DE2748320C3

DE2748320C3 - Gray-Code-Leser

Info

Publication number: DE2748320C3
Application number: DE2748320A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takasago Higuchi; Masami Miki Yamanaka
Original assignee: Yamato Scale Co Ltd
Current assignee: Yamato Scale Co Ltd
Priority date: 1976-10-27
Filing date: 1977-10-27
Publication date: 1979-03-29
Also published as: JPS5355055A; US4146873A; FR2369749A1; DE2748320B2; DE2748320A1

Description

dSD W.

Dezimaler Code

Gruy-Code-Wörter Puriliils-Bits

2(1

r>

Die Erfindung betrifTt einen Gray-Code-Leser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere v> betrifTt die Erfindung einen Gray-Code-Leser für einen Analog/Digital-Umsetzer, der sich besonders für die Umwandlung einer mechanischen Bewegung oder einer mechanischen Lageinformation in ein digitales elektrisches Signal eignet -><>

Der Gray-Code wurde bekanntlich u.a. entwickelt, um die Lese- oder Konversionsfehler bei Analog/Digital-Umsetzern (A/D-Umsetzer) zu verringern, er wird häufig auch als einschrittiger Code, zyklischer Binärcode oder reflektierter Binärrode bezeichnet. Zwei Beispiele γ, für solche Code sind in den folgenden Tabellen aufgeführt, in denen die Gray-Code-Wörter einer dezimalen Zahlenfolge entsprechen.

Tabelle I

Binärer Gray-Code

2^! 2-¹ 2¹ 2"

0 0 0 0

0 0 0

0 0 (J

0 0 0

0 0 I

0 0 !

0 0

0 t-

0 0

1 I 1

1 0 0

I 0 I

1 I 0

0 1 I

0 0 0

0 0 1

1 0 1

1 0

0 I 1

0 0 1

0 0 0

0 1 I 0 0

0 0 0 1

0 0

1 0 0

I 0 I

I 1 0

0 1 I

0 0 0

0 0 1

0 I 0

Tabelle 2

Binär codierter dezimaler Gray-Code

Dezimaler
Code

Gray-Codc-Wörtcr Paritäts-Bits

10¹ 10°

2' 2^} 2' 2" 2¹ 2¹ 2' 2"

4(1

0 0

0 O

0 0

0 0 0 0 0 1

Ü 0 0 0 I 0

0 0 0

0 0 I

0 0 0 1 0 0

0 0

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 10 Olli 0 10 0 0 I

0 I

0 0

0 I I

0 0

0 I

1 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 10

Dezimaler Gray-Code-Wörter

2" 2⁵ 2⁴ 2¹ 2²

2°

Paritiits-Bits

0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 10 Bei der Verwendung solcher Codesysteme in A/D-Umsetzern verwendet man eine Codescheibe oder -platte, die beispielsweise eine zeilen- und spaltenweise Anordnung von Transparenten und opaken Rechtecken enthält, die entsprechend den Code-

Wörtern oder -kombinationen in den obigen Tabellen angeordnet sind, wobei die transparenten bzw. opaken Rechtecke den Bits 0 bzw. I entsprechen. Die Codescheibe ist in der Richtung der dezimalen Zahlenfolge entsprechend der zu erfassenden mechanischen Be- -, wegung oder Lagekoordinate beweglich, und zur Abtastung der verschiedenen Bits der Codewörter ist eine Anzahl von phototelektnschen Einrichtungen längs einer Zeile angeordnet. Auf Grund der Eigenschaften eines Gray-Codes ist die Anzahl der Bits, die sich beim in Übergang von einem Codewort zum nächsten Codewort ändern, der sogenannte Schrittabstand, ein Minimum, d.h. gleich 1. Selbst wenn die Abtastelementzeile auf die Grenze zwischen zwei benachbarten Codekombinationen zu liegen kommt, können also keine ι j anderen Codekombinationen als diese benachbarten Codekombinationen gelesen werden, selbst wenn sich in dieser Situation ein Lesefehler ergibt. Beim Gray-Code-System wird auf diese Weise der Lesefehler so gering wie möglich gehalten. >n

