DE2553128C2 - Einschaltinitialisierungsschaltung - Google Patents

Description

spielshalber erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Taschenrechners, der eine digitale elektronische Rechenanordnung enthält, in der die Einschaltinitialisierungsschaltung nach der Erfindung angewendet wird,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der in dem Taschenrechner von F i g. 1 enthaltenen Baueinheiten,

F i g. 3A und 3B ein Blockschaltbild der digitalen elektronischen Rechenanordnung in dem Taschenrechner von F i g. 2 und

F i g. 4A ub"5 41 ein genaues Schaltbild der Rechenanordnung.

Ein Ausführungsbeispiel eines Taschenrechners, bei dem von der zu beschreibenden Einschaltinitialisierungsschaltung Gebrauch gemacht wird, ist in F i g. 1 dargestellt Dieser Rechner enthält eine Anzeige 12A, die beispielsweise sieben oder neun Stellen für die Anzeige eines Vorzeichens und sechs oder acht numerische Zeichen aufweist, sowie ein Tastenfeld HA mit numerischen Tasten 0 bis 9 und Funktionstasten wie +, —, Multiplizieren, Dividieren, Ergebnis, Löschen usw. In Fig.2 sind die Anzeige 12A, das Tastenfeld HA, eine beispielsweise von Batterien gebildete Energieversorgung 13A und ein Schalter dargestellt, der die Batterien mit der integrierten Rechenanordnung verbindet Die integrierte Rechenanordnung 14A ist vorzugsweise ein in I²L-Technik ausgeführte integrierte Schaltungsanordnung, die auf einem einzigen Halbleiter-Chip mit relativ kleinen Abmessungen hergestellt ist Die !^-Schaltungsanordnung erfordert niedrigere Betriebsspannungen als MOS- oder CMOS-Schaltungen. Beispielsweise erfordern die hier beschriebenen PL-Rechenschaltungen eine Systembetriebsspannung von etwa 0,7 Volt, und die Leuchtdiodenanzeige erfordert eine Betriebsspannung von etwa 4,5 Volt

Die Rechenanordnung ist in dem Blockschaltbild der aus den Abschnitten 3Λ und 3B bestehenden F i g. 3 und genauer in dem Logikschaltbild von F i g. 4 mit den Abschnitten 4A bis 4/ dargestellt Nach den F i g. 3 und 4 wird die Rechenanordnung von einem programmierten, als Befehlsspeicher dienenden Festspeicher 2OA gesteuert, der an einen als Adressiervorrichtung für den Befehlsspeicher dienenden Programmzähler 19a angeschlossen ist und von diesem adressiert wird. Der Programmzähler 19A liefert an den Festspeicher 20A eine aus 9 Bits bestehende Adresse mit Bit 0 bis Bit 8. Der Festspeicher, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein programmierter Speicher mit 512 Wörtern zu 11 Bits mit den Ausgängen /1 bis /10 ist veranlaßt im Zusammenhang mit der weiteren Schaltung der Rechenanordnung diese Anordnung, nach Betätigung jeder Taste oder einer Folge von Tasten des Tastenfeldes HA in einer bestimmten Weise zu arbeiten.

Eine einzige Gruppe von Stellenleitungen DO bis D 6 wird zum Multiplexieren der Anzeige und zum Abtasten des Tastenfeldes verwendet. Während des normalen Anzeigevorgängs wird jede Stellenleitung DO bis D 6 abgetastet und jede Tasteneingabeleitung Ki bis K 4 wird von der Tastenhalteschaltung 17A abgenastet Die Tastenhalterschaltung 17A besteht aus kreuzweise gekoppelten NAND-Schaltungen 804 und 805, und sie empfängt Eingangssignale von den Tasteneingabeleitungen KX bis K 4 über die NAND-Schaltungen 800, 1202 und 1203. Mit Hilfe des Befehls »Taste prüfen«, der auch in die universelle Zustandshalteschaltungen ISA am Ende von jeweils sechs Stellenzeiten eingegeben wird, wird die Tastenschaltung daraufhin überprüft, ob eine Taste betätigt ist, oder nicht.

