DE2327685B2 - Elektronische Einrichtung zur Zeitbestimmung - Google Patents

Description

Di - Erfindung betrifft eine elektronische Einrichtung zur Zeitbestimmung mit einer durch ein Signal vorgegebener Frequenz gespeisten Steuervorrichtung, mit der eine Anzeigevorrichtung für verstrichene Zeit gekoppelt ist, mit einer Signalquelle zum gleichzeitigen Erzeugen mehrerer Signale unterschiedlicher Frequen- -n und mit einer Wählvorrichtung, mit welcher der Ste »rvorrichtung wahlweise eines der Signale zuführ-Kar st so daß die Zeit in Einheiten angezeigt wird, die durch'die Frequenz des gewählten Signals bestimmt

^S"es sind elektronische Uhren, einschließlich Armbanduhren, bekannt, die eine Zeitanzeigevornchiurg enthalten die durch ein elektrisches Signal vorgegebener Frequenz gesteuert wird, welches z. B. mittels eines Zählers erzeugt wird, der seinerseits mit cn cm gewöhnlich von einem Oszillator stammenden Signal höherer Frequenz gespeist wird. Der Zähler dient _:,i_s Frequenzteiler und bewirkt, daß sich die Zeitanzeige mit der der verstreichenden Zeit entsprechenden Geschwindigkeit ändert.

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

Aus der US-PS 3 020 749 ist eine Einrichtung der vorliegenden Art bekannt, die durch entsprechende Einstellung eines zur Wahl verschiedener Frequenzen vorgesehenen Schalters als Stoppuhr verwendet werden kann. Bei anderen Schallerstellungen kann die Einrichtung im Zusammenhang mit einem Viskosimeter benutzt werden, nicht aber der Zeitmaßstab geändert werden.

Aufgabe der Erfindung ist, eine elektronische Einrichtung zur Zeitbestimmung anzugeben, bei der eine Wahlmöglichkeit zwischen unterschiedlichen Zeitmaßstäben besteht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Einrichtung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das ausgewählte Signal einem Zank·:· zugeführt, der durch Zählen der aufeinanderfolgenden Zyklen des ausgewählten Signals mil einer durch die Frequenz des Signal·· bestimmten Geschwindigkeit weiterschaltet. Mit dem Zähler isi eine Anzeigevorrichtung gekoppelt, die den jeweiligen Zährwer; des Zählers und damit die verstrichene Zeit in Einheiten anzeiet, die durch die gewählte Frequenz bestimmt werden. Bei einer wichtigen Ausgestaltung eines

solchen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist der Sigüalwählvorrichtung eine durch diese gesteuerte An-OK.'nung zugeordnet, um die Größe der Zeiteinheiten auf der Anzeige anzugeben, vorzugsweise durch Einschaltung einer gewöhnlich dezimalen Kommaanzeiae nn geeigneter Stelle zwischen Ziffernaiizeigevorrichtungen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele sowie Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeiat

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Stoppuhr aemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 eine genauere Darstellung der EXKLUSlV-ODER-Glieder der Einrichtung gemäß Fig. ι _5Cvwie ihre Verbindungen mit Segmenten von Ziffernanzeigevorrichtungen,

F i g. 3 eine Querschnittsansicht einer Ziffernanzeigevoiriciitung, gesehen in einer Ebene 3-3 der Fig. ],"

F i g. 4 und 5 zwei alternative Ausfümungsbeiipiele, die jeweils als gewöhnliche Stoppuhr und als Reaktionszeitmesser verwendet werden können.

