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Digitale Meneinrichtung Die Erfindung betrifft eine digitale Meßeinrichtung
zum Erkennen von Schwingungen oder Impulsen, die eine bestimmte, eine positive oder
negative Zeittoleranz aufweisende Schwingungs- oder Impulsperiodendauer haben, in
Schwingungszügen oder Impulsfolgen aus Schwingungen oder Impulsen verschiedener
Periodendauer.
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Ein Problem der digitalen Meßtechnik besteht darin, in einem Schwingungszug
oder in einer Impulsfolge diejenigen Schwingungen bzw. Impulse zu erkennen, die
eine bestimmte Periodendauer zuzüglich oder abzüglich einer bestimmten Zeittoleranz
haben. Beispielsweise bestehen bei einem Sprechfunksystem mit Tonfrequenz-Selektivruf
die einzelnen Rufnummern aus mindestens je zwei Tonfrequenzen. Alle zu einer Zentrale
gehörenden Sprechfunkempfänger empfangen die Rufnummern und besitzen einen Selektivrufauswerter,
mit dem sie feststellen können, ob eine der empfangenen Rufnummern der eigenen Rufnummer
entspricht. Während man bisher in den Selektivrufauswertern als Selektionsmittel
Resonanzkreise verwendet hat, geht man jetzt dazu über, die Tonfrequenzauswertung
mit einer digitalen Schaltung vorzunehmen.
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Es ist
Es ist eine digitale Schaltung vorgeschlagen
worden, mit der etwa rechteckförmige Impulse einer bestimmten, eine positive und
eine negative Toleranz aufweisenden Dauer in einer Impulsfolge mit Impulsen verschiedener
Dauer erkannt werden können.
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Die Schaltung enthält in Serie geschaltet eine erste und eine zweite
monostabile Kippschaltung und eine bistabile Kippschaltung. Die zuletzt genannte
Kippschaltung hat einen mit dem Ausgang der zweiten monostabilen Kippschaltung verbundenen
vorbereitenden Eingang, einen mit dem Eingang der ersten monostabilen Kippschaltung
verbundenen auslösenden Eingang, einen an den Ausgang der zweiten monostabilen Kippschaltung
angeschlossenen Rückstelleingang und einen Ausgang, der nur dann einen Impuls abgibt,
wenn die auszuwertende Impulsfolge einen Impuls der bestimmten Impulsdauer enthält.
Wird die digitale Schaltung gemäß einem weiteren Vorschlag zur Auswertung eines
Schwingungszuges verwendet, so werden nur jeweils die nach einer Seite gerichteten
Halbwellen der Schwingungen in rechteckförmige Impulse umgewandelt, wobei frühestens
nach jeder zweiten Schwingung des Schwingungszuges der Ausgang der bistabilen Kippschaltung
einen Impuls abgibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Meßeinrichtung
zu entwickeln, bei der jede Schwingung eines Schwingungen verschiedener Periodendauer
enthaltenden Schwingungszuges bewirkt, daß der Ausgang der Meßeinrichtung einen
Impuls abgibt, wenn die
wenn die jeweilige Schwingung eine bestimmte,
eine positive oder negative Zeittoleranz aufweisende Periodendauer hat.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer digitalen Meßeinrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die digitale Meßeinrichtung eine
Reihenschaltung aus zwei monostabilen Kippschaltungen und einer bistabilen Kippschaltung
aufweist, daß die erste monostabile Kippschaltung wiedertriggerbar ist und eine
vom Beginn jeweils einer Periode anfangende erste Verweilzeit gleich der bestimmten
Periodendauer vermindert um die Zeittoleranz hat, während die zweite monostabile
Kippschaltung eine vom Ende der ersten Verweilzeit anfangende zweite Verweilzeit
gleich der doppelten Zeittoleranz hat, und daß die bistabile Kippschaltung nur dann
von ihrem ersten stabilen Zustand (Ausgangszustand) in den zweiten stabilen Zustand
kippt und einen das Erkennen der Schwingungen oder Impulse der bestimmten Periodendauer
bemerkbar machenden Impuls an ihrem Ausgang abgibt, wenn das Ende einer Periodendauer
des Schwingungszuges bzw. der Impuls folge in den Bereich der zweiten Verweilzeit
der zweiten monostabilen Kippschaltung fällt.
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Das Prinzip sowie nähere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand
eines Blockschaltbildes der digitalen Meßeinrichtung sowie mehrerer Diagramme erläutert.