Zum Kompensieren des Tastenprellens, das typischerweise 8 Millisekunder, beträgt veranlaßt das Festspeicher-Programm das Prüfen der Tastenhalteschaltung 17A dreimal hintereinander, damit sichergestellt wird, daß eine Taste tatsächlich betätigt ist Das Abtasten von beispielsweise 72 Befehlen pro Zyklus ergibt eine Verzögerung von etwa 5 Millisekunden. Nachdem die Tastenhalteschaltung 17A zum drittenmal geprüft worden ist und festgestellt worden ist, da3 die Tastenhalteschaltung immer noch festgehalten ist, werden die Stellenleitungen beginnend mit der Stellenleitung Db abgetastet, und jede Tasteneingabeleitung K wird während jeder Stellzeit einzeln geprüft bis ein positives Prüfergebnis die universelle Zustandshalteschaltung 15A setzt

Mit Hilfe einer positiven Prüfung wird festgestellt welche der Tasten betätigt ist, und der Festspeicher veranlaßt den Rechner, entsprechend der betätigten Taste zu behandeln. Wenn beispielsweise eine numerische Taste betätigt ist wird die Zustandshalteschaltung 15A (in diesem bestimmten Fall auf auf den Wert »0«) gesetzt, und das Unterprogrammregister 18A verursacht über die Verzweigungs- und Aufruflogik 16Λ, die an die Zustandshalteschaltung 15A angeschlossen ist eine Verzweigung zum Zifferneingabeprogramm, und sie bewirkt die Eingabe der der betätigten Taste entsprechenden Zahl in den nächsten Speicherplatz im Direktzugriffspeicher 25A Wenn die betätigte Taste ein Funktionstaste ist, wird die Zustandshalteschaltung 15A auf den Wert »0« gesetzt, und das Unterprogrammregister bewirkt eine Verzweigung zu dem bestimmten Programm zur Ausführung der Funktion für die betätigte Taste. Bei der Stellenzeit D1 wird die Tastenhalteschaltung abgeschaltet und rückgesetzt. Wie aus der obigen Beschreibung zu erkennen ist, ergibt sich die Anwendung der universellen Zustandshalteschaltung 15A und der an die Tasteneingabeleitungen Kl bis KA angeschlossenen Tastenhalteschaltung 17Λ weniger Festspeicher-Leitungen zum Decodieren einer betätigten Taste. Auf Grund der Verwendung der Tastenhalteschaltung ist es nicht mehr notwendig, jede einzelne Tastenleitung K während jedes normalen Zyklus zu überprüfen. Wegen der Verwendung der universellen Zustandshalteschaltung wird kein programmiertes Logikfeld benötigt, das in bekannten Rechenanordnungen im Zusammenhang mit einer zusätzlichen Programmierung angewendet wird.

Eine Einschaltinitialisierungsschaltung 21A aus kreuzweise gekoppelten NAND-Schaltungen 17 und 18 ist mit Hilfe der NAN D-Schaltung 19 mit dem Programmzähler 19A gekoppelt, und der Programmzähler 19A ist seinerseits wieder über die Rücksetz-NAND-Schaltung 16 mit der Einschaltlöschhalteschaltung 21A gekoppelt.

Die Einschaltinitialisierungsschaltung 21A stellt ein weiteres Merkmal des hier beschriebenen Rechners dar, das die Einschaltinitialisierung bewirkt, damit der Rechner auf den Leerlaufzustand »0« gesetzt wird, wenn die von der Energieversorgungsquelle 13Λ gelieferte Ver-

eo sorgungsenergie des Rechners eingeschaltet wird. Die hier beschriebene Einschaltinitialisierungsschaltung 21A ist kleiner und zuverlässiger als die herkömmlichen Einschaltinitialisierungsschaltungen mit offener Schleife, deren Wirkung auf einer ÄC-Zeitkonstante beruht.

Das Weglassen des relativ großen Kondensators und weiterer zugehöriger Schaltungen trägt zur Herstellung der hier beschriebenen Anordnung auf dem kleineren Halbleiter-Chip bei. Die Einschaltinitialiserungsschal-

tung besteht aus den kreuzweise gekoppelten NAND-Schaltungen 17 und 18, und sie bewirkt den zwangsweiser Übergang des Eingangssignals des Programmzählers 19Λ am Ausgang der NAND-Schaltung 19 auf den Wert »1«. Dies hat zur Folge, daß der Programmzähler 19Λ fortgeschaltet wird. Wenn, was von den Ausgangssignalen des Programmzählers (in dieser Ausführungsform lauter Signale mit den Werten »1«) angezeigt wird, ein Anfangszustand erreicht wird, bewirkt die an die Ausgänge des Programmzählers angeschlossene NAND-Schaltung 16 das Rücksetzen der Einschaltinitialisierungsschaltung.

