DE2327685A1 - Elektronische einrichtung zur zeitbestimmung - Google Patents

Description

RCA 66 053 '

GB-PA 25790/72 '

filed: 2nd June,1972

US-Ser.No.29'1 314 .

filed: 22nd September 1972

RCA Corporation

New York, N.T. (V.St.A.)

Elektronische Einrichtung zur Zeitbestimmung

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Einrichtungen zur Zeitbestimmung, mit einer durch ein Signal vorgegebener Frequenz gespeisten Steuervorrichtung, mit- der eine Anzeigevorrichtung für verstrichene Zeit gekoppelt ist. Die Erfindung kann z/B. auf Stoppuhren Anwendung finden, die mit Einrichtungen zum Pestsetzen des Beginnes und des Endes eines Zeitintervalles versehen sind.

Es sind elektronische Uhren, einschließlich Armbanduhren, bekannt, die eine Zeitanzeigevorrichtung enthalten, die durch ein elektrisches Signal vorgegebener. Frequenz gesteuert

309851/0407

wird, welches z.B. mittels eines Zählers erzeugt wird, der seinerseits mit einem gewöhnlich von einem Oszillator stammenden Signal höherer Frequenz gespeist wird. Der Zähler dient als Frequenzteiler und bewirkt, daß sich die Zeitanzeige mit der der verstreichenden Zeit entsprechenden Geschwindigkeit ändert.

Bei gen gewöhnlichen Uhren, wie Armbanduhren, erfolgt die Zeitanzeige mit unveränderlichem Zeitmaßstab. Bei Stoppuhren und anderen Intervallzeitgebern ist es andererseits zweckmäßig, je nach der Länge des zu bestimmenden Zeitintervalles und/oder der für die Zeitmessung geforderten Genauigkeit zwischen verschiedenen Zeitmaßstäben wählen zu können.

-■ Durch die vorliegende Erfindung soll eine elektronische Einrichtung zur Zeitbestimmung angegeben werden, die dies ermöglicht .

Gemäß der Erfindung enthält eine elektronische Einrichtung zur Zeitbestimmung eine Anordnung, die gleichzeitig mehrere elektrische Signale unterschiedlicher Frequenzen zu erzeugenvermag, und eine Vorrichtung, mit der eine spezielle dieser Frequenzen zur Steuerung einer Anzeige verwendet werden kann, so daß diese mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Frequenz des gewählten Signales weiterschaltet und dementsprechend die verstrichene Zeit in Einheiten anzeigt, die durch die betreffende Frequenz bestimmt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das ausgewählte Signal einem Zähler zugeführt, der durch Zählen der aufeinanderfolgenden Zyklen des ausgewählten Signales mit einer durch die Frequenz des Signales bestimmten Geschwindigkeit weiterschaltet. Mit dem Zähler ist eine Anzeigevorrichtung gekoppelt, die den jeweiligen Zählwert des Zählers und damit die verstrichene Zeit in Einheiten anzeigt, die, wie erwähnt, durch die gewählte Frequenz bestimmt werden. Bei einer

309851/0407

wiehtigen Ausgestaltung eines solchen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist der Signalwählvorrichtung eine durch diese gesteuerte Anordnung zugeordnet, um- die Größe der Zeiteinheiten auf der Anzeige- anzugeben, vorzugsweise durch Einschaltung einer gewöhnlieh dezimalen Kommaanzeige an geeigneter Stelle zwischen ■ Ziffernanzeigevorrichtungen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele sowie Ausge- ' staltungen und Weiterbildungen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Stoppuhr gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine genauere Darstellung der EXKLUSIV-ODER-Glieder der Einrichtung gemäß Fig. 1 sowie ihre Verbindungen mit Segmenten von Ziffernanzeigevorrichtungen;

Fig. 3 eine Querschnittsansieht einer Ziffernanzeigevorrichtung gesehen in einer Ebene 3~3 der Fig. 1;

Fig. 4 und. 5 zwei alternative Ausführungsbeispiele, die jeweils als gewöhnliche Stoppuhr und als Reaktionszeitmesser verwendet werden können.

Die in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Stoppuhr enthält als Zeitbasis für das System einen Oszillator 10, dessen Betriebsfrequenz z.B. 100 kHz beträgt. Als Oszillator wird vorzugsweise ein frequenzstabiler Typ, z.B. ein kristallgesteuerter Oszillator verwendet. Die vom Oszillator 10 erzeugten Schwingungen werden einem Frequenzteiler 12 zugeführt. Dieser kann eine Anzahl von Stufen mit dem Teilerfaktor 10 enthalten und Signale mit den Frequenzen 1000 Hz, 100 Hz und 10 Hz liefern. Diese verschiedenen Signale können unipolare symmetrische Rechteckwellensignale sein, deren Amplitude sich z.B. zwischen zwei Grenzwerten, wie 0 und +15 V-

30985 1/OAO?

232768S

ändert. O V kann der Binärziffer O und +15V der Binärziffer 1 entsprechen. Die verschiedenen Ausgangssignale des Frequenzteilers 12 stehen an Ausgangsklemmen 18, 16 bzw. 15 zur Verfügung .

Jede gewünschte Ausgangsklemme 15, 16 oder 18 des Frequenzteilers 12 kann durch einen Schalter 14 mit einer Eingangsklemme eines NOR-Gliedes 20 verbunden werden, dessen Ausgang an einen Zähler 22 angeschlossen ist. Der Zähler 22 hat mehrere Ausgangsleitungen, die zu einem Decodierer 24 führen. An den Decodierer 24 sind EXKLUSIV-ODER-Glieder 26 angeschlossen, die ihrerseits Segmente eines numerischen Anzeigepaneels 30 speisen.

