DE2850652C2 - Digitale Halbleiterschaltung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Halbleiterschaltung mit zwei Schaltungsteilen, die jeweils eine Kette hintereinander geschalteter Flip-Flopzellen enthalten. Von einem Taktgeber wird dabei eine zur Steuerung der beiden Schaltungsteile dienende Folge von Taktimpulsen zur Verfuegung gestellt. Einer dieser beiden Schaltungsteile ist als Schieberegister ausgebildet, sein Schiebetakt ist durch die genannte Folge von Taktimpulsen gegeben. Eine solche Schaltung ist in der DE-AS 21 12 637 beschrieben. In ihr ist auch der zweite Schaltungsteil als Schieberegister ausgebildet. Die Erfindung schlaegt nun vor, zur Informationsvermittlung die Kombination eines Schieberegisters mit einem Dualzaehler zu verwenden. Die Schaltung hat sich z.B. bei der Steuerung der Digitalbausteine in einer elektronischen Orgel bewaehrt. and erfordert. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Halbleiterschaltung mit einem eine Kette hintereinander geschalteten Flip-Flopzellen enthaltenden ersten Schaltungsteil und einem eine weitere Kette hintereinander geschalteter Flip-Flopzellen enthaltenden zweiten Schaltungsteil, bei der von einem Taktgeber eine zur Steuerung der beiden Schaltungsteile dienende Folge von Taktimpulsen zur Verfügung gestellt und bei der einer dieser beiden Schaltungsteile als Schieberegister ausgebildet sowie dessen Schiebetakt durch die genannte Folge von Taktimpulsen gegeben ist.

Eine solche Schaltung ist in der DE-AS 21 12 637 beschrieben. Diese Auslegeschrift bezieht sich auf eine komplexe Schaltungsanordnung mit einander verschalteten integrierten Schaltkreisen, deren einzelne Merkmale für die vorliegende Betrachtung nicht genannte zu werden brauchen. Bei diesen Schaltkreisen ist jedoch vorgesehen, daß die von ihnen gelieferten Informationen parallel einem Ausgabeschieberegister zur seriellen Übertragung in ein dem benachbarten Schaltkreis zugehöriges Eingabe-Schieberegister übertragen und von diesem parallel an einzelne Bestandteile jenes Schaltkreises angeboten werden.

Bei dieser Schaltung ist also der erste Schaltungsteil durch ein als Parallel-Serienwandler betriebenes Schieberegister und der zweite Schaltungstei! durch ein in bezug auf den ersten Schaltungsteil als Serien-Parallelwandler geschaltetes weiteres Schieberegister gegeben. Der Hauptteil eines solchen Schieberegisters ist gewöhnlich durch eine Kette hintereinander geschalteter gleicher Fiip-Flopzellen mit jeweils einem Takteingang für den Schiebetakt und einem Informationseingang sowie einem Informationsausgang gegeben, der an den Informationseingang der jeweils folgenden Zelle geschaltet ist. Mit der bekannten digitalen Halbleiterschaltung lassen sich also Informationen von einem Schaltungsteil zu einem anderen Schaltungsteil übertragen, wobei bei aus einzelnen Bausteinen zusammengesetzten Komplexschaltungen die beiden Schieberegister in verschiedenen Chips angeordnet sein können.

Bekanntlich ist ein Schieberegister eine Schaltung, bei der eine Information in unveränderter Form transportiert werden kann. Dies liegt daran, weil die einzelnen Flip-Flopzellen (meist Master-Slave-Flip-Flops) des Schieberegisters so miteinander verbunden sind, daß mit jedem Taktimpuls die in der einzelnen Zelle gespeicherte Information auf die jeweils folgende Zelle derart

übertragen wird, daß die gespeicherte Gesamtinformation sich um einen Schritt in der gleichen Richtung verschiebt. Jedoch gibt es noch die Möglichkeit die Zellen einer Flip-Flopkette in anderer Weise, näml'ch als Dualzähler, zu schalten. Auch hier findet eine Steuerung des Betriebszustandes der jeweils nachfolgenden Zelle durch die jeweilige Vorzelle statt Jedoch ist die Steuerung so, daß unmittelbar nach einer Änderung des Betriebszustandes einer jeweils nachgeschalteten Flip-Flopzelle diese zwar den Betriebszustand der Vorzelle übemommeii hat, daß aber andererseits die Vorzelle in der Regel ihren Betriebszustand gewechselt hat, wobei Rückkopplungen von nachgeschalteten Zählzellen auf Vorzellen wirksam werden.

