DE2241514B2 - Elektronische zeitmessvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektronische Zeitmeßvor-"hlung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanruchs 1.

Es sind präzise elektronische Zeitmeßgeräte bekanntworden, in welchen von einem nichtvorcinstellbaren, t einem Zeitnormal höherer Frequenz verbundenen equenzteiler periodische Impulse mit einer tieferen equenz abgeleitet werden. Diese Impulse dienen zur Betätigung einer geeigneten Zeitanzeige. Das Zeitnormal ist in den meisten Fällen als Oszillator mit einem piezoelektrischen Kristall ausgebildet. Es können aber auch andere hochstabile Schwingungserzeuger benutzt werden. Die Zeitanzeige ist derart ausgebildet, daß die Zeit in Sekunden, Minuten und Stunden angezeigt wird. Die Frequenz des Zeitnormals ist daher entsprechend zu unterteilen.

In der US-Patentschrift 35 40 209 ist ein elektronisches Zeitmeßgerät dargestellt, in welchem pro Sekunde ein Impuls erzeugt wird. Diese Impulse betreiben eine Anzeigevorrichtung mit flüssigen Kristallen. Zwecks Erzeugung der Impulse ist ein kristallgesteuerter Oszillator mit einer Frequenz von 32 768 Hz vorgesehen, dessen Ausgangssignal an eine Kette von 15 binären Frequenzteilerstufen gelegt wird, so daß pro Sekunde genau ein Impuls abgegeben wird.

Ein ähnliches Zeitmeßgerät ist in der US-Patentschriff 35 40 207 beschrieben. Der Kristalloszillator schwingt dort mit einer Frequenz von 16 384 Hz, welche mit Hilfe von 14 in Tandem geschalteten Teilerstufen auf eine Frequenz von 1 Hz reduziert wird. Mit diesen Impulsen wird ein Motor für den Antrieb der Zeiger über das übliche Getriebe gespeist. Im Falle der US-Patentschrift 34 85 033 ist ein Gera; vorgesehen, bei welchem die Frequenz eines Quarzes auf einen Impuls pro Minute geteilt wird. Diese Minutenimpulse werden einem mit lichtemittierenden Dioden ausgerüsteten Anzeigesystem zugeführt.

Schließlich ist in der US-Patentschrift 32 82 042 (Schaller) ein Zeitmeßgerät mit einem kristallgesteuerten Oszillator veranschaulicht, dessen Frequenz zwecks Synchronisation einer das Getriebe einer mechanischen Zeitanzeige antreibenden Stimmgabel auf 360 Hz reduziert wird.

Es waren also zahlreiche Arten von mechanischen und nicht mechanischen Zeitanzeigesystemen in Verbindung mit konstanten Zeitnormalen höherer Frequenz in Gebrauch, wobei jeweils für die Herabsetzung der Schwingfrequenz auf einen geeigneten Wert Frequenzteiler zwischen Schwingungserzeuger und Anzeigesystem geschaltet sind.

Kristallgesteuerte Oszillatoren haben nicht nur den Vorteil des hohen (^-Faktors und damit der hohen Frequenzstabilität; sie weisen auch keinen Lagefehler auf. Die Genauigkeit von Armbanduhren dieser Art wird also durch Änderungen der Position nicht beeinflußt.

Auf der anderen Seite sind Schwingkristalle nicht frei von Mangeln. So kann ein konventionelles Zeitmeßgerät nur dann genaue Zeit anzeigen, wenn der Kristall mit einer ganz genau vorgeschriebenen Frequenz schwingt. Wie sich aus den obenerwähnten Vorschlägen ergibt, muß diese Frequenz beispielsweise genau 32 768 Hz betragen. Im Falle einer Abweichung von dieser Sollfrequenz wird das Zeitmeßgerät entsprechend ungenau So ergibt eine Abweichung der Kristallfrequenz von 1:10 000 eine Fehlanzeige von 10 Sekunden pro Tag bzw. 5 Minuten pro Monat. Ein solcher Fehler wäre selbstverständlich nicht annehmbar.

Solange Frequenzteiler ein nichtvariables Element des Zeitmeßsystems darstellen, ist man auf sehr genau abgestimmte Kristalle angewiesen. Man kann zwar Kristalle mit einer genau festgelegten Frequenz erzeugen. Allerdings sind solche Herstellungsprozcsse umständlich und teuer. Die Einhaltung genauer Dimensionen des Kristalls erfordert hochqualifizierte Fachleute. Diese die Kosten verteuernden Umstände stehen der

Massenproduktion von elektronischen Zeitmeßgeräten entgegen.