Das Anzeigepaneel enthält mehrere Ziffernanzeigevorrichtungen; in Fig. 1 sind beispielsweise vier Ziffernanzeigevorrichtungen 32a bis 32d dargestellt, zwischen denen Dezimalpunkt- oder Komma-Anzeigevorrichtungen'33a, 33b und 33e angeordnet sind. Das Anzeigepaneel 30 enthält, wie der Querschnitt in Fig. 3 zeigt, eine transparente Frontplatte 6 und eine Rückplatte 7, die beide aus einem Werkstoff wie Glas bestehen können. Auf der Innenseite der Rückplatte 7 befindet sich eine elektrisch leitende Gegenelektrode I₃ während auf der Innenseite der Frontplatte 6 Anzeigesegmente A bis G angeordnet sind. Zwischen den Glasplatten 1 und 7 befindet sich ein Flüssigkristall 5, z.B. aus einem nematischen Material.

Die Anzeigesegmente werden durch transparente elektrische Leiter gebildet und im Falle einer mit Transmission arbeitenden Anzeigevorrichtung besteht auch die Gegenelektrode aus einem transparenten Leitermaterial, während sie bei einer mit Relexion arbeitenden Anzeigevorrichtung durch ein reflektierendes Leitermaterial gebildet wird. Die in Fig. 3 nicht dargestellten Komma-Anzeigevorrichtungen enthalten ebenfalls jeweils eine Elektrode auf der Innenseite der Frontplatte 6. Bei der vorliegenden Anwendung kann die Gegenelektrode 1 allen vier

3098S1/0407

2327684

-3-

Ziffernanzeigevorrichtungen und allen Komma-Anzeigevorrichtungen gemeinsam sein, d.h. daß sie die ganze Fläche hinter den vier Anzeigevorrichtungen (und den Komma-Anzeigevorrichtungen) einnehmen kann.

Ein vom Frequenzteiler 12 erzeugtes lOO-Hz-'Anzeigeerregungssignal wird einer Eingangsklemme jedes EXKLUSIV-ODER-Gliedes im Block 26, der Gegenelektrode im Anzeigeparieel 30 und einem leitenden Bereich 50 eines Drehschalters 40 zugeführt. Das 100-Hz-Anzeigeerregungssignal wird ferner durch einen Inverter 34 invertiert und das invertierte Erregungssignal lOOHz wird einem lei-r tenden Schaltarm 36 des Drehschalters 40 zugeführt. Der Schaltarm 36 ist gegen den Bereich 50 isoliert. Der Drehschalter'40 ist für eine synchrone Betätigung mit dem Schalter 14 mechanisch gekuppelt, wie in Fig. 1 durch eine gestrichelteLinie angedeutet ist, so daß der Schaltarm 36 das Drehschalters 40 mit der Klemme der- jenigen Komma-Anzeigevorrichtung Kontakt macht, die der für die Steuerung des Zählers eingestellten Frequenz entspricht. Bei dem dargestellten Beispiel ist dies eine Klemme 45· Die anderen beidai Klemmen machen mit dem Bereich 50 des Drehschalters 40 Kontakt.

Bei Verwendung der Stoppuhr gemäß Fig. 1 stellt der Benutzer zuerst die gekuppelten Schalter 14 und 40 auf den gewünschten Zeitmaßstab ein. In Fig. 1 sind die Schalter so dargestellt, daß der Schalter 14 mit der Ausgangsklemme 15 Kontakt macht und der Schaltarm 30 des Drehschalters 40 auf dem Kontakt oder der Klemme 45 steht. In dieser· Einstellung der Schalter wird der einen Eingangsklemme des NOR-Gliedes 20 ein 10-Hz-Taktsignal zugeführt, an der Komma-Anzeigevorrichtung 33c liegt das lOOHz-Erregungssignal und der Gegenelektrode 1 wird ununterbrochen ein 100-Hz-Erregungssignal zugeführt. Die an der Komma-Anzeigevorrichtung 33c und der Gegenelektrode 1 liegenden Erregungssignal sind gegeneinander um l80° in der Phase verschoben. Zwischen der Komma-Anzeigevorrichtung 33e und der Gegenelektrode entsteht dadurch ein elektrisches Wechselfeld genügender Intensität, um den Flüs-

309851/0407

sigkristall unterhalb der Komma-Anzeigevorrichtung 33c"dynamisch streuen, zu lassen.

Die beiden übrigen Komma-Anzeigevorrichtungen 33a und 33b stehen mit dem leitenden Bereich 50 des Drehschalters hO in Verbindung und werden über diesen mit dem 100 Hz-Erregungssignal gespeist. Die Spannung an diesen beiden Komma-Anzeigevorrichtungen ist daher in Phase mit der an der Gegenelektrode 1, so daß zwischen den Komma-Anzeigevorrichtungen 33a und 33b einerseits und der Gegenelektrode 1 andererseits keine Spannungsdifferenz auftritt. Der Flüssigkristall bleibt daher hinter diesen beiden Komma-Anzeigevorrichtungen im unerregten oder transparenten Zustand.

Dem NOR-Glied 20 im oberen Teil der Einrichtung gemäß Fig. 1 wird das 10 Hz-Signal zugeführt. Solange sich ein Schalter 52 in seiner anfänglichen Ruhestellung befindet, liefert ein Steuerlogikschaltwerk 51 eine der Binärziffer 1 entsprechende Spannung, z.B. +15V an das NOR-GLied 20, so daß dieses dauernd ein niedriges Ausgangssignal entsprechend der Binärziffer 0 abgibt. Das NOR-Glied 20 kann in diesem Zustand als gesperrt angesehen werden und der Zähler 22 zählt daher nicht.