Das (Jray-Code-System zeichnet sich zwar durch liohe Zuverlässigkeit beim Ablesen aus, es ist jedoch trotzdem anfällig gegen Lesefehler, die durch Staub lind andere Verunreinigungen, wie Fasern, die auf der Codescheibe liegen, oder durch Ausfall von photo- r> elektrischen Leseeinrichtungen verursacht werden. Es ist bekannt, daß solche Ablesefehler durch eine Paritätsprüfung festgestellt werden können. Beispielsweise tann die Codescheibe oder -platte zusätzlich mit Paritätsbits versehen sein, wie sie in den obigen Tabellen «> aufgeführt sind, und die Paritätsbits können so gewählt »ein, daß die Anzahl der !-Bits in jeder Codekombinalion einschließlich des Paritätsbits ungerade ist. Wenn also die Paritätsprüfung eine gerade Anzahl von Einsen ergibt, zeigt dies, daß ein Ablesefehler aufgetreten sein r> muß. Auch mit Paritätsprüfung lassen sich jedoch nicht in allen Fällen einwandfreie Ergebnisse erzielen, z. B. kann die Paritätsprüfung trot/ richtiger Ablesung ein negatives Ergebnis liefern, wenn die Ablesung an der Cirenze zwischen zwei Codekombinationen unsicher tu ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Gray-Code-Leser anzugeben, der mit Paritätsbits zur Erfassung Von Ablesefehlern arbeitet, die durch Verunreinigun- .r> gen und den Ausfall von Leseeinrichtungen entstehen lind außerdem unrichtige Paritätsprüfungen der obenerwähnten Art vermeidet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Gray-Code-Leser der eingangs genannten Art mit -,n den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs I gelöst.

Der llnteranspruth betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung eines solchen Gray-Code-Lesers.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Konzept, -,-. die Paritätsprüfung zu unterbrechen, wenn die Abfiihlelementc iii einen bestimmten Bereich bei einerGren/e twischen zwei Codekombinationcn gelangen.

H in Gray-Code-Leser gemäß einer Ausführungsform tier Erfindung enthält also eine (odeplatte. die aus Bits w> bestehende Gray-Code-Muster trägt, und Lesevorrichtungen, die den Bits der Gray-Code-Muster eindeutig zugeordnet sind, sowie einen mit den Ausgängen der Lesevorrichtungen gekoppelten Decodierer zum Decodieren der abgeiesenen Gray-Codes. Die Codeplattc h-> trägt ferner Paritätsbits und Paritiitsprüfungs-Steuerbits, die neben den Gray-Lode-Mustern angeordnet sind. Die Paritiitsprüfungs-Steuerbits bestehen aus ersten Bitdarstellungen, die sich über die jeweiligen Grenzen der G ray-Code-Muster erstrecken, und zweiten Bits, die die verbleibenden Bereiche zwischen den ersten Bits einnehmen. Ferner enthält ein solcher Gray-Code-Leser Paritätsbit-Lesevorrichtungen und Paritätsprüfungs-Steuerbit-Lesevorrichtungen, die entsprechend den Paritätsbits bzw. Paritätsprüfungs-Steuerbits angeordnet sind und diese Bits abzulesen gestatten. Mit den Ausgängen der Lesevorrichtungen für die Gray-Code-Muster und die Lesevorrichtung für die Paritätsbits ist eine Paritätsprüfschaltung gekoppelt, und mit dem Ausgang der Lesevorrichtung für die Paritätsprüfungs-Steuerbits ist eine Paritätsprüfungs-Steuerschaltung gekoppelt, welche beim Lesen eines der ersten Bits die Paritätsprüfung aussetzt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiei der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in derein Ausführungsbeispiei der Erfindung schematich dargestellt ist.

Im oberen Teil der Figur ist eine ode-Platte 1 dargestellt, welche einen Gray-Code-Teil 1', einen Parilälübitteil 12 und einen Paritätsprüfungs-Steuerbitteil 13 enthält. In diesen Teilen sind die schraffierten Bereiche jeweils opak und entsprechen 1-Bits, während die weißen Tiile transparent sind und O-Bits entsprechen. Die Gray-Code-Muster und Paritätsbits entsprechen denen der Tabelle 1. Wie die Zeichnung zeigt, sind die Bitfelder in den Bereichen 11 und 12 durchgehend in Reihen und Spalten oder einer Schachbiettanordnung angeordnet, während die Anordnung der Bits im Bereich 13 hiervon etwas abweicht. Der Bereich 13 enthält nämlich schmale O-Bits 14, die sich jeweils über eine Grenze 15 zwischen zwei Gray-Code-Mustern erstrecken, und O-Bits, die die zwischen den 1-Bits übrigbleibenden Bereiche 16 einnehmen.