Um die erläuterten außerordentlich engen Toleranzforderungen für die Kristallherstellung zi: mildern, ist es bereits bekannt, den Schwip.gkrista". mit einer einsteübaren Reaktanz bzw. einer Gruppe von selektiv zuschaltbaren Reaktanzen in einem Stromkreis zu vereinigen, um die leicht abweichende Frequenz des Kristalls auf den gewünschten Wert /u bringen. Größere Frequenzabweichungen lassen sich in dieser Weise jedoch nicht korrigieren und Alterungseffekte wirken sich relativ stark aus. Außerdem wird der Wirkungsgrad des Oszillators ungünstig beeinflußt. Auch ist die notwendige Korrektur durch die angegebene Maßnahme nicht mehr durchführbar, falls die Eigenfrequenz des Kristalls vom idealen Wert mehr als beispielsweise 0,001 oder 0,002% abweicht.

Zur Überwindung dieser sich aus der Herstellung des Frequenznormals ergebenden Schwierigkeiten ist aus der DT-OS 19 46 166 eine Zeitmeßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der das Frequenznormal auf eine gegenüber dem Sollwert erhöhte Frequenz ausgelegt ist. Um dennoch am Ausgang des dem Frequenznormal nachgeschalteten Binärstufenteilers den gewünschten Zählwert, beispielsweise genau einen Impuls pro Sekunde, zu erhalten, ist eine bestimmten Zählstufen vorgeschaltete, wahlweise einschaltbare Inhibitionsschaltung vorgesehen, die einzelne Zählimpulse während bestimmter Zehräume sperrt, um den positiven Zählwertüberhang auf Grund der zu hohen Betriebsfrequenz, des Frequenznormals abzubauen. Für die Massenproduktion von kleinen Schwingquarzen, die auch nach der DT-OS 19 46 166 in aller Regel als Frequenznormal vorgesehen sind, ist es, jedoch wesentlich vorteilhafter wenn der Bereich der tolerierbaren Frequenzabweichung unterhalb der Sollfrequenz liegt.

Dies beruht darauf, daK die angelieferten Rohquarze, die auf jeden Fall geschliffen bzw. geläppt werden müssen, von Haus aus stets eine wesentlich unter der Sollfrequenz liegende Eigenfrequenz aufweisen und dann durch die Material abtragende Bearbeitung in den Bereich der Sollfrequenz getrimmt werden. Es erfordert nun vergleichsweise weniger Zeit- und Materialaufwand, den Trimmvorgang bereits vor Erreichen der Sollfrequenz zu beenden, d. h. wenn die Quarznennfrequenz noch unterhalb der Sollfrequenz liegt.

Da die Quarzbearbeitung eine der aufwendigsten und teuersten Arbeitsfolgen bei der Herstellung derartiger Zeitmeßvorrichtungen ist, liegt mithin der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine schaltungstechnische Möglichkeit zu finden, mit der sich ein Zählwertdefizit am Ausgang des dem Frequenznormal nachgeschalteten Binärstufenteilers auf Grund der unterhalb der Sollfrequenz liegenden Betriebsfrequenz des Frequenznormals einstellbar ausgleichen läßt.

Diese Aufgabe wird gemäß einem älteren Vorschlag nach der DT-OS 22 33 800 mit Hilfe einer an den Ausgang einer Frequenz unterteilenden Binärteilerkette angeschlossenen Korrektursteuereinheit gelöst, die f,₀ die Stellung von zwei Schaltern festlegt, über die ein Teil der Teilerkeue zeitweilig kurz schließbar ist, so daß die Frequenz der Ausgangsimpulse während der Überbrükkungsphase erhöht ist. Bei dieser vorgeschlagenen Lösung wird also das Untersetzungsverhältnis der (,_s Teilerkette selbst durch eine zeitabhängige Umschaltfunktion geändert, die einzelne Glieder der Teilerkeue direkt wirksam oder unwirksam schaltet. Der Aufwand für die zeitabhängige Umschaltfunktion ist relativ hoch und die gesamte Schaltungsanordnung eignet sich relativ schlecht zur Herstellung in integrierter Schall kreistechnik.