Die in F i g. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfinduns dargestellte Stoppuhr enthält als Zeitbasis für das System einen Oszillator 10, dessen Betriebsfrequenz t. 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. twischen zwei Grenzwerten, wie 0 und +15V. ändert. OV kann der Binärziffer 0 und +15 V 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 32rf daigestellt, zwischen denen Dezimalpunkt- oder Komma-Anzeigevorrichtungen 33a, 336 und 33c angeordnet sind. Das Anzeigepaneel 30 enthält, wie der Querschnitt in F i g 3 zeigt, eine transparence 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 1, während auf der Innenseite der Frontplatte 6 Anzeigesegmente A bis G angeordnet sind. Zwischen den Glasplatten Ϊ und 7 befindet sich ein Flüssigkristall 5, z. B. aus einem nematischcn M'iierkil

Die Anzeigesegmente werden durch transparente elektr'sche Leiter gebildet, und im Falle einer mil Transmission arbeitenden Anzeigevorrichtung besteht auch die Gegenelektrode aus einem transparenten Leitermaterial, während sie bei einer mit Reflexion arbeitenden Anzeigevorrichtung durch ein reflektierendes Leitermaterial gebildet wird. Die in F i g. 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 Ziffernanzeigevorrichtungen und allen Komma-Anzeigevorrichtungen gemeinsam sein, d. h., daß sie die ganze Fläche hinter den viei Anzeigevorrichtungen (und den Komma-Anzeigevorrichtungen) einnehmen kann.

Ein vom Frequenzteiler 12 erzeugtes 100-Hz-Anzeigeerregungssignal wird einer Eingangsklemme jedes EXKLUSIV-ODER-Gliedes im Block 26, der Gegenelektrode im Anzeigepaneel 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 TÖÖ Hz wird einem leitenden 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 F i g. 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, so daß der Schaltarm 36 des Drehschalters 40 mit der Klemme derjenigen 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 beiden Klemmen machen mit dem Bereich 50 des Drehschalters 40 Kontakt.

Bei Verwendung der Stoppuhr gemäß F i g. 1 stellt der Benutzer zuerst die gekuppelten Schalter 14 und 40 auf den gewünschten Zeitmaßstab ein. In F i g. 1 sind die Schalter so dargestellt daß der Schalter 14 mit der Ausgangskiemme 15 Kontakt macht und der Schaltarm 36 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-H?-Taktsignal zugeführt, an der Komma-Anzeigevorrichtung 33r liegt das ÜX)-Hz-Erregungssignal und der Gegenelektrode 1 wird ununterbrochen ein 100-Hz-hrregungssignal zugeführt. Die an der Komma-Anzeigevorrichtung 33c und der Gegenelektrode. 1 liegenden Erregungssignale sind gegeneinander um 180° in der Phase verschoben. Zwischen der Komma-Anzeigevorrichtung 33c und der Gegenelektrode entsteht dadurch ein elektrisches Wechselfeld genügender Intensität, um den Flüssigkristall unterhalb der Komma-Anzeigevorrichtung 33r dynamisch streuen zu lassen. Die beiden übrigen Komma-Anzeigevorrichtungen 33a und 336 stehen mit dem leitenden Bereich 50 des Drehschalters 40 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 I, so daß zwischen den Komma-Anzeigevorrichtungen 33a und 33b einerseits und der Gegenelektrode I andererseits keine Spannungsdifferenz auftritt. Der Flüssigkristall bleibt daher hinter diesen beiden Komma-Anzeigevorrichtungen im unerregten oder transparenten Zustund.

Dem NOP-Glied 20 im oberen Teil el ei Einrichtung gemäß rig. ^: ^irc; das iO-Hz-Signa¹ zugeführt. Solange sich ein Schalter 52 in seiner anfänglichen !--.; hesieliun;: befind!.-;, liefer! ein Steuerlogikschaiiv ei"!.: 51 eine der Binär/ifier 1 entsprechende .spannung. ;. si- - !5 λ an das NOR-Glied 20, so daß dieses dauernd ein niedriges Ausgangssignal entsprechend der lüiruuzifier 0 abgibt. Das NOR-Glied 20 kann ir, diese:··. 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 das Steuerlogikschaltwerk 51 eine der Binärziffer 0 entsprechende Spannung (z. B. Massespannung) an die zweite Eingangsklemme des NOR-Glirdes 20. Das NOR-Glied 20 kann in diesem Zustand als durchlaßbereit oder ar.sprechbereit 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-GliedeL invertiert, dies beeinflußt den Betrieb jedoch nicht). Die Verknüpfungsglieder des mit dem Zähler 22 verbundenen Decodierers 24 werden nun entsprechend dem registrierten Zählwert ansprechbereit gemacht.

