DE2224140A1

DE2224140A1 - Schaltwerk zum Übersetzen der Schliessung je eines von mehreren Zweipol-Schaltern in einen entsprechenden seriellen Bitcode

Info

Publication number: DE2224140A1
Application number: DE19722224140
Authority: DE
Inventors: Carl Macey Cinnaminson N.J. Wright (V.StA.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1972-11-30
Also published as: DE2224140C3; FR2138053B1; SE371510B; CA952033A; IT955525B; DE2224140B2; US3778815A; FR2138053A1; GB1388143A

Description

7402-72/Kö/S
,RCA Docket No.: 63,885
Convention Date;
May 17, 1971

RCA Corporation₅ New York^ N„Y_Oi)

Schaltwerk zum Übersetzen der Schließtag .je eines Zweipol-Schaltern in einem BntBprechenuen seriellen

Die Erfindung betrifft ®±n Schaltwerk snm Überse-ibsea der Schließung je eines von mehreren Zweipol-SelialiseFa iia einen entsprechenden seriellen Bitcode an eisern einzigem Ämsgasagp wobei jeder Code am Ausgang digitale Bitsigiaale Ia eiaes³ exsideutigesa Kombination von η Bit stellen aufweist miad jedes Bifcsigimal bei Auftreten eines entsprechenden voa Taktimpulsesi T₁ bis T auftritts mit einer ersten Stufe von VerknüpfiamgsgliederEp dereira jedes eiagangsseitig an Pole einer bestimmte» Koaibinatiöia der Schalte!³ ange^ schlossen ist und die kollektiv Verbindungen ύοώ. den Schalterpole-n nach den Auftasteingängen einer Anzahl von Ansgai&gsverknüpfungsgliedern einzweigen, wobei jedes der Ausgaagsverkmüpfungsglieder ferner einen Voraktivierungseingang_s dem je einer der Taktimpulse T₁ bis T zugeführt ist, hat und bei Anwesenheit sowohl eines Taktimpulses als auch eines Auftastimpulses an seinea Eingängen ein Ausgangssignal erzeugt und wobei eine die Ausgänge der Ausgangsverknüpfungsglieder mit dem Schaltwerkausgang koppelnde Anordnung vorgesehen ist. Bei den Zweipol-Schaltern kann es sich beispielsweise um die Tasten einer Tastatur handele.»

Figur 1 zeigt ein bekanntes Schaltwerk sum Übersetzen der Schließung eines Schalters in einen das SchalterzeicSien darstellen den 4-Bit-Code. Die mit O bis 9 und Abis F bezeichneten Schalter sind oben links in Figur 1 gezeigt. Das Schaltwerk hat sechs ODER-

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Glieder 20 bis 25 und vier UND-Glieder 30 bis 33»

Im Betrieb erzeugt, wenn ein Schalter geschlossen ist, das entweder direkt- oder über eines der vier ODER-Glieder 21 bis 24 mit jedem Schalter verbundene ODER-Glied 20 ein Äusgangssignal NK: = l_s Wenn beispielsweise der Schalter 7 geschlossen ist, werden die ODER-Glieder 22, 23 und 24 sämtlich aktiviert, so daß jedes von ihnen das ODER-Glied 20 salt einem dem Bit 1 entsprechenden Signal (+V) beschickt, and dieses ODER-Glied das Ausgangssignal NK = 1 erzeugt»

Es sei angenommen, daß bei Auftreten' des Signals NK = 1 ein Takt impulsgeber* (sieht gezeigt) aktiviert wird, so daß er während vier sich Eicht überiappendeii Zeitint.ervallen die vier aufeinander folgenden Äu-sgaiigsisspulse TI₅ T£_;. T2 und T4 erzeugt«, Wird gemäß dem obiges. He-.isp.ie3. der Schalter 7 gedrückt, so werden die UND-Glieder 33_;-. 3Z and Zl durch die Taktimpulse Tl, T2 und T3 in dieser Reihenfolge aiifffefcaste-fc., so daß das ODER-Glied 25drei aufein-· anderfolg^sde Sifnale KF » 1 erzeugt-c Das ODER-Glied 21 wird beim Schließen fies Sc-iärtlt'-e^.^ f aicht aktiviert, so daß bei Auftreten des Impuls*«** Ti- das UND-Glied 30 gesperrt bleibt und das ODER-Glied 2 5 ein Ausgaagssigmal KB — ö erzeugt- _e