Demgegenüber geht die Erfindung einen anderen Weg, nämlich die entsprechend der Abweichung des Frequenznormals fehlenden Impulse ohne zeitsteuerungsabhängige Umschaltung der ^Teilerkette an geeigneter Stelle direkt zuzusezten. Ausgehend von einer elektronischen Zeilmeßvorrichtung bekannter Bauart gemäß der DT-OS 19 46 166, bei der niederfrequente Steuerimpulse erzeugt werden, die dazu bestimmt sind, eine Zeitanzeige oder eine andere durch genaue Zeitimpulse getätigte Einrichtung zu speisen, mit einem höherfrequenten Frequenznormal, dessen Betriebsfrequenz etwas außerhalb der Sollfrequenz liegt, mit einem mit dem Frequenznormal gekoppelten Haupifrequen/-teiler, welcher π in Tandem geschaltete Binärstufen für das Teilen der Betriebsfrequenz des Frequenznormals durch ein ganzzahliges 2" aufweist, zwecks Erzeugung von niederfrequenten Steuerimpulsen mit einem einer gegebenen Zeitspanne entsprechenden Impuls-Zählwert, der von dem aus der Sollfrequenz ableitbaren Zählwert abweicht, aufweist, und mit einer Korrektureinrichtung, die den Hauptfrequenzteiler entsprechend dieser Abweichung derart beeinflußt, daß die Abweichung verschwindet, besteht die Erfindung darin, daß die Betriebsfrequenz des Frequenznormals etwas kleiner ist als die Sollfrequenz und dementsprechend innerhalb der gegebenen Zeitspanne ein difizitarer Impuls-Zählwert auftritt, daß die Korrektureinrichtung einen mehrstufigen, mit dem Ausgang des Hauptfrequenzteilers gekoppelten Zusaizfrequenzteilcr aufweist, der Zusatzimpulse mit einer von seiner Siufenzahl abhängigen Häufigkeit erzeugt, die dem Hauptfrequenzteiler zwecks Ergänzung der innerhalb der genannten Zeitspanne abgegebenen Anzahl von Steuerimpulsen auf-den von der Sollfrequenz ableitbaren !mpuls-Zählwert über einen mit ausgewählten Stufen des Hauptfrequenzteilers gekoppelten Vorcinstellabschvi'tt zuführbar sind, der für die Eingabe einer das Zählwertdefizit ausgleichenden Korrekturzahl für den Hauptfrcquenzteiler einstellbar ist.

Zwecks Korrektur der impuOanzahl entsprechend der Abweichung der Eigenfrequenz des Zeitnormals von der SoIIfrequunz werden also die Ausgangsimpulse des Hauptfrequenzteilers an einen Zusatzfrequenzteiler gelegt, welcher Frequenzkorrekturimpulse entsprechend der Anzahl seiner zusätzlichen Stufen abgibt. Der Steuerimpuls wird an einem voreingestellten Abschnitt zugeführt, welcher mit ausgewählten Stufen des Hauptfrequnzteilerabschnitts gekoppelt ist und sich einstellen läßt, um in den Frequenzteiler-Hauptabschnitt eine Korrekturzahl einzuführen. Die Korreklurimpulse gleichen die Abweichung des Frequenznormals aus, so daß die gesamte Anzahl der vom Hauptteiler innerhalb eines gegebenen Zeitabschnittes abgegebenen Impulse der Anzahl Impulse entspricht, welche im Falle eines Schwingens des Frequenznormals mit dei genau vorgeschriebenen Frequenz entstehen würde.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßer Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich daraus, daf. eine zeitabhängig gesteuerte Schaltfunktion entbehrlich wird und die Herstellung der gesamten Schaltungsan Ordnung in integrierter Schaltkreistechnik durch dit Verwendung gleicher Elemente auch für den Zusatzfre quenzteiler besonders günstig wird. Da man nicht meh auf Kristalle mit einer ganz genau difinicrten Schwin

gungsfrequenz angewiesen ist, sondern insbesondere Kristalle mit unterhalb der Sollfrequenz liegender Belriebsfrequenz einsetzen kann, steht einer billigen Massenfertigung solcher Kristalle und solcher Zeitmeßvorrichtungen kein Hindernis mehr im Wege.

Die Erfindung ist nachfolgend in beispielsweisen Ausführungsformen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform, die die grundlegenden Teile einer Zeitmeßvorrichtung mit voreinstellbarem Frequenzteiler zeigt,

F i g. 2 den logischen Stromkreis des voreinstellbaren Frequenzteilers,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform mit voreinstellbarem Frequenzteiler, wobei elektronische anstatt mechanische Schaltmittel für die Einstellung des Frequenzteilers vorgesehen sind,

F i g. 4 einen logischen Stromkreis für den in F i g. 3 veranschaulichten Frequenzteiler und

Fig.5 ein Blockschaltbild des logischen Stromkreises des voreinstellbaren Teilers einer anderen Ausführungsform.