Direkt hinter der Code-Platte 1 ist eine photoelektrische Abfiihleinrichtung 2 angeordnet, die einen Gray-Code-Abfühlteil 21, einen Paritätsbitabfühltei! 22 und einen Paritätsprüfungs-Steuerbit-Abfühlteil 23 enthält. Der Teil 21 enthält fünf photoeiektrische Abfiihle --rnente, wie Photozellen, die Lichteintrittsfenster oder -spalte P4, P3, Pl, Pl bzw. PQ aufweisen. Die Teile 22 und 23 enthalten entsprechende Abfühlelemente mit entsprechenden Fenstern P₁, bzw. P₁. Die Fenster P4. Pi, Pl, P\ und PO liegen den Bits der Stellen 2⁴, 2¹. 2², 2' bzw. 2" der Gray-Code-Muster des Gray-Code-Teils 11 gegenüber, während die Fenster P₁, und P, den Paritätsbits 12 bzw. Paritätsprüfungs-Steuerbits 13 gegenüberliegen. Um Ablesefehler so klein wie möglich zu halten, sollen die Fenster eine ganz bestimmte Breite d haben und auf einer geraden Linie liegen. Die Brei'e d soll ferner in der folgenden Begehung zum Abstand D der Grenzen 15 der Codemuster und zur Breite W der I-Bits 16 des Paritätsprüfungs-Steuerteils !3 stehen:

d S D - W

Vor der C'odeplatte 1 ist eine nicht dargestellte Lichtquelle angeordnet, die den vor den Fenstern liegenden Bereich der Codeplatte 1 gleichmäßig beleuchtet. Die einzelnen Abfühlelemente liefern entsprechende Ausgangssignale, wenn sie vom Licht der Lichtquelle getroffen werden.

Die Ausgangssignale der Abfühlelemente des Teiles 21 werden einer Dtxodicrschaltung 3 und zusammen mit dem Ausgang des Abfühlelements des Teiles 22 einer Paritätsprüfungsschaltung 4 zugeführt. Das Ausgangssignal des Abfühlelements des Teiles 23 wird

einer Paritätsprüfungs-Steucrvorrichtung 5 zugeführt. Der Ausgang der Paritätsprüfungs-Sleuervorrichtung S wird der Paritätsprüfungs-Schaltung 4 zugeführt, und der Ausgang der Paritätsprüfungs-Schaltung 4 wird der Decodierschaltung 3 zugeführt. Der Ausgang der Decodierschaltung 3 wird einem Verbraucher zugeführt, z. B. einer Anzeigevorrichtung 6.

Bei Verwendung des Gray-Code-Lesers gemäß der Erfindung ist die Codeplatte 1 mit einem Bauteil eines Gerätes verbunden, dessen Lage oder Verschiebung zu messen ist, z. B. einem Hebel einer Federwaage, so daß sich die C'odcplatte mit diesem Bauteil entsprechend dessen Bewegung oder Verschiebung in der Zeichnung in Vertikalrichtung bewegt.

Wenn vor dem Fenster P₁ des Paritätsprüfungs-Steucrbit-Abfühlteiles 23 ein Bitfeld des Werts I des Paritätsbit-Steuerteils 13 zu liegen kommt, liefert das Abfühlelement des Teiles 23 kein Auseangssignal an die Paritätsprüfungs-Steuervorrichtung 5, und diese spricht nicht an. Der Decodierer 3 und die Paritätsprüfungsschaltung 4 arbeiten in diesem Falle dann in normaler Weise entsprechend den Ausgangssignalen vom Gray-Code-Abfühlteil 21 und Paritätsbit-Abfühlteil 22. Der Decodierer 3 decodiert dann also das durch den Teil 21 der Abfühleinrichtung 2 abgelesene Gray-Code-Muster, und die Anzeigevorrichtung gibt dann in einem Dezimalcode die entsprechende Verschiebung oder Lage an, während die PanUijprüfungs-Schaltung4 die Parität der Anzahl der I-Bits in den Ausgängen der Teile 21 und 22 prüft und dem Decodierer 3 ein Signal zuführt, das dessen Arbeiten unterbricht, wenn die Parität gerade ist. Der Decodierer 3 wird also gesperrt, und die Anzeigevorrichtung 6 liefert also keine Anzeige, wenn ein O-Bit durch Staub oder Verschmutzung des O-Bitfeldes oder durch den Ausfall eines Abfühlelementes fälschlich als »1« gelesen wurde.

Wenn andererseits das Fenster P₁ des Teiles 23 der Abfühleinrichtung 2 einem O-Bit 14 des Paritätsprüfungs-Steucrteils 13 gegenüberliegt, liefert der Teil 23 ein entsprechendes Ausgangssignal an die Paritäts- . prüfungs-Steuervorrichtung 5. Als Reaktion auf dieses Ausgangssignal liefert dann die Paritätsprüfungs-Steuervorrichtung 5 ein Steuersignal an die Paritätsprüfungssi:haltung 4. die diese sperrt. Während dieser Zeit wird dann also keine Paritätsprüfung durchgeführt, und der angezeigte Wert kann einen Ablesefehler infolge von Staub oder anderen Verunreinigungen auf der Codeplatl: 1 oder infolge eines defekten Abfühlclemcnts erhallen. Andererseits kann kein Fehler durch die Paritätsbits verursacht werden, und ein etwaiger Ablesefehler würde nur eine Einheit ausmachen, da die Anzeige ausschließlich aufgrund des Gray-Codes Il erfolgt.

