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Impulszähler Die Erfindung bezieht sich auf Zählgeräte, insbesondere
auf einen Impuiszähler, der seinen Einsatz in Rechenanlagen, digitalen Meßeinrichtungen
usw. findet.
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Es ist ein Impulszähler bekannt, der sich aus logischen oder Verknüpfungs-Gliedern
vom Typ der UND-, ODER-, NICHT-Glieder sowie auf deren Kombinationen aufbaut und
zwei n-stufige Trigger oder Kippglieder besitzt, bei welchen n = 3, 4, 5, ... beträgt
und die Ausgänge des ersten Triggers über eine n logische UND-Glieder enthaltende
Gruppe mit den Eingängen des zweiten Triggers und die Ausgänge des letzteren über
eine andere n logische UND-Glieder enthaltende
Gruppe mit den Eingängen
des ersten Triggers verbunden sind, während die übrigen Eingänge der UND-Glieder
jeder Gruppe zusammengeschaltet sind und Rechen- oder Zähleingänge des Impulszählers
bilden In allen Triggern der bekannten Vorrichtung ist der Ausgang jeder Triggerstufe
an die Eingänge der übrigen n-l Stufen desselben Triggers geschaltet Jeder Eingang
des Triggers ist ebenfalls mit den Eingängen der n-l Stufen verbunden Eine solche
Ausführung des Impulszählers hat eine kompliziertere Schaltung und eine verminderte
Belastbarkeit zur Folge, weil mit der Erhöhung der Anzahl n der Stufen die Anzahl
der Verbindungen zwischen den Triggerstufen sowie die der Eingänge der die Stufen
bildenden logischen Glieder rasch zunimmt. Zum Beispiel für n = 5 soll jede Triggerstufe
vier Eingänge für die Verbindung zwischen den Stufen und dazu noch vier Eingänge
für die Verbindungen mit den Triggereingängen aufweisen, wodurch die Fertigung solcher
Zähler erschwert wird.
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Insgesamt sind an den Ausgang einer Triggerstufe die Eingänge der
anderen n logischen Glieder (der n-l Triggers stufen und eines UND-Gliedes) angeschlossen,
wodurch die Belastbarkeit des Triggers, also des Zählers, gleich dem (N-n)-fachen
ist; dabei ist N der Verzweigungsfaktor am Ausgang des die Triggerstufe bildenden
logischen Gliedes.
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Somit ist mit der Erhöhung der Anzahl n der Triggerstufen eine verminderte
Belastbarkeit des Zählers festzustellen; falls N = n ist, ist diese Belastbarkeit
Null, während bei n> N der Zähler im Prinzip nicht realisierbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der genannten
Nachteile einen Impulszähler zu entwickeln, der durch eine geringe Anzahl der Verbindungen
zwischen den Triggerstufen sowie zwischen den Triggers fen und den Triggereingängen
ausgezeichnet ist, so daß sich die Möglichkeit bietet, diesen Impulszähler aus einfacheren
logischen Gliedern und nach einer einfacheren Schaltung aufzubauen.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einem Impulszähler, der aus logischen
oder Verknüpfungs-Gliedern vom Typ der UND-, ODER-, NICHT-Glieder sowie aus deren
Kombinationen aufgebaut ist, und zwei n-stufige Trigger besitzt, wobei n = 5, 6
... beträgt und die Ausgänge des ersten Triggers über eine n UND-Glieder enthaltende
Gruppe mit den Eingängen des zweiten Triggers und die Ausgänge des letzteren über
eine andere n UND-Glieder enthaltende Gruppe mit den Eingängen des ersten Triggers
verbunden sind, während die übrigen Eingänge der UND-Glieder jeder Gruppe zusammengeschal
tet sind und Zähl- oder Recheneingänge des Impulszählers bilden, erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß in den n-stufigen Triggern des Impulszählers der Ausgang jeder
der n Stufen mit den Eingängen S der anderen Stufen desselben Triggers und jeder
Eingang des Triggers mit den Eingängen S der Stufen desselben Triggers verbunden
ist, wobei 2 < 5 (n-3 ist.
