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Anordnung zur Erzeugung einer periodischen
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Signaltonfolge aus mindestens zwei Frequenzen Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Erzeugung einer periodischen Signaltonfolge aus mindestens zwei
Frequenzen, wobei eine Periode in eine Anzahl Periodenabschnitte unterteilt ist,
in denen abwechselnd die eine, eine zweite oder noch andere Frequenz, oder nur eine
der Frequenzen oder gar keine erzeugt wird.
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Ein Anwendungsbereich einer solchen Anordnung ist z.B.
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die Erzeugung einer derartigen Tonfolge als Zeichen "Sondersignal
für bevorrech tig te Wegebenutzer", wie dies in bestimmten Ländern in bestimmter
Frequenzfolge gefordert wird, z.B. für Fahrzeuge der Polizei, der Feuerwehr, des
Roten Kreuzes u.s.w.
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Bisher wurde ?ine derartige Tonfolge durch elektrische Hörner erzeugt,
die durch Nockenwalzen mechanisch geschaltet werden. So treibt bei einem auf dem
Markt befindlichen Gerät ein Elektromotor über ein Untersetzungsgetriebe eine Nockenwalze
an, die durch entsprechende Anordnung von Schaltnocken Hupen unterschiedlicher Tonhöhe
in geeigneter Folge ein- und ausschaltet.
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Diese mechanische Steuerung hat die Nachteile, daß Getriebe und Nocken
mit zunehmender Nutzungsdauer Verschleißerscheinungen, wie z.B. Verschmutzung und
Abbrand der Schaltkontakte zeigen, woraus sich Unregelmäßigkeiten oder gar Ausfälle
bei der Erzeugung und Abstrahlung der Signalfõlgen ergeben. Die Betriebssicherheit
dieser mechanischen Steuerung nimmt daher mit zunehmender Nutzungsdauer ab.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe löst die Erfindung gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
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Eine Ausgestaltung der Schaltungsanordnung zur erfindungsgemäßen Erzeugung
einer bestimmten Signaltonfolge ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die angegebene schaltungstechnische Lösung ist verschleißfrei und
wartungsfrei, die Werte der Frequenzen und der periodischen Signaltonfolge bleiben
langzeitstabil und weitgehend unabhängig von Temperatur- und Bordnetzschwankungen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der
Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
zeigt, Fig. 2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels zur Er-
zeugung
eines bestimmten Sondersignals und Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Schaltung gemäß
Fig.2.
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Das Blockschaltbild nach Fig.1 zeigt eine Auslöseschaltung 1, die
mit einer Flip-Flop-Schaltung 2 verbunden ist, die zur Bestimmung von Anfang und
Ende einer Signaltonperiode dient. Diese Flip-Flop-Schaltung 2 steuert einen Taktgenerator
3, dessen Taktimpulse einer Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 zugeführt werden. Die
Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 verfügt über mehrere Ausgänge, an denen die laufende
Nummer des jeweiligen Taktimpulses dezimal dekodiert abgegriffen werden kann. Die
Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 verfügt außerdem über einen Ausgang C, der nach
einer Anzahl von Taktimpulsen, die einem halben Periodenabschnitt entspricht, seinen
logischen Zustand ändert und damit einen Periodenabschnitt bestimmt. Der Ausgang
C ist mit einem Binärzähler 5 verbunden, an dessen Binärausgängen der zur Zeit laufende
Periodenabschnitt abgegeben wird.
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Die Setz-Eingänge des Binärzählers 5 sind mit einem Einschaltstellglied
6 verbunden, das nach Anlegen der Betriebsspannung die korrekte Startlage der Gesamtschaltung
herbeiführt.
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Die Dezimalausgänge der Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 und die Binärausgänge
des Binärzählers 5, sowie der Ausgang C sind mit einer Verknüpfungslogik 7 verbunden.
Die Aufgabe dieser Verknüpfungslogik besteht darin, an ihren Ausgängen X, Y und
Z ein erstes Binärsignal (Ausgang X), ein zweites Binärsignal (Ausgang Y) und ein
Rücksetzsignal (Ausgang Z) zur Verfügung zu stellen.
