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Schaltung zur Befehlsdekodierung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Befehlsdekodierung bei Befehlen,
die durch fehlende positive und/ oder negative Halbwellen in einem von einer Wechselspannung
abgeleiteten Wechselsignal definiert sind.
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Beispielsweise bei Lichtdimmern müssen verschiedenartige Befehle über
eine vorhandene Zweidrahtleitung übertragen werden. Dies ist nur möglich, wenn die
Befehle an der Eingabestelle kodiert und von einer Auswerteschaltung wieder dekodiert
werden. Da eine Wechselspannung bei Jlichtdimmern, beispielsweise die Netzspannung,
vorhanden , aL, empfiehlt es sich, aus dieser Netzspannung verschiedene Signale
abzuleiten, die definierten Befehlen entsprechen.
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In der Figur 1 ist dargestellt, wie eine derartige Befehlskodierung
erfolgen kann. Von der vorhandenen Wechselspannung wird durch Spannungsbegrenzung
ein rechteckförmiges oder trapezförmiges Wechselsignal abgeleitet.
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In der Figur 1 ist zunächst ein Signal dargestellt, das gleichförmig
aus positiven und negativen Impulsen zusammengesetzt ist. Diese Signalform, die
immer dann vorhanden ist, wenn die Wechselspannung anliegt, bedeutet, daß kein Befehl
vorhanden ist. Werden, wie im zweiten Teil der Figur 1 dargestellt ist, die negativen
Teile des
Wechselsignals abgetrennt, so daß nur noch aus den positiven
Halbwellen der Wechselspannung positive Impulse abgeleitet werden, entspricht dies
einer ersten Befehlsgruppe.
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Eine Differenzierung dieser Befehlsgruppe in zwei unterschiedliche
Befehle ist beispielsweise dadurch möglich, daß für die fehlenden negativen Halbwellen
eine Grenzzahl definiert wird. Wird diese Grenzzahl unterschritten, so handelt es
sich um den einen Befehl, wird diese Grenzzahl dagegen überschritten, so handelt
es sich um einen zweiten Befehl.
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In gleicher Weise wird eine zweite Befehlsgruppe dadurch definiert,
daß die aus den positiven Halbwellen der Wechselspannung abgeleiteten Teile des
Signals abgeblockt werden, so daß nur noch die negativen lmpulsteile über die Signalleitung
übertragen werden. Durch Benutzung des Zeitfaktors kann auch diese Signalgruppe
beispielsweise in zwei definierte Einzelbefehle aufgeteilt werden.
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Werden sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen unterdrückt,
wie dies im letzten Teil des Diagramms der Figur 1 dargestellt ist, entspricht dies
einem 5. Befehl, der wiederum durch Einführung eines Zeitfaktors aufgeteilt werden
kann. Bei einem Lichtdimmer kann jedem der genannten 5 Befehle, die über die Zweidrahtleitung
übertragen werden, eine Bedeutung zugemessen werden, die auch noch vom Zustand des
gesteuerten Aggregats abhängig gemacht werden kann.
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In der Figur 2 ist schematisch dargestellt, wie die in der Figur 1
angedeuteten Befehlsgruppen realisiert werden.
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Die Netzspannung mit 50 llz wird dabei als Träger verwendet. Die Wechselspannung
kann zunächst über einen Vorwiderstand und ein Zenerdiodenpaar auf einen niedrigeren
Wert begrenzt werden, so daß bei nicht betätiqten Tasten ein trapezförmiges, niedervoltiges
Signal auf die Logikschaltung gegeben wird. Durch Betätigen eines ersten Tast-Schalters
T1 können nun die negativen Halbwellen des Wechselsignals gegen Masse abgeleitet
werden, während die Diode D3 eine Kurzschließung der positiven Halbwellen verhindert.