Da die Paritätsprüfung auch dann unterbrochen wird, wenn ein Teil des Fensters P₁ des Teiles 23 unter ein O-Bit 14 zu liegen kommt, sieht es aus als ob die Fehlcrerkennungsfähigkeit des Gray-Code-Lesers das WID-fache der Fchlererkennungsfähigkcitohne dieSteuerbits 13 herabgcsclzt würde. Man kann diese Fchlererkennungsfähigkcil jedoch aufrechterhalten, indem man den Decodierer 3 mit einer Schaltungsanordnung ausrüstet, welche das von der Parilälsprüfungsschaltung 4 zugeführte Signal zeitweilig festhält oder speichert. Da der I-Bit-Bereich 16 notwendigerweise vor dem O-Bit-Bereich über das Fenster P₁ läuft, wird ein während des Durchgangs eines I-Bit-Bercich^s 16 festgestellter Fehler in dieser Halteanordnung gespeichert, und der Decodierer 3 sowie die Anzeigevorrichtung 6 bleiben gesperrt, -itlbst wenn das Fenster P₁ unter den O-Bit-Bercich 14 gelangt und die Paritätsprüfungsschaltung 4 durch die Steuervorrichtung 5 abgeschaltet wird. Die Hilicanordnung muß selbstverständlich eine entsprechende Haltedauer gewährleisten. Diese Maßnahme ist besonders wirksam, wenn ein Abfühlelement ausfällt.

Bei dem vorliegenden Gray-Codc-Lescr werden also alle vorauszusehenden Ablesefehler vermieden. Der Gray-Code-Leser gemäß der Erfindung eignet sich daher besonders für A/D-Umsctzer von Präzisionsmeßgeräten, wie Waagen u. dgl.

Das oben erläuterte Ausführungsbcispiel läßt sich selbstverständlich in verschiedener Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. So kann man beispielsweise anstelle der beschriebenen photoelektrischen Abfühleinrichtung eine elektrische, magnetische, mechanische oder andere Abfühleinrichtung verwenden, wenn eine Codeplattc geeignet ausgebildet wird. Besonders vorteilhaft sind magnetische Abfühleinrichtungen. da diese gegen auf der Codeplatte liegende Verunreinigungen, wie Staub u.dgl., praktisch unempfindlich sind.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispicl ist der Ausgang der Paritätsprüfungsschaltung 4 mit dem Decodierer 3 verbunden, er kann jedoch zusätzlich oder statt dessen mit einer eigenen Alarmvorrichtung gekoppelt sein, die einen sichtbaren und/oder hörbaren Alarm gibt, wenn ein Fehler festgestellt wird.

Hier/u I BIaM /xichnunucn

Claims

Patentansprüche:

1. Gray-Code-Leser mit einer CodeplaUe, die aus Bits bestehende Gray-Code-Muster trägt, einer Abfühlvorrichtung für jedes Bit eines Gray-Code-Musters, und mit einem Decodierer, der mit den Ausgängen der Abfühlvorrichtungen gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Codeplatte (1) ferner Paritätsbits (12) und Paritätsprüfungs-Steuerbits (13) trägt, die neben den Gray-Code-Mustern (11) angeordnet sind, wobei die Paritätsprüfungs-Steuerbits aus ersten Bits (14), die sich über Grenzen (15) zwischen den Gray-Code-Mustern erstrecken, und zweiten Bits (16), die die zwischen den ersten Bits (14) verbleibenden Bereiche einnehmen, bestehen; daß ferner Abfühlvorrichtungen (22, 23) für die Paritätsbits (12) und die Paritätsprüfungs-Steuerbits (13) vorgesehen sind; daß die Ausgänge der Abfühlvorrichtungen (21,22) für die Gray-Code-Muster (Ii) und die Paritätsbits (12) mit einer Paritätsprüfungsschaltung (4) gekoppelt sind und daß mit dem Ausgang der Abfühlvorrichtung(23) für die Paritätsprüfungs-Steuerbits(13) eine Paritätsprüfungs-Steuervorrichtung (5) gekoppelt ist, die die Paritätsprüfung aussetzt, wenn die betreffende Abfiihlvorrichtung eines der ersten Bits (14) wahrnimmt.

2. Gray-Code-Leser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der effektiven Breite (d) der Ac rührvorrichtung (23, P₁) für die Paritätsprüfungi-Steuerbits' 13), di- im wesentlichen gleich der effektiven Breite der Abfühlvorrichtungen für die Gray-Code-Muster und r^e Paritätsbits ist, im Abstand (D) zwischen den Grenzen (15) der Gray-Code-Muster und der Breite (W) der zweiten BiLs (16) der Paritätsprüfungs-Steuerbits die folgende Bedingung erfüllt ist: