DE2943303A1

DE2943303A1 - Elektronisches zeitmessgeraet

Info

Publication number: DE2943303A1
Application number: DE19792943303
Authority: DE
Inventors: Rene Besson; Fridolin Wiget
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauchesfabrik ETA AG
Priority date: 1978-11-24
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1980-05-29
Also published as: CH624536B; FR2442468B1; CH624536GA3; FR2442468A1; GB2036387A; GB2036387B; DE2943303C2; JPS631553B2; HK24888A; JPS5582087A

Description

Beschreibung
zum Patentgesuch

der Firma Ebauches S.A., fauborug de l'Höpital, CH-2001 Neuchatel

betreffend:

"Elektronisches Zeitmeßgerät"

DieErfindung betrifft ein elektronisches Zeitmeßgerät mit
einem als Zeitbasis dienenden Oszillator, einem Frequenzteiler
mit einstellbarem Teilungsverhältnis, der an den Oszillator angekoppelt ist, einem Einstellkreis für das Teilungsverhältnis,
einem dem Einstellkreis zugeordneten Speicher, dessen Zustand
repräsentativ ist für die Größe der Einstellung und einem Wandler, der ansprechend ausgebildet ist auf ein Signal, das in dem Zeitmeßgerät erzeugt wird durch Aussenden einer Welle, die von einer äußeren Meßeinrichtung für den Gang des Zeitmeßgerätes erfaßbar
ist.

Für die Messung des Ganges bzw. der Gangabweichung derartiger Uhren verfügt man über Geräte, die das Streumagnetfeld der
Wicklung eines Schrittschaltmotors erfassen und genau die Zeit
messen, die zwischen zwei Antriebsimpulsen verstreicht. Diese
Geräte liefern die gewünschte Messung schnell, wenn die Antriebsimpulse von kurzen Zeitintervallen getrennt sind, beispielsweise einer Sekunde. Bei Uhren ohne Sekundenzeiger jedoch, wo die Antriebsimpulse 10 oder 20 Sekunden oder sogar eine Minute auseinanderliegen können, ist die Zeit für die Messung des Ganges viel zu lang.

Die US-PS 3.998.044 beschreibt eine Einrichtung zum Verkürzen

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der Meßzeit des Ganges solcher Uhren, in dem der Motor mit Impulsen gespeist wird, die von einer Zwischenstufe des Frequenzteilers abgegeben werden und eine Dauer besitzen, die hinreichend kurz ist, daß der Motor nicht reagiert und mit einer Frequenz, die hinreichend hoch liegt, daß die Meßzeit kurz wird. Diese Einrichtung ist jedoch nicht anwendbar bei Uhren, deren Frequenzteiler ein einstellbares Teilungsverhältnis besitzt. Bei derartigen Uhren, wie sie beispielsweise in den CH-PS 534.913 und 558.559 beschrieben sind, werden Impulse unterdrückt oder hinzugefügt an bestimmten Stellen der Teilungskette, während jedes Einstellzyklus, der seinerseits eine Dauer von bis zu 64 Sekunden besitzen kann. Daraus folgt, daß während eines solchen Einstellzyklus die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antriebsimpulsen nicht konstant ist.

Um sicherzugehen, daß der Gang der Uhr korrekt erfaßt wird, muß man demgemäß die mittlere Zeit berechnen, die zwischen zwei Antriebsimpulsen verstreicht, und zwar aus den gemessenen Werten der Zeit, die zwischen jedem Impuls verstreicht, der während einer Zeit erscheint, die mindestens gleich derjenigen eines Einstellzyklus ist. Die Schwierigkeit bei solchen Messungen besteht darin, daß der Beginn oder das Ende eines Einstellzyklus durch nichts angezeigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben, indem die Uhr oder das elektronische Zeitmeßgerät mit Mitteln versehen wird, die in der Lage sind, ihrem Motor derartige Signale zuzuführen, daß der letztere nicht reagiert, die jedoch ermöglichen, schnell und genau den Gang der Uhr zu messen, unter Berücksichtigung der wirklichen Frequenz des Oszillators und des Teilungsverhältnisses des Frequenzteilers.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen.

Die beigefügten Zeichnungen stellen als Beispiel eine Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung dar.

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Fig. 1 zeigt das Blockschema eines solchen elektronischen

Zeitmeßgerätes,
Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise

der Schaltung aus Fig. 1 und Fig. 3 zeigt die Schaltung eines Teils des Blockdiagramms gemäß Fig. 1.