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Das am Ausgang Z abgegebene Rücksetzsignal wird der Flip-Flop-Schaltung
2 zur Rücksetzung derselben zugeführt.
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Das erste Binärsignal (Ausgang X) steuert einen Frequenzteiler 9 mit
umschaltbarem Frequenzteilverhältnis an, wobei der erste logische Wert dieses ersten
Binärsignals
dem ersten Frequenzteilverhältnis des Frequenzteilers
9 entspricht und der zweite logische Wert des ersten Binärsignals dem zweiten Frequenzteilverhältnis.
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Das zweite Binärsignal (Ausgang Y) steuert einen Signaltongenerator
8 an, wobei bei einem ersten logischen Wert dieses zweiten Binärsignals der Signaltongenerator
8 in Betrieb geschaltet ist, während er beim zweiten logischen Wert des zweiten
Binärsignals ausgeschaltet ist.
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Die Frequenz des Signaltongenerators 8 gelangt zum Frequenzteiler
9, wo sie, entsprechend dem logischen Wert des ersten Binärsignals, entweder entsprechend
dem ersten oder dem zweiten Frequenzteilverhältnis erniedrigt wird.
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Die derart bestimmte Frequenz des Frequenzteilers 9 gelangt an einen
Oktavteiler 10, der aus dieser Frequenz ein Frequenzspektrum mit zugehörigen Oberwellen
erzeugt, und dieses Frequenzspektrum schließlich an einen NF-Verstärker 11 abgibt,
der seinerseits mit einem Lautsprecher 12 zur Abstrahlung der erzeugten Signaltonfolge
verbunden ist.
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0 Die Aufteilung der peridischen Signaltonfolge in eine Anzahl Periodenabschnitte
wird also mittels des Ausgangs C der Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 erreicht;
die Dezimal ausgänge der Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 und die Binärausgänge
des Binärzählers 5 sind mit der Verknüpfungslogik 7 verbunden, und in dieser Verknüpfungslogik
sind diese Ausgänge und der Ausgang C derart miteinander, z.B. durch logische Gatter,
verknüpft, daß am Ausgang X immer dann der logische Wert des dort abgegebenen ersten
Binärsignals sich ändert, wenn ein Tonwechsel von der einen zur anderen Frequenz
innerhalb der jeweiligen Signaltonfolge auftreten soll; die Ausgänge sind derart
miteinander verknüpft, daß am Ausgang Y das zweite Binärsignal den logischen Wert
annimmt, der den Signaltongenerator 8 sperrt, wenn innerhalb der Signal-
tonfolge
kein Signalton abgestrahlt werden soll.
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Man sieht, daß jede gewünschte Signaltonfolge dadurch erzeugt werden
kann, daß die geeigneten Ausgänge der Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 und des Binärzählers
5 miteinander verknüpft werden; dabei wird auch der Ausgang C mit verwendet. Jede
gewünschte Signaltonfolge wird demnach durch eine bestimmte logische Zusammenfassung
der Zählerausgänge in der Verknüpfungslogik 7 schaltungstechnisch verwirklicht.
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Die Auslöseschaltung 1 (Fig.2) hat Eingänge e, c, d. Der Signal ablauf
kann dadurch ausgelöst werden,daß entweder am Eingang e ein Binärsignal mit dem
logischen Wert 0 oder an beiden Eingängen c und d jeweils ein Binärsignal mit dem
logischen Wert 1 anliegt.
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Bei Anlegen der Betriebsspannung erfolgt die Voreinstellung des Binärzählers
5 über ein Einschaltstellglied 6 auf die Ausgangswerte Q1 = 1 und Q2 = 1. Dieser
Binärwert kennzeichnet denjenigen Periodenabschnitt, in dem der Signaltongenerator
8 gesperrt ist. Sollte der Taktgenerator 3 durch die Flip-Flop-Schaltung 2 zufällig
freigegeben sein, so zählt die Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 bis zu der Zahl
"9" und setzt dann über den Rückstellausgang Z die Flip-Flop-Schaltung 2 zurück.
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Bei Vorliegen der Aktivierungssignale am Eingang e bzw.
