DE2352772C2

DE2352772C2 - Frequenzwandler

Info

Publication number: DE2352772C2
Application number: DE2352772A
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. 7145 Markgröningen Hönig; Alfred Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Schulz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-10-20
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE2352772A1; JPS5066619A; JPS583607B2

Description

a) dem Periodendauerzähler (12) ist ein Vorzähler (11) vorgeschaltet;

b) ein Korrekturzähler (18) zum Zählen der Null-Durchgänge ist an den Divisionszähler (15) angeschlossen;

c) eine erste Vergleichsstufe (20) zum Vergleich der Zählerinhalte des Korrekturzählers (18) und " des Vorzählers (11) ist vorgesehen;

d) eine zweite Vergleichsstufe (19) zur Erfassung des Zählerinhalts Null des Korrekturzählers (18) ist vorgesehen; _r_

e) ein Signal der ersten Vergleichsstufe (20) ist zur Erniedrigung und ein Signal der zweiten Vergleichsstufe (19) ist zur Erhöhung dem Zählergebnis des Periodendauerzählers (12) im Speicher (14) zuführbar.

2. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung des Zählergebnisses des Periodendauerzählers (12) und/oder des Vorzählers (11) jeweils ein Zwischenspeicher (14,13) vorgesehen ist.

3. Frequenzwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der beiden Vergleichsstufen (19,20) zur Veränderung des Speicherstandes des dem Periodendauerzähler (12) zugeordneten Zwischenspeichers (14) diesem zuführbar sind.

4. Frequenzwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

a) dem Divisionszähler (15) zur Erkennung seines Null-Durchgangs eine weitere Null-Vergleichsstufe (16) nachgeschaltet ist und ⁴ '

b) durch ein Signal dieser Null-Vergleichsstufe (16) der Divisionszähler (15) den Speicherstand des dem Periodendauerzähler (12) zugeordneten Zwischenspeichers (14) übernimmt.

5. Frequenzwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Vorzählers (11) die zweite Taktfrequenz (70) zuführbar ist und am Ausgang des Vorzählers (11) in Abhängigkeit vom maximalen Zählerinhalt des Vorzählers (11) die erste Taktfrequenz (71) erzeugbar ist.

6. Frequenzwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Divisionszähler (15) und dem Korrekturzähler (18) eine Impulsvervielfachungs vorrichtung (100) geschaltet ist.

7. Frequenzwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) mit jedem Null-Durchgangsimpuls des Divi- _b5 sionszählers (15) ein Vervielfachungszähler (101) mit einer festen Binärzahl N beaufschlagbar ist;

b)
c)

diese Binärzahl N mit der zweiten Taktfrequenz (fO) abwärts zählbar ist und
dadurch während der Zähldauer NTaktimpulse dem Korrekturzähler (18) zuführbar sind.

Die Erfindung betrifft einen Frequenzwandler nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Insbesondere zur Steuerung von Brennkraftmaschinen sind Geber erforderlich, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine Signale abgeben. Bei digitalen Steuerungen müssen diese Signale in Form einer Frequenz vorliegen.