In bevorzugten, in PL-Technik ausgebildeten Ausführungsform gehen die NAN D-Schaltungen A 13 und 18 automatisch und exakt in den LOW-Zustand (Zustand »0«) über, venn die Versorgungsenergie eingeschaltet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Injektoren der NAND-Schaltungen A 13 und 18 bezüglich derjenigen der NAND-Schaltungen 14 und 17 vergrößert werden. Die Injektoren werden etwa um den Faktor 4 vergrö-Bert, so daß beim Einschalten der Versorgungsenergie das Signal am Ausgang der NAND-Schaltung 18 den Signalwert »0« und das Signal am Ausgang der NAND-Schaltung 19 den Wert »1« hat, und jede Stufe des Programmzählers geht ihrerseits in den Zustand »1« über. In anderen MOS-Ausführungen oder in bipolaren Ausführungen kann anstelle der vergrößenen Gate-Anschlüsse zum Schalten der NAND-Schaltungen einen bestimmten Zustand ein relativ kleiner Kordensator verwendet werden. Wenn alle Stufen des Programm-Zählers in den Zustand »1« übergegangen sind, setzt die NAND-Schaltung 16 die von den NAND-Schaltungen 17 und 18 gebildete Halteschaltung beim nächsten Taktimpuls der Taktphase 2 zurück, und die ROM-Adresse wird auf einen Anfangszustand gesetzt, in dem ein Bereitschaftszustand zur Annahme der ersten Tasteneingabe vorliegt

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

~

45

50

55

60

65

Claims (3)

1 2 nicht erkennbar sind. Bei Vorliegen solcher, sich zufällig Patentansprüche: einstellender Zustände ist aber ein einwandfreies Arbei ten mit der Datenverarbeitungsanordnung nicht mög-

1. Einschaltinitialisierungsschaltung in einer elek- .'ich. Es müssen daher Maßnahmen getroffen werden, tronischen Datenverarbeitungsanordnung mit einer 5 die gewährleisten, daß sich beim Anlegen der Versor-Datenspeichereinheit (25A), einem Rechenwerk gungsenergie in der Anordnung ein bekannter Zustund (30A) zur Durchführung von logischen Operationen einstellt, der für die Aufnahme des gewünschten Bean Daten, einem Befehlsspeicher (20A) und einer triebs geeignet ist.

Befehlsspeicher-Adressiervorrichtung (19AJl die den Dieses Problem wurde bisher unter Verwendung ei-

Befehlsspeicher (20A) adressiert und veranlaßt. Be- 10 nes ÄC-Glieds gelöst, das eine bestimmte Vcr/.ögefehle zur Steuerung des Betriebs der Datenverarbei- rungszeit beim Einschalten hervorruft, in deren Verlauf lungsanordnung abzugeben, wobei die Befehlsspei- eine Einstellung auf einen gewünschten AnfiingszusUind cher-Adressierungsvomchtung (19-4J eine Rück- vorgenommen werden kann. Die Zeitkonsiantc des KC-kopplungsschaltung (20, 21, 22, 23, 24) enthält, die Glieds muß dabei so gewählt werden, daß auch unter die in der Befehlsspeicher-Adressiervorrichtung ge- 15 ungünstigen Bedingungen mit hoher Zuverlässigkeit cispeieherte Adresse während der Adressenfortschal- ne Einstellung auf den gewünschten Anfangszustund tung automatisch zurückgekoppelt, g e k e η η - während der Dauer der Zeitkonstanten erzielt werden zt ichnetdurch kann. Wegen diese-· relativ großen Zeitkonstanicn kann

das /?C-Glied nicht in einer integrierten Schaltung unfa) eine bistabile Halteschaltung (17,18) mit einem 20 tergebracht werden, die die Datenverarbcitungsanordersten und einem zweiten stabilen Zustand, die nung enthält Es muß vielmehr extern an die integrierte abhängig vom Anlegen der Versorgungsener- Schaltung angeschlossen werden, was einen uncrgie an die Datenverarbeitungsanordnung den wünschte.1 Aufwand darstellt Außerdem muß das RC-ersten Zustand annimmt. Glied für jede Datenverarbeitungsanordnung speziell

(b) ein Verknüpfungsglied (19), das mit der bistabi- 25 dimensioniert werden, da bei verschiedenen Datenvcrlen Halteschaltung (17,18) in Verbindung steht arbeitungsanordnungen unterschiedliche Zeitintervalle und das zwischen die Rückkopplungsschaltung zur Initalisierung benötigt werden.

(20 bis 24) und die Befehlsspeicher-Adressier- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zu-

vorrichtung (\9A) eingefügt ist und die Rück- verlässige und kostengünstige Einschaltinitialisicrungs-

kopplungsschleife schließt, wenn sich die bista- 30 schaltung zu schaffen, die in einer integrierten Schal-

bile Halteschaltung (17, 18) in ihrem zweiten tung untergebracht werden kann und universell bei vcr-

Zustand befindet, sowie einen vorbestimmten schiedenen Datenverarbeitungsanordnungen eingesetzt

Binärwert in die Befehlsspeicher-Adressiervor- werden kann.

richtung (\9A) eingibt, wenn sich die bistabile Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im

Halteschaltung (17,18) in ihrem ersten Zustand 35 Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen

befindet und Merkmale gelöst. In der erfindungsgemäßen Schaltung

(c) ein weiteres Verknüpfungsglied (16), das mit der wird die bistabile Halteschaltung dazu benutzt an den Befehlsspeicher-Adressiervorrichtung (\9A) in Eingang der Befehlsspeicher-Adressiervorrichtung ein Verbindung steht und die bistabile Halteschal- Signal mit vorbestimmtem Wert anzulegen. Dieses Eintung (17, 18) in den zweiten Zustand versetzt 40 gangssignal wird dann durch die Stufen der Adressierwenn die Befehlsspeicher-Adressiervorrichtung vorrichtung geschoben, bis alle seine Stufen den glei- (\9A) eine vorbestimmte Adressen abgibt wo- chen Zustand haben. Sobald dies erreicht ist, wird über bei die vorbestimmte Adresse dann vorliegt, die Rückkopplungsschaltung die Halteschaltung wieder wenn alle Bit-Positionen den vorbestimmten Bi- in ihren anderen Zustand zurückversetzt Die Zeitperionärwert haben. 45 de, in der das an die Adressiervorrichtung angelegte

Signal durch dessen einzelne Stufen geschoben wird, ist

2. Einschaltinitialisierungsschaltung nach An- die Initialisierungszeitperiode. Unmittelbar nach Ablauf spruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die vorbe- dieser Initialisierungszeitperiode befindet sich die stimmte Adresse aus der Befehlsspeicher-Adressier- Adressiervorrichtung in einem vorbestimmten Zustand, vorrichtung (\9A) den Befehlsspeicher (2QA) veran- 50 in dem dann ein Programm unter Verwendung einer laßt Befehle abzugeben, die die Datenverarbei- bekannten Adresse gestartet werden kann. Der Vorteil tungsanordnung in einen Leerlaufzustand versetzen, dieser Maßnahme besteht darin, daß zum Festlegen der in dem sie auf die Eingabe einer Anweisung wartet Initialisierungszeitperiode keine /?C-Zeitkonstante be-

3. Einschaltinitialisierungsschaltung nach An- nötigt wird. Somit wird auch kein ÄC-Glied benötigt so spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 55 daß sich die erfindungsgemäße Schaltung ohne weiteres vorbestimmte Adresse die erste oder die letzte in einer integrierten Schaltung unterbringen läßt. Ein Adresse im Befehlsspeicher (20Λ; ist. weiterer Vorteil besteht darin, daß die Initialisierungszeitperiode unmittelbar mit der Arbeitsgeschwindigkeit

der Adressiervorrichtung im Zusammenhang steht, so

eo daß eine besondere Anpassung der Initialisierungsschaltung an unterschiedliche Datenverarbeitungsanordnun-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einschaltinitiali- gen nicht erforderlich ist. Die Anpassung ergibt sich sierungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patent- jeweils automatisch, da, wie gesagt die Abhängigkeit anspruchs 1. von der Arbeitsgeschwindigkeit der Adressiervorrich-

Wenn an eine elektronische Datenverarbeitungsan- 65 tung vorliegt. Auf diese Weise wird mit Sicherheit jeordnung die Versorgungsenergie angelegt wird, stellen weils eine ausreichend lange Initialisierungszeitperiode sich die in ihr befindlichen Baueinheiten (Flipflops- Zäh- zur Verfügung gestellt,
ler u. dgl.) auf beliebige Zustände ein, die nach außen Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung bei-