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"Schaltung zur Im#ulsvervielfachung11
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur digitalen Impulsvervielfachung
in elektronisc:len Steuer- und Regeleinrichtungen.
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Eine solche Schaltung kommt im Bereich der elektronischen Steuerungs-
und Regelungstechnik zur Anwendung, insbesondere bei der Vervielfachung von Ausgangsfrequenzen
von Impulsgebern, deren Auflösung aufgrund der mechanischen Toleranz begrenzt ist.
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Die bisher bekannten Impulsvervielfachungsschaltungen arbeiten mit
analoger Darstellung oder Zeitmessung. Die analoge Zwischendarstellung ist aufwendig
und die Verzögerungszeit oder Meßanordnung ist nicht beliebig groß bei rein digitaler
Vervielfachung mit Zeitmessung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen,
die eine symmetrische Impulsvervielfachung auf einfache Weise in digitaler Darstellung
ermöglicht, aber auch für die unsymmetrische Impulsvervielfachung von Impulsreihen
mit kleinen Frequenzen gestaltet werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu vervielfachende
Impulsreihe dem Eingang zweier in Reihe geschalteter Blocker zugeführt ist, daß
der Ausgang des ersten Blockers mit einem Speicher verbunden ist und der Ausgang
des zweiten Blockers an einen Hauptzähler angeschlossen ist, daß der Hauptzähler
und der Speicher in Signalrichtung hintereinander geschaltet sind, daß eine Taktfrequenz
zum einen dem zweiten Eingang is Hauptzählers über einen Teiler und zum anderen
einem Hilfszähler direkt zugef#Uirt ist, daß zwischen den Speicher und den Hilfszähler
ein erster Komparator geschaltet ist, dessen Ausgang zum einen an einen Impulsformer
und zum anderen ebenso wie zweiten der Ausgang des/Blockers über ein erstes ODER-Glied
an den zwei ten Eingang des Hilfszählers angeschlossen ist.
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Dabei wird vorteilhaft eine zur Impulsvervielfachung geeignete Taktfrequenz
gewählt und während einer Periode To die Anzahl der durch einen Faktor D geteilten
Impulse dieser Taktfrequenz ermittelt und anschließend abgespeichert. Zu Beginn
einer neuen Periode T wird mit der Taktfrequenz von Null an bis zur Zahl der gespeicherten
Impulse hochgezählt. Bei Gleichheit der gespeicherten und der gezählten Impulse
wird ein Ausgangsimpuls abgegeben.
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Die Zählung der Taktimpulse, der Vergleich und die Abgabe eines Ausgangsimpulses
während dieser Periode T wird so oft wiederholt, bis wiederum die Anzahl der durch
den Faktor D geteilten Taktfrequenzimpulse gleich der Anzahl der gespeicherten Impulse
ist und die für die Vervielfachung gewünschte Anzahl von Ausgangsimpulsen abgegeben
ist.
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In vorteilhafter Weise ist der erste Komparator und der invertierende
Ausgang eines zweiten Komparators über ein Antivalenzglied an ein zweites ODER-Glied
angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Impulsformer verbunden ist. Der invertierende
Eingang dieses ODER-Gliedes ist an den zweiten Blocker angeschlossen, mit dem auch
der zweite Eingang eines zweiten Hilfszählers verbunden
ist. Der
zweite Hilfszähler steht sowohl mit dem zweiten Komparator als auch mit dem Ausgang
des Impulsformers in Verbindung.
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Für die unsymmetrische Vervielfachung von Impulsreihen mit kleinen
Frequenzen wird die Schaltung durch eine bistabile Kippschaltung erweitert, deren
Dateneingang S über einen Übertrager mit dem Hauptzähler der Schaltung verbunden
ist. Der Eingang R der bistabilen Kippschaltung steht mit dem invertierenden Ausgang
des zweiten Komparators in Verbindung. Die beiden Ausgänge der bistabilen Kippschaltung
sind jeweils mit einem ersten Eingang eines zweiten und dritten Antivalenzgliedes
verbunden. Dem zweiten Eingang des zweiten Antivalenzgliedes wird des Teilers erscheinende
Taktfrequenz ft/D zugeführt. Der Ausgrng des ersten Komparators ist an den zweiten
Eingang des dritten Antivalenzgliedes angeschlossen. Der Ausgang des zweiten und
dritten Antivalenzgliedes ist mit dem ersten bzw. zweiten Eingang eines dritten
ODER-Gliedes verbunden. Der invertierende Ausgang des zweiten Komparators ist an
den ersten Eingang des ersten Antivalenzgliedes angeschaltet, dessen zweiter Eingang
mit dem Ausgang des dritten ODER-Gliedes verbunden ist. Der Ausgang des ersten Antivalenzgliedes
ist auch hierbei mit dem ersten Eingang des zweiten ODER-Gliedes verbunden.