Bei bekannten Gebern dieser Art wird ein ferromagnetisches Zahnrad von der Kurbelwelle angetrieben. Ein induktiver Signalaufnehmer gibt bei jedem vorbeigeführten Zahn des Zahnrads ein Signal ab. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Signalen ist ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit des Zahnrads und damit für die Drehzahl der Brennkraftmaschine. Diese Signale werden einem Periodendauerzähler zugeführt, der mit einer Taktfrequenz beaufschlagt ist. Während einer Periode, d. h. in der Zeitdauer zwischen zwei Zähnen, werden die Taktimpulse gezählt Das Zählergebnis wird auf einen Divisionszähler übertragen und dort mit einer zweiten, höheren Taktfrequenz abwärts gezählt. Das Verhältnis der beiden Taktfrequenzen ist gleich dem Verhältnis, mit dem die vom Zahnrad erzeugte Frequenz heraufgesetzt ist. Sie ist durch die Nulldurchgänge des Divisionszählers gegeben. Der Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß bei hohen Drehzahlen die Zähldauer im Periodendauerzähler sehr kurz wird. Um eine genügend große Genauigkeit zu erreichen, müßten die Taktfrequenzen stark heraufgesetzt werden, um noch genügend große Zählergebnisse zu erreichen. Die zweite Taktfrequenz müßte entsprechend noch höher werden. Diesen Heraufsetzungen der Taktfrequenzen steht jedoch der immer größer werdende Bauteileaufwand dafür entgegen, d. h. in einer praktischen Ausführung sind der Heraufsetzung der Taktfrequenzen Grenzen gesetzt. Die Folge davon sind ungenügend hohe Zählergebnisse im Periodendauerzähler und damit ein zu großer Fehler bei hohen Drehzahlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Frequenzwandler mit verbesserter Auflösung zu entwickeln, der bei noch leicht zu realisierenden Taktfrequenzen den entstehenden Fehler bei höheren Eingangsfrequenzen korrigiert. Die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers soll bei möglichst geringem Aufwand an Material und Fläche der Bauteile eine möglichst hohe Genauigkeit bieten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Periodendauerzähler ein Vorzähler vorgeschaltet ist, daß ein Korrekturzähler zum Zählen der Nulldurchgänge an den Divisionszähler angeschlossen ist, daß eine erste Vergleichsstufe zum Vergleich der Zählerinhalte des Korrekturzählers und des Vorzählers vorgesehen ist, daß eine zweite Vergleichsstufe zur Erfassung des Zählerinhalts Null des Korrekturzählers vorgesehen ist und daß ein Signal der ersten Vergleichsstufe zur Erniedrigung und ein Signal der zweiten Vergleichsstufe zur Erhöhung dem Zählergebnis des Periodendauerzählers im Speicher zuführbar ist.

Um eine möglichst regelmäßige Ausgangsfrequenz zu erhalten, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung

zwischen den Divisionszähler und den Korrekturzähler eine Impulsvervielfachungsvorrichtung geschaltet

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß unter Verwendung von handelsüblichen Zählern in integrierter Bauweise ein billiger und platzsparender Aufbau ermöglicht wird. Die Taktfrequenzen sind so klein gehalien, daß sie ebenfalls in integrierter Bauweise billig und platzsparend zu realisieren sind. Die erreichte Genauigkeit in der Bestimmung der Drehzahl durch die Ausgangsfrequenz ist bei nur geringem Mehrbedarf an Bauteilen wesentlich höher.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt 1 ">

Fig. 1 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig.2 ein Diagramm zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1,

F i g. 3 ein Blockschaltbild, das zusammen mit dem in :o F i g. 1 dargestellten Blockierschaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel darstellt, und

Fig.4 ein Diagramm zur Erläuterung des Blockschaltbilds nach F i g. 3.

In dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild ist der r> Ausgang eines von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängigen Impulsgebers sowohl mit den Rücksetzeingängen reines Vorzählers 11 und eines Periodendauerzählers 12, wie auch mit den Ladeeingängen eines ersten Zwischenspeichers 13 und eines zweiten jo Zwischenspeichers 14 verbunden. Die Binärzahienausgänge des Zählers 11 bzw. 12 sind mit den Binärzahleneingängen des Zwischenspeichers 13 bzw. 14 verbunden. Weiterhin sind die Binärzahlenausgänge des Zwischenspeichers 14 mit den Binärzahleneingän- r> gen eines Divisionszählers 15 verbunden, dessen Binärzahlenausgänge an eine Null-Vergleichsstufe 16 angeschlossen sind. Der die Ausgangsfrequenz (A führende Ausgang der Null-Vergleichsstufe 16 ist sowohl mit dem Ladeeingang des Divisionszählers 15, wie auch mit einer Ausgangsklemme 17 und dem Zähleingang eines Korrekturzählers 18 verbunden. Die Binärzahlenausgänge des Korrekturzählers 18 sind sowohl mit einer weiteren Null-Vergleichsstufe 19, wie auch mit einer weiteren Vergleichsstufe 20 verbunden, 4 > Weiterhin sind die Binärzahlenausgänge des Zwischenspeichers 13 ebenfalls mit weiteren Binärzahleneingängen der Verg'eichsstufe 20 verbunden. Der Ausgang der Vergleichsstufe 20 ist an einen Abwärts-Zähleingang ζ 1 und der Ausgang der Null-Vergleichsstufe 19 an einen Aufwärts-Zähleingang ζ 2 des Zwischenspeichers 14 angeschlossen. Eine an einer Klemme 21 anliegende Taktfrequenz [Q, die in einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Oszillator erzeugt wird, ist sowohl mit dem Zähleingang des Vorzählers 11, wie auch mit dem Zähleingang des Divisionszählers 15 verbunden. Der Überlaufausgang des Vorzählers 11, an dem die Taktfrequenz /1 erzeugt wird, ist mit dem Zähleingang des Periodendauerzählers 12 verbunden.

In der nun folgenden, anhand des Diagramms nach wi F i g. 2 erläuterten Funktionsbeschreibung treten die in der Digitaltechnik gebräuchlichen Ausdrücke Null-Signal und Eins-Signal auf. Dabei entspricht einem Null-Signal ein Potential, das näherungsweise gleich dem Massepotential ist, und ein Eins-Signal entspricht tr> einem Potential, das in der Größenordnung der Versorgungsspannung liegt. Weiterhin werden in der folgenden Beschreibung zur besseren Veranschaulichung Dezimalzahlenbsispiele genannt, während in Wirklichkeit in den Zählern natürlich Binärzahlen gezählt bzw. gespeichert werden.

Der Impulsgeber 10 erzeugt eine Eingangsfrequenz [E Dies geschieht im einfachsten Falle dadurch, daß ein ferromagnetisches Zahnrad von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird und ein induktiver Aufnehmer bei jedem vorbeigeführten Zahn einen Impuls erzeugt Diese Impulse werden durch eine bekannte Schaltung in Rechteckimpulse umgesetzt und über eine Zeitrasterstufe geführt Eine solche Zeitrasterstufe, die eine synchrone Rasterung der Impulse mit den Taktfrequenzimpulsen bewirkt, wird in fast allen digitalen Schalrungen benötigt und stellt ein bekanntes Bauelement dar.

Durch einen Impuls (E werden die Zähler 11 und 12 auf Null gesetzt Die Taktfrequenz /Ό zählt nun den Vorzähler 11 aufwärts. Überschreitet er seinen maximalen Zählerstand, so entsteht an seinem Ausgang ein Überlaufinipuls /1, der Zähler wird dadurch auf Null zurückgesetzt und erneut mit der Taktfrequenz /Ό aufwärts gezählt Durch die überlaufenden Impulse f\ wird der Periodendauerzähler 12 aufwärts gezählt. Zu Beginn eines neuen Eingangsimpulses (E wird jeweils der Zählersland der Zähler 11 bzw. 12 in die Zwischenspeicher 13 bzw. 14 übernommen. Kurz danach ,verden die Zähler 11, 12 wieder auf Null zurückgesetzt Diese beiden kurz aufeinanderfolgenden Vorgänge können entweder mit der Anstiegsflanke und der Rückflanke des Eingangssignal fE bewirkt werden, es kann jedoch auch eine Zeitrasterstufe vorgesehen sein, die jeweils kurz aufeinanderfolgende Impulse erzeugt.

Wenn der Zählerstand des Divisionszählers 15 den Wert Null aufweist, so entsteht am Ausgang der Null-Vergleichsstr.fe 16 ein Eins-Signal. Diese Null-Vergleichsstufe 16 kann als NOR-Gatter ausgeführt sein, dessen Eingänge mit den Binärzahlenausgängen des Divisionszählers 15 verbunden sind. Dieses Eins-Signal wird dem Ladeeingang des Divisionszählers 15 zugeführt, der dadurch den Zahlenwert des Zwischenspeichers 14 übernimmt. Der Divisionszähler 15 wird im folgenden durch die Taktfrequenz /0 heruntergezählt. Dadurch entsteht an der Ausgangsklemme 17 eine Ausgangsfrequenz (A, die dadurch entsteht, daß bei jedem Null-Durchgang des Divisionszählers 15 ein Eins-Signal erscheint. Diese Ausgangsfrequenz (A ist damit proportional zum Verhältnis /0 :/1, d.h. sie ist beeinflußbar durch die Taktfrequenz und durch den maximalen Zählerstand des Vorzählers 11.

Bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, d. h. bei großer Eingangsfrequenz (E, kann nun der Fall eintreten, daß der Zählerstand des Periodendauerzählers 12 bei sehr kleinen Zahlenwerten liegt. Als Beispiel sei angenommen, daß der Vorzähler 11 auf 9 zählt und dann einen Überlaufimpuls (\ abgibt. Bei einer bestimmten Frequenz (E sei das gezählte Ergebnis 3,2, d. h. der Periodendauerzähler 12 hat auf 3 und der Vorzähler 11 auf 2 gezählt Mit den Ausgangsimpulsen [A wird nun der Korrekturzähler 18 aufwärts gezählt. Dieser Korrekturzähler 18 ist als Ringzähler geschaltet, d.h. bei Erreichen eines maximalen Zählerstandes beginnt er automatisch wieder, von Null an aufwärts zu zählen. Es sei für das Beispiel angenommen, daß sein maximaler Zählerstand 9 sei. Die weitere Funktionsbeschreibung erfolgt unter Verwendung der Diagramme nach F i g. 2. Zum Zeitpunkt 11 wird der maximale Zählerstand des Korrekturzählers 18 überschritten und

der Zählerstand auf Null zurückgesetzt. Dadurch spricht die Null-Vergleichsstufe 19 an. Diese kann als NOR-Gatter ausgebildet sein und führt demzufolge beim Zählerstand Null des Korrekturzählers 18 ein Eins-Signal dem Aufwärts-Zähleingang ζ 2 des Zwischenspeichers 14 zu. Dadurch erhöht sich dessen Zählerstand von 3 auf 4. Die Ausgangsfrequenz (A verringert sich. Der Korrekturzähler 18 zählt nun mit der verringerten Ausgangsfrequenz fA aufwärts. Erreicht sein Zählerstand die Zahl 2, so spricht die Vergleichsstufe 20 an, da im Zwischenspeicher 13 ebenfalls die Zahl 2 gespeichert ist. Am Ausgang der Vergleichsstufe 20 erscheint ein Eins-Signal, das dem Abwärts-Zähleingang z\ des Zwischenspeichers 14 zugeführt wird. Der Speicherstand des Zwischenspeichers 14 verringert sich von 4 wieder auf 3. Zum Zeitpunkt f2 erhöht sich demnach die Ausgangsfrequenz fA wieder. Ohne den Korrekturzähler 18 würde ein großer Fehler der Ausgangsfrequenz fA entstehen, da der Periodendauerzähler 12 nicht zwischen dem Zählwert 3 und 3,9 unterscheiden kann. Der Vorzähler 11 erfaßt die Dezimalen und erzeugt entsprechende Korrekturimpulse.