Wenn die Stoppuhr in Betrieb gesetzt werden soll, wird der Schalter 52 von der Ruhestellung unmittelbar in die Startstellung gebracht. In dieser Stellung liefert dasSteuerlogikschaltwerk 51 eine der Binärziffer 0 entsprechende Spannung (z. B. Massespannung) an die zweite Eingangsklemme des NOR-Gliedes 20. Das NOR-Glied 20 kann in diesem Zustand als durchlaßbereit oder ansprechbereit angesehen werden und läßt nun die 10-Hz-Signale zum Zähler 22 durch, der diese Signale nun zählt (Die 10-Hz-Signale werden beim Durchlaufen des NOR-Gliedes invertiert, dies beeinflußt den Betrieb jedoch nicht). Die Verknüpfungsglieder des mit dem Zähler 22 verbundenen Decodierers 24 werden nun entsprechend dem registrierten Zählwert ansprechbereit ge-

30 9861/0407

macht,

Der Decodierer 24.enthält eine verhältnismäßig große Anzahl von Verknüpfungsgliedern. Wenn an einem solchen Verknüpfungsglied eine spezielle Kombination von Zählerausgangssignalen liegt, liefert es ein Ausgangssignal entsprechend der Binärziffer 1, während;.· es ein Aus gangs signal entsprechend der Binärziffer 0 liefert, solange es gesperrt ist: Für das vorliegende Beispiel soll angenommen werden, daß die Decodierer-Verknüpfangs-. glieder für die Segmente des Anzeigepaneels jeweils ein Signal 1 liefern, wenn das betreffende Segment eingeschaltet werden soll, während die Verknüpfungsglieder für die nicht einzuschaltenden Segmente ein Signal 0 erzeugen. (Das Umgekehrte ließe sieh mit einer geringfügigen Änderung der Schaltungsanordnung erreichen). ^x

Eine Möglichkeit der Verbindung der Verknüpfungsglie- der des Decodierers 24 mit den EXKLUSIV-ODER-Gliedern 26 ist in Fig. 2 genauer dargestellt. Jedem EXKLUSIV-ODER-Glied wird so ein Signal vom Decodierer als auch das 100-Hz-Erregungssignal zugeführt. An jedes EXKLUSIV-ODER-Glied ist ein Segment des Anzeigepaneels angeschlossen. Zur Erläuterung sind von den EXKLU-Sry-ODER-Gliedern des Blockes 26 (Fig,. 1) nur drei EXKLUSIV-ÖDER-' Glieder 60, 61 und 62 und vom Anzeigepaneel nur wenige Elektrodensegmente dargestellt..Wenn beispielsweise, wie dargestellt, am einen Eingang des EXKLUSIV-ODER-Gliedes das Signal 1 liegt,: liefert es ein Ausgangssignal entsprechend einer 0_s wenn das 100-Hz-Erregungssignal einen Amplitudenwert entsprechend einer hat und umgekehrt, wenn das 100-Hz-Signal einen Amplitudenwert entsprechend einer 0 hat, liefert das EXKLUSIV-ODER-Glied 60 . ein Ausgangssignal entsprechend einer 1. Wenn also an einem EX-KLüSry-ODER-Glied liegt, eine 1 liegt, tritt an seinem Ausgang ein 100-Hz-Signal auf, das komplementär (um l80 phasenverschoben) bezüglich des ihm zugeführten 100-Hz-Signal ist. Es läßt sich ferner leicht einsehen, daß ein EXKLUSIV-ODER-Glied, wie

3 0 985 1/0407

z.B. das EXKLUSIV-ODER-Glied 6l, dessen einer Eingangsklemme eine O zugeführt wird, ein 100-Hz-Ausgangssignal liefert, das die gleiche Phase hat wie das ihm zugeführte 100-Hz-Signal. Bei den in Fig. 2 dargestellten Signalverhältnissen ist also das Segment A der Ziffernanzeigevorrichtung 32a erregt und das unterhalb dieses Segmentes liegende Flüssigkristallmaterial ist in der Lage, dynamisch Licht zu streuen, während das Segment B der gleichen Ziffernanzeigevorrichtung nicht erregt ist. Die Erregung des Segments A ist durch eine Kreuzschraffur angedeutet. Die Erregung tritt dadurch ein, daß die Spannung am Segment bezüglich der an der Gegenelektrode um 180° in der Phase verschoben ist, so daß am Flüssigkristall eine Gegentaktspannung liegt. dererseits bleibt das Segment B unerregt, da die Spannungen an der Gegenelektrode und am Segment gleichphasig sind (Gleichtaktbetrieb) .

Die erläuterte Anzeigevorrichtung eignet sich besonder gut für die Verwendung von integrierten CMOS-Schaltungen (CMOS = komplementär-symmetrische Metall-Oxid-Halbleiter). Diese Schaltungen können den Oszillator, den Frequenzteiler, den Zähler, den Decodierer, die EXKLUSIV-ODER-GLieder usw. bilden. Bei Verwendung von Schaltungen dieser Art sind die erzeugten alternierenden Signalspannungen unipolar alternierende oder pulsierende Spannungen der oben beschriebenen Art, d.h. sie reichen von einer Null-Linie bis z.B. einem positiven Wert wie 15 V (oder alternativ von einer Null-Linie bis zu einem negativen Wert wie -15V). Bei Betrieb der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung in der beschriebenen Weise ist die mittlere Gleichspannungskomponente des den Flüssigkristall durchfließenden Stromes Null, was beim derzeitigen Stand der Technik erforderlich ist, um eine lange Lebensdauer des Flüssigkristalls zu gewährleisten.

Wenn die in der oben beschriebenen Weise arbeitende Stoppuhr angehalten werden soll, wird der Schalter 52 in die Stopp-Stellung gebracht. Das Steuerlogikschaltwerk 51 liefert

309851/0407

2327681

dann ein Signal entsprechend der Binärziffer 1 (+15V) an das NOR-Glied 20 und spent dieses dadurch. ·

- Wenn die Stoppuhr wieder zurückgestellt werden soll, wird der Schalter 52 in die Stellung "Rückstellen" gebracht. Dabei wird dann einer Rückstellklemme R des Zählers 22 eine Rückstellspannung +V zugeführt, die den Zähler auf einen Ausgangszählwert, ζ.B. 0, zurückstellt. Der Decodierer 24 kann so ausgebildet sein, daß unter diesen Bedingungen dann alle vier Ziffernanzeigevorrichtungen eine 0 anzeigen.

Wenn der Zeitmaßstäb geändert werden soll, werden die gekuppelten Schalter 14 und 40 in eine neue Stellung gebracht. Zur Umschaltung von zehntel Sekunden auf hundertstel Sekunden wird der Schalter 14 z.B. auf die Ausgangsklemme 16 eingestellt. Wenn der Schalter 52 dann in die Startstellung gebracht wird, erhält der Zähler 22 über das NOR-Glied 20 ein 100-Hz-Taktsignal. Beim Umschalten des Schalters 14 auf die Ausgangsklemme 16 wird der Drehschalter 40 gleichzeitig so eingestellt, daß der Komma-Anzeigevorrichtung, 33b über den Schaltarm 36 und eine Klemme 46 das 100-Hz-Erregungssignal zugeführt wird. Die Komma-Anzeigevorrichtung 33a und 33c erhalten gleichzeitig das 100-Hz-Erregungssignal. . .

Ein Merkmal des beschriebenen Ausführungsbeispiels . besteht darin, daß zusätzlich zur automatischen Einstellung des Kommas bei der Änderung des Maßstabes die Kommaanzeige als Maßstabsanzeige verwendet werden kann. _vDie Kommaanzeige bleibt immer eingeschaltet. Wenn der Zeitmaßstäb der Stoppuhr z.B. auf 1/10 Sekunde eingestellt ist, wie Fig. 1 zeigt, bleibt die Komma-Anzeigevorrichtung 33c unabhängig von der Stellungdes Schalters 52 eingeschaltet. Dies zeigt dem Benutzer, daß die Stopp-Uhr für eine Zeitmessung in zehntel-Sekunden-Schritten eingestellt ist. Bei dieser Einstellung beträgt die maximal mögliche Anzeige etwa 1000 Sekunden (tatsächlich 999,9 Sekunden), Beim.

30985 17 0407.

ümschalten auf den nächsten Zeitmaßstab,, d.h. den hundertstel-Sekunden-Maßstab, wird die Komma-Anzeigevorrichtung 33b eingeschaltet und der maximal anzeigbare Wert verringert sich auf 99i99 Sekunden. Bei der Einstellung auf den dritten Zeitmaßstab ist der maximale Zählwerk etwa 10 Sekunden.

Obwohl der Schalter 52 als mechanischer Schalter dargestellt ist j kann er selbstverständlich bei bestimmten Anwendungen auch aus einem elektronischen Schalter bestehen, vor al- · lern wenn mit einer Genauigkeit von tausendstel Sekunden gemessen werden soll. Der Schalter kann dann aus einem^albleiterbauelemert z.B. einer MQS-Torsehaltung bestehen, die normalerweise im Zustand hoher Impedanz gehalten wird und durch ein ihrer Steuerelektrode zugeführtes elektrisches Signal aufgetastet werden kann. Ein Schalter dieses Typs ist zweckmäßig, wenn sehr genaue Zeitmessungen durchgeführt werden sollen. Gewünschtenfalls kann auch als Rückstellschalter ein elektronischer Schalter verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Schaltungsanordnung, die sowohl als einfache Stoppuhr als auch als Reaktionszeit-Stoppuhr verwendet werden kann. Bei der Bestimmung der Reaktionszeit soll der Beginn der Zeitmessung gegenüber dem Zeitpunkt, in dem ein.Schalter 64 (Fig. 4) von der Stellung "AUS" weg bewegt wird, um ein veränderliches Zeitintervall verzögert werden.

Die abgewandelte Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 enthält dieselben Schaltungselemente wie die Einrichtung gemäß Fig.l, von denen in Fig. 4 nur wenige dargestellt sind, und ferner gekuppelte Schalter 64 und 66, einen Schalter 74, der mit dem Schalter 52 gekuppelt ist, eine veränderliche Verzögerungseinrichtung und eine Lampe 70· Der Schalter 66 liegt in Reihe mit der veränderlichen Verzögerungseinrichtung 62, der Lampe 70 und dem Schalter 74.

309851/0407

Wenn sich der Schalter 60 in der Stellung "Stoppuhr" befindet, arbeitet die Anordnung gemäß Pig. H genau so, wie es oben in Verbindung mit Fig..1 beschrieben worden ist.

Wenn die Einrichtung zur Reaktionszeitmessung verwendet werden soll, wird der Schalter 52 anfänglich in die Stellung "Rückstellung" gebracht und der Schalter 6§ sowie der mit ihm gekuppelte Schalter 66 werden auf "AUS" gestellt. Nun wird der Schalter 52 in die Stellung "Start" gebracht. Da die Spannung +V nun vom Schalter 52 abgeschaltet ist, liefert das Steuerlogikschaltwerk 51 dauernd an das NOR-Glied 20 ein Signal des Wertes 1, wodurch das NOR-Glied 20 gesperrt wird.

Zum Starten der Einrichtung zur Reaktionszeitmessung werden die miteinander gekuppelten Schalter 64 und 66 in die Stellung "Reaktionszeit" umgelegt. Die Spannung +V ist nun durch den Schalter 66 mit der veränderlichen Verzögerungseinrichtung 62 verbunden. Nach einer durch die Verzögerungseinrichtung bestimmten Verzögerungszeit erscheint die Spannung +V an einer Klemme 68, so daß die Lampe 70 zu. brennen beginnt und dem NOR-Glied 20 durch das Steuerlogikschaltwerk 51 ein Signal des Wertes 0 zugeführt wird. Dies ermöglicht es dem Zähler 22 mit dem Zählen zu beginnen. . '

Wenn der Zähler angehalten werden soll, wird der Schalter 52 in die Stellung "STOP. " umgelegt. Dies bewirkt, daß der Zähler aufhört zu zählen und gleichzeitig die Lampe 70 ausgeht, letzteres weil der mit dem Schalter 52 gekuppelte Schalter 74 öffnet. Der Zählwert, den das Anzeigepaneel 30 (Fig. 1) anzeigt, wenn der Zähler mit dem Zählen aufhört, stellt das Zeitintervall zwischen dem Augenblick der Einschaltung der Lampe und dem Augenblick des Umschaltens des Schalters 52 in die Stellung "STOP" " dar. ' .' ■

Die veränderliche Verzögerungseinrichtung 62 kann entweder eine elektronische oder eine mechanische Einrichtung sein.

3 0 98Bi/04,07

In beiden Fällen kann die eingeführte Verzögerungsdauer auf einen oder mehrere verschiedene Werte einstellbar oder willkürlich veränderlich sein. Eine Einrichtung zur willkürlichen Verzögerung ist in Fig. 5 dargestellt.

Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform einer Kombination von gewöhnlicher Stoppuhr und Reaktionszeit-Stoppuhr enthält die Schaltungselemente der Einrichtung gemäß Fig. 1 (von der jedoch nur einige dargestellte sind) und zusätzliche Elemente. Außerdem ist der Schalter 52 der Einrichtung gemäß Fig. 1 durch einen einpoligen Umschalter 52 a ersetzt, wie unten erläutert werden wird. Das Steuerlogikschaltwerk 51» das genauer dargestellt ist, enthält vier tastbare Flipflops 80, 82, 84 und 86 sowie eine Decodierer-UND-Glied 88. Das Flipftop 80 ist mit seiner A-Ausgangsklemme jeweils an eine Daten-Eingangsklemme D dee Flipflops 82 und 84 angeschlossen. Eine A Klemme des Flipflop 80 ist mit dem einen Eingang des UND-Gliedes 88, einer Rückstellklemme R des Flipflops 84 und einer Klemme "Stoppuhr" eines Schalters 90 verbunden. Eine Ausgangsklemme B des Flipflops 82 ist mit einer Tastklemme T des Flipflops 86 verbunden. Die Ausgangsklemme B" des Flipflops 82 ist mit der anderen Eingangsklemme des UND-GLiedes 88 verbunden. Die Ausgangsklemme C des Flipflops 84 ist an einer Eingangsklemme D des Flipflops und an die Basiselektrode 92 eines Transistors 94 angeschlossen. Die Ausgangsklemme C des Flipflops 84 ist mit der Klemme "Reakttonszeitmessung" des Schalters 90 verbunden.

Die Schaltungsanordnung enthält ferner ein setzbares und rückstellbares Flipflop 96, dessen Null-Ausgangsklemme je- ■ weils mit der Tastklemme T der Flipflops 80 und 82 verbunden ist. Der aus einem Druckknopf-Steuerschalter bestehende Schalter 52a liegt im Ruhezustand die Spannung +V an die Setzklemme des Flipflops. 96 und, wenn er kurzseitig gedrückt wird, die Spannung +V an die Rückstellklemme des Flipflops 96. Der Druckknopf 98 des Schalters 52a ist bezüglich eines Chassis 97 so federbelastet, daß normalerweise +V an der Setzklemme des Flipflops

3098 5 1/040?

liegt. Der Druckknopf und sein Schaft können gegen den Schalter 52a isoliert sein oder aus Isoliermaterial bestehen.

Die willkürlich arbeitende Verzögerungseinrichtung 62 kann als statistisch oder willkürlich veränderlich angesehen werden. Sie besteht aus einem Frequenzteiler, der z.B. das Teilerverhältnis 100 haben kann und mit einem Signal, z.B. dem 10-Hz-Signal, vom Frequenzteiler 12 (Fig. 1) gespeist wird. Der Frequenzteiler arbeitet ununterbrochen und liefert bei dem Ausfuhr, rungsbeispiel gemäß Fig. 5 alle 10 Sekunden einen Impuls an die Tastklemme T des Flipflops 8.4.

Die Einrichtung enthält ferner einen weiteren Schalter 99j der mechanisch mit dem Schalter 90 gekuppelt ist. Der Schalter 99 liegt in der Stellung "Reaktionszeit" in Reihe mit'der Lampe 70 und der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 9k.

Für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 "sollen die folgenden Definitionen gelten: Ein tastbares Flipflop wird durch die in positiver Richtung verlaufende Flanke eines Eingangssignals ausgelöst oder getastet. Wenn bei einem solchen Flipflop eine ins positive gehende Vorderflanke eines Signals zugeführt wird, nimmt es einen Zustand an, der durch den Wert des Signales bestimmt wird," welches an seiner Eingangsklemme D liegt. Z.B. wenn der Druckknopf 98 gedruckt und das Flipflop 96dadurch zu-' rückgestellt wird, wechselt das an seiner Null-Ausgangsklemme liegende Signal auf den Wert 1 und tastet die Flipflops 80 und 82. Sie nehmen dann Betriebszustände entsprechend den Signalen A bzw. F (Ausgangssignal des UND-GLiedes 88) an. Das Flipflop 84 hat außerdem noch zwei weitere Eingangsklemmen, nämlich eine Rückstellklemme R und eine Setzklemme S. Wenn der Rückstellklemme das Signal 1 zugeführt wird, wird das Flipflop zurückgesetzt und wenn der Setzklemme eine 1 zugeführt wird, wird das Flipflop gesetzt. Wenn der Setzklemme und der Rückstellklemme gl_eictr zeitig Signale des Wertes i zugeführt werden, wird das Flipflop gesetzt. Wie vorher, wird eine 1 durch ein relativ positives

3098&1/Q4Ö7

-14-Signal, z.B. +V dargestellt.

Die Funktion des Schalters 52a in Fig. 5 ist analog der des drei Betriebsstellungen aufweisenden einpoligen Schalters 52 in Fig. 1. Wie gleich noch näher erläutert werden soll, wird die Schaltungsanordnung durch einmaliges Drücken des Druckknopfes 98 in den Zustand "Start" gebracht; beim zweiten Drücken des Druckknopfes nimmt die Schaltungsanordnung den Zustand "Stop; " an und beim dritten Drücken wird die Schaltungsanordnung in den rückgestellten Zustand gebracht. Bei weiterer Betätigung des Druckknopfes 98 wiederholt sich dieser Zyklus.