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In vorteilhafter Weise handelt es sich hierbei um eine rein digitale
Schaltung. An die Taktfrequenz ist nur die Forderung gestilt, daß sich die Pulsfrequenz
relativ zu der Periodenzeit T.
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langsam ändert, eine absolute Genauigkeit ist nicht notwendig.
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Die Schaltung kann deshalb sehr leicht mit Hilfe hochintegrierter
Schaltkreise realisiert werden.
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Die erfindungsgemäße Schaltung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Impulsvervielfacherschaltung, Fig. 2 eine Variante
der in Figur 1 gezeigten Schaltung, Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der zu vervielfachenden
Impulsreihe fe, Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der Einleseimpulse fl, Fig. 5 den
zeitlichen Verlauf der Rücksetzimpulse fr, Fig. 6 den Zählerstand des Hauptzählers
während einer Periode T der Impulsreihe fe, Fig. 7 die Taktfrequenz ft, Fig. 8 den
Zählerstand des ersten Hilfszählers, Fig. 9 die vom Impulsformer erzeugte Impulsreihe
fa.
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Die in Figur 1 gezeigte Schaltung ist im wesentlichen aus einem Oszillator
1, einem Teiler 2, zwei Blockern bzw. monostabilen Multivibratoren 3a und 3b, zwei
ODER-Gliedern 4 und 10, einem Hauptzähler 5, einem Speicher 6, zwei Komparatoren
7a und 7b, zwei Hilfszählern 8 und 12, einem Antivalenzglied 9 und einem Impulsformer
11 aufgebaut.
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Die zu vervielfachende Impulsreihe fe wird dem Eingang der beiden
in Reihe geschalteten Blocker 3a und 3b zugeführt. Der Blocker 3b weist einen invertierenden
Eingang auf. Der Ausgang des ersten Blockers 3a ist zusätzlich mit dem Speicher
6 verbunden, während der Ausgang des Blockers 3b an den Hauptzähler 5 angeschlossen
ist.
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Dem zweiten Eingang des Hauptzählers 5 wird über den Teiler 2 eine
Taktfrequenz ft/D zugeführt, wobei der Oszillator 1 die Taktfrequenz ft erzeugt.
Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Hauptzählers 5 mit dem Eingang des Teilers 2
verbunden. Die vom Oszillator 1 erzeugte Taktfrequenz ft wird zusätzlich dem ersten
Hilfszähler 8 zugeführt. Mit dem Schaltelement 2a, das sowohl mit dem Teiler 2 als
auch mit dem Komparator 7b in Verbindung steht, kann jeder gewünschte Faktor D am
Teiler 2 und der Komparator 7b auf eine Impulszahl eingestellt werden.
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Die Ausgänge des Hauptzählers 5 sind mit entsprechenden Eingängen
des Speichers 6 verbunden. Die Datenausgänge des Hilfszählers 8 sowie des Speichers
6 sind an den Komparator 7a angeschlossen.
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Sein Ausgang steht über das ODER-Glied 4 mit dem zweiten Eingang 8b
des Hilfszählers 8 in Verbindung. Der zweite Eingang des: ODER-Gliedes 4 ist an
den Ausgng des zweiten Blockers 3b angeschlossen.
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Die beiden Eingänge des Antivalenzgliedes 9 sind mit dem Ausgang des
Komparators 7a und dem invertierenden Ausgang des Komparators 7b verbunden. Der
Ausgang des Antivalenzgliedes 9 ist an den Eingang 10a des ODER-Gliedes 10 angeschlossen,
dessen Ausgang mit dem Impulsformer 11 verbunden ist. Der invertierende Eingang
10b des ODER-Gliedes 10 ist an den Ausgang des zweiten Blockers 3b angeschlossen.
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Der Ausgang des Impulsformers 11 ist an den ersten Eingang 12a des
Rilfszählers 12 angeschlossen, dessen zweiter Eingang 12b ebenfalls an den Ausgang
des Blockers 3b angeschlossen ist. Der Hilfszähler 12 steht zusätzlich mit dem Komparator
7b in Verbindung.