Dieses zum Verhalten eines Schieberegisters abweichende Verhalten eines Dualzählers eröffnet, wie gemäß der Erfindung erkannt wurde, interessante Möglichkeiten der Informationssteuerung zwischen verschiedenen Schaltungsteilen einer digitalen Halbleiterschaltung.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, die geeignet ist, binär codierte, zeitlich sich ändernde Informationen nach vorgegebenen Kriterien auszuwählen und sie in einer zeitlichen Zuordnung ggf. wieder abrufbereit zu halten.

Gemäß der Erfindung ist deshalb die eingangs angegebene digitale Halbleiterschaltung so ausgestaltet, daß der andere der beiden Schaltungsteile als Dualzähler ausgebildet und mit den Impulsen des Schiebetakts als Zählimpulse beaufschlagt ist, daß ferner der Taktgeber zur periodischen Abgabe eines der Steuerung der Informationsaufnahme und/oder Informationsabgabe des Schieberegisters dienenden Hilfsimpulses mit einer im Vergleich zur Häufigkeit der Schiebetaktimpulse kleineren Häufigkeit derart befähigt ist, daß die Anzahl der pro Sekunde anfallenden Schiebetaktimpulse zu der Anzahl der pro Sekunde anfallenden Steuerimpulse in einem festen ganzzahligen Verhältnis steht, daß ferner die Steuerimpulse auch als Rücksetzimpulse für den Dualzähler diener und daß schließlich die am Informationsausgang des ersten Schaltungsteiles anfallenden Informationen zur Steuerung der Informationsweitergabe aus dem zweiten Schaltungsteil vorgesehen sind.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Schaltungsteil durch das Schieberegister und der zweite Schaltungsteil durch den Dualzähler gegeben. Bei einer zweiten Ausführungsform ist der erste Schaltungsteil der Dualzähler und der zweite Schaltungsteil das Schieberegister.

Die Erfindung wird nun anhand der F i g. 1 bis 4 näher beschrieben. Dabei sind in den

F i g. 1 und 4 Ausführungen nach der ersten Variante der Erfindung und in

F i g. 2 eine Ausführung entsprechend der zweiten Variante und in

Fig. 3 eine Möglichkeit der Erzeugung der Hilfsimpulse mittels eines der Schiebetakte liefernden Taktgebers gezeigt.

Bei der in F i g. 1 im Blockschaltbild dargestellten Anlage gemäß der Erfindung ist der erste Schaltungsteil mit einer Flip-Flopkette durch das Schieberegister SR und der zweite Schaltungsteil durch einen Dualzähler DZgegeben. Der Dualzähler kann ein Asynchronzähler oder im Interesse einer höheren Schaltgeschwindigkeit ein Synchronzähler sein

Die zu verarbeitenden Informationen in Gestalt von Digitalsignalen fallen an mehreren Informationseingängen I, N, III usw. der Anlage parallel an und werden über je ein dem betreffenden Signaleingang i bzw. Il bzw. III usw. zugeordnetes UND-Gatter U in bekannter Weise parallel in das Schieberegister SR eingeschrieben, sobald der von dem Taktgeber !"gelieferte Hilfstakt U_b als Übernahmetakt auf den zweiten Eingang der UND-Gatter U gegeben ist. Dieser Übernahmetakt Ub dient zugleich zur Beaufschlagung des Rücksetzeinganges R des Dualzählers DZ und sorgt deshalb bei seinem Auftreten dafür, daß der Dualzähler .DZ auf den Ausgangszustand zurückgestellt wird.