Wenn die Einrichtung gemäß Fig. 5 als gewöhnlicht Stoppuhr verwendet werden soll, werden die Schalter 90 und 99 in die Stellung "Stoppuhr" gebracht. Es kann angenommen werden, daß im Startzustand der Schaltungsanordnung folgende Signalverhältnisse herrschen: A = 0, B = 0, C =' 1, E = 0 und F = l.Wenn der Druckknopf 98 gedrückt wird, wird das Flipflop 96 zurückgestellt und sein Ausgangssignal nimmt den Wert 1 an. Hierdurch werden die Flipflops 80 und 82 getastet, unmittelbar vor diesem Zeitpunkt waren beide Flipflops zurückgestellt worden, das ÜND-GL'ied 88 war auf get astet und F war gleich 1. Durch das Tastsignal wird das Flipflop 80 gesetzt (A wird zu 1). Das Flipflop 82 bleibt jedoch zurückgestellt, da im Zeitpunkt des Auftretens des Tästsignals A= 0 war. Dem Flipflöp 84 wird anfänglich an seiner Rückstellklemme das Signal A=I und an seiner Setzklemme über den Schalter 99 das Signal 1 zugeführt. Unter diesen Bedingungen wird dieses Flipflop, wie erwähnt, gesetzt und C wird zu 1. Wenn Ä zu Null wird, bleibt das Flipflop 84 durch das seiner Setzklemme zugefilhrte Signal 1 im gesetzten Zustand verriegelt. Da das Flipflop 84 gesetzt ist, ist C=I und hierdurch wird das Flipflop 86 im gesetzten Zustand gehalten, so daß E=O bleibt.

Das Signal Ä=0 wird über den Schalter 90 dem NOR-30 98 51/0407

2327683

Glied 20 zugeführt und macht dieses ansprechbereit. Der Zähler 22 zählt nun die ihm zugeführten Impulse und die Stoppuhr ist nun im Effekt eingeschaltet.

Wenn der Druckknopf 98 losgelassen wird, wird das Flipflop 96 gesetzt. Die Änderung des Signalwertes von■-· 1 auf 0-an der O-Ausgangsklemme des Flipflops 96 hat keinen Einfluß,'·■ auf die Plipflops 80 und 82. Wenn der Druckknopf 98 wieder gedrückt wird, liefert das Flipflop '96 einen weiteren Tastimpuls. Die Folge davon ist daß das Flipflop 80 wegen F=O zurückgestellt und das Flipflop 82 wegen A = 1 im Zeitpunkt des Tastimpulses gesetzt wird. Die Flipflops 84 und 86 bleiben in ihren bisherigen Zuständen. Bei der Rückstellung des FjLipflops 80 wird Ä zu 1 und hierdurch wird das NOR-Glied 20 gesperrt und der Zähler wird angehalten. F bleibt Null, da B= 0 ist.

Das beim Loslassen des Druckknopfes 98 erzeugte Signal hat keinen Einfluß auf.das Steuerlogikschaltwerk 51. Wenn der Druckknopf 98 nun das dritte Mal gedrückt wird,^rwird der Schaltungsanordnung vom Flipflop 96 ein dritter Tastimpuls zugeführt. Da F = 0 ist, bleibt das Flipflop 80 zurückgestellt. Das Flipflop 82 wird wegen A=O zurückgesetzt. Die Flipflops 84 und 86 bleiben im gleichen Zustand. Dem UND-Glied ■■ 88 werden jedoch nun die Eingangssignale A =1 und B = 1 zugeführt, so daß sein Ausgangssignal F zu 1 wird. Dieses Signal F ist das' Signal, das der Rückstellklemme R des Zählers 22 zugeführt wird und den Zähler zurückstellt.

Wenn der Druckknopf 98 das vierte Mal gedrückt wird, beginnt der oben erläuterte Zyklus erneut. Ein vollständiger Zyklus ist in der folgenden Tabelle I angegeben:

3098S1/0407

Tabelle I

Betrieb als Stoppuhr Anzahl der Druckknopf-

betätigungen	A	B	C	E	P	■ Bemerkungen
	0	0	1	0	1
1	1	0	1	0	0	Ausgangszustand -
2	0	1	1	0	0	Start
3	0	0	1	0	1	Stop
Rückstellung

Zur Einstellung der Einrichtung auf die Betriebsart "Reaktionszeitmessung" werden die gekuppelten Schalter und 99 in die hierfür vorgesehene und entsprechend bezeichnete Stellung umgeschaltet. Hierdurch wird die Spannung +V von der Setzklemme des Flipflops 84 abgeschaltet. Gleichzeitig liegt unter der richtigen Annahme, daß Ä = 1 ist, ein Rückstellsignal an der Rückstellklemme R des Flipflops 84. Dieses Flipflop wird dadurch sofort zurückgestellt. Bei rückgestelltem Flipflop 84 wird das Signal Null (Masse) der Basis 92 des Transistors 9^ zugeführt und dieser leitet dan nicht. Der Transistor 94 stellt daher einen der Lampe 70 in Reihe geschalteten, geöffneten Schalter dar.

Zusammenfassend gesagt, ist der Anfangszustand der Schaltung also beim Umschalten der Schalter in die Stellung "Reaktionszeitmessung": A = 0, B = 0, C = 0, E = 0 und F=I. Das Flipfbp 86 liefert das Signal E= 0, da an seiner Setzklemme S das Signal F=I liegt.

Beim erstmaligen Drücken des Druckknopfes 98 wird das Flipflop 80 gesetzt, während die übrigen Flipflops 82, 84 und in ihrem ursprünglichen Zustand bleiben. Angenommen in diesem Zeitpunkt sei Ü = 1 so bleibt das NOR-Glied 20 gesperrt. Der

309851/0407

Frequenzteiler arbeitet (zählt) jedoch und nach irgend einem unbekannten Zeitintervall, das zwischen 0 und 10 Sekunden betragen kann, liefert er einen Ausgangsimpuls. Der Grund dafür, daß das Zeitintervall unbekannt ist, besteht darin, daß kein Synchronismus zwischen dem Zeitpunkt der Betätigung des Druckknopfes 58 und dem Zeitpunkt,' in dem der Frequenzteiler 62 den letzten Ausgangsimpuls geliefert hat, besteht. Wenn der

Frequenzteiler einen Ausgangsimpuls liefert, wird das Flipflop 84 gesetzt, da das Signal A = 1 an seiner Eingangsklemme D liegt. Gleichzeitig liegt an der Rückstellklemme des Flipflops 84 das Signal Ä~ - 0, was es dem Flipflöp jedoch ermöglicht, den gesetzten Zustand anzunehmen.

'Beim Setzen des Flipfiops 84 nimmt sein Ausgangssignal C den Wert 0 an. Dieses Signal C=O wird dem NOR-Glied 20 zugeführt und macht"dieses ansprechbereit, so daß der Zähler 22 zu arbeiten beginnt. Ferner nimmt das Ausgangssignal C den Wert 1 an .und steuert .den Transistor 84 in den leitenden Zustand aus, so daß die Lampe 70 angeht.

Wenn der Zähler angehalten werden soll, wird der Druckknopf 98 ein zweites Mal' gedrückt. Hierdurch wird das Elipflop 80 zurückgesetzt und das Flipflop 82 gesetzt. Das Flipflop. 84 wird darauf durch den Wechsel des Signales A yon Q auf 1 zurückgesetzt. Das Flipflop 8(5 bleibt im gesetzten Zustand (E=I) da in dem Zeitpunkt, in dem B den Wert 1 annimmt, das an seiner Eingangpklemme D liegende Signal C ebenfalls ,gleich. 1 ist. Wenn das Flipflop 84 zurückgestellt wird und C den Wert 1 annimmt, wird das NOR-Glied 20 gesperrt und der Zähler 22 bleibt stehen. Gleichzeitig wird C zu Null, wodurch der Transistor 94 gesperrt und die Lampe 70 ausgeschaltet wird.

Bei der dritten Betätigung des Druckknopfes 98 wird die Einrichtung zurückgestellt. Das vom Flipflop 96 erzeugte Tastsignal stellt das Flipflop 82 zurück, die Flipflops 80, 84 und 86 bleiben zurückgestellt. Da A = B~ = 1 ist, spric—ht das

■ - . ' ' 3Q9851/Ö4Q7 original inspected

UND-Glied 88 an und sein Ausgangssignal F nimmt den Wert 1 an. Dieses Signal F=I stellt den Zähler 22 (Fig. 1) zurück.

Es kann vorkommen, daß der Druckknopf 98 das zweite Mal gedrückt wird, bevor die veränderliche Verzögerungseinrichtung 62 einen Ausgangsimpuls liefert. Die erste Betätigung des Druekknopfes 98 hatte den Zähler in der bereits beschriebenen Weise eingeschaltet und die verschiedenen Flipflops liefern Ausgangssignale A= 1,B= 0,C= Q und E=O. Die verfrühte .Betätigung des Druckknopfes 98 bewirkt, daß B zu 1 wird und, da in diesem Zeitpunkt das Flipflop 84 immer noch zurückgesetzt ist, ist C - 0. Das Tastsignal B=I bewirkt daher eine Rückstellung des Flipflops 86 und E wird zu 1. Dieses Signal mit einer nicht dargestellten Alarmeinrichtung, wie einem Summer oder dgl. zugeführt, um anzuzeigen, daß der Benutzer dem Start des Zeitgebers zuvorgekommen ist ( bei einem sportlichen Wettkampf kann die verfrühte Betätigung des Druckknopfes z.B. einem vor dem Abschuß der Startpistole erfolgten Frühstart eines Läufers entsprechen). Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann der Alarm aus einem der Setzklemme des Zählers 22 zugeführten Signal bestehen, das in allen Stufen des Zählers eine 1 speichert. Hierbei können Vorrichtungen getroffen sein, dem Anzeigepaneel ein bestimmtes Signal zuzuführen, so daß alle vier Ziffernanzeigevorrichtungen gleichzeitig aufleuchten.

In der folgenden Tahelle II ist der Betrieb der Einrichtung bei der Reaktionszeitmessung zusammenfassend dargestellt.

3Q9051/I4Ö!

Tabelle II Betriebsart Reaktionszeitmessung

Anzahl der Druckknopf- > betätigungen A

CEF Bemerkungen

2 3 4 5.

0	0	0	0	1
1	0	ο ■	0	0
1	0	1	0	0

Ausgangszustand Start

Veränderliche Verzögerungseinrichtung erzeugt ein Ausgangpsignal u.Lampe geht, an

0	1	0	0	. 0	Stop
0	0	0	0	1	Rückstellung
1	0 ·	0	0	0	Start
0	1	0	1 -	0	Druckknopf betätigt, bevor Verzögerungs einrichtung ein Aus gangssignal erzeugt hat

0 0 0 1 Rückstellung

Es kann bei der Einrichtung gemäß Fig. 5 vorkommen, daß der anfängliche Zählwert beim Umschalten von der Betriebsart "Reak^· tionszeitmessung" auf "Stoppuhr" A = 0, B = 0, C = 0, E =0 ist. Wenn jedoch der Schalter 99 schließt, wird der Setzklemme des Flipflops. 84 ein Signal des Wertes 1 zugeführt und hierdurch wird C zu 1, auch wenn an der Rückstellklemme des Flipflops 84 das Signal Ä~ = 1 liegt.

Eine Einrichtung zur Reaktionszeitmessung der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Art kann bei bestimmten sportlichen Veranstaltungen verwendet werden, z.B. wenn die Zeit zwischen der Betätigung eines Druckknopfes und dem Zeitpunkt, in dem eine Startlampe, ein Summer oder irgend eine andere Anzeigevorrich-

309851/0 4 07

tung eingeschaltet wird, veränderlich sein soll. Sie eignet sich ferner zur Durchführung bestimmter Untersuchungen, z.B. wie lange eine Person für die Reaktion auf ein Ereignis benötigt .

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich in der verschiedensten Weise abwandeln. Anstelle der berschriebenen direkten Ansteuerung der verschiedenen Ziffernanzeigevorrichtungen können diese auch im Zeitmultiplexbetrieb gesteuert werden- In diesem Falle soll dann für jede Ziffernanzeigevorrichtung eine eigene Gegenelektrode vorgesehen werden. Verschiedene Möglichkeiten für einen solchen Betrieb sind in der Veröffentlichung von Luce "C/MOS Digital Wrist Watch Features Liquid Crystal Display" in der Zeitschrift "Electronics, 10. April 1972, Seite 93 beschrieben.

Selbstverständlich kann die vorliegende Einrichtung auch mit irgend einer anderen Anzeigevorrichtung als der beschriebenen Flüssigkristallanzeigevorrichtung arbeiten, z.B. mit Anzeigevorrichtungen, die Leuchtdioden, Elektrolumineszenzzellen, Entladungsröhren und dgl. enthalten.

. Es war ferner bereits erwähnt worden, daß der schematisch dargestellte Schalter 52 ein elektronischer Schalter sein kann. In entsprechender Weise können auch die anderen dargestellten Schalter, z.B. der Schalter 40 in Fig. 1, aus einem elektronischen Schalter bestehen.

In der Einrichtung gemäß Fig. 1 kann ein Schalter, wie der Schalter 52 oder stattdessen ein Schalter 52a (Fig. 5) der durch einen einzigen Druckknopf betätigbar ist, verwendet werden.

Auch für die Steuerlogikschaltwerke und die anderen _ dargestellten Schaltungsanordnungen gibt es eine Anzahl von Alternativen. Z.B. kann an die Stelle des NOR-Gliedes 20 bei entsprechender Änderung der vom Steuerlogikschaltwerk 51 abge-

309851/0407

2327681

gebenen Spannungen auch ein UMD-Glied treten. Der Schalter 40 kann durch einen einfache,n Schalter, wie den Schalter 14, ersetzt werden. In diesem Falle läßit man die nicht eingeschalteten Komma-Anzeigevorrichtyngen einfach ohne Anschluß und nur der gewählten Komma-Anzeigevorrichtung wird das IQQ-Hz-Signal zugeführt_a wie bei der dargestellten Au s führ ungs form.. Auch bei einer solchen abgewandelten Ausführungsform wird nur das Flüssigkristallmaterial unterhalb des gewählten Kommas erregt₄ wie bei dem dargestellten Ausführuttgsbeispiel.

Auch bei den fftr die -yersehiedeiien Frequenzen und Spannungen angegebenen Werten handelt es sich nur um Beispiele. So kann selbstverständlich die .Steuerspannung für den .Flüssigkristall eine andere Frequenz als 100 Hz haben. 'Der jeweils zweckmäßigste ¥evt ist ein Konstruktionsparamefcer, der γόη verschiedenen Faktoren, wie dem spezifischen Widerstand des Flüssigkristalies und den bequem zur Verfügung stehenden Frequeilizen abhängt · . - ■

INSPECTED

Claims (10)

1. Patentansprüche

   _s-ly Elektronische Einrichtung zur Zeitbestimmung mit einer durch .ein Signal vorgegebener Frequenz gespeisten Steuervorrichtung, mit- der eine Anzeigevorrichtung für verstrichene "Zeit gekoppelt ist,, g e Ic e η η ζ e. i e h η e t durch eine Signalquelle {10,12) zum gleichzeitigen Erzeugen mehrerer Signale unterschiedlicher Frequenzen, und eine Wählvorrichtung <15), die es gestattet, der Steuervorrichtung (20 bis 26) wahlweise eines der Signale zuzuführen, so daß die Zeit von der Anzeige in Einheiten angegeben .wird, die durch die Frequenz des gewählten»Signals bestimmt sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, ·· dadurch g ek e η η ζ e Γ c h η e t, daß die Wählvorrichtung einen von Hand betätigbaren Schalter (14) enthält.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 bei der die Steuervorrichtung einen Zähler enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (30) derart mit dem Zähler (22) gekoppelt ist, daß sie den vom Zähler erreichten Zählwert anzeigt und daß das ausgewählte Signal dem Zähler (22) so zugeführt ist, daß dieser mit einer durch die Frequenz des gewählten Signals bestimmten Geschwindigkeit weitersehaltet, wobei der angezeigte Zählwert die Zeit in Einheiten darstellt, die durch die Frequenz; bestimmt sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine mit der Wählvorrichtung (14) betätigbare Vorrichtung (40) vorgesehen ist, um auf der Anzeigevorrichtung (30) die Größe der durch sie angezeigten Zeiteinheiten anzugeben.

   309851/040-7

   2327683

   • -23- ,
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählvorrichtung einen von Hand betätigbaren Schalter (14) enthält und daß die mit ihr betätigbare Vorrichtung einen mit dem von Hand betätigbaren Schalter (14)gekoppelten zweiten Schalter (40) enthält.
6. 6. Einrichtung nach Äßpruch 4 oder 5> deren Anzeigevorrichtung mehrere Ziffernanzeigevorrichtungen und Dez.mimälkomma-Anzeigevorrichtungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen über einen gemeinsamen Faktor miteinander in Beziehung stehen, und daß die mit der Wählvorrichtung (l4) betätigbare Vorrichtung (40) eine Anordnung zur Einschaltung einer der Komma-Anzeigevorrichtungen (33a bis 33c) enthält."
7. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine Flüssigkristall-Anzeigevor- , richtung (30) ist. ·
8. 8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Startvorrichtung (52a, 96, 98) zum Erzeugen eines Startsignals für die Steuervorrichtung vorgesehen ist und daß das Startsignal einer Einrichtung (51,-62). zum Verzögern des Be-. ginnes des Arbeitens der Steuervorrichtung um ein veränderliches Zeitintervall zugeführt ist,
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8,dadurch gekennz.eichnet, daß die Einrichtung zur veränderlichen Verzögerung einen Frequenzteiler enthält, dem eines der Signale unterschiedlicher Frequenzen zugeführt ist und der zu jeweils η Eingangssignaie ein Ausgangssignal liefert, wobei η ganzzahlig und wesentlich größer als 1 ist₉ und daß dieses Ausgangssignal sowie das Startsignal einer Anordnung zugeführt ■ ist, die den Zähler als Antwort auf das erste Ausgangssignal

   303851/040?

   2327885

   das der Frequenzteiler nach dem Auftreten des Startsignals liefert, zu arbeiten beginnen läßt.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9,- gekennzeichnet durch eine Anordnung (86), die ein Alarmsignal liefert, wenn eine Stoppvorrichtung für den Zähler vor dem Zeitpunkt des Auftretens des verzögerten Startsignals betätigt wird.

    309851/040?