DE2512283A1

DE2512283A1 - Analog-digital disc encoder - uses unit distance code converted logically into Hamming code for checking circuit

Info

Publication number: DE2512283A1
Application number: DE19752512283
Authority: DE
Inventors: Reinhardt Taeuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1975-03-20
Publication date: 1976-09-30
Also published as: DE2512283C2

Abstract

An analog digital encoder of the disc type is encoded in a unit distance code, and the read-out is converted to a Hamming code for supply to a checking circuit. The unit distance code is formed by a combination of a 2 out of 5 and a 3 out of 5 code, which is sensed by five Hall effect devices and fed over five amplifiers and five inverters. The inverter outputs are coupled to a code conversion circuit, based upon NAND and EXCLUSIVE - or gates to generate a 2 out of 5 code. Ten AND gates provide a checking circuit that responds to displaying any error in information transmitted.

Description

Analog-Digital-Umsetzer Die Erfindung bezieht sich auf einen .4nalog-Dlgital-Umsetzer mit einem relativ zu einer Abtasteinrichtung bewegbaren CodeträgerX der mit Teilungen gemäß einem Code versehen ist und dessen Relativstellung gegenüber der Abtasteinrichtung mittels e.inzel-ner Abtastelemente ablesbar und in Form codierter Signale auswertDar ist. Derartige Umsetzer sind beispielsweise in Form von Winke7.codierern gebräuchlich.Analog-digital converter The invention relates to a .4analog-digital converter with a code carrier X which can be moved relative to a scanning device with the graduations is provided according to a code and its relative position with respect to the scanning device readable by means of individual scanning elements and evaluated in the form of coded signals is. Such converters are commonly used, for example, in the form of Winke7.codierern.

Bei der Verwendung von Analog-Digital Umsetzern in eich-und überwachungspflichtigen Einrichtungen, insbesondere Waagen, müssen die Abnahme und Übertragung der durch Abtastelemente vom Merkmalsträger ausgelesenen Meßwerte in Form von Codemustern nach einem funktionsfehlersicheren Arbeitsschema erfolgten. Die Übertragung eines Meßwertes in eine Registrier- oder Datenverarbeitungsanlage muß im Falle einer erkennbaren einfachen Störung verhindert werden.When using analog-to-digital converters that require calibration and monitoring Facilities, especially scales, must accept and transfer the through Measurement values read out from the feature carrier in the form of code patterns were carried out according to a fail-safe working scheme. The transfer of a Measured value in a registration or data processing system must in the case of a recognizable simple disturbance can be prevented.

Dabei ist es bereits bekannt, Einzelfehler bei der Auswertung eines Meßschrittes dadurch zu erkennen, daß man prüfbare Codes verwendet. Für derartige prüfbare Codes wird eine Hammingdistanz von # 2 verlangt. Allerdings haben die bekannten pruibaren Codes den Nachteils daß sie nicht einschrittig sind. Dies hat zur Folge, daß beim Übergang von einer Codeteilung zur nächsten Zweideutigkeiten in der Ablesung auftreten und zu Fehlermeldungen fUhren können.It is already known to have individual errors when evaluating a Detecting the measuring step by using testable codes. For such A Hamming distance of # 2 is required for testable codes. However, the well-known Testable codes have the disadvantage that they are not single-step. As a consequence, that in the transition from one code division to the next there are ambiguities in the reading occur and can lead to error messages.

Es müßten also zusätzliche Synchronisationseinrichtungen vorhanden sein, um derartige Fehlanzeigen bei den Zwischenzuständen zu vermeiden.So there would have to be additional synchronization devices in order to avoid such false displays in the intermediate states.