Im Blockschaltbild nach Fig. 1 sind die wesentlichen Teile einer ersten Ausführungsform einer elektronischen Zeitmeßvorrichtung zu erkennen. Zum System gehört ein frequenzkonstantes Zeitnormal 10 verhältnismäßig hoher Frequenz. Meist ist dies ein kristallgesteuerter Oszillator mit einer Ausgangsfrequenz Λ. Der Ausgang des Oszillators 10 wird einer voreinstellbaren Frequenzteilereinrichtung zugeführt, welche für die Erzeugung von eine Zeitanzeigeeinrichtung 12 betätigenden Ausgangsimpulsen einen Hauptabschnitt 11 mit η Binärstufen aufweist.

Die Anzeigemittel 12 können von irgend einer bekannten Art sein, wie etwa eine Flüssigkeitskristallanzeige, eine elektrolumineszente Anzeige, eine mechanische Zeitanzeige usw. Die Ausbildung der Anzeigemittel bildet nicht Gegenstand der Erfindung. Es ist lediglich notwendig, daß sich die Anzeigemittel durch zeitgesteuerte Impulse niedriger Frequenz betätigen oder synchronisieren lassen.

Die Frequenz k des Oszillators liegt innerhalb eines Bereichs leicht unterhalb der Sollfrequenz f. welche bei Verwendung eines nichtvoreinstellbaren Frequenzteilers gleicher Stufenzahl die gewünschte Impulsfrequenz ergeben würde (z. B. 1 Hz). Die Sollfrequenz beträgt somit f = 2".

Es ist also mit anderen Worten die Anzahl der Stufen des Frequenzteiler-Hauptabschnittes 11 derart gewählt, daß von einer 2"-Hz-Schwingungsquelle ein 1 -Hz-Signal abgeleitet wird. Falls man also mit einem Oszillator mit einer etwas unterhalb der Sollfrequenz f liegenden Eigenfrequenz A Impulse mit einer mittleren Impulsfrequenz von /72" erzeugen will, ist es notwendig, den vom Hauptabschnitt 11 abgeleiteten Impulsen die notwendige Anzahl Impulse zuzusetzen.

Dieses Zugeben von Impulsen wird im voreinstellbaren Teiler mit Hilfe eines zusätzlichen, mit dem Abschnitt 11 verbundenen Frequenzteilerabschnittes 13 bewerkstelligt. Der Zusatzabschnitt des Teilers enthält m Stufen. Das Frequenzeinstellinkrement bzw. die Auflösung ist folglich ein Teil auf 2^n+m. Der Frequenzteiler-Hauptteil 11 wirkt mit einem Voreinstellabschnitt 14 zusammen, der mit dem Ausgang des Zusatzabschnittes 13 des Frequenzteilers verbunden ist und dessen Aufgabe darin besteht, den Anfangsstufen (L) des Hauptteilers geeignete Eingangssignale zuzuführen. In dieser Weise ergibt sich bei L mit einem Eingang versorgten Stufen die obere Grenze des Frequen/einstellbereichszu 2' — 1 Teilen in 2" ^{+ m}.

Es sei nun von einer Sollfrequenz /"= 2'⁵ = 32 768 Hz ausgegangen. Für die Erzeugung eines 1-Hz-Signals, das für die Speisung der Zeitanzeigemittel 12. deren kleinste Zeiteinheit eine Sekunde ist, zur Anwendung kommt, benötigt man somit 15 binäre Teilerstufen (η = 15) im Hauptabschnitt des Frequenzteilers. Des weiteren sei angenommen, daß der

ίο zusätzliche Teilerabschnitt 13 fünf zusätzliche Stufen aufweise (m = 5), womit sich eine Auflösung von 1 :2²⁰ oder etwa ein Teil auf eine Million ergibt. Dies entspricht einem Frequenzeinstellinkrement von 0,08 Sekunden pro Tag.

Die beiden Abschnitte 11 und 13 stellen eine Teilerkette von insgesamt 20 Stufen dar. Wenn nun jede der ersten sechs Stufen des voreinstellbaren Frequenzteilers mit einem zusätzlichen Eingang versehen ist, erhält man einen totalen Frequenznachstellbereich von 2^L~ 1 Teilen in 2^{n + m} bzw. 63 Teilen in 2¹⁵ + ⁵ bzw. 60 Teilen pro Million. Diese obere Grenze des Frequenzeinstellbereiches entspricht 5,2 Sekunden pro Tag.

Eine alternative Methode zum Einsetzen einer Zahl in die ersten L-Stufen des Hauptabschnittes einmal pro 2^{n + m} Eingangsimpulse besteht darin, der ersten Teilerstufe einen Zusatzimpuls bis zu 2^L~' mal im Verlaufe eines vollständigen Zyklus des Frequenzteilers zuzusetzen. Durch gleichmäßige Verteilung der Zusatzimpulse über den Zyklus lassen sich Ungleichmäßigkeiten in Form einer verhältnismäßig hohen Ausgangsfrequenz vermeiden.

Es ist zu bemerken, daß der Wert von »m« gleich Null sein kann. In diesem Falle ist die Auflösung 1 Hz in 2" Hz. Ferner kann L gleich 1 sein, wodurch der Einstellbereich 1 Teil auf 2" + ^m wird. Schließlich kann der Wert von »m« negativ werden, sofern die Auflösung von 1 auf 2" größer als erwünscht ist. Unter diesen Umständen ist keine zusätzliche Teilerstufe notwendig und es läßt sich ein Rückkopplungsausgang von der (n - m/ten Stufe der Frequenzteilerkette ableiten.

Der voreinstellbare Frequenzteiler wirkt also in der Weise, daß dem Eingang des Hauptteils des Frequenzteilers Impulse zugesetzt werden, um den Fehlbetrag der Frequenz A gegenüber der Frequenz f auszuglei-

chen. Das System arbeitet also additiv in einer solchen Weise, daß sich eine durchschnittliche Frequenz der Ausgangsimpulse von f/2" Hz ergibt.

Die sich dank der Erfindung ergebenden Vorteile sind beträchtlich. Die Resonanzfrequenz eines Quarzes

hängt von den Dimensionen des Kristallplättchens und den geo.iietrischen Beziehungen zwischen diesem Plättchen und der Kristallstruktur ab. Beim üblichen Herstellungsverfahren wird zunächst das Plättchen roh zugeschnitten. Hierauf werden die Abmessungen des

Plättchens durch zeitraubendes Läppen so lange reduziert, bis die Frequenz des Kristalls ihren Sollwert erreicht hat. Man muß also außerordentlich vorsichtig verfahren, um den kritischen Wert nicht zu überschreiten, ansonst der Kristall unbrauchbar wird.

Diese Schwierigkeiten fallen bei der Einrichtung nach der Erfindung weg, da man bei der Herstellung der Kristallplättchen keine besondere Geschicklichkeit mehr aufzuwenden braucht. Die Toleranzen sind nicht mehr kritisch. Ein Kristallplättchen ist brauchbar, sobald sich seine Eigenfrequenz ft ziemlich nahe bei der Sollfrequenz /'befindet. Man muß lediglich dafür Sorge tragen, daß Λ etwas kleiner ist als f. In dieser Weise kann man Schwingkristalle als billige Massenprodukte

ertigcn.

In Fig. 2 ist die logische Schaltung erkennbar, die dazu dient, die Voreinstellfunktion in dem aus dem Teilerhauptabschnitt 11, dem Teilerzusatzabschnitt 13 und dem Voreinstellabschnitt 14 bestehenden, voreinstellbaren Frequenzteiler durchzuführen. Für die Darstellung der Flip-Flop- und Torfunktionen finden die üblichen Symbole Anwendung.

Der Hauptteil des Frequenzteilers setzt sich aus einer entsprechend gewählten Anzahl von binären Zählstufen 113,11 b, lh·, Hd... 11 η zusammen, wobei die Stuf en Ha, Ht und lic-die sogenannten i.-Stufen sind. Vom Zusatzoder »m«-Abschnitt 13, der mit dem Ausgang des Hauptabschnittes verbunden ist, sind die erste Stufe 13» und die letzte Stufe 13m ersichtlich.

Das Ausgangssignal des Zeitnormals 10 wird an die Teilerkette gelegt. Sobald der »m«-Abschnitt eine volle Zählung durchgeführt hat, erzeugt die letzte Stufe 13m einen Impuls, welcher einen Flip-Flop FFl einstellt. Dieser ist einerseits einem ersten UND-Tor Gi und andererseits einem zweiten UND-Tor Gi zugeordnet. ]e ein weiterer Eingang dieser beiden Tore liegt am Oszillator 10. Der andere Eingang des Tors Gi ist mit dem Q-Ausgang des Flip-Flops FFl verbunden, während der andere Eingang des Tors Gi am Q-Ausgangs des Flip-Flops liegt. Wenn der Flip-Flop FFl von der letzten Stufe 13m des Teilerzusatzabschnitts 13 einen Impuls aufnimmt, wird das Tor Gi nichtleitend und das Tor Gi gleichzeitig leitend.