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Die oben beschriebene: Schaltung hat folgende Wirkungsweise: Soll
beispielsweise die in Figur 3 gezeigte Impulsreihe fe symmey trisch vervielfacht
werden, so wird mit dem Oszillator 1 eine entsprechende
Taktfrequenz
ft erzeugt. Der Teiler 2 wird auf den erforderlichen Faktor D eingestellt.
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Soll im speziellen Fall die in Figur 3 gezeigte Impulsreihe fe derart
vervielfacht werden, daß der Impulsformer 11 in der Periode von Null bis T fünf
Impulse , wie in Figur 9 dargestellt in zeitlich gleichen Abständen ausgibt, so
wird beispielsweise im Oszillator 1 die in Figur 7 gezeigte Taktfrequenz ft mit
20 Impulsen je Periode T erzeugt. Der Teiler 2 wird auf den Fa#ktor D = 5 eingestellt.
Die durch den Faktor D = 5 geteilte Taktfrequenz ft/D wird während einer ersten
Periode To dem Hauptzähler 5 zugeführt und die ankommenden Impulse werden dort gezählt.
Bei 20 Impulsen je Periode To werden also in den Hauptzähler 5 vier Impulse eingezählt.
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Vor Beginn einer neuen Periode T wird die' zu vervielfachende Impulsreihe
fe dem Eingang der beiden in Reihe geschalteten Blocker 3a und 3b zugeführt. Die
O/L-Flanke des Impulses der Impulsreihe fe erzeugt mit Hilfe des Blockers 3a einen
Beseimpuls fe, mit dem der Inhalt des Hauptzählers 5 in den Speicher 6 übernommen
wird. Die gleiche O/L-Flanke des Impulses erzeugt mit Hilfe des Blockers 3b einen
Rücksetzimpuls fr, der den Hauptzähler 5 und die beiden Hilfszähler 8 und 12 für
die nächste Periode auf Null zurücksetzt und die Abgabe eines Ausgangsimpulses im
Impulsformer 11 bewirkt. Die von den Blockern 3a und 3b erzeugten Impulse fl und
fr sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Von Beginn der neuen Periode T an zählt
der Hilfszähler 8 die seinem Eingang 8a zugeführten Impulse der Taktfrequenz ft.
Der mitlihm verbundene Komparator 7a vergleicht ständig den Zählerstand mit dem
im Speicher 6 abgespeicherten Wert. Besteht Gleichheit zwischen dem Zählerstand
des Hilfszählers 8 und dem Wert des Speicherinhaltes 6, so erscheint am Ausgang
des Komparators 7a ein Signal. Dieses bewirkt zum einen, daß
der
Impulsformer 11 ein Ausgangssignal abgibt und zum anderen, daß der Hilfszähler 8
zurückgesetzt wird. Die am Ausgang des Impulsformers 11 erscheinenden Impulse werden
von dem Hilfszähler 12 gezählt. Der auf Null zurückgesetzte Hilfszähler 8 beginnt
nun wieder min Null an die an seinem Eingang 8a erscheinenden Impulse der Taktfrequenz
ft zu zählen bis der Komparator 7a wieder den Impulsformer 11 anstößt und den Hilfszähler
8 zurücksetzt. Die während der Periode T auftretenden Zählerstände sind in-Figur
8 schematisch dargestellt.
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Das Hochzählen des Hilfszählers 8 bis dieser den im Speicher 6 enthaltenen
Wert erreicht hat, sowie der anschließende Vergleich von Zählerstand und Speicherinhalt,
durch den Komparator 7a und das Ansteuern des Impulsformers 11 zur Erzeugung eines
Ausgangssignals wird während der Periode T so oft wieder holt, bis die im Hilfszähler
12 aufsummierten Ausgangsimpulse des Impulsformers 11 die gewünschte Anzahl der
Impulsvervielfachung erreicht haben. Dies wird mit dem Komparator 7b überprüft,
der auf diesen Wert eingestellt ist wld ständig den Wert des Hilfszählers 12 kontrolliert.
Ist die gewünschte Anzahl der Impulsvervielfachung erreicht, so gibt der Komparator
7b ein Signal ab, das die Abgabe weiterer Ausgangsimpulse durch den Impulsformer
11 unterdrückt.
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Hat der Impulsformer 11 die für die Impulsvervielfachung gewünschte
Anzahl an Ausgangsimpulsen abgegeben, so ist auch die in den Hauptzähler 5 eingezählte
Anzahl von Impulsen gleich der zu Anfang der Periode T in den Speicher 6 eingelesenen
Anzahl von Impulsen. Der Hauptzähler 5 registriert auch während der Periode T nur
die Taktfrequenzimpulse ft/D. In Fig. 6 ist der jeweilige Stand des Hauptzählers
5 während der Periode T T schematisch dargestellt. Damit können mit der nun folgenden
O/'L-Flanke der zu vervielfachenden Impulsreihe fe in den Blockern 3a und 3b wieder
Einlese- und Rücksetzimpulse fl und
fr für eine neue Periode T1
erzeugt werden.
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Figur 2 zeigte eine Variante der Schaltung nach Figur 1. Mit dieser
Schaltung ist eine unsymmetrische Impulsvervielfachung einer Impulsreihe fe mit
kleinen Frequenzen möglich. Der Begriff kleine Frequenzen wird durch den jeweiligen
Arbeitsbereich bestimmt, d.h. sollen z.B. Impulsreihen fe mit Frequenzen zwischen
1 und 200 Hz vervielfacht werden, so können mit der auf diesen Bereich eingestellten
Schaltung Impulsreihen fe mit einer Frequenz von 1Hz auch unsymmetrisch vervielfacht
werden. Die Schaltung nach Figur 2 weist ebenso wie die in Figur 1 gezeigte Schaltung
einen Oszillatori, einen Teiler 2, ein Schaltelement 2a, zwei Blocker 3a und 3b,
zwei ODE g lieder i 4 und 10, einen Hauptzahler 5, einen Speicher 6, zwei Komparatoren
7a und 7b, zwei Hilfszähler 8 und 12, ein Antivalenzglied 9, sowie einen Impulsformer
11 auf. Zusätzlich ist die Schaltung noch mit einer bistabilen Kippschaltung 13,
kurz Flip-Flop genannt, zwei weiteren Antivalenzgliedern 14 und 15 und einem zusätzlichen
ODER-Glied 16 ausgestattet. Gegenüber der Schaltung nach Figur 1 ist ein weiterer
Ausgang des Hauptzählers 5 über einen Ubertrager 13c mit dem Daten-Eingang S des
Flip-Flop 13 verbunden. Der Eingang R des Flip-Flop 13 steht mit dem invertierenden
Ausgang des Komparators 7b in Verbindung. Die Ausgänge 13a und 13b des Flip-Flops
sind mit dem ersten Eingang des Antivalenzgliedes 14 bzw. 15 verbunden. Dem zweiten
Eingang des Antivalenzgliedes 14 wird die am Ausgang des Teilers 2 erscheinende
durch den Faktor D geteilte Taktfrequenz ft/D zugeführt.
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Der Ausgang des Komparators 7a ist an den zweiten Eingang des Antivalenzgliedes
15 angeschlossen. Der Ausgang des Antivalenzgliedes 14 bzw. 15 ist mit dem ersten
bzw. zweiten Eingang des ODER-Gliedes 16 verbunden. Wie in der Schaltung nach Figur
1
ist auch bei dieser Schaltung der invertierende Ausgang des Komparators
7b an den ersten Eingang des Antivalen#gliedes 9 angeschaltet, dessen zweiter Eingang#ei
dieser Schaltung nicht mit dem Ausgang des Komparators 7a, sondern mit dem Ausgang
des ODER-Gliedes 16 verbunden ist. Der erste Eingang 10a des dem Impulsformer 11
vorgeschalteten ODER-Gliedes 10 steht auch hierbei mit dem Ausgang des Antivalenzgliedes
9 in Verbindung. Sein zweiter invertierender Eingang 10b ist wie bei der Schaltung
in Figur 1 an den Ausgang des Blockers 3b angeschlossen.
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Der Hauptzali!er 5 steuert mit dem Übertrager 13 den Flip-Flop an,
der die durch den Faktor D geteilte Taktfrequenz ft/D so lange durchschaltet, bis
D-Ausgangsimpulse pro Eingangsimpuls abgegeben sind, Der Flip-Flop 13 wird dann
zurückgesetzt. Die symmetrische Vervielfachung wird mit Hilfe des Antivalenzgliedes
15 gesperrt.
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