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In der Zeichnung bedeuten Fig. 1
Fig. 1 ein Blockschaltbild
einer digitalen Meßeinrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 2 eine Reihe von Diagrammen,
die den zeitlichen Verlauf von Spannungen an verschiedenen, durch je einen Buchstaben
gekennzeichneten Stellen des Blockschaltbildes gemäß Fig. I aufzeigen.
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Eine digitale Meßeinrichtung 1 gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 1
hat einen Eingang 2, an den sich eine Reihenschaltung aus einem elektronischen Schwellwertschalter
3 (Schmitt-Trigger), einer ersten wiedertriggerbaren. monostabilen Kippschaltung
4, einer zweiten monostabilen Kippschaltung 5, einer bistabilen Kippschaltung 6
und einer Integrationsschaltung 7 anschließen.
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Der Ausgang der Integrationsschaltung 7 bildet gleichzeitig den Ausgang
8 der digitalen Meßeinrichtung 1. Die erste monostabile Kippschaltung 4 besitzt
einen dynamischen Eingang 9, der bewirkt, daß nur die abfallenden Flanken einer
am Eingang liegenden Impulsfolge eine Änderung ihres jeweiligen Zustandes hervorrufen
können.
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Die zweite monostabile Kippschaltung 5 hat einen dynamischen Eingang
10 mit denselben Eigenschaften wie der dynamische Eingang 9.
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Die bistabile Kippschaltung 6 hat vier verschiedene Eingänge, von
denen drei zu einer Vorbereitungsschaltung gehören, und zwar-ein erster und ein
zweiter vorbereitender Eingang il, 12 und ein auslösender, nur auf abfallende Flanken
reagierender dynamischer Eingang 13. Der vierte Eingang 14 der bistabilen Kippschaltung
6 ist ein
ist ein Rückstelleingang 14 mit Invertierung. Während
der erste vorbereitende Eingang 11 und der Rückstelleingang 14 gemeinsam mit dem
Ausgang der zweiten monostabilen Kippschaltung 5 verbunden sind, führt von dem dynamischen
Eingang 9 der ersten monostabilen Kippschaltung 4 eine Leitung 15 zu dem auslösenden
dynamischen Eingang 13 der bistabilen Kippschaltung 6.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen digitalen Meßeinrichtung
1 ist folgende : Liegt an dem Eingang 2 der digitalen Meßeinrichtung 1 ein, z.B.
sinusförmiger, Schwingungszug (Fig. 2, Diagramm A), der Schwingungen verschiedener
Periodendauer aufweist, so wird dieser Schwingungszug zunächst mittels des elektronischen
Schwellwertschalters 3 in eine Impulsfolge (Fig. 2, Diagramm B) umgeformt, deren
Impulse die gleichen Periodendauern haben wie die Schwingungen des Schwingungszuges
gemäß Fig. 2, Diagramm A. Jeder Nulldurchgang in dem Schwingungszug gemäß Diagramm
A entspricht dann einer aussteigenden oder abfallenden Flanke in der Impulsfolge
gemäß Diagramm B. Der Schwellwertschalter darf eine Hysterese aufweisen. Dabei muß
der "O"-Pegel in dem Diagramm A nicht - wie dargestellt - die Symmetrielinie sein,
sondern er kann auch zum Beispiel etwas oberhalb der Nulllinie gemäß Diagramm A
liegen, wodurch. sich dann allerdings die Länge der positiven Impulse im Diagramm
B ändern würde. Mit der ersten abfallenden Flanke in der Impulsfolge (Zeitpunkt
t1) wird die erste onostabile Kippschaltung 4 in ihren quasistabilen Zustand übergeführt,
in welchem ihr Ausgang einen dem logischen .ert L entsprechenden Spannungswert abgibt.
Die erste monostabile .;.ppscisaltung 4 hat eine erste Verweilzeit T s das ist eine
rre!,ce Zeit, nach welcher die Kippschaltung Kippschaltung
Kippschaltung
von ihrem quasistabilen Zustand selbsttätig in den stabilen Ausgangszustand zurückfällt.
Die Verweilzeit T 1 beträgt im vorliegenden Fall T - AT,-wobefi T gleich der bestimmten
Periodendauer der zu erkennenden Schwingungen des Schwingungazuges gemäß Fig. 2,
Diagramm A, ist. AT bedeutet die positive oder negative Zeittoleranz, mit der die
Periodendauer T gemessen werden soll.
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Obgleich die Periodendauer der ersten Schwingung S1 des Schwingungszuges
gemäß Diagramm A kleiner als die Verweilzeit T 1 der ersten monostabiien Kippschaltung
4 ist, kippt diese nicht in ihren stabilen Zustand zurück, weil diese Kippschaltung
mit jeder abfallenden Flanke, die vor dem Ablauf der Verweilzeit T1 an ihrem dynamischen
Eingang 9 eintrifft, erneut getriggert wird, und die Verweilzeit T 1 dann wieder
neu anfängt. Auf diese Weise bleibt auch der logisch L entsprechende Spannungswert
am Ausgang der ersten monostabilen Kippschaltung 4 über den Beginn der zweiten Schwingung
S2 (Zeitpunkt t2) hinaus erhalten. Mit Beginn der dritten Schwingung S3, d.h. zum
Zeitpunkt t wird die Kippschaltung noch einmal getriggert. Die dritte Schwingung
S3 hat im vorliegenden Fall die bestimmte Periodendauer T. Ihr letzter Nulldurchgang,
der zum Zeitpunkt t4 stattfindet, liegt somit außerhalb der Verweilzeit T X = T
- AT der ersten monostabilen Kippschaltung 4.Daher kippt sie am Ende ihrer zum Zeitpunkt
t3 begonnenen Verweilzeit T in die stabile Lage zurück, wodurch ihre Ausgangsspannung
von dem logischen Wert L auf den logischen Wert O
Wert 0 wechselt;
vgl. Fig. 2, Diagramm C, An dieser Stelle sei eingefügt, daß sich beim Einschalten
der digitalen Meßeinrichtung 1 die erste und zweite monostabile Kippschaltung 4
und 5 in ihrem stabilenZustand befinden und daß die zweite monostabile Kippschaltung
5 an ihrem Ausgang einem den logischen Wert 0 entsprechenden Spannungswert abgibt.
Diese4Spannungswert liegt invertiert auch an dem Rückstelleingang 14 der bistabilen
Kippschaltung 6 und führt diese in einen ersten stabilen Ausgangszustand, in welchem
ihr Ausgang einen dem logischen Wert O entsprechenden Spannungswert abgibt, vgl.
Fig. 2* Diagramm E.
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Die zu den Zeitpunkten tl, t2 und t3 vorhandenen abfallenden Flanken
in der Impulsfolge gemäß Fig. 2, Diagramm B, die über die Leitung 15 an dem auslösenden
dynamischen Eingang 13 der bistabilen Kippschaltung 6 liegen, haben keine Wirkung.
Die bistabile Kippschaltung 6 kann nämlich nur dann von ihrem ersten stabilen Zustand
in ihren zweiten stabilen Zustand übergeführt werden, wenn an dem vorbereitenden
Eingang 11 und dem Rückstelleingang 14 ein dem logischen Wert L entsprechender Spannungswert
liegt, während gleichzeitig an dem vorbereitenden Eingang 12 ein logisch 0 entsprechender
Spannungswert und an dem auslösenden Eingang 13 eine abfallende Flanke, d.h. ein
Ubergang von logisch L nach logisch 0, vorhanden ist.
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Zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 liegt zwar an dem vorbereitenden
Eingang 12 ein Spannungswert "O" (dieser Spannungswert ist dauernd vorhanden); der
vorbereitende Eingang 11 und der damit verbundene Rticksteileingang 14 haben aber
keinen dem logischen Wert L entsprechenden
entsprechenden Spannungswert,
weil sich die zweitqmonostabile !sippschaltung 5 noch in ihrem stabilen Ausgangszustand
befindet, in welchem sie an ihrem Ausgang einen dem logischen Wert 0 entsprechenden
Spannungswert abgibt.
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Wenn die wiedertriggerbare monostabile Kippschaltung 4 am Ende ihrer
zu dem Zeitpunkt t3 begonnenen Verweilzeit T X in ihre stabile Lage zurückkippt
(vgl. Fig. 2, Diagramm C) und Ihre Ausgangsspannung von dem logischen Wert L auf
den logischen Wert O wechselt, so bewirkt dieser Wechsel ein Umschalten der zweiten
monostabilen Kippschaltung 5 in ihren quasistabilen Zustand, in welchem sie an ihrem
Ausgang einen denXlogischen Wert L entsprechenden Spannungswert abgibt, vgl. Fig.
2, Diagramm D.