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an den Eingängen c, d gibt die Flip-Flop-Schaltung 2 den Taktgenerator
3 frei, der daraufhin Taktimpulse an den Takteingang Cl der Zähler-Dezimaldekoderschaltung
4 abgibt.
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Der Ausgang C dieser Schaltung ist mit dem Binärzähler 5 verbunden.
Dieser Binärzähler 5 ist durch zwei Flip-Flops FF1 FF2 gebildet. Die Ausgänge Q1
und Q2 dieser Flip-Flops geben dabei Binärsignale ab, die zusammen den jeweiligen
Periodenabschnitt kennzeichnen.
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Die Verknüpfuslogik 7 ist zur Erzeugung der in Fig.3 oben dargestel7çen
Signaltonfolge mit den Dezimalausgängen 2, 3, 6, 7, 9 und dem Ausgang C der Zähler-Dezimaldekoderschaltung
4 verbunden, sowie mit den Binärausgängen Q1, Q2 und 52 des Binärzählers 5.
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Beim gewählten Ausführungsbeispiel sind diese Zählersignale über NOR-Gatter
NOR 1, NOR 2 und NOR 3, sowie über NAND-Gatter NAND 1 und NAND 2 miteinander verknüpft.
Am Ausgang X des NOR-Gatters NOR 2 wird das erste Binärsignal abgegeben, das den
Frequenzteiler 9 steuert. Am Ausgang Y des ersten NAND-Gatters NAND 1 steht das
zweite Binärsignal an, das den Signaltongenerator 8 freigibt oder sperrt.
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Die besondere Art der Verknüpfung innerhalb der Verknüpfungslogik
7 ist unten näher erläutert.
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Die in Fig.3 dargestellte Signaltonfolge ist in vier Periodenabschnitte
von jeweils 0,6 sec. Dauer eingeteilt.
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Während des ersten Periodenabschnitts soll die erste Hälfte mit der
tieferen Frequenz belegt sein, d.h. der umstellbare Frequenzteiler 9 soll eine Teilung
der Signaltongeneratorfrequenz durch vier durchführen; während der zweiten Hälfte
des ersten Perioden abschnitts soll ein höherer Ton erzeugt werden, d.h. der umschaltbare
Frequenzteiler 9 soll hier die Signaltongeneratorfrequenz nur durch drei teilen.
Die Signaltongeneratorfrequenz beträgt in diesem Beispiel 28,8 kHz.
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Im zweiten Periodenabschnitt soll dreimal die tiefere Frequenz und
zweimal die höhere Frequenz erzeugt werden, im dritten Periodenabschnitt soll lediglich
die höhere Frequenz erzeugt werden, und im vierten Periodenabschnitt soll überhaupt
kein Ton erzeugt werden. Wie aus dem unterhalb dieser Signaltonfolge aufgezeichneten
Impulsdiagrarnm zu entnehmen ist besitzen die Taktimpulse des Taktgenerators 3 eine
Periodendauer von 60 msZ, d.h. auf einerl
Signal-Periodenabschnitt
entfallen 10 Taktimpulse.
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a) Erster Periodenabschnitt: Mit dem Eintreffen des ersten Taktimpulses
vom Taktgenerator 3 am Takteingang Cl der Zahler-Dezimaldekoderschaltung 4 nimmt
der Ausgang C den logischen Wert 1 an. Dies hat zunächst zur Folge, daß die Ausgänge
Q1 und Q2 des Binärzählers 5 beide den logischen Wert 0 annehmen und damit den ersten
Perioden abschnitt kennzeichnen. An den Eingängen des ersten NOR-Gatters NOR 1 liegt
daher einerseits ein Binärsignal mit dem logischen Wert 1 vom Ausgang C der Zähler-Dezimaldekoderschaltung
4 und andererseits ein Binärsignal mit dem logischen Wert 0 vom Ausgang Q1 des Flip-Flops
FF1 des Binärzählers 5. Das NOR-Gatter NOR 1 gibt daher an seinem Ausgang ein Binärsignal
mit dem logischen Wert 0 ab. Dieses Binärsignal gelangt an einen Eingang des NOR-Gatters
NOR 2. Dementsprechend besitzt das am Ausgang X des zweiten NOR-Gatters NOR 2 abgegebene
erste Binärsignal den logischen Wert 1. Dies führt im Frequenz teiler 9 zu einem
Frequenzteilverhältnis von 1 : 4.
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Mit dem Eintreffen des sechsten Taktimpulses nimmt der Ausgang C der
Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 den logischen Wert 0 an, was dazu führt, daß am
Eingang des ersten NOR-Gatters NOR 1 ebenfalls, wie an dessen anderem Eingang, ein
Binärsignal mit dem logischen Wert 0 anliegt. Das Ausgangssignal des ersten NOR-Gatters
ist daher ein Binärsignal mit dem logischen Wert 1. Dieses Binärsignal gelangt zum
zweiten NOR-Gatter NOR 2 und bewirkt dort, daß dessen Ausgangssignal nunmehr den
binären Wert 0 besitzt. Das erste Binärsignal (am Ausgang X) der Verknüpfungslogik
7 besitzt demnach in der zweiten Hälfte des ersten Phasen ab schnitts den logischen
Wert 0, was beim Frequenzteiler 9 die Umschaltung vom Frequenzteilverhältnis 1 :
4 auf das-Frequenzteilverhältnis 1 : 3 bewirkt. Diese Verhältnisse bleiben bis zum
Ende des ersten
Periodenabschnitts bestehen. Damit ist im ersten
Periodenabschnitt die gewünschte Signaltonfolge erzeugt.
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b) Zweiter Periodenabschnitt: Zu Beginn des zweiten Periodenabschnitts
nimmt der Ausgang Q1 des ersten Flip-Flops FF1 den logischen Wert 1 an.
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Dies bewirkt zunächst, daß das am Ausgang X des zweiten NOR-Gatters
NOR 2 anstehende erste Binärsignal wieder den logischen Wert 1 annimmt, wodurch
der Frequenzteiler 9 wieder auf das Frequenzteilverhältnis 1 : 4 umgestellt wird.
Während der Taktimpulse 13, 14, 17 und 18 des Taktgenerators 3 geben die zugehörigen
Dezimalausgänge 2, 3, 6 und 7 der Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 ein Signal mit
dem logischen Wert 1 ab. Diese dezimal dekodierten Ausgänge werden ODER-mäßig zusammengefaßt
und über ein UND-Gatter an den zweiten Eingang des zweiten NOR-Gatters NOR 2 gegeben,
wodurch dessen Ausgangsbinärsignal - das erste Binärsignal (am Ausgang X) - den
logischen Wert 0 annimmt. Dies führt wieder zu einer Umschaltung des Frequenzteilers
9 auf das Frequenzteilverhältnis 1 : 3.
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Aus dem Signaldiagramm der Fig.3 ist ohne weiteres zu entnehmen, daß
gerade durch die Auswahl der Dezimalausgänge 2, 3, 6 und 7 die im zweiten Periodenabschnitt
gewünschte Signaltonfolge erzeugt wird. Es ist auch ohne weiteres ersichtlich, daß
durch Wahl anderer Ausgänge jede beliebige Signaltonfolge innerhalb des zweiten
Periodenabschnitts erzeugt werden könnte. Der zweite Eingang des UND-Gatters ist
mit Q1 des FF1 verbunden, womit bewirkt wird, daß nur im 2. und 4. Periodenabschnitt
diese besondere Tonfrequenz-Umschaltung erfolgt.
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c) Dritter Periodenabschnitt: Zu Beginn des dritten Periodenabschnittes
wechseln die Ausgänge Q1 und Q2 der Flip-Flops FF1, FF2 ihren logischen Zustand:
der Ausgang Q1 nimmt den logischen Wert 0 an, der Ausgang Q2 den logischen Wert
1. Am Eingang des dritten
NOR-Gatters NOR 3 stehen daher zwei Binärsi-gnale
mit dem logischen Wert 0 an, nämlich eines vom Ausgang Q1 des ersten Flip-Flops
FF1 und eines vom invertierten Ausgang Q2 des zweiten Flip-Flops FF2. Das Ausgangssignal
des NOR-Gatters NOR 3 besitzt daher den logischen Wert 1, wird dem dritten Eingang
des zweiten NOR-Gatters NOR 2 zugeführt, und resultiert schließlich in einem logischen
Wert 0 des ersten Binärsignals (am Ausgang X) der Verknüpfungslogik 7, wodurch in
schon bekannter Weise der Frequenzteiler 9 auf das Frequenzteilverhältnis 1 : 3
gesteuert wird. Diese Verhältnisse bleiben während des gesamten dritten Periodenabschnitts
bestehen, so daß auch dieser Teil der vorgegebenen Signaltonfolge entspricht.
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d) Vierter Periodenabschnitt: In diesem Periodenabschnitt soll gemäß
Vorgabe überhaupt kein Signal erzeugt werden, dies wird folgendermaßen erreicht:
im vierten Periodenabschnitt besitzen die beiden Ausgänge Q1 und Q2 der Flip-Flops
FF1, FF2 beide den logischen Wert 1. Diese beiden Binärsignale werden den beiden
Eingängen eines NAND-Gatters NAND 1 zugeführt, das nur bei Vorliegen dieser Konstellation
ein Binärsignal mit dem logischen Wert 0, das zweite Binärsignal (am Ausgang Y)
der Verknüpfungslogik 7, abgibt. Dieses Binärsignal mit dem logischen Wert 0 bewirkt,
daß der Signaltongenerator 8 gesperrt wird, so daß, unabhängig vom gerade eingestellten
Frequenzteilungsverhältnis des Frequenzteilers 9 die Erzeugung eines Signal tons
verhindert wird. Damit ist auch das vorgegebene Ziel im vierten Periodenabschnitt
erreicht.
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Am Ende dieses vierten Periodenabschnitts wird außerdem die Flip-Flop-Schaltung
2 wie folgt zurückgesetzt: Die Ausgänge Q1 und Q2 der Flip-Flops FF1, FF2 sind mit
zwei Eingängen eines zweiten NAND-Gatters NAND 2 verbunden, dessen dritter Eingang
mit dem Dezimalausganglt9 der Dekoderschaltung 4 verbunden ist. Erreicht nun während
des
vierten Periodenabschnitts, in dem sowohl der Ausgang Q1 als
auch der Ausgang Q2 den logischen Wert 1 aufweisen, die Zähler-Dezimaldekoderschaltung
4 die Zählstufe49lzu 9' zu Beginn des vierzigsten Taktimpulses des Taktgenerators
3, so wird dieses NAND-Gatter NAND 2 aktiviert und gibt an seinem Ausgang ein Binärsignal
mit dem logischen Wert 0 ab. Dadurch wird die Flip-Flop-Schaltung 2 zurückgesetzt,
die ihrerseits den Taktgenerator 3 anhält, sofern nicht über diesen Zeitpunkt hinaus
ein Setzsignal an den Eingängen c, d bzw. am Eingang e der Auslöseschaltung 1 vorhanden
ist.
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Es erweist sich dabei als besonders vorteilhaft, den Ausgang C der
Zähler-Dezimaldekoderschaltung 4 sowohl zur Steuerung des Binärzählers 5 als auch
direkt zur Erzeugung des ersten Binärsignals (am Ausgang X) heranzuziehen.
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Beim angegebenen Ausführungsbeispiel ist es daher durch Verwendung
eines Signaltongenerators 8 mit einer Frequenz von 28,8 kHz möglich, eine Signaltonfolge
mit abwechselnder Frequenz zu erzeugen, wobei die Grundfrequenz nach Passieren des
Oktavteilers 9 in diesem Ausführungsbeispiel 450 Hz (niedrige Frequenz) bzw. 600
Hz (höhere Frequenz) beträgt. Diese Frequenzen werden mit ihren zugehörigen Oberwellen
abgestrahlt.
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Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung bietet also eine vollelektronische
und damit wartungsfreie Möglichkeit, eine Signaltonfolge aus verschiedenen Frequenzen
zu erzeugen und abzustrahlen.