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 Ausgangssignal entsprechend der Binärzirfer 0 liefert, so.ange es gesperrt ist. Für das vorliegende Beispiel soll angenommen werden, daß die Decodierer-Verknüpfungsglieder iü: die Segmente des Anzeigepaneels jeweils ein Signal 1 liefern, wenn das betreffende Segment e^:ngeschaltet werden soll, während die Verknüpfungsglieder für die nicht einzuschaltenden Segmente ein Signal 0 erzeugen. (Das Umgekehrte ließe sich mit einer geringfügigen Änderung der Schaltungsanordnung erreichen.)

Eine Möglichkeit der Verbindung der Verknüpfungsglieder des Decodierers 24 mit den EXKl.USlV-ODER-Gliedern 26 ist in F i g. 2 genauer dargestellt. Jedem EXKLUSIV-ODER-Glied wird so ein Signal vom Decodierer als auch das 100-Hz-Erregungssignal zugeführt. An jedes EXKLUSIV-ODER-Güed ist ein Seement des Anzeigepaneels angeschlossen. Zur Erläuterung sind von den EXKLUSIV-ODER-Gliedern des Blockes 26 (F i g. 1) nur drei EXKLUS1V-ODER-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, wenn das 100-Hz-Enegungssignal einen Amplitudenwert entsprechend einer 1 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 EXKLUSIV-ODER-Glied eine 1 liegt, tritt an seinem Ausgang ein 100-Hz-Signal auf, das komplementär (um 180° phasenverschoben) bezüglich des ihm zugeführten 100-Hz-Signals ist. Es läßt sich ferner leicht einsehen, daß ein EXKLUSIV-ODER-Glied, wie z. B. das EXKLUSIV-ODER-Glied 61, dessen einer Eingangsklemme eine 0 zugeführt wird, ein 100-Hz-Ausgangssignal liefert, das die gleiche Phase hat wie das ihm zugeführte 100-Hz-Signal. Bei den in F i g. 2 dargestellten Signalverhältnissen ist also das Segment A der Ziffernanzeigevoi richtung 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 Gepentaktsnannung liegt. Andererseits bleibt das Segment P unerregt, da die Spannungen an der Gegenelektrode und am Segment gleichphasig sind (Gleichtaktbetrieb).

Die erläuterte Anzeigevorrichtung eignet sich besonders gut für die Verwendung vor integrierten CMOS-Schaltungen (CNIOS = komplementär-symmetrische Metall-Oxid-Halbleiter). Di. se Schaltungen können den Oszillator, den Frequenzteiler, den Zähler, den

ίο Decodierer, die EXKLUSIV-ODER-Glieder usw. bilden. Bei Verwendung von Schaltungen dieser Art sind die erzeugten alternierenden Signalspannungen unipolar alternierende oder pulsieiende Spannungen der oben beschriebenen Art, d. h., sie reichen von einer

iö Null-Linie bis z. B. einem positiven Wert wie 15 V (oder alternativ von einer Null-Linie bis zu einem negativer Wert wie —15 V). 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 dann ein Signal entsprechend der Binärziffer 1 (-1-15 V) 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 RückstellUerrm: R des Zi>hle^rs 22 eine Rückstellspannung ■+■ V zugeführt, die den Zähler auf einen Ausgangszählwert, z. B. 0, zu · rückstellt. Der Decodierer 24 kann so ausgebildet sein, daß unter diesen Bedingungen dann alle vier Ziffernanzeigevorrichtungen eine 0 anzeigen.

Wenn der Zeitmaßstab geändert werden soll, werden die gekuppelten Schalter 14 und 40 in eine neue Stellung gebracht. Zur Umschaltung von Zehntelsekunden auf Hundertstelsekunden 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 33f> über den Schaltarm 36 und eine Klemme 46 das iÖÖ-Hz-Erregungssignal zugeführt wird. Die Komma-Anzeigevorrichtungen 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 Maß-Stabes die Kommaanzeige als Maßstabsanzeige verwendet werden kann. Die Kommaanzeige bleibt immer eingeschaltet. Wenn der Zeitmaßstab der Stoppuhr z. B. auf ¹Z₁₀ Sekunde eingestellt ist, wie F i g. 1 zeigt, bleibt die Komma-Anzeigevorrichtung 33 c unabhängig von der Stellung des Schalters 52 eingeschaltet. Dies zeigt dem Benutzer, daß die Stoppuhr für eine Zeitmessung in Zehntelsekunden-Schritten eingestellt ist. Bei dieser Einstellung beträgt die maximal mögliche Anzeige etwa 1000 Sekunden (tatsächlich 999,9 Sekunden). Beim Umschalten auf den nächsten Zeitmaßstab, d. h. den Hundertstelsekunden-Maßstab, wird die Komma-Anzeigevorrichtung 33i> eingeschaltet, und der maximal anzeigbare Wert verringert sich auf

99,99 Sekunden. Bei der Einstellung auf den dritten Zeitmaßslab ist der maximale Zählwert etwa 10 Sekunden.

Obwohl der Schalter 52 als mechanischer Schalter dargestellt ist, kann er selbstverständlich bei bestimmten Anwendungen auch aus einem elektronischen Schalter bestehen, vor allem wenn mit einer Genauigkeit von Tausendstelsekunden gemessen werden soll. Der Schalter kann dann aus einem Halbleiterbauelement, ζ. B. einer MOS-Torschaltung, bestehen, die normalerweise im Zustand hoher Impedanz gehalten wird und durch ein ihrer Steuerelektrode zugeführtes elektrisches Signal aufgelaslet werden kann. Ein Schalter dieses Typs ist zweckmäßig, wenn sehr genaue Zeitmessungen durchgeführt werden sollen. Gewünschtenfalls kann auch als Rückstellschalter ein elektronischer Scha Im verwendet werden.

t- i g. 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 (F i g. 4) von der Stellung »AUS« wegbewegt wird, um ein veränderliches Zeitintervall verzögert werden.

Die abgewandelte Schaltungsanordnung gemäß F i g. ·". enthält dieselben Schaltungselemente wie die Einrichtung gemäß Fig. 1, von denen in F i g. 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.

Wenn sich der Schalter 64 in der Stellung »Stoppuhr« befindet, arbeitet die Anordnung gemäß F i g. 4 genau so, wie es oben in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben worden ist.

Wenn die Einrichtung zur Reaktionszeitmessung verwendet werden soll, wird der Schaller 52 anfänglich in die Stellung »Rückstellung« gebracht und der Schalter 64 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 Steuerlogikschaluverk 51 dauernd an das NOR-Glied 20 ein Signal des Wertes 1, wodurch das NOR-Glied 20 gesperrt wird.

Zum Starten der Einrichtung zur Reaktionszeil messung 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 ; K an einer Klemme 68, so daß die Lampe 70 zu brennen beginnt und dem NOR-Glied 20 durch das ijlcueilogikschaltwerk 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 f>chalter 52 gekuppelte Schalter 74 öffnet. Der Zählwert, den das Anzeigepaneel 30 (F i g. 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. In beidtn Fällen kann die eingeführte Verzögerungsdauer auf einen oder mehrere verschiedene Werte einstellbar oder willkürlich veränderlich sein. Eine Einrichtung zur willkürlichen Verzögerung ist in F i g. 5 dargestellt.

ίο Die in F i g. 5 dargestellte Ausführungsform einer Kombination von gewöhnlicher Stoppuhr und Reaktionszeit-Stoppuhr enthält die Schaltungselemente der Einrichtung gemäß F i g. 1 (von denen jedoch nur einige dargestellt sind) und zusätzliche Elemente. Außerdem ist der Schalter 52 der Einrichtung gemäß F i g. 1 durch einen einpoligen Umschalter 52a ersetzt, wie unten erläutert werden wird. Das Steuerlogik schaltwerk 51, das genauer dargestellt ist, enthält vier tastbare Flipflops 80, 82, 84 und 86 sowie ein De:odierer-

ao UND-Glied 88. Das Flipflop 80 ist mit seiner Λ-Ausgangsklemme jeweils an eine Daten-Einca igsklemmeD des Flipflops 82 und 84 angeschlossen. Ein: ~Ä Klemme des Flipflops 80 ist mit dem einen Ei. g ng des UND-Gliedes 88, einer Rückstellklemme R des Flipflops 84 und einer Klemme »Stoppuhr« eines Schalters 90 verbunden. Eine Ausgangsklemme 3 des Flipflops 82 ist mit einer TastklemmejT 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 86 und an die Basiselektrode 92 eines Transistors 94 a*-f?eschlossen. Die Ausgangsklemme C des Flipf op 84 i t m\ der Klemme »Reaktionszeitmessung« d.s ^c ^aIUrS 90 verbunden.

Die Schaltungsanordnung enthält ferner ein setzbares und rückstellbares Flipfiop96, dessen Null-Ausgangskbmme jeweils mit der Tastklemme T der Flipflops 80 und 82 verbunden ist. Der ai s einem Druck-

knopf-Steuerschalter bestehende Schalter 52a liegt im Ruhezustand die Spannung + V an die Setzklemme des Flipflops 96 und, wenn er kurzzeitig gedrückt wird, die Spannung + V an die Rückstellklemme des Flipflops 96. Der Druckknopf 98 des Schalters 52a ist be-

züglich eines Chassis 97 so federbelastet, daß normalerweise 4- V an der Setzklemme des Flipflops 96 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 ha! en lann und mit einem Signal, z. B. dem 10-Hz-Si ι al, ν m Frequenzteiler 12 (Fig. 1) gespeist wird. Eer frequenzteiler arbeitet ununterbrochen und li.fcr. rxi dem Ausführungsbeispiel gemäß F 1 g. 5 alle 10 Sekunden einen Impuls an die Tastklemme T des Flipflops 84. Die Einrichtung enthält ferner einen weiteren Schalter 99, 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 94.
Für die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 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

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gehende Vorderflanke eines Signals zugeführt wird, nimmt es einen Zustand an, der durch den Wert des Signals bestimmt wird, welches an seiner Eingangsklemme D liegt. Zum Beispiel wenn der Druckknopf 98 gedrückt und das Flipflop 96 dadurch zurückgestellt 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 hataußerdem noch zwei weitere Eingangsklemmen, nämlich eine Rückstellklemme R und eine Setzklemme S Wenn der Rück stell klemme 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 gleichzeitig Signale des Wertes 1 zugeführt werden, wird das Flipflop gesetzt. Wie vorher, wird eine 1 durch ein relativ positives Signal, z. B. + V, dargestellt.