Der somit als Steuerimpuls gemäß der oben gegebenen Definition dienende Hilfsimpuls LA, wird vom Ausgang 2 des Taktgebers Tund der Schiebetakt biiw. Zähltakt Φ vom Ausgang 1 des Taktgebers T jeweils in periodischen Abständen abgegeben. Demzufolge hat man die folgende Schaltweise: Zunächst liegt der Ausgang 2 des Taktgebers T am Rücksetzeingang R des Dualzählers DZ und an je einem der beiden Signaleingänge der UND-Gatter U, während der die Schiebetaktimpulse Φ liefernde Ausgang 1 des Taktgebers Tmit dem Zähleingang ZE des Dualzählers DZ und dem Schiebetakteingang SE des Schieberegisters SR verbunden ist Der Signalausgang der einzelnen UND-Gat· ter U ist in der bei Anschaltung eines Schieberegisters als Parallel-Serienwandler üblichen Weise entsprechend der vorgesehenen Reihenfolge an je einen Signaleingang für Information des Schieberegisters SR gelegt. Die einzelnen Ausgänge des Dualzählers DZ liegen an je einem Eingang je eines zwei Eingänge aufweisenden UND-Gatters U", welches zur Weitergabe des im Zähler DZ vorliegenden Zählstandes bei Freigabe durch die am Ausgang des ersten Schaltungsteils SR erscheinenden Information vorgesehen ist. Demzufolge ist der Signalausgang SA des ersten Schaltungsteils, also der Signalausgang SA für serielle Auslesung des Schieberegisters SR, an den zweiten Eingang der UND-Gatter U* gelegt, während die Ausgänge der einzelnen UND-Gatter U* an je einen Adreßeingang eines durch den Dualzähler DZ zu beaufschlagenden Speichers SP, z. B. eines vom Taktgeber T gesteuerten Schieberegisters angeschaltet sind. Dieser Speicher SP sorgt für die Weiterleitung und Auswertung des im Dualzähler DZ beim Vorliegen eines entsprechenden Steuersignals D am Ausgang SA des den ersten Schaltungsteil bildenden Schieberegisters SR vorhandenen Zählerstandes. Liegt am Informationsausgang SA des Schieberegisters SR eine EINS vor, so wird der Zählstand EINS von den einzelnen Ausgängen des Dualzählers DZaIs EINS und der Zählstand NULL als NULL an den Speicher SP übertragen. In allen anderen Fällen wird lediglich eine NULL übertragen, gleichgültig, ob der Stand an dem betreffenden Zählausgang einer NULL oder einer EI NS entspricht.

Wie noch anhand der Fig.4 gezeigt wird, spielt die soeben beschriebene Variante der Erfindung eine Rolle bei der Herstellung einer elektronischen Orgel.

Die zweite Variante der Erfindung liegt der in Fig. 2 dargestellten Anlage zugrunde. Als erster Schaltungsteil

bo ist demgemäß ein Dualzähler DZ und als zweiter Schaltungsteil ein Schieberegister SR vorgesehen. Ein UND-Gatter UG] wird von mindestens einem Teil der Zählerstufer, Jes Dualzählers DZ und ggf. noch vom Schiebetakt Φ bzw. durch über einen externen Signaleingang !V

b5 zugefiihrte Digitalsignale gesteuert. Dabei ist je ein Eingang des UND-Gatters LOi je einem steuernden Signaiausgang des Dualzählers DZ und dem Ausgang 1 des Taktgebers 7" bzw. dem Signaleingang IV zugeord-

net. Die am Ausgang 2 des Taktgebers Terscheinenden Steuerimpulse Ut, werden wiederum als Rücksetzimpulse an den Reseteingang R des Dualzählers DZ gelegt, während sie andererseits dazu dienen, die Informationseingabe in das Schieberegister SR zu steuern. Dies kann z. B. in derselben Weise wie bei dem Schieberegister SR der Anordnung gemäß F i g. 1 erfolgen. Es ist aber auch möglich, durch die Impulse Ub jedesmal eine Rücksetzung des Schieberegisters SR zu veranlassen.