In diesem Fall werden der Logik nur die posi--iven Halbwellen des Wechselsignals
zugeführt, was je nach der Zeitdauer der Schalterbetätigung dem Befehl 1 bzw.
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2 entspricht. In gleicher Weise werden mit Hilfe der Taste T2 und
der Diode D4 die positiven Halbwellen des Wechselsignals abgetrennt und so die Befehle
3 und 4 realisiert. Die Befehle 5 und gegebenenfalls 6 werden mittels der Taste
T3, die einen Kurzschluß der Zweidrahtleitung verursacht, erzeugt.
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Bei einem Lichtdimmer können zur Realisierung der angegebenen Befehle
zwei- oder dreiflächige Berührungssensoren verwendet werden. Bei einer zweiflächigen
Ausführung müssen zur Erzeugung des Befehls 5 beide Flächen gleichzeitig berührt
werden, während zur Erzeugung der beiden anderen Befehlsgruppen jeweils eine der
Schaltflächen berührt oder betätigt werden.
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Zur Unterdrückung von Fehlinformationen ist es sinnvoll, wenn eine
minimale Befehlsdauer definiert wird und Befehle, die diese Minimaldauer unterschreiten,
als Störung oder Fehlinformation ausgeblendet werden.
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Die abgegebenen Befehle müssen nun auf der Empfängerseite wieder von
einer Logikschaltung dekodiert und ausgewertet werden. Hierzu sind analoge Schaltungstechniken
bekannt, die das Eingangssignal über RC-Glieder integrieren und beispielsweise über
Schmitt-Triggerschaltungen dekodieren.
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Der vorliegenden Patentanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand
an diskreten Bauelementen, beispielsweise an RC-Gliedern, die zusätzlich zur eigentlichen
monolithisch integrierten Logikschaltung benötigt werden, zu senken bzw. auf RC-Glieder
ganz zu verzichten.
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Die Dekodierschaltung soll ein Teil der Logikschaltung werden. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäB dadurch gelöst, daß zwei Eingangszähler vorgesehen
sind, die zur Aufsummierung der Nulldurchgänge der Wechselspannung dienen, daß diese
Zähler so an den Signaleingang angeschlossen sind, daß sie von jeder vorhandenen
negativen bzw. positiven Halbwelle im Signal zurückgesetzt werden, so daß eine Fortzählung
in einem einer Halbwellenart zugeordneten Zähler und damit eine Signalabgabe durch
diesen Zähler nur beim Fehlen einer bestimmten Anzahl entsprechender Halbwellen
erfolgt.
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Bei diesem neuen Schaltungskonzept, wird auf eine Integration der
Eingangssignale verzichtet, und die Signaldekodierung erfolgt nur über Zähler und
Logikschaltungen.
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Zur weiteren Signaldifferenzierung bei mit einem Zeitfaktor behafteten
Signalen, wird an jeden Eingangszähler vorzugsweise eine weitere Zählerkette angeschlossen,
durch die festgestellt wird, ob die Anzahl der fehlenden halbwellen einen bestimmten
Wert unter- oder überschreitet, wobei jedem der beiden möglichen Fälle eine definierte
Signalbedeutung zugeordnet ist.
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Den Ausgangszählern wird vorzugsweise eine Logik nachgeschaltet, die
zur Dekodierung des aus fehlenden positiven und negativen Halbwellen im Signal bestehenden
Befehls dient. Diese Logikschaltung kann beispielsweise aus einem einfachen UND-Gatter
bestehen, dessen Ausgang ein Taktflipflop ansteuert.