Andererseits ist es auch bekannt, mit einshrittigen Codes zu arbeiten, wobei die erwähnten Fehlablesungen beim Teilungsübergang nicht vorkomlmen. Allerdings sind die einschrittigen Codes nicht prüfbar. Deshalb ist es bisher bei der Verwendung einschrittiger Codes üblich, die Fehlererkennung auf andere Weise durchzuführen, beispielsweise durch doppelte Ausführung der Ablese-und Auswerteeinrichtungen. Jeder Meßwert wird also zweig mal ermittelt1 und am Ende der Übertragungsstrecke wird durch einen Vergleich der beiden Ablesungen deren Richtigkeit festgestellt. Allerdings bedeutet ein solches Verfahren einen hohen Aufwand, da die gesamte Meßeinrichtung in doppelter Ausführung vorhanden sein muß Aufgabe der Erfindung ist es, einen Analog-Digital-Umsetzer, insbesondere einen Winkelcodierer, zu schaffen, der die Forderung nach einer fehlererkennenden und irrungsfrien Ablesung erfüllt und trotzdem mit geringem Aufwand zu verwirklichen ist Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Codierung auf dem Codeträger in einem einschrittgen Code aufgebracht ist, und daß die Abtastsignale über wechselseitig verriegelte logische Verknüpfungen in einen Code mit einer Hammingdistanz L 2 umsetzbar sind, wobei über eine Prüfeinrichtung jedes am Ausgang erscheinende Codewort prüfbar ist.On the other hand, it is also known to work with single-tier codes, whereby the mentioned incorrect readings do not occur during the division transition. However the one-step codes cannot be checked. That is why it has been in use so far common one-step codes to carry out error detection in a different way, for example, by duplicating the reading and evaluation devices. Everyone The measured value is thus determined twice1 and at the end of the transmission path becomes by comparing the two readings, their correctness is determined. However Such a method means a lot of effort, since the entire measuring device must be available in duplicate The object of the invention is to provide an analog-to-digital converter, in particular to create an angle encoder that meets the requirement for an error-detecting and error-free reading and still to be achieved with little effort According to the invention, this is achieved in that the coding on the code carrier is applied in a one-step code, and that the scanning signals are reciprocally Locked logical links can be converted into a code with a Hamming distance L 2 each code word appearing at the output can be checked by a checking device is.

Durch die Erfindung wird somit ein tr.alog-Digital-Umsetzer konzipiert, der die bekannten Vorteile der prüfbaren Codes besitzt und außerdem eindeutig ist. Das abgetastete Ausgangssignal läßt (innerhalb der ersten Dekade) nur einen Ablesefehler von + einem halben Schritt zu. Ein fehlerhaftes Arbeiten eines Abtastelements oder eines anderen Bauteils ist nach außen als Fehler erke-nnbar.The invention thus conceives a tr.alog digital converter, which has the well-known advantages of the testable codes and is also unique. The sampled Output signal leaves (within the first decade) only a reading error of + half a step too. A faulty work of a sensing element or another component can be recognized externally as a fault.

Auf dem Umweg der Umcodierung des ursprünglich gegen Fehlabtastungen wichtigen einschrittigen Codes entsteht ein neuer Code, welcher prüfbar ist. Durch die funktionsfehlersichere Umcodierung ist die Einschrittigkeit des ursprünglichen Codemusters kein Nachteil mehr. Ein möglicher Abtastfehler von einem halben Schritt kann zusammen mit einem möglichen fehlerhaften Arbeiten eines hbtastzweiges oder eines Umcodiergatters einen Gesamtfehler von maximal + 1 Schritt hervorrufen, was innerhalb der zulässigen Grenzen liegt.On the detour of the recoding of the originally against incorrect sampling important one-step codes creates a new code that can be checked. By the fail-safe recoding is the one-step nature of the original Code pattern no longer a disadvantage. A possible sampling error of half a step can be combined with a possible faulty operation of a key branch or a Umcodiergatters cause a total error of a maximum of +1 step, what is within the permissible limits.