Der Ausgang des UND-Gatters UC] gibt nur dann to ein Signal ab, wenn alle seine Eingänge mit einer logischen EINS beaufschlagt sind. Das ist der Fall, wenn an den an das UND-Gatter UG\ angeschlossenen Ausgängen der Zählerstufen des Dualzählers (gewöhnlich sind dies entweder die Q-Ausgänge oder die Q-Ausgänge) jeweils eine logische EINS vorliegt. Bei Vorhandensein einer Verbindung vom Ausgang 1 des Taktgebers Tzum UND-Gatter UG\ und einer solchen Verbindung zwischen dem externen Signaleingang IV und dem Gatter UG\ muß auch hier eine EINS vorliegen, bis das Gatter UG\ anspricht und sein Ausgang ein der Steuerung der Informationsabgabe aus dem Schieberegister SR dienendes Signal D abgibt.

Soll der Aufbau der Information im Schieberegister Si? entsprechend dem obigen Hinweis durch Anwendung der Signale Ub durch Rücksetzen des Schieberegisters SR in den Ausgangszustand erfolgen, so werden durch das Signal Ub alle Zellen des Schieberegisters SR in den Ausgangszustand versetzt, so daß mit dem Auftreten des Impulses U_b die im Schieberegister enthaltene Information gelöscht wird.

Die aus F i g. 3 ersichtliche Darstellung des Taktgebers T ist derart ausgestaltet, daß neben den für die Steuerung der Flip-Flopketten im Dualzähler DZ und im Schieberegister SR erforderlichen Impulsen TM und TiSauch die Steuerimpulse Ub anfallen. Hierzu wird eine Taktgeberanlage Γ benötigt, welche zwei entsprechende Impulsfolgen, z. B. 75 und eine weitere Folge von Impulsen zu liefern imstande ist Die Folge TS kann dann unmittelbar als TS-Takt für das Schieberegister verwendet. Der die andere Impulsfolge liefernde Ausgang des Taktgebers Γ ist erstens an den Zähleingang eines Dualzählers Z, zweitens an den einen Eingang eines NAND-Gatters NG* und drittens an den einen Eingang eines UND-Gatters UG* gelegt. Außerdem liegt ein gewählter Ausgang des Zählers Z sowohl an dem anderen Eingang des NAN D-Gatters NG * als auch. an dem anderen Eingang des UND-Gatters UG*. Der Signalausgang des NAND-Gatters /VG'Iiefert dann die zweite Folge TM der Taktimpulse und der Signalausgang des UND-Gatters UG* die Folge der Steuerimpulse Ub- Suinii sicil't der Ausgang des UND-Gatters UG*den Ausgang 2 und der Ausgang des NAND-Gatters NG* und der das Signal TS liefernde Ausgang des Taktgebers Tgememsam den Ausgang 1 dar.

Im Zusammenhang mit der nun zu beschreibenden F i g. 4 wird zunächst auf folgende Sachlage beim Bau von elektronischen Orgeln hingewiesen- Bei einer solchen Orgel ist eine Vielzahl von Spieltasten, z. B. Manuale zu je 61 Tasten und ein Pedal mit 31 Tasten sowie eine Anzahl von Programmierschahern vorzusehen, die jederzeit und voneinander unabhängig einsetzbar sein müssen. Ferner soll dabei die Möglichkeit einer Eruierung bei Betätigung der zuerst oder der zuletzt angespielten Taste sowie die Möglichkeit weiterer Gruppie- es rungen der durch die Betätigung der einzelnen Spieltasten entstehenden Informationen vorgesehen sein, wobei diese Gruppierungen, ggf. von den jeweils gedrückten Tasten, insbesondere auch programmierbar, abhängen können.

Die in Fig.4 im Blockschaltbild dargestellte Anlage soll diesen Bedürfnissen entgegenkommen. Sie beruht, wie bereits oben erwähnt, auf der ersten Variation der Erfindung und entspricht somit dem aus F i g. 1 ersichtlichen Konzept.

Demzufolge werden die Signaleingänge I, II, 111, ... usw. durch je einen durch die gespielte Taste oder sonstige Art zu schließenden Schalter Si, Sj,... S_n an ein Dauersignal gelegt, das mit dem öffnen des betreffenden Schalters wieder verschwindet. Das dem jeweils betätigten Schalter zugeordnete Signal wird an den Eingang je eines UND-Gatters Ugelegt, das in der bereits in F i g. 1 dargestellten Weise zur Beaufschlagung der einzelnen !nformationseingänge des als erster Schaltungsteil vorgesehenen Schieberegisters SR vorgesehen ist. Die Steuerung des Dualzählers DZ und des diesem zugeordneten Speichers SP geschieht ebenfalls in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise.

Das von dem Schieberegister SR gelieferte Signal D ist jedoch nicht nur, wie bei der Anordnung gemäß F i g. 1, an den Zähleingang des als zweiten Schaltungsteil vorgesehenen Dualzählers DZ sondern auch noch an die Informationseingänge von weiteren Schieberegistern SR*\, SR*2, usw. gelegt. Diese weiteren Schieberegister sind wiederum durch eine Anzahl von UND-Gattern U** entsprechend dem Schieberegister SR in F i g. 2 an die Adreßeingänge eines jeweils zugeordneten Speichers SP*\, SP*2, usw. gelegt. Jedoch erfolgt die Steuerung der zweiten Eingänge dieser UND-Gatter U** nicht wie bei den UND-Gattern U*durch das vom Schieberegister SR gelieferte Signal D sondern durch die vom Ausgang 2 des Taktgebers Tgelieferten Steuerimpulse Ub-

Damit hat man nun folgendes Verhalten: Die Betriebszustände der einzelnen Schalter S₁, S₂ ■■■ S_n werden durch das Signal Ub abgefragt, dem man beispielsweise für den Einsatz der Anlage in einer elektronischen Orgel eine Dauer von jeweils 10 μ5 gibt. Über die UND-Gatter U wird die Information je Schalter (also Orgeltaste) in je eine Zelle des Schieberegisters SR eingeschrieben. Der Impuls Ub, mit dem man die Tastaturinformationen parallel aus der Anordnung der Schalter Si, S2 usw. abfragt, sowie die folgenden Schiebetakte Φ werden mit Hilfe des Taktgebers Γ und eines (nicht dargestellten) zentralen Steuerwerks an das Schieberegister SR abgegeben. Mit den Schiebetaktimpulsen Φ wird außerdem die Information aus dem Schieberegister SR seriell ausgelesen und sowohl dem Dualzähler DZ als auch den Schieberegistern SR*\, SR*2 usw. angeboten. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Schieberegister SR und die übrigen Schieberegister sich auf einem gemeinsamen Halbleiterchip befinden, da, wie ohne Weiteres ersichtlich, die Steuerung unter Anwendung einer der Erfindung entsprechenden Anlage in beiden Fällen funktioniert

Die Schieberegister SR\ SR*2 usw. nehmen die vom Schieberegister SÄ gelieferte Information auf. Mit dem nächsten Hilfsimpuls Ub wird die in den Schieberegistern SÄ*, SR*2 usw. enthaltene Information parallel in die Speicher SP*, SP*₂ usw. übernommen und die Schalterreihe Si, S₁,... S_n erneut abgefragt Der Dualzähler DZ wird mit jedem Impuls Ub in die Ausgangsstellung zurückgesetzt. Dieser Dualzähler zählt alle Schiebetakte Φ. Wenn gleichzeitig aus dem Schieberegister SÄ ein geschlossener Schalter S₁, S₂,... S_n gemeldet wird, dann kann der zugehörige Zählstand des Dual-

Zählers DZ abgespeichert oder auf eine sonstige Weise
verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

10

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Digitale Halbleiterschaltung mit einem eine Kette hintereinander geschalteter Flip-Flopzellen enthaltenden ersten Schaltungstei! und einem eine weitere Kette hintereinander geschalteter Flip-Flopzellen enthaltenden zweiten Schaltungsteil, bei der von einem Taktgeber eine zur Steuerung der beiden Schaltungsteile dienende Folge von Taktimpulsen zur Verfugung gestellt und bei der einer dieser beiden Schaltungsteile als Schieberegister ausgebildet sowie dessen Schiebetakt durch die genannte Folge von Taktimpulsen gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der andere der beiden \s Schaltungsteile als Dualzähler (DZ) ausgebildet und mit den Impulsen des Schiebetaktes (Φ) als Zählimpulse beaufschlagt ist, daß ferner der Taktgeber (T) zur periodischen Abgabe eines der Steuerung der Informationsaufnahme und/oder Informationsabgabe des Schieberegisters (SR) dienenden Hilfsimpulses (Ub) mit einer im Vergleich zur Häufigkeit der Schiebetaktimpulse (Φ) kleineren Häufigkeit derart befähigt ist, daß die Anzahl der pro Sekunde anfallenden Schiebetaktimpulse (Φ) zu der Anzahl der pro Sekunde anfallenden Steuerimpulse in einem festen ganzzahligen Verhältnis steht, daß ferner die Steuerimpulse (Ub) auch als Rücksetzimpulse für den Dualzähler (DZ) dienen und daß schließlich die am Informationsausgang (SA) des ersten Schaltungsteils anfallenden Informationen zur Steuerung der Informationsweitergabe aus dem zweiten Schaltungsteil vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Schaltungsteil das Schieberegister (SR) und als zweiter Schaltungsteil der Dualzähler (DZ) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegiste.- (SR) als Parallel-Serienwandler geschaltet ist, daß dabei je ein Signaleingang (I, II, III,...) für Informationen an den einen Eingang je eines UND-Gatters (U) und der andere Eingang jedes dieser UND-Gatter (U) an den die Hilfsimpulse (Ub) liefernden Ausgang (2) des Taktgebers (T) gelegt ist, daß ferner der Signalausgang jedes dieser UND-Gatter (U) mit dem jeweils zugeordneten Informationseingang des Schieberegisters (SR) verbunden ist, daß schließlich die den Zählstand des Dualzählers (DZ) angebenden Signalausgänge desselben über je ein — mit zwei Eingängen versehenes — UND-Gatter (U*) mit mindestens einem weiteren Schaltungsteil (SP) verbunden sind und daß dabei der zweite Eingang der die Verbindung bewirkende UND-Gatter (U*)mh dem Signalausgang des Schieberegisters (SR) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (SR) als Informationslieferant auf mindestens ein als Serien-Parallelwandler geschaltetes weiteres Schieberegister (SR*\, SR*₂) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schahungsteil durch den Dualzähler (DZ)und der zweite Schaltungsteil durch das Schieberegister (S/?>gegeben ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Signalausgänge des Dualzählers (DZ) und ggf. ein externer Signaleingang (IV) und/oder einer der Signalausgänge des Taktgebers (T) zur Steuerung eines UND-Gatters (UG\) derart vorgesehen sind, daß je ein Eingang des UND-Gatters (UG₁) durch je einen Signalausgang gesteuert ist, und daß der Signalausgang (SA) dieses UND-Gatters (UG₁) zur Steuerung der Signalaufnahme bzw. Abgabe des Schieberegisters (SR) vorgesehen ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang des durch den Dualzähler (DZ) beaufschlagten UND-Gatters (Ud) zur Steuerung einer Anzahl von UND-Gattern (W) mit jeweils zwei Eingängen vorgesehen ist, deren anderer Eingang jeweils informationsführend ist

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Hilfsimpulse (Ub) liefernde Ausgang des Taktgebers (T) auf den Rücksetzeingang des Schieberegisters (!S/?)geschaltet ist.