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Der erfindungsgemäße Impulszähler verfügt gegenüber dem oben geschilderten
bekannten Impulszähler über eine beträchtlich kleinere Anzahl innerer Verbindungen.
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Dank einer verminderten Anzahl der Verbindungen in den
Triggern
können in dem erfindungsgemäßen Impulszähler einfachere logische. Glieder mit wenigeren
Eingängen und einem kleineren Verzweigungsfaktor Verwendung finden Die Belastbarkeit
des bekannten Impulszählers beträgt N-n, d. h die maximale Anzahl n der Triggerstufen
ist durch den Wert von N begrenzt. In dem erfindungsgemäßen Impulszähler, wenn z.
B. S = 3 ist, beträgt die Belastbarkeit N-(S + 1) = N-4, d. h. sie ist von n nicht
abhängig, wodurch die größtmögliche Anzahl der Triggerstufen nicht durch den Wert
von N begrenzt ist.
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Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Schaltung eines erfindungsgemäßen, aus 5-stufigen
Triggern aufgebauten Impulszweiphasenzählers; und Fig 2 a, b, c, d, e, f, g, h,
i, j, k, 1 Impuls-Zeitdiagramme der Arbeit des Impulszählers Der in Fig. 1 dargestellte
Impulszähler besteht aus zwei Sstufigen Triggern 1 und 2 mit je fünf Stufen 3, 4,
5, 6, 7. Jede der Stufen 3, 4, 5, 6 und 7 stellt ein logisches NOR<ODER-NICHT%Glied
dar. Die Verbindung der Stufen 3, 4, 5, 6 und 7 miteinander ist wie folgt: Es sind
verbunden der Ausgang der Stufe 3 mit den Eingängen der Stufen 5 und 6, der Ausgang
der Stufe 4 mit den Eingängen 6 und 7, der Ausgang der Stufe 5 mit den Eingängen
der Stufen 7 und 3,
der Ausgang der Stufe 6 mit den Eingängen der
Stufen 3 und 4 sowie der Ausgang der Stufe 7 mit den Eingängen der Stufen 4 und
50 Die Eingänge 8, 9, 10, 11 und 12 der Trigger 1 und 2 sind mit den Stufen 3 bis
7 folgendermaßen verbunden: der Eingang 8 mit den Eingängen der Stufen 3 und 4,
der Eingang 9 mit den Eingängen der Stufen 4 und 5, der Eingang 10 mit den Eingängen
5 und 6, der Eingang 11 mit den Eingängen 6 und 7 sowie der Eingang 12 mit den Eingängen
der Stufen 7 und 30 Die Ausgänge der Stufen von 3 bis 7 dienen als Ausgänge 13,
14, 15, 16 und 17 der Trigger 1 und 2.
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Daruber hinaus besitzt der Impulszähler zwei Gruppen mit je fünf
UND-Gliedern 18, 19, 20, 21, 22 bzw 23, 24, 25, 26, 27o Die Trigger 1 und 2 sind
mit den UND-Gliedern 18 bis 27 folgendermaßen zusammengeschaltet: die Ausgänge der
UND-Glieder 18 bis 22 jeweils mit den Eingängen 8 bis 12 des Triggers 1, die Ausgänge
13 bis 17 des Triggers 1 Jeweils mit den Eingängen der UND-Glieder 23 bis 27, die
Ausgänge der logischen UND-Glieder jeweils mit den Eingängen 8 bis 12 des Triggers
1, die Ausgänge 13 bis 17 des Triggers 2 jeweils mit den Eingängen der UND-Glieder
18 bis 22.