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Bei einem Lichtdimmer werden beispielweise 5 Befehle wie folgt definiert:
Befehl 1: es fehlen negative Halbwellen während einer Berührungszeit tB1, wobei
gilt: 40 ms < tB1 < 240 ms Befehl 2: es fehlen negative Halbwellen während
einer Berührungszeit tB2, wobei gilt: tB2 > 240 ms Befehl 3: es fehlen positive
Halbwellen während einer Berührungszeit tB3, wobei gilt: 40 ms < tB3 < 240
ms
Befehl 4: es fehlen positive Halbwellen während einer Berührungszeit
tB4, wobei gilt: tB4 > 240 ms Befehl 5: es fehien positive und negative Halbwellen
während einer Berührungszeit tB5r wobei gilt: t > 60 ms Die Befehlsbedeutung
hängt dabei noch zusätzlich vom Schaltzustand des gesteuerten Gerätes ab, was den
Befehlsvorrat im beschriebenen Beispiel verdoppelt. Den genannten Befehlen werden
verschiedene Funktionen zugeordnet.
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Diese Funktionen sind beispielsweise bei einer gesteuerten Lampe:
1. Einschalten auf maximale Welligkeit.
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2. Einschalten auf minimale Helligkeit.
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3. Einschalten auf einen gespeicherten Helligkeitswert.
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4. Erhöhen des Speicherwertes um Helligkeitsstufen.
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Diese Befehle werden beispielsweise aus dem Signal abgeleitet, wenn
die Lampe im Ausgangs zustand ausgeschaltet ist. Bei einem eingeschalteten Ausgangszustand
haben die Befehle beispielsweise folgende Bedeutung.
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5. Hochdimmen des Lichtes in einer definierten Anzahl von Schritten.
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6. Ausschalten mit Speichern des Helligkeitswertes.
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7. Abdimmen des Lichtes zur Minimalhelligkeit.
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8. Automatisches Abdimmen während einer relativ langen Zeitspanne
mit nachfolgendem Ausschalten.
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Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im
weiteren anhand eines Ausführungsbeispieles unter Hinweis auf die Figuren 3 und
4 noch näher erläutert werden.
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gemäß Figur 3 ist die Wechselspannungsquelle über ein Widerstandsnetzwerk
R1 und R2 einmal an den Signaleingang E und zum anderen an einen Null-Durchgangsdetektor
N angeschlossen. Der Null-Durchgangsdetektor N gibt bei jedem Null-Durchgang der
anliegenden Wechselspannung einen Impuls ab. Diese Impulse werden von beiden Zählern
Z1 und Z2, sofern keine Rückstellung erfolgt, aufsummiert. Am Signaleingang können
nun mit Hilfe einer in Figur 2 dargestellten Schalteranordnung positive bzw.
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negative Halbwellen des Eingangswechselsignals unterdrückt werden.
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Die im Signal enthaltenen positiven Halbwellen werden über die Diode
D2 auf eine Schmitt-Triggerschaltung S2 gegeben, deren Ausgangsrechteckimpulse,
die den positiven Halbwellen im Signal entsprechen, dem Rücksetzeingang R des Eingangs
zählers Z2 zugeführt werden. In gleicher Weise gelangen die negativen Halbwellen
im Signal über die Diode D1 und eine Schmitt-Triggerschaltung S1 in Form von Rechteckimpulsen
zum Rücksetzeingang R des Eingangszählers Z1 Die Zählerketten Z1 und Z2 werden beispielsweise
aus hintereinander geschalteten Taktflipflops aufgebaut und bestehen im Ausführungsbeispiel
aus sogenannten 2 3-Zählern, die nach 4 Eingangsimpulsen am Ausgang auf "High"-Potential
umschalten, sofern in dieser Zeit kein Rücksetzimpuls am Eingang R auftritt.
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Geht man ron der 50 Hz-Frequenz der zur Verfügung stehenden Wechselspannung
aus, so gibt der Null-Durchgangsdetektor bei jedem Null-Durchgang und somit nach
jeweils 10 msec einen Impuls ab. Wenn beim Wechseleingangssignal weder positive
noch negative Halbwellen unterdrückt werden, erhält der Rücksetzeingang der Zählerketten
Z1 und Z2 auf jeweils 20 msec einen Rücksetzimpuls. Fehlen wenigstens 2 derartige
Rücksetzimpulse bei einem der beiden-Zählerketten Z1 und Z2, was einer Mindestzeitspanne
von 40 msec entspricht, so schaltet die Zählerkette um und am Ausgang erscheint
"High"-Potential bzw. eine
logische 1. Fehlt nur ein Rücksetzimpuls,
so wird diese Information als Störung ausgeblendet.
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Daraus ergibt sich, daß nach zwei fehlenden negativen Halbwellen die
Zählerkette Z1 umschaltet und falls wenigstens zwei positive Halbwellen im Signal
fehlen, schaltet die Zählerkette Z2 um. Der Zählerkette Z1 sind weitere Zählerketten
nachgeschaltet, durch die festgestellt wird, ob eine definierte Anzahl fehlender
negativer Halbwellen im Signal unter- oder überschritten wird, was entweder dem
Befehl 1 oder dem Befehl 2 ergibt.
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Die zeitliche Befehlsgrenze liegt beim Ausführungsbeipiel bei 240
msec. Dies bedeutet, da alle 20 msec eine negative Halbwelle auftreten kann, daß
bei 2 bis 12 fehlenden negativen Halbwellen das Signal als Befehl 1 dekodiert wird
und bei mehr als 12 fehlenden negativen Halbwellen der Befehl 2 dekodiert wird.
In gleicher Weise wird bei fehlenden positiven Halbwellen über die an die Zählerkette
Z2 angeschlossenen Zählerketten Z4 eine zeitabhängige Differenzierung des Signals
vorgenommen und entweder der Befehl 3 oder der Befehl 4 dekodiert.
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Fehlen im Signal sowohl positive als auch negative Halbwellen, so
schalten beide Zählerketten Z1 und Z2 nach 40 msec auf "High"-Potential um. Beide
Ausgänge sind über eine Logik G1 miteinander verknüpft, die nur dann zur Umschaltung
eines Taktflipflops T FF1 führt, wenn
während einer Rücksetzimpuls-freien
Abfrageperiode an beiden Ausgängen der Zählerketten Z1 und Z2 eine logische "1"
erscheint. In diesem Fall wird durch den Ausgang des Taktflipflops TFF1 der Befehl
5 dekodiert, der wiederum in zwei verschiedene Befehle aufgeteilt werden kann, wenn
in nachgeschalteten Zählerketten die Zeitdauer des Signals in der dargestellten
Weise festgestellt wird.
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Anhand der Figur 4 wird dargestellt, wie die vom Eingangszähler Z1
erkannte Befehlsgruppe durch nachgeschaltete Zählerketten in die Befehle 1 und 2
aufgeteilt wird.
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Der Übersichtlichkeit halber wird auf die Darstellung der Zählerkette
Z4 (Figur 3) verzichtet.
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Bei der Schaltung nach der Figur 4 gelangen, wie bereits erläutert,
die vom Null-Durchgangsdetektor N abgegebenen Taktimpulse zum Summiereingang T der
Zählerkette Z1, während die negativen Halbwellen im Signal über die Diode D1 und
die Schmitt-Triggerschaltung S1 auf den Rücksetzeingang R der Zählerkette Z1 gelangen.
Fehlen beispielsweise mindestens zwei negative Halbwellen im Eingangssignal, so
schaltet die Zählerkette Z1 um, wodurch ein Set-Reset-Flipflop FF2 gleichfalls auf
"High"-Potential am Ausgang gesetzt wird.
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Der Ausgang des R-S-Flipflops FF2 geht auf ein UND-Gatter G2, dessen
Ausgang mit dem Takteingang der Zählerkette Z 3a verbunden ist. Am Ausgang Q der
Zählerkette Z3a steht zunächst eine logische "0", während am invertierten Ausgang
Q eine logische "1" steht. Dieser Ausgang Q der Zählerkette Z 3a ist wiederum mit
dem UND-Gatter G2 verbunden. Der Ausgang der Zählerkette Z1 wird direkt mit der
UND-Schaltung G2 verknüpft, so daß nach 40 msec oder nach zwei fehlenden negativen
Halbwellen im Eingangssignal die Gatterschaltung G2 durchgeschaltet wird und einen
Impuls an den Takteingang T der Zählerkette Z 3a abgibt.
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Nach insgesamt 240 msec oder bei 12 fehlenden negativen Halbwellen
im Eingangssignal wird auf die Zählerkette Z 3a der dritte Eingangsimpuls gegeben,
durch den infolge der Auslegung dieser Zählerkette (23 ) eine Umschaltung am Ausgang
erfolgt. Am Ausgang Q erscheint eine logische "1", die die nachgeschaltete Gatterschaltung
G3, bei der es sich beispielsweise gleichfalls um ein UND-Gatter handelt, freigibt.
Am Eingang Q entsteht eine logische "0", durch die sowohl das UND-Gatter G5 als
auch das UND-Gatter G2 gesperrt wird.
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Der zweite Eingang des UND-Gatters G3 ist mit dem TakE-geber bzw.
Null-Durchgangsdetektor verbunden, so daß diese Gatterschaltung G nach der Freigabe
durch die Zählerkette Z 3a beim nächsten erscheinenden Taktimpuls
ein
Ausgangssignal abgibt, das dem Befehl 1 entspricht.
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Wenn im Signal weniger als 12 negative Halbwellen fehlen, so bleiben
die Ausgänge der Zählerkette Z 3a in ihrem Ausgangszustand und die Gatterschaltung
G3 wird nicht freigeben.
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In diesem Fall kann jedoch die Zählerkette Z 3b voll gezählt werden,
da die dieser Zählerkette Z 3b vorgeschaltete UND-Verknüpfung G4 über den Ausgang
des R-S-Flipflops FF2 durchgeschaltet bleibt, so daß die vom Null-Durchgangsdetektor
N abgegebenen Signale vom Zähler Z 3b aufsummiert werden können. Dem Zähler Z 3b
ist wiederum ein UND-Gatter G5 nachgeschaltet, das mit dem invertierenden Ausgang
des Zählers Z 3a und dem Taktgeber verbunden ist und freigegeben wird, sobald der
Zähler Z 3b voll gezählt ist.
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Dies ist beispielsweise der Fall nach 32 Taktimpulsen, also nach 320
msec, sofern im Signal weniger als 12 negative Halbwellen, jedoch mehr als 2 negative
Halbwellen fehlen. Sobald der Zähler Z 3b voll gezählt ist, passiert der nächste
Taktimpuls das UND-Gatter G5 und der Befehl 2 wird am Ausgang des UND-Gatters G5
abgegeben, während das Gatter G3 gesperrt bleibt.
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Schließlich ist noch eine "Reset-Logik" vorgesehen, die ihre Eingangsinformation
von der die Befehle auswertenden Logik erhält. Sobald diese Auswertelogik, die im
einzelnen nicht dargestellt ist, den Befehl erkannt und ausgewertet hat, wird die
Befehlserkennung quittiert, und
die "Reset-Logik" setzt die Zählerketten
Z 3a und Z3b sowie das R-S-Flipflop FF2 in den Ausgangszustand zurück.
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Bei den einzelnen Bausteinen der Schaltung gemäß den Figuren 3 und
4 handelt es sich um bekannte und in der Logiktechnik häufig verwendete Baueinheiten.
Insofern erübrigt es sich, auf den Aufbau der Zählerketten, die vorzugsweise aus
Taktflipflops bestehen, und die Schmitt-Triggerschaltungen im einzelnen einzugehen.
Es ist auch bekannt, wie ein Null-Durchgangsdetektor und logische UND-Verknüpfungen
zu realisieren sind.
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L e e r s e i t e