der eintreffenden Impulszüge(f und f ) von der ersten Zählschaltung (25) auf die zweite Zählschaltung (18) der angeschlossenen selektiven Pulsentfernerschaltung (15 oder 16) aufweist und um danach jeden der eintreffenden Impulszüge von der zweiten Zählschaltung (18) der angeschlossenen selektiven Pulsentfernerschaltung (15 oder 16) auf die erste Zählschaltung 25 zurückzuschalten bei Aufnahme des letzten Impulses der gleichen Impulsanzahl in jedem der eintreffenden Impulszüge durch die zweite Zählschaltung (18) des angeschlossenen selektiven Pulsentfernerkreises (15 oder 16). (z.B. Fig. 3)

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zweiten Zählschaltungen einen digitalen Dekadenzähler (18) aufweist. (z.B. Fig. 3)

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Vorrichtung eine zweite Zählschaltung (43) zur Ermittlung der Differenz der Impulsanzahl in den eintreffenden Impulszügen während des ünterbrechungsZeitraumes und eine Addierschaltung (44 und 45) aufweist, um die Impulsdifferenz des zweiten Zählkreises zur Impulsdifferenz des ersten Zählkreises zu addieren.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Addierschaltung einen Speicher (44) zum Speichern der Impulsdifferenz der zweiten Zählschaltung nach der Unterbrechungsperiode aufweist und die Addiervorrichtung (45) mit dem Speicher und der ersten Zählschaltung (41) verbunden ist. (z.B. Fig. 5)

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (46 und 47) zur Voreinstellung der resultierenden Impulsdifferenz von der Addierschaltung (45) I in die erste Zählvorrichtung (41) vorgesehen ist. (z.B.

Fig. 5)

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Addierschaltung ein Paar Antikoinzidenzschaltungen (51 und 52) aufweist, die jeweils mit einem anderen Eingang für die eintreffenden Impulszüge der ersten Zählschaltung (56 und 57) verbunden sind und eine Einrichtung (64 und 66-69) zur Verbindung der zweiten Zählvorrichtung ä (58) mit den Antikoinzidenzschaltungen (51 und 52) vorgesehen ist, um die Impulsdifferenz der zweiten Zählschaltung darstellende Impulse zu den eintreffenden Impulszügen für die erste Zählschaltung (56 und 57) hinzuzuzählen. (z.B. Fig. 7)

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12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1- bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zählschaltung einen digitalen Zähler (25) , ein mit dem digitalen Zähler verbundenes Schieberegister (26) und eine Vorrichtung (23) zur Übertragung des Impulsstandes des digitalen Zählers (25) zum Schieberegister (26) bei Empfang eines Impulses während der Unterbrechungsperiode aufweist. (z.B. Fig. 3)

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zählschaltung einen digitalen, reversiblen Zähler (12 oder 25) zur Aufnahme der eintreffenden Impulszüge und Ermittlung der Differenz der darin enthaltenen Impulsmengen aufweist.

(z.B. Fig. 2 und 3)

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zählvorrichtung zwei Vorwärtszähler (27 und 28) aufweist, die die Impulse in einem der eintreffenden Impulszüge (f und f ) aufnimmt und zählt, und eine Subtraktionsschaltung (32) mit den Vorwärtszählern (über Schieberegister 29 und 31) verbunden ist, um die Differenz der Impulsmengen zu bestimmen.

(z.B. Fig. 4)

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