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Die übrigen Eingänge der UND-Glieder 18 bis 22 sind zusammengeschaltet
und bilden einen ersten Rechen- oder Zähleingang 28 des Impulszählers. In ähnlicher-
Weise sind die anderen Eingänge der logischen UND Glieder 23 bis 27
zusammengeschaltet
und bilden einen zweiten Rechen- oder Zähleingang 29 des Impulszählers0 Es wurde
hier ein Impulszweiphasenzähler betrachtet, der sich aus den 5stufigen Triggern
aufbaut, Auf ähnliche Weise wird ein Impulszähler aus zwei beliebigen bekannten
n-stufigen Triggern aufgebaut, indem n = 5, 6, 7 0OO ist und die Trigger äquivalent
sind0 Unter den äquivalenten Triggern versteht man Trigger, die durch gleiche stabile
Zustände charakterisiert slnd. In allen im erfindungsgemaßen Impulszahler-elngesetzten
n-stufigen Triggern ist der Ausgang jeder Stufe an die Eingänge S der anderen Stufen
bei 2 Ó 5 < n - 3 geschaltet0 In dem in Fig0 1 veranschaulichten Impulszähler
gilt S = 2o Die Anzahl n wählt man unter Berücksichtigung des für diesen Impulszähler
gültigenUmrechnungsfaktorsO Ein Mehrphasenzähler mit einer Anzahl m der Phasen weist
den gleichen Aufbau wie der Zweiphasenzähler auf, besitzt dagegen m Trigger und
m Gruppen der UND-Glieder sowie m Recheneingänge. Er kann seine Anwendung vorzugsweise
als Phasenzahlumformer, Impulsverteiler usw. finden, obwohl er nach der Zahl der
logischen Glieder komplizierter als Zweiphasenzähler ist.
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Auf der Grundlage des beschriebenen Zweiphasenzählers kann man einen
Impulseinphasenzähler aufbauen.
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Ein Impulseinphasenzähler wird aufgebaut, wenn z0 B.
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dem Impulszweiphasenzähler ein Inverter zugeschaltet wird.
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Der Eingang des letzteren wird in diesem Fall an einen der Eingänge
des Zweiphasenzählers und der andere Eingang des
Zählers an den
Ausgang des Inverters angeschlossen. Ein solcher Impulszähler ist besonders weitgehend
verwendet, da die meisten Vorrichtungen gerade mit Einphasenzählern ausgerüstet
sind0 Auf der Grundlage des hier besprochenen Impulszweiphasenzählers können ebenfalls
mehrstellige Impulszähler aufgebaut werden0 Zu diesem Zweck müssen zwei gleiche
Ausgänge (z. B.
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der Ausgang 17 des Triggers 1 und der Ausgang 17 des Triggers 2, Fig.
1) des einen Zweiphasenzählers mit den Recheneingängen des anderen analogen Zählers
und zwei gleiche Ausgänge des zweiten Zählers mit den Recheneingängen des dritten
Zählers usw, geschaltet werden0 In dem angeführten Beispiel sind die Trigger aus
NOR-Gliedern aufgebaut. Demgemäß kann ein gleicher Impulszähler aus Triggern aufgebaut
werden, bei denen als Stufen NAND{UND-NICH»-Glieder benutzt sind0 Die Wahl der logischen
Glieder hängt von ihrem Preis und den elektrischen Daten dieser Glieder abO In Fig.
2 a, b, c, d, e, f, g, h, i, k, j, 1 sind Zeitdiagramme der Spannungen an verschiedenen
Punkten der Schaltung des Impulszählers veranschaulicht, und zwar: in Fig. 2a Signale
am Eingang 28 des Impulszählers; in Fig0 2b Signale am Eingang 29 des Impulszählers,
in Fig. 2c Signale am Ausgang 13 des Triggers 1, in Fig. 2d Signale am Ausgang 14
des Triggers 1,
in Fig. 2e Signale am Ausgang 15 des Triggers 1,
in Fig0 2f Signale am Ausgang 16 des Triggers 1, in Fig. 2g Signale am Ausgang 17
des Triggers 1, in Fig0 2h Signale am Ausgang 13 des Triggers 2, in Fig0 2i Signale
am Ausgang 14 des Triggers 2, in Fig. 2j Signale am Ausgang 15 des Triggers 2, in
Fig0 2k Signale am Ausgang 16 des Triggers 2, in Fig0 21 Signale am Ausgang 17 des
Triggers 2o In allen Diagrammen ist auf der Abszissenachse die Zeit und auf der
Ordinatenachse die Spannung (bedingt als Binärsignal) aufgetragen.
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Es sei nun die Arbeit des in Fig. 1 veranschaulichten Impulszählers
behandelt. Alle elektrischen Signale an den Eingängen und Ausgängen des Impulszählers
sowie an den Eingängen und Ausgängen der logischen Glieder des Impulszählers nehmen
einen der beiden Werte an, die im weiteren symbolisch als 0 und 1 bezeichnet werden,
dc h. diese elektrischen Signale stellen Binärsignale dar, Die in dem Impulszähler
verwendeten logischen Glieder sind weitgehend bekannt. Sie erzielen folgende Funktionen
der Booleschen Algebra: UND-Glied: -Z = X NAND-Gliedo Z = X NOR-Glied: Z = X + Y;
mit X, Y = Binärsignale an den Eingängen des logischen Gliedes, Z = Binärsignale
am Ausgang des logischen Gliedes,
-: Konjunktions-, Disjunktions-
bzw. Negationszeichen der Booleschen Algebra.
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Die Trigger Jolo 2 weisen folgende stabile Zustände auf: 11000, 01100,(00011,
10001, wobei durch die Binärziffern oder Bits jeweils die Signale an den Ausgängen
13, 14, 15, 16 und 17 angedeutet sind.
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Die Arbeitsweise des Triggers 1 bzwo 2 wird anhand der Tabelle 1
erläutert, wo in der ersten Zeile alle möglichen Kombinationen der Eingangssignale
des Impulszählers, die jeweils an die Eingänge 8, 9, 10, 11 und 12 des Triggers
gelangen, und in der zweiten Zeile die Zustände des Triggers beim Eintreffen der
genannten Kombinationen der Eingangssignale aufgezählt sind: Tabelle 1 Eingänge
11000 01100 00110 00011 10001 00000 Ausgänge 00011 10001 11000 01100 00110 Qi In
der Tabelle 1 bedeutet z. B. in der ersten Spalte 11000 00011, daß der Trigger 1,
wenn die Signale 11000 an die Eingänge 8, 9, 10, 11 und 12 gelangen, in den Zustand
00011 unabhängig von seinem früheren Zustand übergeht, In gleicher Weise deutet
die letzte Spalte an, daß der Trigger 1 beim Eintreffen der Eingabesignale 00000
seinen früheren, durch die vorigen Eingabesignale bedingten Zustand bewahrt.
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In dem Ausgangszustand, wenn die Signale an den Eingängen 28 und
29.gleich Null sind, sind die Signale an den Ausgängen aller UND-Glieder 18, 19,
.00 27, do h. an den Eingangen 8, 9, 10, 11 und 12 der Trigger 1 und 2, ebenfalls
gleich Null0 In diesem Fall kann sich der Trigger 1 bzwo 2 in einem beliebigen der
fünf möglichen stabilen Zustände befinden, Es sei beispielsweise angenommen, daß
sich der Trigger 2 in dem Zustand 11000 befindet, Wenn das Signal 1 an den Eingang
28 des Impulszählers gelangt, sprechen die UND-Glieder 18 und 19 an, und an den
Eingängen 8, 9, 10, 11 und 12 des Triggers 1 treten die Signale 11000 auf, die gemäß
der Tabelle 1 den Trigger 1 in den Zustand 00011 geraten lassen. In diesem Zustand
verbleibt der Trig ger 1 so lange, bis ein neues Eingangssignal ankommt, Das folgende
Eingangssignal, welches gleich 1 ist, gelangt an den Eingang 29 des Impulszählers,
wonach die UND-Glieder 26, 27 ansprechen und an den Eingängen 8, 9, 10, 11, 12 des
Triggers 2 die Signale 00011 auftreten, die laut Tabelle 1 den Trigger 2 in den
Zustand 01100 überführen0 Der dritte Eingangsimpuls gelangt wieder an den Eingang
28, und der Trigger 1 gerät in den Zustand 10001o Der Betrieb setzt sich in gleicher
Weise fort, wie dies aus den Zeitdiagrammen der Fig0 2a bis l zu erkennen ist0 Die
Zustände der Trigger 1 und 2 im Zähler wechseln folgenderweise ab: Ausgang 1o Periode
2. Periode 30 Periode 40 Periode zustand (Takt) O-Qi 1-00011 0-00011 1-10001 0-10001
0-11000 0-11000 1-01100 0-01100 1-00110
10. Periode 11. Periode
0-00110 1-00011 1-11000 0-11000 In der 10. Periode, d. h nach dem Eintreffen des
10.
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Eingangsimpulses, kommt der Impulszähler in seinen Ausgangszustand
zurück, und der gesamte Arbeltszyklus wiederholt sich erneut Wenn also alle Eingangsimpulse
gezählt werden, so hat der Zähler einen Umrechnungsfaktor von 2 5 = 10 und im allgemeinen
Fall einen Umrechnungsfaktor von 2 n.
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Bei einer anderen Arbeitsweise, wenn lediglich dem einen Eingang
zugeführten Impulse gezählt werden, indem dem anderen Eingang zugeführten Impulse
als Hilfsimpulse gelten, wie es z. B. in dem oben erwähnten Einphasenzähler mit
dem Inverter am Eingang der Fall ist, beträgt der Umrechnungsfaktor 5 (im allgemeinen
Fall n)O Wie Fig. 2c, d, e 0OO 1 erkennen läßt, bilden sich an den Ausgängen des
Impulszählers Zehnphasenimpulsfolgen, weil sich der gesamte Arbeitszyklus des Impulszählers
in 10 Phasen einteilen läßt, indem die Impulse der zwei benachbarten Phasen um eine
Periode verschoben sind0 Selbstverständlich können die Ausgänge nur eines der Trigger
1 bzwo 2 in Anspruch genommen werden, und dann ergeben sich lediglich fünf Phasen
bei einer Impulsverschiebung der benachbarten Phasen um zwei Perioden. Im allgemeinen
Fall bilden sich an den Ausgängen des Impulszählers Folgen von m n-Phasenimpulsen.
Demgemäß bietet sich die Möglichkeit, die Vorrichtung als Former von Mehrphasenimpulsserien
bzwo Phasenzahlumformer einzusetzen, weil die Phasenzahlen am Ausgang und Eingang
unterschiedlich sind.
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In dem beschriebenen Impulszähler erfolgt die Umschaltung der Triggerzustände
bei einem Schritt h = 1; wenn zO Bo Qi = 11000 ist, beträgt Qi+1 01100. Nach einer
durchaus einfachen Veränderung der Schaltung des Impulszählers kann man h = 2, 3,
4 und im allgemeinen Fall h = 1, 2, ..., n-1 erhalten, Wenn ze B. die Ausgänge 13
bis 17 des Triggers 2 mit den UND-Gliedern 18 bis 22 folgenderweise verbunden sind:
der 13. mit dem 18., der 14. mit dem 19., der 15. mit dem 20., der 16. mit dem 21.,
der 170 mit dem 22., wie dies in dem oben angeführten Beispiel der Fall ist, beträgt
h = 1. Vor ausgesetzt, daß diese Verbindungen anders vorgenommen sind, nämlich der
13. mit dem 19., der 14. mit dem 200, der 150 mit dem 21., der 16. mit dem 22.,
der 17. mit dem 18., verbunden ist, ist h = 2, und wenn Qi = 11000 ist, beträgt
Qi+ 00110 und Qi+2 10001 usw.
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Bei jedem stabilen Zustand des Triggers 1 bzw. 2 des behandelten
Impulszählers befinden sich mindestens zwei Triggerstufen im Zustand 1. Falls an
den Ausgängen der Vorrichtung ein 1-aus-n-Code aufzutreten hat, ist der Einsatz
eines zusätzlichen Dekodierers erforderlich, der dann an die Ausgänge 13 bis 17
des Impulszählers angeschlossen wird.
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Der Aufbau solch eines Decodierers ist an und für sich eine leichte
Aufgabe, der jeder Fachmann auf diesem Gebiet gerecht werden kann. Bei dem behandelten
Beispiel muß z. B, der Decodierer über fünf logische UND-Zweieingangsglieder verfügen.
Aus diesem Grunde wird diese Frage hier nicht ausführlich behandelt.