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Damit ist die bistabile Kippschaltung 5 vorbereitet; denn an ihrem
vorbereitenden Eingang II liegt jetzt ein Spannungswert "L", an ihrem vorbereitenden
Eingang 12 nach wie vor ein Spannungswert "0" und an dem Rückstelleingang 14 der
keine Rückstellung verursachende Spannungswert "L". Tritt zwischen den Zeitpunkten
t5 und t6 - in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt t4 - der letzte
Nulldurchgang der dritten Schwingung S3 auf, d.h. fällt die entsprechende abfallende
Flanke der Impulsfolge gemäß Fig. 2, Diagramm B, in den Toleranzbereich 2 AT, so
wird die bistabile Kippschaltung 6 von ihrem ersten stabilen Zustand in den zweiten
stabilen Zustand übergeführt, in welchem sie eineqdemlogischen Wert L entsprechenden
Spannungswert abgibt; vgl. Fig. 2
vgl. Fig. 2, Diagramm E. Dieser
Spannungswert sagt also aus, daß die letzte Schwingung S3 die bestimmte Periodendauer
T hatte.
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Die monostabile Kippschaltung 5 hat eine Verweildauer T2> die der
Zeittoleranz 2 QT entspricht. Trifft angenommenerweise der letzte Nulldurchgang
einer Schwingung erst nach der Zeit T+ AT, also z.B. nach t61 an dem auslösenden
Eingang 13 der bistabilen Kippschaltung 6 ein, so ist die monostabile Kippschaltung
5 bereits wieder in ihre stabile Lage zurückgekehrt) und der vorbereitende Eingang
11 sowie der Rückstelleingang 14 haben nicht mehr den vorgeschriebenen Spannungswert.
Hat dagegen wie im vorliegenden Beispiel der letzte Nulldurchgang innerhalb des
Intervalls 2 AT stattgefunden, so bleibt die bistabile Kippschaltung 6 so lange
in ihrem zweiten stabilen Zustand, bis die zum Zeitpunkt begonnene Verweilzeit t2
beendet ist. Das ist zum Zeitpunkt t6 der Fall. Dann liegt nämlich an dem Ausgang
der zweiten monostabilen Kippschaltung 5 ein logisch 0 entsprechender Spannungswert,
der die bistabile Kippschaltung 6 über den Rückstelleingang 14 wieder in den ersten
stabilen Zustand zurücksetzt. Dadurch gibt der Ausgang der bistabilen Kippschaltung
6 wieder einen dem logischen Wert 0 entsprechenden Spannungswert ab; vgl.
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Fig. 2, Diagramm E, Zeitpunkt t6.
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ilat die nächst Schwingung S4 wieder eine Periodendauer, die innerhalb
der bestimmten Periodendauer T + liegt, so läuft die Auswertung
Auswertung
in analoger Weise ab, und der Ausgang der bistabilen ILippschaltung 6 gibt einen
weiteren Impuls I2 ab, der auch hier bedeutet, daß die letzte Schwingung S4 die
bestimmte Periodendauer T hatte. Folgt auf die vierte Schwingung S4 eine fünfte
Schwingung S5, deren Periodendauer beispielsweise länger als T+ AT ist, so liefert
die bistabile Kippschaltung 6 keinen weiteren Impuls.
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Da in einigen Anwendungsfällen der Wunsch besteht, an Stelle der einzelnen
Impulse II, I2 eine bestimmte kontinuierliche Spannung zu erzeugen, solange Schwingungen
der bestimmten Periodendauer vorhanden sind, schließt sich an die bistabile Kippschaltung
6 die Intergrationsschaltung 7 an, d.h. zum Beispiel eine wiedertriggerbare monostabile
Kippschaltung, die eine Verweilzeit T3 S T+2 AT hat, damit sie mit Sicherheit durch
eine spätestens zu einem Zeitpunkt TS AT nach dem Nulldurchgang der letzten Schwingung,
z. B. S3, eintreffende abfallende Flanke und den damit verbundenen Wechsel von logisch
0 nach logisch L am Ausgang der bistabilen Kippschaltung 6 nachgetriggert wird;
vgl. Fig. 2, Diagramm E und F.
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Zu den mit der erfindungsgemäßen digitalen Meßeinrichtung erzieL-baren
Vorteilen gehört einmal, daß die Halbwellen der Schwingungen nicht unbedingt symmetrisch
sein müssen. weil nur die Zeit zwischen dem ersten und dritten Nulldurchgang, d.h.
die Periodendauer, gemessen
gemessen wird. Ein weiterer, sehr wesentlicher
Vorteil besteht darin, daß jede Periode des an dem Eingang der Meßeinrichtung liegenden
Schwingungszuges gemessen wird. Schließlich sind noch als Vorteile der geringe Aufwand
an digitalen Baustufen, die einfache Einstellbarkeit der Zeittoleranz durch Veränderung
der Verweilzeiten zweier monostabiler Kippschaltungen und die Integration der von
der Meßeinrichtung gelieferten Impulse mittels einer einfachen digitalen Stufe,
z.B. eines wiedertriggerbaren monostabilen Multivibrators, zu nennen.