Die Funktion des Schalters 52a in F i g. 5 ist analog der des drei Betriebsstellungen aufweisenden einpoligen Schalters52 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 gewöhnliche 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 = 1. 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 Zeit- punkt waren beide Flipflops zurückgestellt worden, das UND-Glied 88 war auf getastet und F war gleich 1. Durch das Tastsignal wird das Flipflop SO gesetzt (A wird zu 1). Das Flipflop 82 bleibt jedoch zurückgestellt, da im Zeitpunkt des Auftretens des Tastsignals /4-0 war. Dem Flipflop 84 wird anfänglich an seiner Rückstellklemme das Signal ~A = 1 und an seiner SetzKlemme über den Schalter 99 das Signal 1 zugeführt. Unter diesen Bedingungen wird dieses Flip-Tastimpulses gesetzt wird. Die Flipflops 84 und 86 bleiben in ihren bisherigen Zuständen. Bei der Rückstellung des Flipflops 80 wird /I 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, wird der Schaltungsanordnung vom Flipflop 96 ein dritter Taslimpuls 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 /1=1 und Tf = 1 zugeführt, so daß sein Ausgangssignal F zu 1 wird. Dieses Signal Fist 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 1 angegeben :

Tabelle I
Betrieb als Stoppuhr

30	Anzahl der Druckknopf- bctäligungen	A	B	C	E	F	Bemerkungen
		0	0	1	0	\	Ausgangszustand
35	1	1	0	1	0	0	Start
	2	0	1	1	0	C	Stop
	3	0	0	1	0	1	Rückstellung

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Zur Einstellung der Einrichtung auf die Betriebsart »Reaktionszeitmessung« werden die gekuppelten Schalter 90 und 99 in die hierfür vorgesehene und entsprechend bezeichnete Stellung umgeschaltet. Hierdurch wird die Spannung -i- V von der Selzklcmme des Flipflops 84 abgeschaltet. Gleichzeitig liegt unter der richtigen Annahme, daß A ~ 1 ist, ein Rückstellsignal _ an der Rücksiellklemme R des Flipflops 84. Dieses

flop, wie erwähnt, gesetzt und C wird zu 1. Wenn/1 zu 50 Flipflop wird dadurch sofoit zurückgestellt. Bei riiek-0 wird, bleibt das Flipflop 84 durch das seiner Setz- gestelltem Flipflop 84 wird das Signal Null (Masse) der klemme zugeführte Signal 1 im gesetzten Zustand ver-Da das Fl^pflop 84 gesetzt ist, ist C ~- 1, und

riegelt. pp g

hierdurch wird das Flipflop 86 im gesetzten Zustand gehalten, so daß E = 0 bleibt.

Das Signal A = 0 wird über den Schalter 90 dem NOR-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 hat keinen Einfluß auf die Flipflops 80 und 82. Wenn

p g ()

Basis 92 des Transistors 94 zugeführt und dieser leitet dann nicht. Der Transistor 94 stellt daher einen dei Lampe 70 in Reihe geschalteten, geöffneten Schale

dar.

Zusammenfassend gesagt ist der Anfangszustanc der Schaltung also beim Umschalten der Schalter ir die Stellung »Reaktionszeitmessung«: A ■-- 0, B = 0 ^c 0,_£ - 0 und F - 1. Das Flipflop 86 liefert da;

Signal E == 0, da an seiner Setzklemme S das Signa F = 1 liegt.

Beim erstmaligen Drücken des Druckknopfes 9! wird das Flipflop 80 gesetzt, während die übrigei Flipflops 82, 84 und 86 in ihrem ursprünglichen Zu stand bleb A i k

der Druckknopf 98 wieder gedrückt wird, liefert das 65 stand bleiben. Angenommen, in diesem Zeitpunkt se

Flipflop 96 einen weiteren Tastimpuls. Die Folge davon C - 1, so bleibt das NOR-Glied 20 gesperrt. De

ist, daß das Flipflop 80 wegen F = O zurückgestellt Frequenzteiler arbeitet (zählt) jedoch, und nach irgend

und das Flipflop 82 wegen A = 1 im Zeitpunkt des einem unbekannten Zeitintervall, das zwischen 0 un

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=I an seiner Eingangsklemme D liegt. Gleichzeitig liegt an der Ruckstellklemme des Flipfiops 84 das Signal T = O, was es dem Flipflop jedoch ermöglicht, den gesetzten Zustand anzunehmen.