Der Ausgang des Tors Gi ist über drei Umschalter Sa, Sb und Sr mit den entsprechenden L-Stufen des Hauptabschnittes 11 verbunden, wenn die Kontakte x. wie ersichtlich, geschlossen sind. Falls jedoch die y-Kontakte geschlossen sind, liegen sie an logisch »0«, und es ist das Tor Gt von den L-Stufen getrennt.

Wie erwähnt, ist der Flip-Flop FFl durch einen von der letzten Stufe 13m abgeleiteten Impuls eingestellt, wodurch das Tor Gn leitend wird. Der nächste Impuls des Oszillators 10 versetzt die »/.«-Stufen (lla. 11t und lic·) des Frequenzteiler-Hauptteils in den durch die Einstellung der Schalter Sa, St und S₁ vorbestimmten Zustand.

Sofern der Schalter Sa sich in der x-Stellung befindet, wird die ihm zugeordnete Binärstufe 11a in den »1 «-Zustand versetzt. Liegt dagegen der Schaltkontakt an y, dann übt der Oszillatorimpuls keine Wirkung auf die Binärstufe aus. Diese verbleibt dann in der »O«-Stellung. Das gleiche gilt für den Schalter Sb und die diesem zugeordnete Binärstufe lit sowie für den Schalter Sc und die Stufe lic (alle »/.«-Stufen nehmen den »O«-Zustand ein, wenn der Zusatzteiler die volle Zählung erreicht hat und einen den Flip-Flop FFI einstellenden Impuls abgibt).

Mit dem Flip-Flop FFl wirkt ein Flip-Flop FF2 zusammen, dessen C-Eingang mit dem Zeitnormal 10 gekoppelt ist, und dessen D-Eingang mit dem Q-Ausgang des Flip-Flops FFl verbunden ist. Der gleiche Oszillatorimpuls, der das Tor Gi in den leitenden Zustand versetzt, stellt auch den Flip-Flop FF2 dadurch ein, daß dessen D-Eingang durch Kippen des Flip-Flops ι*? FFl in den »1 «-Zustand versetzt wird. Das Umschalten des Flip-Flops FF2 hat ein Signal an seinem (^-Ausgang zur Folge, welches an R des Flip-Flops FFl zwecks Rückstellung desselben gelegt wird, wodurch die Tore in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden, in welchem Gi leitet und Gesperrt.

Die »L«-Stufcn des Hauptabschnittes Π sind als asvnchroner Frequenzunteneiler geschaltet, so daß vom nächsten Impuls des Oszillators 10 an aufgezählt oder von der soeben eingegebenen Zahl (d.h. 135) an mit Zählen begonnen wird. Der nächste Impuls vom Zeitnormal 10 stellt auch den Flip-Flop FF2 zurück, dessen D-Eingang sich in diesem Moment im Zustand »0« befindet. Das System ist nun zwecks Wiederholung des Vorgangs aufnahmebereit für den Empfang eines Impulses vom »m«-Frequenzteiler d. h. vom zusätzlichen Teilerabschnitt 13.

Obschon die Schalter Sa, Sb und Sc auf der Zeichnung als mechanische Schalter dargestellt sind, können diese in Wirklichkeit als Dünnfilmverbindungen auf einer Platte eines integrierten oder gedruckten Stromkreises ausgebildet sein. Diese Verbindungen lassen sich nach Bedarf je nach der gewünschten Schaltstellung abschaben oder verlöten. Es sind somit keine diskreten Schaltelemente erforderlich.

Bei der beschriebenen Apparatur wird der Frequenzteiler mit Hilfe von multiplen Schalt- bzw. Verbindungselementen von Hand voreingestellt. Nach Wahl des minimalen Frequenzeinstellinkrements (z. B. 0,1 Sekunden pro Tag), ist der Einstellbereich durch die verfügbaren Schaltverbindungen begrenzt. In der Praxis gelingt es, diese voreinstellbaren Verbindungen innerhalb des begrenzten Raums einer Armbanduhr unterzubringen.

Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf Fig.3 ein niehimechanisches Voreinstellprinzip erläutert, bei welchem Speicherelemente vorgesehen sind, die sich im Zuge der Herstellung oder später mit Hilfe von elektronischen, nicht zur Uhr gehörenden Stromkreisen voreinstellen lassen, um den Gang der Uhr zu korrigieren.

Die in F i g. 3 erkennbaren, zu den »L«-Eingangsstufen des Frequenzteiler-Hauptabschnitts 11 führenden Schalter Ma, Mb, Mc, Md und Mc sind elektronischer Natur. Jeder dieser elektronischen Schalter, die in Wirklichkeit lediglich eine Schaltzustandsinformation enthalten müssen, wird durch ein Speicherelement gebildet. Das diesen Speicherelementen zugrunde liegende physikalische Phänomen braucht nicht elektronischer Natur zu sein. Es genügt, wenn sich das Abfragen, das Einschreiben und das Auslesen der Zustandsinformation auf elektronischem Wege bewerkstelligen läßt. Als Speicherelemente eignen sich magnetische Kerne, magnetische Blaseneinrichtungen oder Halbleiterelemente.

Die Betätigung der Schalter Ma bis Mc geschieht mit Hilfe eines programmierbaren Speicherelements 15, bestehend aus einem L-stufigen Binärzähler mit einem Rücksti-lleingang Y und einem Signaleingang X. In den Eingang X eingespeiste Signal-Impulse werden durch den Speicher gezählt und es werden diese Impulse, sofern ihre Anzahl kleiner als 2^L — 1 ist, in binärer Form an den Schaltpunkten Ma bis Mc erscheinen. Wenn beispielsweise 6 Impulse in den Speicher eingegeben werden, wird sich an den Ausgangsstufen des Speichers folgender Zustand einstellen: A — »0«, ß-»1«, C-»l«, D (und folgende) - »0«. Diese Zustände stellen die Schaltzustände der Schalter Ma, Mh, Mc, Ma usw. dar, wie sie für die Einstellung des Frequenzteilers benötigt werden.

Soweit man mechanische Schaltelemente verwendet (Fig. 2), wird der vorhandene Platz maßgebend sein für die obere Grenze des Frequenzeinstellbereichs. Solchen Beschränkungen ist die Anordnung nach F i g. 3 nicht unterworfen. Man kann daher, soweit überhaupt der voreinstellbare Frequenzteiler der bestimmende Faktor

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ist, einen Einstellboreich von der Größenordnung von 10% oder mehr der Eingangsfrequenz in Betracht ziehen, was zu einer beträchtlichen Ausweitung der zulässigen Fabrikationstoleranz des zeitbestimmenden Elements führt.

Die Fig.4 veranschaulicht in detaillierterer Art ein Ausführungsbeispiel der für die Ausführung der elektronischen Voreinstellung notwendigen logischen Stromkreise. Die UND-Tore Mi, Mb usw. ersetzen hier die mechanischen Schaltelemente nach Fig.2. Die Ausgangssignale von diesen UN D-Toren entsprechen den an den mechanischen Schaltelementen gemäß F i g. 2 auftretenden Ausgangssignalen. Sie werden an mit den C-Eingängen von Flip-Flops verbundene NOR-Tore geleitet. Die an die UND-Tore gegebenen, vom programmierbaren Speicher stammenden Eingangssignale entsprechen der Stellung der mechanischen Schalter.

Ein logischer »!«-Zustand an den UND-Toren ist elektronisch dasselbe, als ob der mechanische Schalter sich in seiner unteren geschlossenen Lage befinden würde (vgl. F i g. 2), wogegen der »O«-Zustand einem offenen Schalter entspricht. Der logische Zustand jedes Fingangs ist durch den Schaltzustand des dazugehörenden Flip-Flops festgelegt. Diese Flip-Flop bilden zusammen einen asynchronen Frequenzzähler (ripple counter). Wenn ferner dieser Zähler auf die gleiche Weise wie der »n«- und/oder »/»(-Frequenzteiler zählt, muß er lediglich eine Anzahl von Impulsen empfangen, die gleich ist der benötigten voreingestellten Zahl. Im vorangegangenen Beispiel beträgt diese voreingestellte Zahl 135. Sofern man also nach der Rückstellung des Zählers auf Null 135 Impulse in den Zähler einspeist, werden diese Flip-Flop-Stufen den mit dieser Einspeisung übereinstimmenden Zustand annehmen, so daß 135 in den »n«-Teiler eingesetzt wird, sobald es das System erfordert.

Der programmierbare Speicher wird durch Verbinden der X- und V-Eingänge an einen äußeren Stromkreis programmiert. Zunächst legt dieser Stromkreis einen Impuls an den V-Eingang, was die Rückstellung aller Stufen auf Null bewirkt. Hernach legt der Stromkreis eine der voreingestellten Zahl numerisch entsprechende Anzahl von Impulsen an den X-Eingang. Der Speicher speichert diese Zahl so lange, bis sie durch den äußeren Stromkreis wieder geändert wird.

Die F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines logischen Stromkreises für einen voreinstellbaren

ίο Frequenzteiler, in welchem das Signal der Ausgangsstufe des Zusatz- bzw. »n?«-Teilerabschnitts an einen dritten Flip-Flop FF3 gelegt ist. Wenn der »m«-Frequenzteiler die volle Zählung erreicht hat, wird der hierbei abgegebene Impuls den Flip-Flop FF3 betätigen und einen »O«-Zustandsimpuls an die Rückstelleitung R des Flip-Flops FF3 legen, und zwar während einer Dauer, die vom Zustand der den »L«-Stufen der Teilerkette zugeordneten Eingangsleitungen abhängt. Diese Leitungen sind entsprechend der gewünschten Frequenzkorrektur mit einem »0« oder einem »1« verbunden.

Nach Beendigung dieses Impulses kehrt der (^Ausgang des Flip-Flops FF3 in den »!«-Zustand zurück. Dieser Ausgang liegt mit dem (^Ausgang der (m + η - L)-\en Stufe des Teilers an einem Tor, so daß am Eingang des Flip-Flops FFl eine Serie von Impulsen erscheint, deren Anzahl dem Komplement der an den »L«-Eingangslinien auftretenden Binärzahl entspricht.

Einer dieser Impulse hebt den »!«-Zustand von der Rückstelleitung den Flip-Flops FFl auf.

Sobald die erste Teilerstufe das nächstemal den »!«-Zustand annimmt, wird sie den Flip-Flop FFl auslösen, welcher die erste Teilerstufe auf »0« zurückstellt und hierbei einen Impuls addiert. Flip-Flop

FF2 wird zurückgestellt, wenn der Eingang des Teilers in den Zustand »0« wechselt. Hierbei wird der »!«-Zustand auf der Rückstelleitung der ersten Teilerstufe aufgehoben, wodurch der nächste Eingangsimpuls FF auslöst. Das System ist nunmehr für den nächsten Impuls an Flip-Flop FF2 bereit.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   !. Elektronische Zeitmeßvorrichtung für die Erzeugung von niederfrequenten Steuerimpulsen, die dazu bestimmt sind, eine Zeitanzeige oder eine andere durch genaue Zeitimpulse betätigte Einrichtung zu speisen, mit einem höherfrequenten Frequenznormal, dessen Betriebsfrequenz etwas außerhalb der Sollfrequenz liegt, mit einem mit dem Frequenznormal gekoppelten Hauptfr^quenztciler, welcher η in Tandem geschaltete Binärstufen für das Teilen der Betriebsfrequenz des Frequenznormals durch ein ganzzahliges 2" zur Erzeugung der niederfrequenten Steuerimpulse mit einem einer gegebenen Zeitspanne entsprechenden Impuls-Zählwert, der von dem aus der Sollfrequenz ableitbaren Zählwert abweicht, aufweist, und mit einer Korrektureinrichtung, die den Hauptfrequenzteiler entsprechend dieser Abweichung derart beeinflußt, daß die Abweichung verschwindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz des Frequenznormals etwas kleiner ist als die Sollfrequenz und dementsprechend innerhalb der gegebenen Zeitspanne ein difizitärer Impuls-Zählwert auftritt, daß die Korrektureinrichtung (13, 14) einen mehrstufigen, mit dem Ausgang des Hauptfrequenzteilers gekoppelten Zusatzfrequenzteiler (13) aufweist, der Zusatzimpulse mit einer von seiner Stufenzahl abhängigen Häufigkeit erzeugt. \₀ die dem Hauptfrequenzteiler(ll)zwecks Ergänzung der innerhalb der genannten Zeitspanne abgegebenen Anzahl von Steuerinipulsen auf den von der Sollfrequenz ableitbaren Impuls-Zählwert über einen mit ausgewählten Stufen des Hauptfrequenzteilers gekoppelten Voreinstellabschnitt (14) zuführbar sind, der für die Eingabe einer das Zählwertdefizit ausgleichenden Korrekturzahl in deji Hauptfrequenzteiler einstellbar ist.
2. 2. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Voreinstellabschnitt (14) über Schaltermittel für das Verbinden des Voreinstellabschnittes mit den ausgewählten Stufen des Hauptfrequenzteilers (11) voreinstellbar ist.
3. 3. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (Sa, Sb, Sc) als einzeln aktivierbare oder unterbrechbare Verbindungen ausgebildet sind, die jeweils ein Zuschalten oder Abschalten der ihnen zugeordneten Stufe gestatten. ₅ο
4. 4. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter als Speicherelemente (Ma bis Me)ausgebildet sind, die sich durch außerhalb der Zeitmeßvorrichtung befindliche elektronische Stromkreise voreinstellen lassen.