In der nachstehenden Tabelle sind die KB-Ausgangssignale des Schaltwerks für jedert der sechzehn Schalter angegeben?

	2³	CODE	1	2°	KB	zum	Zextpunkfc	T4
Zeichen	0	2² 2	0	0	Tl	T2	T3	0
0	0	0	0	1	0	0	0	0
1	0	0	1	0	1	0	0	0
2	0	0	i	1	0	1	0	0
3	0	0	0	0	1	1	0	0
4	0	1	0	1	0	0	1	0
5	0	1	1	0	1	0	ί	0
6	0	1	1	1	0	1	1	**■■
7	1	1	0	0	1	1	X	1
8	1	0	0	1	0	0	0	ί
9	1	0	I	0	1	0	0	1
A	1	0	1	1	0	1	0	1
B	1	0	0	0	1	1	0	1
C	1	1	0	1	0	0	1	1
D	1	1	1	0	1	0	1	1
E	1	1	1	1	0	1	1	1
F	1		1	1	1

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Nachteilig bei dem Schaltwerk nach Figur 1 ist, daß·jedes der ODER-Glieder 21 bis 24 acht Signaleingänge ("Einzweigung" von 8) benötigt. Handelsübliche genormte Schaltbausteine haben normalerweise Verknüpfungsglieder mit maximal je -vier Signaleingängen. Für zusätzliche Eingangssignale können sogenannte "Expander" verwendet werden. (Ein Expander kann ein zweites Verknüpfungsglied mit vier Eingängen und ohne Lastwiderstand sein, das mit seinem Ausgang gemeinsam an den Lastwiderstand des ersten viereingängigen Verknüpfungsgliedes angeschlossen ist.)

Bei Verwendung von genormten Schaltbausteinen, wie sie im Handel erhältlich sind, werden ungefähr sieben 14-stiftige (14-pin) "Dual-in-line"-Bausteine (DIP) gebraucht, um das Schaltwerk nach Figur 1 zu realisieren. Wenn man das Schaltwerk mit Dioden auftSaut und voraussetzt, daß jede Eingangsleitung eines Verknüpfungsgliedes eine Diode braucht, so würden insgesamt 49 Dioden benötigt. Da jedoch die Leitungen von den Tasten 1, 2, 4 und 8 mit keiner anderen Leitung querverbunden sind, können in der Praxis die Dioden für diese Leitungen entfallen, so daß man nur 45 Dioden für das Schaltwerk braucht.

Aus der vorstehenden Erläuterung wird ersichtlich, daß das Problem, ein Schaltwerk mit Verknüpfungsgliedern mit verhältnismäßig niedriger Eingangsz*ahl aufzubauen, um so schwieriger zu löser ist, je größer die Anzahl der Tasten oder Schalter ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Übersetzungsoder Codierschaltung der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Fähigkeit der Schalter, im geschlossenen Zustand Signale in beiden Richtungen zu leiten, ausgenützt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Schaltwerk der eingangs ge-'nannten Art erfindun^emäß dadurch gekennzeichnet, daß die Taktimpulse T₁ bis T eine erste Gruppe von ρ Impulsen und eine zweite Gruppe von q Impulsen enthalten, wobei ρ + q = n, und die erste Stufe von Verknüpfungsgliedern ein erstes und ein zweites Verknüp₇ fungsglied enthältj und daß ferner vorgesehen sind: eine erste Anordnung, die während der Schließung eines bestimmten der Schalter