Zweckmäßigerweise wird das ursnzünglich vorhandene einschrittige Codemuster in einen gleichgewichtigen Code umcodiert, so daß die nachfolgende Prüfeinrichtung durch eine Prüfung des Gewichts jedes einzelnen Codewortes Fehler erkennen kann. In einer vorteilhaften Ausführlzlgsform der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß auf dem Codeträger ein Codemuster als Kombination aus einem 2aus5-Code und einem 3aus5-Code vorhanden ist, welches zweckmäßigerweise durch die Umcodierung über logische Verknüpfungen in einen 2aus5-Code umsetzbar ist. In gleicher Weise könnte aber auch eine Umsetzung in einen 3aus5-Code vorgenommen werden.The originally present one-step code pattern is expediently used recoded into a code of equal weight, so that the subsequent test device can detect errors by checking the weight of each individual code word. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that a code pattern on the code carrier as a combination of a 2 of 5 code and one 3aus5 code is available, which expediently by recoding via logical Links can be converted into a 2-out-of-5 code. In the same way, however, could also a conversion into a 3-out-of-5 code can be made.

Die funktionsfehlersichere Umsetzung des erwähnten abgetasteten kombinierten Codes in einen 2-aus 5-Code erfolgt beispielsweise dadurch, daß für jedes Abtastelement ein Nand-Glied vorgesehen ist, an dessen Eingang das Signal des betreffenden Abtastelementes zusammen mit den beiden Signalen der benachbarten Abtastelemente und mit den invertierten Signalen der beiden übrigen Abtastelemente zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des jeweiligen Nand-Gliedes zusammen mit dem invertierten Signal des zugehörigen Abtastelementes über eine Antivalenzverknüpfung geführt wird.The fail-safe implementation of the aforementioned sampled combined Codes in a 2-of-5 code are made, for example, by the fact that for each scanning element a NAND element is provided, at whose input the signal of the relevant scanning element together with the two signals of the neighboring scanning elements and with the inverted ones Signals of the two remaining scanning elements is fed, the output signal of the respective NAND element together with the inverted signal of the associated Scanning element is managed via a non-equivalence link.

Die Prüfung der Ausgangssignale auf Gleichgewichtigkeit kann in bekannter Weise vorgenommen werden.The check of the output signals for equilibrium can be carried out in a known manner Way to be made.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt Fig. 1 einen einschrittigen Code für einen erfindungsgemäßen nalog-Digital-Umsetzer, Fig. 2 einen aus dem Code der Figç1 erzeugbaren zweischrittigen 2aus5-Code, Fig. 3 eine funltionsfehlersichere Logik zum Umcodieren des Codes von Fig.1 in den Code von Fig.2, Fig. 4 eie funktionsfehlersichere Auswerteschaltung für eine Dekade bei einem erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzer.Further details of the invention are given below using exemplary embodiments explained in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a one-step code for a analog-to-digital converter according to the invention, FIG. 2 one from the code of Fig. 1, a two-step 2-out-of-5 code that can be generated; Logic for recoding the code from FIG. 1 into the code from FIG. 2, FIG. 4 a fail-safe function Evaluation circuit for a decade in an analog-digital converter according to the invention.

In der Fig.1 ist ein Code dargestellt, wie er für einen erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzer, beispielsweise einem Winkelcodierer, verwendet werden kann. Dieser einschrittige Code wird auf den Codeträger mit den Codespuren A...E aufgebracht, so daß also Zweideutigkeiten am Teillmgsübergang bei der Abtastung ausgeschalte-t werden bzw.In Figure 1, a code is shown as it is for an inventive Analog-to-digital converter, for example an angle encoder, can be used. This one-step code is applied to the code carrier with the code tracks A ... E, so that ambiguities at the partial transition are eliminated during scanning will or

höchstens einen Fehler von # einem halben Schritt verursachen können. Das Codemuster ist eine Auswahl von Bit-Kombinationen aus dem 2aus5-Code und dem 3aus5-Code, wobei allen ungeraden Zahlen eine Bit-Kombination aus dem 3aus5-Code (schraffierte Felder) und allen geraden Zahlen eine Kombination aus dem 2aus5-Code (durchkreuzte Felder) zugeordnet ist.can cause at most an error of # half a step. The code pattern is a selection of bit combinations from the 2 of 5 code and the 3 of 5 code, where all odd numbers are a bit combination from the 3 of 5 code (hatched fields) and all even numbers a combination of the 2 of 5 code (crossed boxes) is assigned.

In der Fig. 2 ist ein zweischrittiger 2aus5-Code gezeigt, der in einfacher Weise aus dem einschrittigen Code der Fig. 1 gewonnen werden kann. Die Umcodierung erfolgt dabei so, daß die Bit-Kombinationen des 2aus5-Codes, also die ungeraden Zahlen, bestehen bleiben, während die Bit-Kombinationen aus dem 3aus5-Code jeweils in eine 2aus5-iÇombination umgewandelt werden. Die Signale A...E von den Codespuren der Fig.1 werden in die Signale A'. .E1 umgewandelt.In FIG. 2, a two-step 2 out of 5 code is shown, which in a simple Way can be obtained from the one-step code of FIG. The recoding takes place in such a way that the bit combinations of the 2 out of 5 code, i.e. the odd Numbers remain, while the bit combinations from the 3aus5 code, respectively can be converted into a 2-out-of-5 combination. The signals A ... E from the code tracks 1 are converted into the signals A '. .E1 converted.

Eine funktionsfehlersichere Verknüpfung für die Umcodierung von Fig.1 auf Fig.2 wird in Fig.3 geryeigt. Dabei ist für jede Abtastspur zunächst ein Nand-Glied NA...NE vorgesehen, an dessen Eingängen Jeweils das Signal des betreffenden Abtastelemen-tes und der beiden benachbarten Abtastelemente sowie die irivertierten Signale der beiden übrigen Abtastelemente ugefwflrt werden, wobei auch das erste Abtastelement A gegenüber dem letzten E als benachbart anzusehen ist. Das Ausgangssignal des Nand-Gatters einer jeden Abtastspur wird mit dem invertierten Signal des betreffenden Abtastelementes über eine Antivalenzverknufung geführt, so daß an deren Ausgang das Signal für den 2aus5-Code der Fig.2 erscheint.A fail-safe link for the recoding of Fig.1 on Fig.2 is shown in Fig.3. There is initially a NAND element for each scanning track NA ... NE provided, at the inputs of which the signal of the respective scanning element and the two adjacent scanning elements as well as the inverted signals of the two remaining scanning elements are ugefwflrt, with the first scanning element A opposite is to be regarded as adjacent to the last E. The output of the NAND gate of each scanning track is with the inverted signal of the relevant scanning element out of a non-equivalence connection, so that at the output of the signal for the 2aus5 code of Fig. 2 appears.

Anstelle der beschriebenen Umcodierung in einen 2aus5-Code wäre ebenso einfach eine Umcodierung in einen 3aus5-Code möglich. In jedem Fall wird durch Umcodierung des ursprünglich gegen Fehlauslesungen wichtigen einschrittigen Codes ein neuer Code mit Prüfbarkeit gewonnen. Die Einschrittigkeit kann sich somit nicht mehr nachteilig auswirken, da die Umwandlung in den prXifbaren Code von Abtastungenauigkeiten unabhängig ist. Ein Fehler bei der Codeumwandlung wird durch die Prüfung auf 2aus5- erkennbar.Instead of the described recoding into a 2-out-of-5 code would be the same simply recoding into a 3aus5 code is possible. In any case it is done by recoding the one-step code that was originally important against incorrect readings is a new one Code obtained with verifiability. The one-step approach can therefore no longer be disadvantageous as the conversion into the verifiable code is independent of sampling inaccuracies is. A code conversion error can be identified by checking for 2aus5-.

Durch die gewählten Bit-Kombinationen in Verbindung mit der Umcodierung von Fig.3 ist gewährleistet, daß bei Ausfall eines Abtastelementes, wodurch für die betreffende Spur ein ständiger H-Pegel oder L-Pegel vorgetäuscht werden kann, am Ausgang höchstens ein Fehler von + einem Bit entstehen kann. Ist der Fehler größer, so wird er durch die Prüfung auf 2aus5 erkannt und angezeigt. Dies läßt sich anhand willkürlich gewählter Zahlen nachprüfen. Auch wenn bei der Umcodierung ein Logikelement ausfällt, wird dies durch die Prüfung auf 2aus5 erkannt, soweit sich der Fehler nicht innerhalb der zulässigen Grenzen von + einem Schritt bewegt. Aufgrund der gleichmäßigen Schrittlängen in den Codespuren läßt sich durch phasenversetztes Anordnen der Abtastelemente die notwendige Spurenzahl von fünf auf eine Spur reduzieren, was in einem anderen Zusammenhang bereits bekannt ist.Through the selected bit combinations in connection with the recoding from Fig.3 it is guaranteed that in the event of failure a sensing element, which simulates a constant H level or L level for the track in question at most an error of + one bit can occur at the output. is If the error is greater, it is recognized and displayed by checking for 2out5. This can be checked using arbitrarily chosen numbers. Even if the Recoding of a logic element fails, this is recognized by the test for 2 out of 5, as far as the error is not within the permissible limits of + one step emotional. Due to the uniform step lengths in the code tracks, it is possible to pass through phase-shifted arrangement of the scanning elements the necessary number of tracks of five reduce to a trace what is already known in another context.

Der in Bild 1 dargestellte Code besitzt neben den bereits beschriebenen Eigenschaften außerdem noch eine Symmetrie zur mittleren Spur. Durch symmetrisches Vertauschen der Abtastelemente oder Code spuren wird der gespiegelte Code erzeugt. Dadurch wird auf einfache Weise eine Zählrichtungsumkehr ermöglicht.The code shown in Figure 1 has in addition to those already described Properties also have a symmetry to the middle track. By symmetrical If the scanning elements or code tracks are swapped, the mirrored code is generated. This enables a reversal of the counting direction in a simple manner.

Die Fig. 4 zeigt etwas ausführlicher die Abtastung und Umcodierung für eine Dekade bei einem Wirikelcodierer mit Hallgenerator-Abtastung. Es wird vorausgesetzt, daß wieder der Code von Fig.1 auf dem Winkelcodierer aufgebracht ist. Die fünf Codespuren A bis E werden durch Hallgeneratoren HA, HB...4 shows the scanning and recoding in somewhat greater detail for a decade with a rotary encoder with Hall generator sampling. It is assumed that again the code of Figure 1 is applied to the encoder. The five code tracks A to E are generated by Hall generators HA, HB ...

tE abgetastet. Über einen Verstär-ker VA, VE ...VE wird das Abtastsignal jeder Spur einmal direkt auf ein Nandgatter NA, N3...t gegeben und daneben in einem Negationsglied INA, INB...I'j invertiert. Die Nand-Glieder NA bis NE mit den nachgeschalteten Antivalenzverknüpfungen sind in derselben Weise wie in Fig.3 geschaltet. Deshalb erscheint an den Ausgängen A', B',...E' das umcodierte Abtastsignal im 2aus5-Code der Fig. 2.tE scanned. The scanning signal is transmitted via an amplifier VA, VE ... VE put each track directly on a Nand gate NA, N3 ... t and next to it in one Negation term INA, INB ... I'j inverted. The NAND members NA to NE with the downstream Non-equivalence links are switched in the same way as in Fig. 3. That's why The recoded scanning signal appears at the outputs A ', B', ... E 'in the 2-out-of-5 code of Fig. 2.

Dieses Ausgangssignal A', B'...E' wird anschlie3end einer Prüfung auf 2aus5 unterzogen, wobei rnit den ;Tand-Gattern N1...NlO alle erlaubten Möglichkeiten des 2aus5-Codes geprüft werden. Zu diesem Zweck liegen an jedem der Prüfgatter NI bis N10 jeweils zwei der korrigierten Signale A', B'...E' sowie die drei übrigen dieser korrigierten Abtastsignale in invertierter Form. Diese invertierten Signale werden in den Negationsgliedern IN1...Ii5 erzeugt. Die Ausgänge der Prüfgatter NI...NiO liegen alle an dem Und-Gatter NP. Zeigt keines der zehn Prüfgatter N1..N1O einen erlaubten 2aus5-Code an, so wird über das Und-Gatter iTP ein Fehlersignal gegeben, welches über das Flip-Flop EF und den Transistor T die Fehlerlampe L zur Anzeige aufleuchten la3t.This output signal A ', B' ... E 'is then subjected to a test subjected to 2 out of 5, with the; tand gates N1 ... N10 all allowed possibilities of the 2aus5 code must be checked. For this purpose, each of the test gates NI to N10 two of the corrected signals A ', B' ... E 'and the other three these corrected scanning signals in inverted form. These inverted signals are generated in the negation elements IN1 ... Ii5. The outputs of the test gates NI ... NiO are all due to the AND gate NP. Does none of the ten test gates N1..N1O show one allowed 2aus5 code, an error signal is given via the AND gate iTP, which via the flip-flop EF and the transistor T, the error lamp L for display lights up.

Durch das Flip-Flop ru. wird die Fehlerinformation gespeichert; es kann nur durch den Taster RS rückgesetzt werden Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung enthält lediglich eine Dekade eines Winkelcodierers. Die übrigen Dekaden sind jedoch in gleicher Weise aufgebaut, wobei die Anknüpfung und der evtl. Übertrag in bekannter Weise durchgeführt werden. Die mit Hallgeneratoren dargestellte Abtastung kann ebenso gut auf optische oder andere Weise erfolgen.Through the flip-flop ru. the error information is saved; it can only be reset using the RS button. The circuit shown in FIG. 4 contains only one decade of an encoder. The remaining decades, however, are constructed in the same way, the connection and the possible transfer in known Way to be carried out. The scanning shown with Hall generators can also well done visually or otherwise.

5 Patentansprüche 4 Figuren5 claims 4 figures

Claims

Claims X Analog-Digital-Umsetz.er with a relative to a Scanning device movable code carrier, which is provided with divisions according to a code is and its relative position with respect to the scanning device by means of individual Scanning elements can be read and evaluated in the form of coded signals, d a d u r c h g e k e n n -z e i zu C h n e t that the coding (A, B ... E) is on the code carrier is applied in a one-step code (Fig.1), and that the scanning signal via mutually interlocked logical links (NA, NB ... NE; AA, AR ,. ME) can be converted into a testable code with a Hamming distance <2, with over a test device (N1..N1O) each code word appearing at the output can be tested.

2. Analog-to-digital converter according to claim 1, characterized in that that the scanning signals via the logic operations (FIG. 3) in an equilibrium Code can be implemented, with the weight of each at the output by the testing device appearing code word can be checked.

3. Analog-digital converter according to claim 1 or 2, characterized in that that the coding on the code carrier is a combination of a 2aus5 code and a 3from5 code is formed.

4. analog-digital converter according to claim 3, characterized in that that the coding on the code carrier is logically linked into a 2aus5 code is feasible.

5. Analog-to-digital converter according to claim 3 or 4, characterized in that that the code conversion for each scanning track (A, B.,. E) is a NAND operation (NA, NB ... NE) whose output together with the inverted scanning signal via a non-equivalence link (AA, AB ... AE) is performed, with the input of the NAND element in each case the signal of the relevant scanning track and the direct signals of the two adjacent tracks as well as the inverted signals of the two remaining tracks.