Beim Setzen des Flipflops 84 nimmt_sein Ausgangssignal C" den Wert 0 an. Dieses Signal (T -- 0 wird dem NOR-Glied 20 zugeführt und macht dieses ansprechbereit, so daß der Zähler 22 zu arbeiten beginnt. Fern« 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 gedruckt. Hierdurch wird das Flipflop 80 zurückgesetzt und das Flipflop 82 gesetzt. Das Flipflop 84 wird darauf durch den Wechsel des Signals A von 0 auf 1 zurückgesetzt. Das Flipflop86 bleibt im gesetzten Zustand (E = 1), da in dem Zeitpunkt, in dem B den Wert 1 annimmt, das an seiner Eingangsklemme D liegende Signal C ebenfalls gleichj. 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 /F=I ist, spricht das UND-Glied 88 an und sein Ausgangssignal F nimmt den Wert 1 an. Dieses Signal F = I stellt den Zähler 22 (F i g. 1) zurück.

Es kann vorkommen, daß der Druckknopf 98 das zweiie Mal gedrückt wird, bevor die veränderliche Verzögerungseinrichtung 62 einen Ausgangsimpuls liefert. Die erste Betätigung des Druckknopfes 98 hatte den Zähler in der bereits beschriebenen Weise eingeschaltet und die verschiedenen Flipflops liefern AusgangSFTinale A - 1, B-- 0. C = O und E — 0. 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=O. Das Tastsignal B — 1 bewirkt daher eine Rückstellung des Flipflops 86 und fwird zu 1. Dieses Signal wird einer nicht dargestellten Alarmeinrichtung, wie einem Summer od. 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 Ziffemanzeigevorrichtungen gleichzeitig aufleuchten.

In der folgenden Tabelle II ist der Betrieb der Einrichtung bei der Reaktio;,szeitmessung zusammenfassend dargestellt.

Tabelle II
Betriebsart Reaktionszeitmessung

Anzahl der Druckknopf betätigungen	A	B	C	E	F	Bemerkungen
	0	0	0	0	1	Ausgangszustand
1	1	0	0	0	0	Start
	1	0	1	0	0	Veränderliche Ver zöge rungseinrich- tung erzeugt ein Ausgangssirnal und Lampe geht an
2	0	1	0	0	(I	Stop
3	0	0	0	0	1	Rückstellung
4	1	0	0	0	0	Start
5	0	1	0	1	0	Druckknopf betä tigt, bevor Verzö gerungseinrichtung ein Ausgangssignal erzeugt hat
6	0	0	0	0	1	Rückstellung

Es kann bei der Einrichtung gemäß F i g. 5 vorkommen, daß der anfängliche Zählwert beim Umschalten von der Betriebsart »Reaktionszeitmessung« auf »Stoppuhr« A = 0, B = 0, C = 0, E = 0 ist. Wenn jedoch der Schalter 99 schließt, wild 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 F i g. 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 irgendeine andere Anzeigevorrichtung 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. An Stelle der beschriebenen direkten Ansteuerung der verschiedenen Ziffernanzeigevorrichtungen können diese auch im Zeitmultiplexbetrieb gesteuert werden. In diesem Falle soll dann für jede Ziffernanzeigevorrichtung eine eigene Gegenelektiode 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, S. 93 beschrieben.

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

Es war ferner bereits erwähnt worden, daß der schematisch dargestellte Schalter 52 ein elektronischer Schalter sein kann. In entsprechender Weise können

Schalter, ζ. B. der elektronischen

auch die anderen dargestellten
Schalter40 in Fig. 1, aus einem
Schalter besteher.