Die verwendeten Bauelemente sind übliche, im Handel erhältliche integrierte Schaltungen. Dabei kann für die Zähler 11, 12, 15, 18 das integrierte Bauteil SN 74 191, für den Zwischenspeicher 13 das Bauteil SN 74 174, für den Zwischenspeicher 14 das Bauteil SN 74 193 und für die Vergleichsstufe 20 das Bauteil SN 7486 verwendet werden.

Die in F i g. 3 dargestellte Schaltungsanordnung stellt eine Impulsvervielfachungsvorrichtung 100 dar, die zwischen die Klemme 17 und den Korrekturzähler 18 geschaltet ist Dabei ist die Klemme 17 mit dem Ladeeingang eines Vervielfachungszählers 101 verbunden. Die Binärzahleneingänge des Vervielfachungszählers 101 sind auf eine feste Binärzahl N geschaltet Die Binärzahlenausgänge sind über eine Null-Vergleichsstufe 102 an einen Eingang eines UND-Gatters 103 angeschlossen. Der andere Eingang des UND-Gatters 103 ist mit der die Taktfrequenz /"0 führenden Klemme 21 verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 103 ist mit den Zähleingängen des Vervielfachungszählers 101 und des Korrekturzählers 18 verbunden.
■> Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 im Zusammenhang mit der Schaltung nach F i g. 1 wird im folgenden anhand der Diagramme nach Fig.4 beschrieben. Durch einen Impuls fA wird der Vervielfachungszähler 101 mit einer festen Binärzahl N

ίο beaufschlagt. Diese Binärzahl ist in unserem Beispiel die Zahl 3. Die nachgeschaltete Null-Vergleichsstufe 102 kann als ODER-Gatter realisiert sein und führt daher dem Eingang des UND-Gatters 103 einen Eins-Impuls zu. Die Taktimpulse /0 zählen den Zählerstand N des Vervielfachungszählers 101 bis Null herunter. Es erscheint ein Null-Signal am Ausgang der Null-Vergleichsstufe 102, durch das das UND-Gatter 103 für Taktimpulse /0 gesperrt wird. Mit jedem Ausgangsimpuls fA werden demzufolge dem Vervielfachungszähler 101, wie auch dem Korrekturzähler 18, N Impulse zugeführt. Es liegt eine Impulsvervielfachungsschaltung vor, durch die die Eingangsimpulse fA um den Faktor N vervielfacht werden.

Mit jedem Ausgangsimpuls fA wird der Korrekturzähler 18 im gewählten Beispiel um die Zahl 3 heraufgezählt. Dies ist in Fig.4 als ein Schritt gezeichnet, da die Taktimpulse /0 eine wesentlich höhere Frequenz als die Ausgangsimpulse FA haben. Zur Zeit i3 wird also der Zählerstand 8 um 3 Impulse auf den Zählerstand 1 heraufgezählt Beim Null-Durchgang verringert sich die Frequenz FA entsprechend der Funktionsbeschreibung zu Fig. 1. Zum Zeitpunkt f4 wird von 1 auf 4 hochgezählt und es tritt wieder eine höhere Frequenz fA auf. Es sind 4 Zählperioden in

F i g. 4 dargestellt und es ist daraus zu erkennen, daß die Verteilung der Impulse fA gleichmäßiger ist als die Impulsverteilung nach Fig.2. Die Impulse niedrigerer Frequenz treten einzeln auf und sind gleichmäßiger verteilt

Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzwandler zur Umwandlung einer Eingangsimpulsfolge in eine Ausgangsimpulsfolge mit höherer Frequenz zur Drehzahlerfassung, insbesondere für Zündanlagen bei Brennkraftmaschinen, mit einem Periodendauerzähler, dem die Eingangsimpulsfolge zuführbar ist, mit einer ersten Taktfrequenz für den Periodendauerzähler und mit einem Divisionszähler, durch den das Zählergebnis des Periodendauerzählers mit einer zweiten Taktfrequenz abwärts zählbar ist, gekennzeichnet d u r c h die Vereinigung folgender Merkmale: