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Schaltanordnung zur Abbildung von sich periodisch
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ändernden Spannungen mittels einer Bildröhre Die Erfindung betrifft
eine Schaltanordnung zur Abbildung der Spannungs-Zeit-Kennlinie wenigstens einer
Periode von sich periodisch ändernden Spannungen mittels einer Bildröhre. Grundsätzlich
sind solche Schaltanordnungen bei Oszilloskopen bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostensparende Möglichkeit
zu schaffen, solche stehenden Spannungs-Zeit-Kennlinien einem größeren Kreise von
Zuschauern in einwandfreier Wiedergabequalität vorzuführen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
ein handelsüblicher Fernsehempfänger und ein an dessen dntenneneingang anschließbarer
Vorsatz vorgesehen ist, daß der Vorsatz eine Gruppe von mehreren im gleichen Takt
angesteuerten Schieberegistern umfaßt, deren Aus- und Eingänge Jeweils miteinander
verbindbar sind, und welche die Zeilennummern einzelner Bildpunkte in kodierter
Form enthalten, wobei dieser gesamte Schieberegisterinhalt während einer Zeilenperiode
des Fernsehempfängers einmal umläuft, daß ferner ein mit Zeilenfrequenz angesteuerter,
dem Xode der Schieberegister entsprechender Zähler dieser Schieberegistergruppe
unter Zwischenschaltung eines Vergleichers gegenübergestellt ist, und daß der Schreibstrahl
in ibhängigkeit vom Ausgangssignal des Vergleichers hellgetastet wird.
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Die Erfindung macht von dem an sich bekannten Grundgedanken Gebrauch,
die darzustellende Spannungs-Zeit-Eenn1inie zunächst einmal nach dem beim Fernsehen
vorliegenden Zeilenraster in einzelne Bildpunkte aufzulösen, diese Bildpunkte zu
speichern und dann dieses gespeicherte Bild Zeile für Zeile wiederzugeben.
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lis Speicher dient eine Gruppe von Schieberegistern, die beispielsweise
256 achtstellige Binärwörter speichern kann. Das einzelne Binärwort gibt an, in
welcher der beispielsweise 256 Zeilen der Bildpunkt liegt und die Ordnungszahl des
einzelnen Binärwortes innerhalb der Schieberegistergrnppe gibt an, an welcher Stelle
der betreffenden Zeile der Bildpunkt liegt. Bei der Bildwiedergabe zählt der entsprechend
dem gewählten Bei-.
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spiel ebenfalls als achtstelliger Binärzähler ausgebildete Zähler
mit
jeder Zeile, die der Schreibstrahl durchläuft, um eins weiter. Er behält also, solange
der Schreibstrahl die Zeile durchläuft, die gewählte Zeilennummer bei. Diese Zeilennummer
wird im Rhythmus des Schieberegisterumlaufs mit Jedem einzelnen Binärwort verglichen
und bei Gleichheit bewirkt das Vergleicherausgangssignal die Helltastung des Schreibstrahls
und erzeugt somit einen Bildpunkt.
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Ein Merkmal des bisher geschilderten Verfahrens zur Auflösung des
darzustellenden Bildes in einzelne Punkte und zur Wiedergabe der gespeicherten Punkte
ist, daß Jeder "Spalte" des Bildrasters jeweils nur ein Bildpunkt zugeordnet werden
kann. Das Bild besteht also insgesamt nur aus soviel Punkten, als hintereinander
auch auf einer Zeile angeordnet werden könnten. Um diesen Nachteil zu beheben und
auf dem Bildschirm auch sehr steile und sogar vertikale Flanken der abzubildenden
Spannungs-Zeit-Kennlinie gut sichtbar zu machen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß ein mit der Schieberegistergruppe synchron getaktetes weiteres Schieberegister
vorgesehen ist, dessen Ausgang über ein ODER-Glied zu seinem Eingang zurückgeführt
ist, daß der Ausgang des Vergleichers an einem weiteren Eingang dieses ODER-Gliedes
liegt, daß von der Anfangs- und Endflanke Jeder am Ausgang dieses weiteren Schieberegisters
auftretenden zusammenhängenden Impulskette ein zusätzlicher Impuls zur Helltastung
des Schreibstrahls gewonnen wird, und das weitere Schieberegister nach jedem Bild
gelöscht wird.
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Dieses weitere Schieberegister wiederholt in Jeder Zeile die Impulse
aller in den vorhergehenden Zeilen geschriebenen Bildpunkte und füllt sich infolge
der bei den weiteren Zeilen hinzukommenden Impulse zimmer weiter an, bis es am Ende
der Bildperiode ganz gefüllt ist. Konnten im Bereich steiler Flanken von dem in
der Schieberegistergruppe gespeicherten Bild keine weiteren Bildpunkte hinzu, so
werden stattdessen der erste und letzte der Wiederholungsimpulse als zusätzliche
Helltastimpulse verwendet, welche die Impulslücken an den steilen Flanken füllen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild der wesentlichen
Teile eines Fernsehempfänger-Vorsatzes zur Abbildung von Spannungs-Zeit-Kennlinien
und Fig. 2 einen schematischen Bildausschnitt.
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Eine als ein Block dargestellte Schieberegistergruppe 1 hat acht Eingänge
und acht Ausgänge, wobei jeder Ausgang mit dem zugehörigen Eingang über einen Multiplexer
2 verbunden ist.
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Der Multiplexer 2 ist ein achtpoliger elektronischer Umschalter, der
es ermöglicht, wahlweise die zurückgeführten Ausgänge oder acht Ausgänge einer Aufnahme
stufe 3 mit den Eingängen der Schieberegistergruppe 1 zu verbinden.
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Die Schieberegistergruppe 1 hat eine Kapazität von 256 Binärwörtern.
Sie erhält ihre Taktimpulse von einem 4 MHz-aktgeber 4, dessen Frequenz mittels
eines Frequenzumsetzers 5 im Verhältnis 256 : 1 herabgesetzt und einem Zeilenzähler
6 zugeführt wird. Hierbei handelt es sich um einen achtstelligen Binärzähler, dessen
Ausgänge mittels eines Vergleichers 7 mit den Ausgängen der Schieberegistergruppe
1 verglichen werden können. Die herabgeteilte Frequenz wird weiter zur Zeilensynchronisation
des Fernsehempfängers 8 einer Mischstufe 9 zugeleitet und gelangt von dieser über
ein VHF-Teil 10 an die Antennenbuchse 11 des Fernsehempfängers.
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Weitere Schaltungsteile sind zur Flankenaufhellung des Schirmbildes
vorgesehen. Fig. 1 zeigt ein weiteres Schieberegister 12, das ebenfalls eine Kapazität
von 256 Bit hat und am selben Taktgeber 4 wie die Schieberegistergruppe 1 angeschlossen
ist.
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Der Ausgang dieses weiteren Schieberegisters 12 ist über ein ODER-Glied
13 sowie ein Tor 14 zum Eingang zurückgeführt. Der
zweite Eingang
des ODER-Gliedes 13 ist mit dem Vergleicher 7 verbunden. Das Tor 14 dient der Löschung
des Schieberegisters 12 nach Jedem geschriebenen Bild.
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Vom Ausgang des Schieberegisters 12 führen weitere Leitungen zu den
Eingängen zweier Monoflops 15 und 16, von denen das eine auf ansteigende und das
andere auf abfallende Impulsflanken anspricht. Diese Monoflops 15,16 haben eine
Bückstellzeit von etwa 120 Nanosekunden und geben Impulse ab, deren Dauer größenordnungsmäßig
den Ausgangsimpulsen des Vergleichers 7 entspricht. Die Ausgangsimpulse des Vergleichers
7 sowie die Ausgangsimpulse der beiden Monoflops 15, 16 gehen an die Eingänge eines
ODER-Gliedes 17 und von dort zu dem Helltast-Eingang der Mischstufe 9.
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Die gezeigte Anordnung wirkt wie folgt: Zunächst wird der Multiplexer
2 in die Stellung "Aufnahme" gebracht, so daß die Aufnahmestufe 3 mit der Schieberegistergruppe
1 verbunden ist.
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Beispielsweise sei angenommen, daß eine Wechselspannungskennlinie
abgebildet werden soll. Es werden nun über mehrere Perioden hinweg von Jeder Periode
ein "Bildpunkt'1 aufgenommen.
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Dies geschieht in der Weise, daß die Spannung in dem betreffenden
Aufnahmemoment mittels einer Vergleichsschaltung erfaßt und über einen Analog-Digital-Wandler
als Binärwort in der Schieberegistergruppe 1 abgespeichert wird. Die Aufnahmemomente
innerhalb der einzelnen Wechselspannungsperiodensind um etwa 250 Nanosekunden gegeneinander
verschoben. Es können entsprechend der Kapazität der Schieberegistergruppe bis zu
256 Einzelaufnahmen gemacht werden. Der Abbildungsmaßstab der Wechselspannungsamplitude
muß entsprechend der größtmöglichen Binärzahl, hier 256, gewählt werden.
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Nach der Aufnahme wird der Multiplexer 2 auf "Wiedergabe" umgeschaltet,
so daß der Inhalt der Schieberegistergruppe 1 umläuft.
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Sobald der bislang noch dunkelgetastete Schreibstrahl des Fernsehempfängers
an den Anfang der ersten Zeile des hier zu betrachtenden Schirmbildes gelangt, erhält
der Zeilenxahler 6 seinen ersten Impuls. Die Binärwörter in der Schieberegistergruppe
1, welche Jeweils die Höhe eines Bildpunktes und somit die Nummer der Zeile angeben,
auf welcher er liegt, gelangen bei dem Umlauf an den Ausgang der Schieberegistergruppe
1. Bei SoiEidenz gibt der Vergleicher 7 einen Impuls ab. Dieser gelangt über das
ODER-Glied 17 zur Mischstufe 9 und über den auch noch in dem Vorsatz enthaltenen
VEF-Teil 10 zur Antennenbuchse 11 des Fernsehempfängers 8. Der Impuls bewirkt eine
Helltastung des Schreibstrahls an derjenigen Stelle innerhalb der betreffenden Zeile,
welche der Ordnungsziffer der Binärzahl in der Schieberegistergruppe entspricht.
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In dem schematischen, punktweise dargestellten Schirmbildausschnitt
nach Fig. 2, der eine nach oben ausgewölbte Kennlinie zeigt, sind dieJenigen Bildpunkte,
welche auf die Helltastimpulse des Vergleichers 7 zurückzuführen sind, als volle
schwarze Punkte dargestellt. In der mit z1 bezifferten ersten Zeile findet sich
kein Bildpunkt, in der folgenden Zeile z2 sind drei solcher vollschwarzer Punkte,
in der Zeile z3 zwei Punkte und in der Zeile z4 nurmehr ein Punkt zu finden, da
die Flanken der darzustellenden Kennlinie, insbesondere die linke Flanke, sehr steil
sind. Erst in der Zeile z7 findet sich ein weiterer vom Vergleicher 7 ausgelöster
Bildpunkt und in der Zeile z8 sind weitere Bildpunkte, Iwelche den horizontalen
Verlauf der Kennlinie andeuten.
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Zur Erläuterung der Flankenaufhellung sei angenommen, daß das Schieberegister
12 zunächst leer ist. Die drei Ausgangsimpulse des Vergleichers 7, welche die drei
Bildpunkte in der Zeile z2 erzeugen, gelangen über das ODER-Glied 13 sowie über
das normalerweise geöffnete Tor 14 auch zum Schieberegister 12 und werden dort eingespeichert.
In der nächsten Zeile z3 erzeugt der schon erwähnte Helltastimpulsvom Vergleicher
7 einen ersten Bildpunkt. Sodann werden die drei gespeicherten Impulse - infolge
der Bauart des Schieberegisters als zusammenhängende Impulskette - vom Ausgang zum
Eingang des Schieberegisters 12 übertragen. Die Anfangsfianke bewirkt über das Monoflop
15 einen weiteren Helltastimpuls, der als Kreis mit fetter Strichstärke dargestellt
ist, während die Endflanke über das Monoflop 16 einen Helltastimpuls erzeugt, der
in dieser Zeile allerdings mit einem weiteren Vergleicherimpuls zusammenfällt. Die
beiden hinsichtlich der Helltastung unwirksamen Speicherimpulse sind als Kreise
mit dünner Strichstärke dargestellt.
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In der Zeile z4 erfolgt an der Vorderflanke des Schirmbildes kein
Vergleicherimpuls. Hier setzt nun die künstliche Flankenaufhellung voll ein, indem
aus der Anfangsflanke der Kette von fünf Speicherimpulsen mittels des Monoflop 15
ein zusätzlicher Helltastimpuls erzeugt wird. Der Endimpuls dieser Zeile fällt wieder
mit einem Vergleicherimpuls zusammen. In den folgenden beiden Zeilen z5 und z6 treten
sechs zusammenhängende Speicherimpulse auf. Der Jeweils erste und ein jeweils zusätzlicher
letzter gehen als Helltastimpulse zum Fernsehempfänger.
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In Zeile z7 fällt der Emdimpuls wieder wie erwähnt mit dem Vergleicherimpuls
zusammen.
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Somit zeigt Fig. 2, wie an den Stellen schneller Änderung der abzubildenden
Meßgröße das Schirmbild zum Ausgleich für die vom Vergleicher 7 nicht gelieferten
Bildpunkte durch künstlich erzeugte zusätzliche Bildpunkte ergänzt werden kann.
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Nach Vollendung Jedes Bildes wird mit Hilfe des Bildaustastimpulses
während wenigstens einer Zeilenperiode das Tor 14 gesperrt, so daß das Schieberegister
12 gelöscht wird und der Vorgang sich beim Schreiben des nächsten Bildes wiederholen
kann.
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Statt einer stationären Umschaltung des Multiplexers 2 zwischen den
Stellungen Bufnahme und Wiedergabe" ist es auch möglich, während des Umlaufs des
Informationsinhalts der Schieberegistergruppe 1 den Multiplexer 2 nur sehr kurz,
z.B.
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100 Nanosekunden lang, in die Stellung "Aufnahme" umzulegen.
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Dadurch wird ohne Unterbrechung des Wiedergabevorgangs beispielsweise
nur ein Binärwort gegen ein anderes ausgetauscht, nach z.B. 100 Umläufen erfolgt
bei der nächsten Kurzumschaltung ein Austausch des nächsten Binärworts und so weiter.
Dieses Vorgehen erlaubt eine Wiedergabe langsam bewegter Bilder.
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Ein Anwendungsfall ist die Beobachtung bzw. Messung von langsamen
Xnderungen einer Meßgröße über lange Zeit.
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Die Erfindung eignet sich vorzüglich für Unterrichtszwecke.
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Eine Vervielfachung der beschriebenen Schaltanordnung des Fernsehempfänger-Vorsatzes
erlaubt die Darstellung von mehreren Kennlinien zu gleicher Zeit. Es wird auch möglich
sein, bei Verwendung eines Farbfernsehgerätes die verschiedenen Kanäle in einer
Jeweils anderen, frei wählbaren Grundfarbe darzustellen. Ein beliebtes Anwendungsbeispiel
hierfür ist die verschiedenfarbige Darstellung der Phasen von Drehstrom.
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Durch Verwendung eines Gittermusters auf dem Bildschirm, das ebenfalls
von dem schon erwähnten Taktgeber 14 abgeleitet ist, wird eine quarzgenaue Zeitablesung
auf dem Bildschirm möglich.
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