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

Auch für die Steuerlogikschaltwerke und die anderen dargestellten Schaltungsancrdnungen gibt es eine Anzahl von Alternativen. Zum Beispiel kann an die Stelle des NOR-Gliedes 20 bei entsprechender Änderung der vom Steuerlogikschaltwerk Sl abgegebenen Spannungen auch ein UND-Glied treten. Der Schalter 40 kann durch einen einfachen Schalter, wie den Schalter 14, ersetzt werden. In diesem Falle läßt man die nicht eingeschalteten Komma-Anzeigevorrichtungen einfach ohne

Anschluß und nur der_gewählten Komma-Anzeigevorrichtung wird das 100-Hz-Signal zugeführt, wie bei der dargestellten Ausführungsform. Auch bei einer solchen abgewandelten Ausführungsform wird nui das Flüssiekristallmaterial unterhalb des gewählten Kommas erregt, wie bei dem dargestellten Ausführiingsbei-

^SPAuch bei den für die verschiedenen Frequenzen und Spannungen angegebenen Werten handelt es sich nur uni Beispiele. So kann selbstverständlich die Steuerspannung für den Flüssigkristall eine andere Frequenz als 100 Hz haben. Der jeweils zweckmäßigste Wert ist ein Konstruktionsparametei, der von verschiedenen Fa'ctoren wie dem spezifischen Widerstand des Flüssigkri italics'und den bequem zur Verfügung stehenden Frequenzen, abhängt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektronische Einrichtung zur Zeitbestimmung mit einer durch ein Signal vorgegebener Frequenz gespeisten Steuervorrichtung, mit der eine Anzeigevorrichtung für verstrichene Zeit gekoppelt ist, mit einer Signalquelle zum gleichzeitigen Erzeugen mehrerer Signale unterschiedlicher Frequenzen, und mit einer Wählvorrichtung, mit welcher der Steuervorrichtung wahlweise eines der Signale zuführbai ist, so daß die Zeit in Einheiten angezeigt wird, die durch die Frequenz des gewählten Signals bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Anzeigevorrichtung (30) eine Einrichtung befindet, die selektiv die Größen der von der Anzeigevorrichtung dargestellten Zeiteinheiten angibt, und daß eine zusammen mit der Wählvorrichtung (14) betätigbare Einrichtung (40) diese selektive Anzeige entsprechend dem ausgewählten Signal bewirkt, welches der Steuervorrichtung (20 bis 26) zugeführt ist.

2. 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 weiterschaltet, wobei der angezeigte Zählwert die Zeit in Einheiten darstellt, die durch die Freqienz bestimmt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählvorrichtung einen von Hand betätigbaren Schalter (14) enthält.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (14) mit einem zweiten Schalter (40) gekoppelt ist, der die zusammen mit ihm betätigbare Einrichtung ist.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, deren Anzeigevorrichtung mehrere Ziffernanzeigevorrichtungen und Dezimalkommaanzeigevorrichtungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen über einen gemeinsamen Faktor miteinandei in Beziehung stehen und daß die mit der Wählvorrichtung (14) betätigbare Vorrichtung (40) eine Anordnung zur Einschaltung einer der Komma-Anzeigevorrichtungen (33a bis 33c) enthält.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (30) eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist.

7. 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 Beginnes des Arbeitern der Steuervorrichtung um ein veiänderliches Zeitintervall zugeführt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (51, 62) zur veränderlichen Verzögerung einen Frequenzteiler enthält, dem eines der Signale unterschiedlicher Frequenzen zugeführt ist und der zu jeweils η Eingangssignalen ein Ausgangssignal liefert, wobei η ganzzahlig und wesentlich größer als 1 ist, und daß dieses Ausgangssignal sowie das Startsignal einer Anordnung zugeführt ist, die den Zähler ils Antwort ai f das erste Ausgangssignal, das der Frequenzteiler nach dem Auftreten des Startsignals liefert, zu arbeiten beginnen laßt.

9 Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, 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.