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Der von der Taktgebereinrichtung gelieferte unverzögerte Impuls liefert
ein Ausgangssignal an die acht UND-Gatter. Eines der UND-Gatter befindet sich in
einem anderen Zustand als die anderen, da der erste Teilerkreis irgendeine Zahl
zwischen Null und Sieben an seine Ausgänge geliefert hat. Nur das
UND-Gatter,
das Eingangsimpulse sowohl vom ersten als auch vom zweiten Teilerkreis empfängt,
kann ein Ausgangssignal liefern.
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Dieses besondere UND-Gatter gibt einen Impuls an eines der angeschlossenen
Flip-Flops, das damit in eine solche Lage gebracht wird, daß es einen Ausgangsimpuls
an seine entsprechende Steuerstation abgeben kann.
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Der einzige Zeitpunkt, zu dem ein Ausgangssignal von einem der UND-Gatter
geliefert werden kann, ist also der, wenn der zweite Teilerkreis auf dem dritten
Zählschritt steht und eine Zahl zwischen Nuli und Sieben im ersten Teilerkreis gespeichert
ist. Um diese Bedingung zu erfüllen, mußte bei der bekannten Steueranordnung eine
Meßzeit von 6,9 Millisekunden gewählt werden, weil nur bei dieser Meßzeit der vorgegebene
Frequenzbereich von 34 bis 46 kHz am Empfängereingang einen Bereich von 24 bis 31
Impulsen am Eingang des ersten Teilerkreises ergibt.
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Dieser Bereich entspricht genau der vierten Periode der Achterreihe
(0 . . . 7; 8 . . . 15; 16 . . . 23; 24 . . . 31; 32... 39; 40...47; usw.). Um mit
dem Impulsbereich genau in eine bestimmte Periode der Achterreihe (hier in die vierte)
hineinzupassen, muß die Meßzeit von 6,9 Millisekunden genau eingehalten werden,
so daß der Taktgeber, der die Taktimpulse für den Beginn und das Ende dieser Meßzeit
erzeugt, sehr aufwendig ist. Verwendet man andererseits eine Meßzeit, die aus einer
im Gerat vorhandenen genauen Frequenz - z. B. aus der Netzfrequenz - leicht abgeleitet
werden kann, läßt sich die obenerwähnte Bedingung nicht erfüllen, weil der Impulsbereich
sich so verschiebt, daß er nicht mehr genau in eine Periode der Achterreihe paßt,
abgesehen davon, daß die Größe des Bereiches sich auch ändert. Bei einer Meßzeit
von z. B. 10 Millisekunden würde sich ein Impulsbereich von 34 bis 46 ergeben. Dieser
Bereich hätte die Größe von 17/S Perioden der Achterreihe und läge in der fünften
und sechsten Periode (32... 39; 40 ... 47).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zählschaltung einer
eingangs erwähnten Steueranordnung so zu gestalten, daß eine beliebig wählbare Meßzeit
zum Zahlen der Impulse verwendet werden kann und daß dennoch der Impulsbereich mit
einer gewünschten Periode einer bestimmten Reihe (z. B.
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Achter- oder Sechzehner-Reihe) übereinstimmt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Zähleinrichtung
aus einer Anzahl hintereinandergeschalteter Zahlstufen besteht, daß die Ausgänge
eines Teiles der Zählstufen mit den BCD-Eingängen eines BCD-Dezimal-Dekoders verbunden
sind, an dessen Dezunalausgangen die Steuerstationen angeschlossen sind und daß
der Eingang mindestens einer der Zählstufen und/oder mindestens ein Eingang des
Dekoders an den invertierten Ausgang der jeweils vorangehenden Zahlstufe angeschlossen
ist.
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Einige Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der Taktgeber, der die Taktimpulse für den Beginn und das Ende der Meßzeit erzeugt,
sehr einfach aufgebaut sein kann, indem er z. B. diese Impulse aus der Netzfrequenz
ableitet. - So ist eine Meßzeit von z. B. 20 Millisekunden ohne Stabilisierungsmaßnahmen
mit großer Genauigkeit erreichbar. Ferner ist mit geringem Aufwand zu verhindern,
daß Frequenzen außerhalb des vorge-
sehenen Frequenzbereiches vom Zähler erfaßt werden
und Fehlsteuerungen auslösen können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert.
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In einem Ultraschallsender 1 wird z. B. ein Transistor-Oszillator
beim Betätigen einer Taste durch Zuschalten eines Kondensators auf die jeweils gewünschte
Steuerfrequenz gebracht. Ein elektroakustischer Wandler 2 strahlt diese Steuerfrequenz
in Form von Ultraschall ab.
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Ein am Empfänger angebrachter weiterer elektroakustischer Wandler
3 fängt den Ultraschall auf und wandelt ihn in eine entsprechende elektrische Schwingung
um, die in einem Verstärker 4 verstärkt und in einem Impulsformer 5 in Rechteckimpulse
umgewandelt wird. Die Wiederholungsfrequenz dieser Impulse ist gleich der vom Sender
abgestrahlten Frequenz, die z. B. in einem Bereich zwischen 33 und 45 kHz liegt.
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Über ein UND-Gatter 6 erreichen die Impulse einen Teiler 7, der die
Frequenz durch 24 teilt, so daß an dessen Ausgang ein Frequenzbereich von 1,40 bis
1,85 kHz zur Verfügung steht.
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In einem Taktgeber 21 werden aus der Netzfrequenz von 50 Hz Taktimpulse
abgeleitet, aus denen Löschimpulse zum Zurückstellen der noch zu beschreibenden
Zählstufen gewonnen werden und die ferner ein Flip-Flop 22 ansteuern, das an seinem
ersten Ausgang Rechteckimpulse liefert, deren Impulsdauer gleich der Dauer einer
ganzen Schwingung der Netzfrequenz ist, nämlich genau 20 Millisekunden. Diese Impulse
gelangen zu einem weiteren Eingang des UND-Gatters 6, das die vom Impulsformer 5
kommenden Impulse nur während dieser Meßzeit von 20 Millisekunden an den Teiler
7 durchläßt. Die Anzahl der während dieser Meßzeit am Ausgang des Teilers 7 erscheinenden
Impulse liegt demnach in dem Bereich von 28 bis 37.
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Tabelle 1 zeigt für 10 Kanäle den Zusammenhang zwischen den vom Sender
abgestrahlten Frequenzen (f) und den während der Meßzeitvon 20 Millisekunden vor
und hinter dem Teiler 7 erscheinenden Anzahlen von Impulsen (a und b).
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Tabelle 1
Kanal | f [kHz] | a | b |
0 33,6 672 28 |
1 34,8 696 29 |
2 36,0 720 30 |
3 37,2 744 31 |
4 38,4 768 32 |
5 39,6 - 792 33 |
6 40,8 816 34 |
7 42,0 840 35 |
8 43,2 864 36 |
9 44,4 888 37 |
Auf den Teiler 7 folgt ein Zähler mit sechs Zählstufen 8 bis 13, wobei die Ausgänge
der vier Zählstufen 8 bis 11 mit den BCD-Eingängen A, B, C, D eines BCD-Dezimal-Dekoders
14 verbunden sind, an dessen Dezimalausgängen 0, 1, 2 3 4 5 6 7, 8, 9 zehn Steuerstationen
15 angeschlossen sind. Der Eingang der vierten Zählstufe 11 ist im Gegensatz zu
den übrigen Zählstufen an den invertierten Ausgang e der vorangehenden Zählstufe
10 angeschlossen, ebenso der entsprechende Eingang C des Dekoders 14.
Tabelle
2
D C B A D C B A |
f[kHz] Kanal |
h g f e d c b h g f e d c |
000000 0 000100 |
000001 1 000101 |
0 0 0 0 1 0 2 0 0 0 1 1 0 |
0 0 0 0 1 1 3 | | | 0 0 0 1 1 1 |
000100 4 001000 |
000101 5 001001 |
000110 6 001010 |
000111 7 001011 |
001000 8 001100 |
001001 9 001101 |
0 0 1 0 1 0 10 0 0 1 11 0 |
0 0 1 0 1 1 11 0 0 1 1 1 1 |
0 0 1 1 0 0 12 0 110 0 0 0 |
0 0 0 1 0 0 4 0 0 1 0 0 0 |
0 0 1 1 1 0 14 0 1 0 0 1 0 |
0 0 1 1 1 1 15 0 1 0 0 1 1 |
0 1 0 0 0 0 16 0 1 0 1 0 0 |
0 1 0 0 0 1 17 0 1 0 1 0 1 |
0 1 0 0 1 0 18 0 1j0 1 1 0 |
0 1 0 0 1 1 19 | | | 0 1|0 1 1 1| |
0 1 0 1 0 0 20 0 1|1 0 0' 0 |
0 1 0 1 0 1 21 0 1 0 0 1 |
0 1 0 1 1 0 22 0 1 1 0 1 0 |
0 1 0 1 1 1 23 0 1 1 0 1 1 |
0 1 1 0 0 0 24 0 1 1 1 0 0 |
0 -1 1 0 0 1 25 0 1 1 1 0 1 |
0 1 1 0 1 0 26 | | | 0 1 1 1 1 0 |
0 1 1 0 1 1 27 0 1 1 1 1 1 |
12 0 1 1 1 0 0 28 33,6 0 1 0 0 0 0 0 |
13 0 1 1 1 0 1 29 34,8 1 1 0 0 0 0 1 |
14 0 1 1 1 1 0 30 36,0 2 1 0 0 0 1 0 |
15 0 1 1 1 1 1 31 37,2 3 1 0 0 0 1 1 |
0 1 0|0 0 0 0 32 38,4 4 1 0 0 1 0 0 |
1 1 0 0 0 0 1 33 39,6 5 1 0 0 1 0 1 |
2 1 0 0 0 1 0 34 40,8 6 1 0 0 1 1 0 |
3 1 0 0 0 1 1 35 42,0 7 1 0 0 1 1 1 |
4 1 0|0 1 0 0 36 43,2 8 1 0 1 0 0 0 |
5 1 0 0 1 0 1 37 44,4 9 1 0 1 0 0 1 |
1 0 0 1 1 0 38 1 0 1 0 1 0 |
1 0 0 1 1 1 39 1 0 1 0 1 1 |
1 0 1 0 0 0 40 1 0 1 1 0 0 |
1 0 1 0 0 1 41 1 0 1 1 0 1 |
1 0 1 0 1 0 42 1 0 1 1 1 0 |
1 0 1 0 1 1 43 1 0 1 1 1 1 |
1 0 1 1 0 0 44 1 1|0 0 0 0 |
1 0 1 1 0 1 45 1 1 0 0 0 1 |
1 0 1 1 1 0 46 1 1 0 0 1 0 |
1 0 1 1 1 1 47 - - 1 1|0 0 1 11 |
1 1 0 0 0 0 48 - 1 1| 0 1 0 |
1 1 0 0 0 1 49 1 1|0 1 0 11 |
1 1 0 0 1 0 50 1 110 11 0 |
Die Ausgänge der Zählstufen 10, 11 sind jedoch nicht direkt mit
den Eingängen des Dekoders 14 verbunden, sondern gelangen über die Eingänge zweier
ODER-Gatter 16, 17 an den Dekoder 14, wol>ei die anderen Eingänge der ODER-Gatter
16, 17 mit dem Ausgang eines NAND-Gatters 20 verbunden sind, dessen einer Eingang
an den Ausgang der letzten Zälilstufe 13 angeschlossen ist und der andere Eingang
an den invertierten Ausgang des Flip-Flops 22.
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Ein weiteres NAND-Gatter 18 ist mit seinen Eingängen mit den Ausgängen
der Zählstufen 9, 11 verbunden, während sein Ausgang an den einen Eingang eines
weiteren ODER-Gatters 19 führt, dessen zweiter Eingang an den invertierten Ausgang
der Zählstufe 13 angeschlossen und dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang des
UND-Gatters 6 verbunden ist.
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Zum Erläutern der Arbeitsweise der Steueranordnung sei zunächst dargestellt,
wie die Arbeitstabelle der Zähleinrichtung aussähe, wenn sie nach dem Stand der
Technik geschaltet wäre, wenn also alle Eingänge der Zählstufen 9 bis 13 an die
normalen Ausgänge der jeweils vorangehenden Zählstufen 8 bis 12 angeschlossen wären.
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Tabelle 2 zeigt von der Mitte ausgehend nach links die Kanalnummern
für zehn Kanäle, dann die zugehörigen vom Sender 1 abgegebenen Frequenzen, die während
der Meßzeit von 20 Millisekunden am Punkt (Ausgang des Teiler 7 bzw. Eingang der
ersten Zählstufe 8) erscheinende Impulsreihe als Dezimalzahl sowie die an den Ein-
bzw. Ausgängen der übrigen Zählstufen 9 bis 13 erscheinenden Impulsreihen, die zusammengenommen
die entsprechende Binärzahlenreihe darstellen.
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Wie aus dieser Tabelle zu ersehen ist, sind zur Darstellung der Dezimalzahlen
28 bis 37, die bei dem gewünschten Frequenzbereich für die zehn Kanäle ausgezählt
werden müssen, zum Teil fünfstellige und zum Teil sogar sechsstellige Binärzahlen
nötig. Da aber andererseits nicht alle 37 Zahlen von 0 bis 37, sondern nur die zehn
Zahlen von 28 bis 37 ausgezählt werden müssen, würden vierstellige Binärzahlen völlig
ausreichen, so daß ein BCD-Dezimal-Dekoder mit vier BCD-Eingängen A, B, C, D (in
Tabelle 2 oben in entsprechender Zuordnung angegeben) und zehn Dezimalausgängen
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 verwendet werden könnte. Die zehn vierstelligen Binärzahlen
(in Tabelle 2 eingerahmt), die neben den Dezimalzahlen 28 bis 37 stehen, entsprechen
aber den Dezimalzahlen 12, 13, 14, 15, 0, 1, 2, 3, 4, 5, wie in Tabelle 2 ganz links
eingerahmt dargestellt st. Da der Dekoder mit zehn Ausgängen keine Ausgänge für
die Zahlen 12, 13, 14, 15 besitzt, wäre ein größerer und teuerer Dekoder mit sechzehn
Ausgängen nötig. Dann wäre aber immer noch keine kontinuierliche Dezimalzahlenreihe
erreichbar, da die Zahlen zwischen 5 und 12 fehlen würden.
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Wenn man aber gemäß der Erfindung den Eingang der Zählstufe lt und
die Verbindung zum Eingang C des BCD-Dezimal-Dekoders 14 anstatt an den normalen
Ausgang e der Zählstufe 10 an deren invertierten Ausgang anschließt, ergibt sich
die in Tabelle 2 auf der rechten Seite dargestellte Binärzahlenreihe. Die unter
c und d erscheinenden Reihen sind unverändert geblieben, während die Reihe unter
e durch die Verwendung des invertierten Ausgangs genau entgegengesetzt zu der Reihe
unter eauf der linken Seite der Tabelle 2 verläuft. Dadurch verschieben sich die
übrigen
Reihen unter f, g und h um vier Schritte nach oben, weil in der Reihe unter e der
1-0-Sprung ebenfalls um vier Schritte höher liegt. Die so entstehende Zuordnung
der vierstelligen Binärzahlen, die in den Dekoder 14 eingegeben werden, entspricht
nunmehr genau der Dezimalzahlenreihe 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 in der gewünschten
Reihenfolge, so daß der Dekoder 14 die zehn Binärzahlen richtig in diese Dezimalzahlen
umsetzt.
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In dieser Form ist der Dekoder aber noch mehrdeutig, denn er kann
nicht unterscheiden, ob die vierstelligen Binärzahlen von den Dezimalzahlen 28 bis
37 herrühren oder von einem anderen Bereich, z. B. von 12 bis 21 oder 44 bis 53
(in Tabelle 2 gestrichelt eingerahmt). Deshalb sind die zwei Zählstufen 12, 13 und
einige Gatter 16 bis 19 vorgesehen, die eine eindeutige Dekodierung ermöglichen.
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Am Ausgang h der letzten Zählstufe 13 steht für alle Dezimalzahlen
von 0 bis 27 eine »Oa, während bei 28 erstmals eine »1« erscheint, die mindestens
über den ganzen Bereich von 28 bis 37 bestehenbleibt. Mit dieser >0« bei allen
Dezimalzahlen von 0 bis 27 werden über das NAND-Gatter 20 und die zwei ODER-Gatter
16, 17 die Eingänge C und D des Dekoders 14 zwangsweise auf »1« gesetzt. Das ist
ein Zustand, der nur bei den Dezimalzahlen 12, 13, 14 oder 15 vorkommt. Der Dekoder
14 kann also in diesen Fällen keine Dezimalzahlen ausspeichern, da er nur für die
Zahlen 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Ausgänge hat.
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Erst wenn am Ausgang h eine »1« erscheint, gehen die beiden mit dem
NAND-Gatter 20 verbundenen Eingänge der ODER-Gatter 16, 17 auf »0«, so daß die an
e und f befindlichen Zustände an die Eingänge C und D übertragen werden können.
Die Impulszahlen 28 bis 37 werden vom Dekoder richtig in die Zahlen 0, 1, 2, 3,
4, 5, 6, 7, 8 oder 9 umgesetzt.
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Kommen höhere Impulszahlen als 37 vor, dann sperrt das UND-Gatter
6 eine weitere Impulseingabe in den Teiler 7. Das geschieht über das NAND-Gatter
18, dessen Eingänge nur dann beide eine »1« von den Ausgängen d und f der Zählstufen
9 und 11 erhalten, wenn der 38. Impuls gezählt wird. Dieser Zustand kommt in dem
gewünschten Impulszahlenbereich von 28 bis 37 nicht vor, dafür aber schon vorher
bei den Impulszahlen 6, 7, 10, 11, 22, 23, 26 und 27.
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Da während dieser Impulszahlen der invertierte Ausgang i der Zählstufe
13 eine »1« an das ODER-Gatter 19 liefert, bleibt das UND-Gatter 6 geöffnet.
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Erst bei der Impulszahl 38 wird das UND-Gatter 6 gesperrt, weil der
Ausgang 1 inzwischen auf »0« gegangen ist.
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Um das- Auswerten eines Zählergebnisses zu ermöglichen, ist ein NAND-Gatter
20 zwischen den Ausgang h der letzten Zählstufe 13 und die beiden ODER-Gatter 16,
17 geschaltet, wobei der zweite Eingang dieses NAND-Gatters 20 mit dem invertierten
Ausgang des Flip-Flops 22 verbunden ist. Das Flip-Flop 22 öffnet mit seinem normalen
Ausgang des UND-Gatter 6 während der Meßzeit. Gleichzeitig werden über das NAND-Gatter
20 und die beiden ODER-Gatter 16, 17 die Eingänge C und D des Dekoders 14 zwangsweise
auf ,>1« gesetzt, so daß keine Zahl zwischen 0 und 9 ausgespeichert werden kann.
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Die Zählstufen zählen die Anzahl der während der Meßzeit angebotenen
Impulse und speichern diese Anzahl als Binärzahl in ihren Ausgängen. Mit dem Ende
der Meßzeit wird die erzwungene »1« an den Eingängen C und D aufgehobsn, indem die
mit dem
NAND-Gatter 20 verbundenen Eingänge der ODER-Gatter 16,
17 auf »0« gehen, so daß die in den Ausgängen c, d, e, f der Zählstufen 8-, 9,10,11
gespeicherten Zustände richtig dekodiert werden können, worauf die entsprechende
Steuerstation 15 anspricht.
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Die Erfindung ist nicht auf die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene
Anordnung beschränkt; sie ist vielmehr auch für andere, insbesondere höhere Frequenzen
und größere Frequenzbereiche anwendbar.