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und bei Auftreten eines bestimm,en Taktimpulses T. in der ersten Gruppe von ρ Impulsen diesen Takeimpuls T, in einer ersten Richtung durch den geschlossenen Schalter zu einem Eingang des ersten Verknüpfungsgliedes schickt, und eine zweite Anordnung, die ebenfalls während der Schließung ües betreffenden Schalters und bei Auftreten eines Taktimpulses T. in der zweiten Gruppe von q Impulsen diesen Impuls T. in der entgegengesetzten Richtung durch den geschlossenen Schalter zu einem Eingang des zweiten Verknüpfungsgliedes schickt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema des oben genannten Codierers gemäß dem Stand der Technik;

Figur 2 ein Schaltschema eines Codierers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Figur 3 ein Schaltschema eines Teils einer etwas vereinfachten Ausführungsform des Codierers nach Figur 2.

Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Codierer (Codier-Schaltwerk). Der Codierer enthält sieben ODER-Glieder 41-47 in seiner Eingangsschaltung und drei ODER-Glieder 48, 49 und 50 in seiner Ausgangsschaltung. Das ODER-Glied 48 ist an zwei UND-Glieder 51 und 52 angeschlossen, und das ODER-Glied 49 ist an zwei UND-Glieder 53 und 54 angeschlossen.

Die schematisch in der Miete der Figur 2 dargestellten Schalter gehören zur Tastatur wobei jedoch die Schalter oder Tasten hier lediglich beispielsweise angeführt sind und es auch viele andere Möglichkeiten gibt, ium Unterschied von dem bekannten Schaltwerk, bei dem die einzelnen Scha" t--3.r oder Tasten mit ihrem einen Pol gemeinsam an die Betriebsspannung +V angeschlossen sind, sind die Ta&ten bei der. Anordnung ηacn Figur ζ mxt den eingangsseitigen ODER-Gliedern so verschaltet *'. : 5 ··-- ii^en Richtungen leiten oder durchlassen Iziinn··,^"' - -■.- ^l^avox τ*ΐ "Oftei 1 dieser Anordnung best-eVit darin, da*- .„» Γ;1 ,. ^1.^ jae·· i.mgangsz&nl erheblich i;?^„ ^J5r,d :-// .■- ⁷ ■,:':;■ ;7-7- 7.;! -JL ■■ :,:,■ Mt·', "-.tr vier Ein-

&AD ORIGINAL

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gänge, gegenüber acht in Figur 1. Bei Verwendung von genormten Schaltbausteinen braucht man für das Schaltwerk nur ungefähr 4 l/2 DIP-Bausteine, gegenüber ungefähr sieben solchen Bausteinen bei der Anordnung nach Figur 1. Das Schaltwerk kommt, wenn es mit Dioden aufgebaut wird, mit nur 32 Dioden aus, gegenüber 45 bei der Anordnung nach Figur 1.

Natürlich sind Figur 1 und 2 lediglich repräsentativ, und es können in beiden Fällen mehr oder weniger Tasten oder Schalter vorgesehen sein, ohne daß dadurch das Prkizip verändert wird.

Die in der Beschreibungseinleitung angegebene Tabelle ist auch auf die Wirkungsweise des Codierers nach Figur 2 anwendbar. Beim Drücken irgendeiner Taste, beispielsweise der Taste 7, und bei Auftreten eines Signals DO wird das ODER-Glied 49 aktiviert, so daß es ein Ausgangssignal NK = 1 erzeugt. Das Signal DO kann ein periodisches Signal sein, das im Steuerteil oder Leitwerk der Rechenanlage, beispielsweise eines Tischrechners, in dem die Erfindung realisiert ist, erzeugt wird. Für die Zwecke der vorliegenden Erläuterung kann vorausgesetzt werden, daß das Signal NK einem Taktimpulsgeber (nicht gezeigt) zugeleitet wird und dieser bei Beendigung des Signals DO die vier aufeinanderfolgenden, sich nicht überlappenden Taktimpulse Tl, T2, T3 und T4 erzeugt.

Es sei jetzt angenommen, daß die Taste 7 gedrückt ist und die Taktimpulse einsetzen. Beim Taktimpuls Tl werden die ODER-Glieder 41 und 42 aktiviert. Das ODER-Glied 41 schickt ein eine "1" darstellendes Signal (im folgenden einfach eine "1" genannt) in der einen Richtung durch die Taste 7 zum ODER-Glied 49, das dadurch aktiviert wird und den UND-Gliedern 53 und 54 eine "1" zuleitet. Beim ersten Taktimpuls Tl wird das UND-Glied 53 voraktiviert. Die "1" vom ODER-Glied 49 tastet daher das UND-Glied 53 auf, so daß dieses das ODER-Glied 50 veranlaßt, ein Ausgangssignal KB = 1 zu erzeugen.

Das aktivierte ODER-Glied 42 ist mit den Tasten 9, B, D und F verbunden. Da diese jedoch sämtlich geöffnet sind, hat die vom ODER-Glied 42 erzeuge "1" keinen Einfluß auf das Arbeiten des Codie'rers zu diesem Zeitpunkt,

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Beim nächsten Taktimpuls T2 werden die ODER-Glieder 45 und 47 aktiviert. Das ODER-Glied 47 schickt, durch die Taste 7 eine "1" in der entgegengesetzten Richtung wie im obigen Fall. Dieses Signal aktiviert das ODER-Glied 48, das den UND-Gliedern 51 und 52 eine "1" zuleitet. Der Taktimpuls T2 hat das UND-Glied 51 voraktiviert, so daß dieses durch die vom ODER-Glied 48 empfangene "1" aktiviert wird. Das UND-Glied 51 beschickt das ODER-Glied 50 mit einer "1", und dieses ODER-Glied erzeugt ein Ausgangssignal KB = 1.

Das aktivierte ODER-Glied 45 ist an die Tasten 2, 3, A und B angeschlossen. Da diese Tasten alle geöffnet sind, hat die vom ODER-Glied 45 erzeugte "1" keinen Einfluß auf das Arbeiten des Codierers, wenn die Taste 7 geschlossen ist.

Beim Taktimpuls T3 werden die ODER-Glieder 47 und 46 aktiviert. Das erstere schickt eine "1" durch die Taste 7 zum ODER-Glied 48. Das UND-Glied 52 ist durch T3 voraktiviert. Das aktivierte ODER-Glied 48 aktiviert daher das UND-Glied 52, das daraufhin eine "1" erzeugt. Diese erscheint als KB = 1 am Ausgang des ODER-Gliedes 50.

Das aktivierte ODER-Glied 46 ist mit den Tasten 4, 5, C und D verbunden. Da jedoch diese Tasten alle offen sind, hat das ODER-Glied 46 keinen Einfluß auf das Arbeiten des Codierers bei geschlois sener Taste 7.

Beim letzten Taktimpuls T4 werden die beiden ODER-Glieder 42 und 44 aktiviert, jedoch ist keines dieser ODER-Glieder mit der Taste 7 verbunden. Die aktivierten ODER-Glieder 42 und 44 schicken eine "1" zum ODER-Glied 48, das daraufhin eine "1" zu den UND-Gliedern 51 und 52 schickt. Da jedoch T2 und T3 beide "O" sind, wird keines der beiden UND-Glieder aktiviert.

Das aktivierte ODER-Glied 42 ist mit den Tasten 9, B, D und F verbunden; jedoch sind diese Taten geöffnet, so daß durch keine von ihnen ein Signal zum ODER-Glied 49 gelangt. Ferner ist das ODER-Glied 44 mit den Tasten 8, A, C und E verbunden; jedoch sind diese Tasten alle geöffnet. Es gelangt daher durch keine dieser Tasten ein Signal zum ODER-Glied 49. Die ODER-Glieder 45, 46 und

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sind alle· gesperrt, so daß keines von ihnen eine "1" zum ODER-Glied 49 schickt. Es bleibt daher das ODER-Glied 49 gesperrt, so daß auch die UND-Glieder 53 und 54 gesperrt sind. Das ODER-Glied 50 erzeugt folglich ein Ausgangssignal KB — 0.

Faßt man die oben erläuterte Arbeitsweise bei gedrückter Taste 7 zusammen, so ergibt sich, daß das 4-Bit-Zeichen 1110, in dieser Reihenfolge, am KB-Ausgang erzeugt wird, wobei das zuerst erzeugte Bit das niedrigststellige und das zuletzt erzeugte Bit das höchststellige Bit sind. Entsprechende Verhältnisse ergeben sich für alle anderen Tasten.

Die Schaltung nach Figur 2 kann in der in Figur 3 gezeigten Weise vereinfacht werden. Hier sind die beiden UND-Glieder 51 und 52 nach Figur 2 durch ein einziges UND-Glied 51a ersetzt. Dieses empfängt ein Eingangssignal vom ODER-Glied 48 und sein zweites Eingangssignal vom ODER-Glied 47 (Figur 2). Dieses letztgenannte Signal ist T2 + T3. Im übrigen braucht die Schaltung nicht verändert zu werden. Man spart also ein UND-Glied ein und hat an Stelle eines ODER-Gliedes mit vier Eingängen ein solches mit drei Eingängen .

Die UND-Glieder 53 und 54 könaea ebenfalls durch ein einziges UND-Glied ersetzt werden^ das an seinem zweiten Eingang.das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 42 (DO + Tl + T4) empfängt. Jedoch muß in diesem Fall die das Signal KE empfangende Einrichtung während des Intervalls von DO gesperrt werden, da bei DO = 1 ©in Ausgangssignal KB = 1 erzeugt wird.

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand einer Tastatur mit 16 Tasten erläutert, wobei jeweils das Brücken einer der Tasten in einen 4-Bit-Code übersetzt wird. Wie bereits erwähnt _s ist jedoch die Erfindung völlig allgemein und kann wie folgt betrachtet werden: Bei dem bekannten Codierer nach Figur 1 betragt die maximale erforderliche Einzweigung für die Erzeugung eines sa-Bit-Codes 2ⁿ~ _c Im Falle der erfindungsgemäßen Anordnung ge ma is Figur 2 beträgt die / η zahl der Taktimpulse η und z-j±z*ä si.ae Gruppe v©sa ρ der Takt isspulse über O.OER-Glieder den linkem Ϊ .·"schlüssel od.es³ Pole-r» der"

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SAO ORIGINAL

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— ο —

Tasten und eine Gruppe von q der Taktimpulse den rechten Anschlüssen oder. Polen der Tasten zugeleitet, wobei die Gruppen ρ und q gegenseitig exklusiv sind und wobei ρ + q = n.

Die Anzahl der ODER-Glieder in der obersten Reihe einer Anordnung wie der nach Figur 2 beträgt 2^P auf der linken und 2^-1 auf der rechten Seite. Die maximale Einzweigung oder Eingangszahl für irgendeines dieser ODER-Glieder ist annähernd ρ oder q (eines der ODER-Glieder kann eine Einzweigung von ρ + 1 haben, wie das ODER-Glied 42 in Figur 2). Die sammelnden ODER-Glieder 48 und 49 haben Einzweigungen von 2 bzw. 2 . Man sieht also, daß bei einer optimalen Anordnung ρ möglichst dicht beim Wert von q liegt. Wenn, wie in Figur 2, η eine gerade Zahl ist, so ist ρ = q = £ im optimalen Fall. Wenn η eine ungerade Zahl ist, so ist ρ = —s— im optimalen Fall. Allgemein verringert sich bei einer erfindungsgemäßen Anordnung die maximale Einzweigung oder Eingangszahl auf einen Wert, der annähernd gleich ist der Quadratwurzel der maximalen erforderlichen Einzweigung bei der Anordnung nach Figur 1.

Während die erfindungsgemäße Anordnung mit mehr Verknüpfungsgliedern arbeitet als die bekannte Anordnung, ist die Schaltung tatsächlich eirfacher als die bekannte Schaltung. Wie bereits erwähnt, erweist sich, daß die erfindungsgemäße Schaltung, unabhängig davon, wie sie realisiert ist, weniger Schaltungselemente benötigt als die Schaltung nach Figur 1. Handelt es sich beispielsweise um integrierte Schaltungen, so benötigt die Schaltung nach Figur 2 weniger Substratfläche und weniger Schaltungselemente als die Schaltung nach Figur 1.

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Claims

_ 9 Patentansprüche

Schaltwerk zum Übersetzen der Schließung je eines von mehreren Zweipol-Schaltern in einen entsprechenden seriellen Bitcode an einem einzigen Ausgang, wobei jeder Code am Ausgang digitale Bitsignale in einer eindeutigen Kombination von h Bitstellen aufweist und jedes Bitsignal bei Auftreten eines entsprechenden von Taktimpulsen T₁ bis T auftritt; mit einer ersten Stufe von Verknüpfungsgliedern, deren jedes eingangsseitig an Pole einer bestimmten Kombination der Schalter angeschlossen ist und die kollektiv Verbindungen von den Schalterpolen nach' den Auftasteingängen einer Anzahl von Ausgangsverknüpfungsgliedern einzweigen, wobei jedes der Ausgangsverknüpfungsglieder ferner einen Voraktivierungseingang, dem je einer der Taktimpulse T₁ bis T zugeführt ist, hat und bei Anwesenheit sowohl eines Taktimpulses als auch eines Auftastimpulses an seinen Eingängen ein Ausgangssignal erzeugt und wobei eine die Ausgänge der Ausgangsverknüpfungsglieder mit dem Schaltwerkausgang koppelnde Anordnung vorgesehen ist, d a d u rch gekennzeichnet , daß die Taktimpulse T₁ bis T eine erste Gruppe von ρ Impulsen und eine zweite Gruppe von q Impulsen enthalten, wobei ρ + q = n, und die erste Stufe von Verknüpfungsgliedern ein erstes und ein zweites Verknüpfungsglied enthält; und daß ferner vorgesehen sind: eine erste Anordnung, die während der Schließung eines bestimmten der Schalter und bei Auftreten eines bestimmten Taktimpulses T. in der ersten Gruppe von ρ Impulsen diesen Taktimpuls T. in einer ersten Richtung durch den geschlossenen Schalter zu einem Eingang des ersten Verknüpfungsgliedes schickt, und eine zweite Anordnung, die ebenfalls während der Schließung des betreffenden Schalters und bei Auftreten eines Taktimpulses T- in der zweiten Gruppe von q Impulsen diesen Impuls T. in der entgegengesetzten Richtung durch den geschlossenen

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Schalter zu einem Eingang des zweiten Verknüpfungsgliedes schickt.
2. Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Anordnung eine zweite Stufe von Verknüpfungsgliedern enthalten, wobei die Verknüpfungsglieder der ersten Anordnung die ρ Impulse der ersten

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Gruppe auf erste Pole der Schalter und die Verknüpfungsglieder der zweiten Anordnung die q Impulse der zweiten Gruppe auf die zweiten Pole der Schalter verteilen.
3. Schaltwerk nach Ansprudi1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß η eine gerade Zahl ist und daß ρ — q.

4· Schaltwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß η eine ungerade Zahl'ist und daß ρ » q '+ 1.

5· Schaltwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerausgang vorgesehen ist, an dem ein Signal erscheint, wenn irgendeiner der Schalter geschlossen istj und daß das erste Verknüpfungsglied unter Steuerung durch die erste Anordnung und durch irgendeinen der Schalter ein Signal an den Steuerausgang schickt.

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