Zur Vereinfachung der Beschreibung werden die nachfolgenden Abkürzungen benutzt:

Logikpegel 0 bzw. 1: "0" bzw. "1"

Flip-Flop D: FF

Rücksetzung auf 0 (reset): RAZ

Eingang (Ausgang) Xa des

Elements X: Eingang (Ausgang) xa

Darüber hinaus soll als "Quarzsekunde" eine Dauer bezeichnet werden gleich einer wirklichen Zeitsekunde, mulitpliziert mit dem Quotienten der Nennfrequenz und der tatsächlichen Frequenz der Quarzschwingungen des betrachteten Zeitmeßgerätes.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Form der Schaltung gemäß Fig. 1 dargestellt, die einen Quarzoszillator 1 umfaßt, welcher Impulse mit einer Frequenz von beispielsweise 32.768 Hz mit einer positiven oder negativen Toleranz in der Größenordnung von 1 auf 100.000 (in der Fabrikation ständig erreichter Wert) an einen Frequenzteiler 2 liefert, dessen Teilungsverhältnis einstellbar ist, wodurch die Frequenz der vom Oszillator gelieferten Impulse auf eine genaue Frequenz von beispielsweise

1 Hz untersetzt wird. Ein Impulsformer 3 für Antriebsimpulse ist an den Ausgang dieses Teilers angeschlossen; seine beiden Ausgänge sind mit den Eingängen 4a bzw. 4b eines Kommutatorkreises 4 verbunden, dessen beide Ausgänge 4h bzw. 4j mit einem Steuerkreis 5 verbunden sind, welcher die Wicklung eines Schrittschaltmotors 6 zum Antrieb eines hier nicht dargestellten Anzeigemechanismus mit Antriebsimpulsen versorgt.

Ein Teilverhältnis-Einstellkreis 7 ist mit dem Frequenzteiler

2 verbunden. Ein solcher Einstellkreis 7 ist insbesondere durch die CH-PS 534.913, die bereits genannt wurde, bekannt geworden,

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welche einen Einstellkreis beschreibt, dazu bestimmt, eine bestimmte Anzahl von Impulsen derjenigen zu unterdrücken, die von dem Oszillator geliefert werden, und zwar während einer bestimmten Zeit. Die Frequenz des Oszillators wird in diesem Falle absichtlich zu hoch gewählt.

Die CH-PS 558.559 beschreibt ein anderes System, bei welchem der Einstellkreis Impulse zu jenen hinzufügt, die von dem Oszillator geliefert werden, oder was auf das Gleiche kommt, periodisch das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers während einer bestimmten Zeit verringert. Dies gestattet die Verwendung eines Quarzes, dessen Frequenz niedriger liegt als die Nennfrequenz .

Unabhängig von dem jeweils betrachteten System, ist der Einstellkreis 7 mit einem Speicher 8 verbunden, der die Informationen betreffend die zu realisierende Einstellungsgröße enthält. Dieser Speicher kann unterschiedliche Formen aufweisen, insbesondere aus elektronischen Komponenten bestehend.

Die Uhr ist mit einer Stellwelle (nicht dargestellt) versehen, die drei Axialpositionen annehmen kann: in der eingeschobenen oder ersten Position ist diese Stellwelle inaktiv; in der mittleren oder zweiten Position erlaubt sie, die Zeiger anzutreiben, um die Uhrzeit einzustellen; in der vollständig gezogenen odor dritten Position wirkt sie auf eine Abfrageeinrichtung 9 ein, die in Fig. 1 durch einen Kontakt dargestellt ist, welcher zwischen die positive Klemme der die Uhr speisende Batterie und, über einen nicht dargestellten Anpaßkreis, den Eingängen 4k des Kommutatorkreises 4 und 7L des Einstellkreises 7 geschaltet ist.

Ein Logikkreis 10 ist mit Eingängen 10a und 10b versehen, die mit den Ausgängen 2c bzw. 2d des Teilers 2 verbunden sind, mit einer Mehrzahl von Eingängen 10c, die mit den Ausgängen 8m des Speichers 8 verbunden sind, sowie mit einem Ausgang 10d, der mit dem Informationseingang 4e des Kommutatorkreises 4 verbunden ist.

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Der Logikkreis 10 umfaßt die Komponenten 11 bis 19, die weiter unten beschrieben werden.

Die Eingänge 10a und 10b sind mit den Eingängen 11a bzw. 11b eines UND-Gatters 11 verbunden.

Die Eingänge 10c sind mit den Eingängen 16a eines Komperators 16 verbunden, dessen Eingänge 16b mit den Ausgängen 17a von Teilerstufen eines Zählers 17 verbunden sind. Der Ausgang 16c ist mit dem Takteingang 18a eines FF 18 verbunden. Der nichtinvertierte Ausgang Q und der invertierte Ausgang Q des letzteren sind jeweils verbunden mit dem Rückstelleingang 17 RAZ des Zählers bzw. dem Eingang 19a eines UND-Gatters 19. Der Rücksetzeingang 18 RAZ ist mit dem Eingang 11b des Gatters 11 verbunden. Der Ausgang 11c des Gatters 11 ist einerseits mit dem Takteingang 17 CL des Zählers und andererseits mit dem Eingang 19b des Gatters 19 verbunden. Der Ausgang 19c ist mit dem Ausgang 10d des Logikkreises 10 verbunden.

Die Wirkungsweise des Frequenzteilers 2 mit einstellbarem Teilungsverhältnis, des Einstellkreises 7 für das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers und des Speichers 8 sind in den bereits genanntenCH-PS 534.913 und 558.559 beschrieben. Man kann einfach festhalten, daß der Einstellkreis 7 von dem Teiler 2 an seinem Eingang 7f Informationen empfängt betreffend die Dauer des Einstellzyklus, und an seinem Eingang 7g Informationen betreffend die Größe der Teilungsverhältniseinstellung, die in dem Speicher 8 in Form einer Zahl enthalten sind, deren Einheit mindestens annähernd und in dem beschriebenen Beispiel einer Korrektur um eine zehntel Sekunde pro Tag des Uhrenganges entspricht .

Der Pulsformerkreis 3 verarbeitet die von dem Teiler 2 gelieferten Signale für die Erzeugung von einem Impuls in jeder Sekunde, die alternierend an dem einen und dem anderen seiner Ausgänge erscheinen. Im Normalfalle finden sich diese Impulse wieder an den Ausgängen des Kommutatorkreises 4, und werden von dem Steuerkreis 5 verarbeitet, um dem Motor 6 alternierende An-

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triebsimpulse zuzuführen, die ihn pro Sekunde um einen Schritt weiterschalten. Der Pulsformerkreis 3 ist an sich bekannt und braucht hier nicht im einzelnen erläutert zu werden.

Die Fig. 3 zeigt das Schema des Kommutators 4 aus Fig.1, welcher zwischen den Impulsformerkeis 3 und den Steuerkreis 5 eingefügt wird.

Der erste Ausgang 3a des Impulsformerkreises 3 ist mit einem ersten Eingang 4a des Kommutatorkreises 4 verbunden, welcher am Eingang 21b eines UND-Gatters 21 liegt, dessen anderer Eingang 21a mit dem Ausgang eines Inverters 22 verbunden ist. Der zweite Ausgang 3b des Impulsformerkreises 3 ist mit einem zweiten Eingang 4b des Kommutators 4 verbunden, der am Eingang 23b eines UND-Gatters 23 liegt, dessen anderer Eingang 23a ebenfalls mit dem Ausgang der Inverterstufe 22 verbunden ist. Der Informationseingang 4e ist mit dem Eingang 24a eines UND-Gatters 24 verbunden, dessen anderer Eingang 24b am Steuereingang 4k des Kommutatorkreises 4 liegt. Dieser Eingang 4k ist außerdem mit dem Eingang des Inverters 22 verbunden. Die Ausgänge der Gatter 21 und 24 sind mit den Eingängen 25a bzw. 25b eines ODER-Gatters 25 verbunden, dessen Ausgang 25c mit dem Ausgang 4h verbunden ist und von dort mit einem der Eingänge (G3) des Steuerkreises 5. Der Ausgang 23c des Gatters 23 ist mit dem Ausgang 4j und dem anderen Eingang des Kreises 5 verbunden.

Wenn sich die Uhrenstellwelle in der ersten oder zweiten Position befindet, ist der Kontakt 9 offen, und ein Logikpegel "0" erscheint am Eingang 4k des Kommutatorkreises 4. Infolgedessen liegt der gleiche Logikpegel auf dem Eingang 24b des Gatters 24 und verhindert, daß das auf dem Eingang 4e liegende Signal den Eingang 25b des Gatters 25 erreicht. Der Eingang des Inverters 22 befindet sich ebenfalls auf dem Logikpegel "0", und sein Ausgang nimmt demgemäß den Logikpegel "1" an, der auf die Eingänge 21a bzw. 23a der Gatter 21 bzw. 23 übertragen wird, was es demgemäß erlaubt, daß einerseits ein am Eingang 4a liegendes Signal den Ausgang 4h über das ODER-Gatter 25 erreicht und andererseits ein Signal am Eingang 4b zum Ausgang 4 j durchge-

schaltet wird. 030022/0579

Wenn man den Gang der Uhr messen möchte, wird die Stellwelle in Position 3 gezogen, womit der Kontakt 9 geschlossen wird und ein Logikpegel "1" am Eingang 4k des Kommutatorkreises 4 erscheint und infolgedessen auf dem Eingang 24b des Gatters 24 und auf dem Eingang des Inverters 22. Dieser Pegel ermöglicht dem Signal, das am Informationseingang 4e ankommt, den Ausgang 4h über das ODER-Gatter 25 zu erreichen. Der Ausgang des Inverters 22 liegt auf dem Logikpegel "0", die Gatter 21 und 23 sind gesperrt und verhindern, daß die Signale an den Eingängen 4a bzw. 4b die Ausgänge 4h bzw. 4j des Kommutatorkreises 4 erreichen. Der Ausgang 4j liegt infolgedessen auf dem Logikpegel " 0 ".

Daraus folgt, daß der Steuerkreis 5, der an die Ausgänge 4h und 4j angeschlossen ist, in diesem Falle nur das Signal empfängt, das am Eingang 4e anliegt und dessen Bildung weiter unten beschrieben wird.

Sobald das Signal 4h auf "0" liegt, ist nur der Transistor T1 leitend; die Wicklung des Motors 6 wird demgemäß nicht von Strom durchflossen. Bei jedem Impuls des Signals 4h bleiben die Steuerklemmen G1 bzw. G3 der Transistoren T1 bzw. T3 auf dem Logikpegel "1" bzw. nehmen diesen an, während die Steuerklemmen G2 bzw. G4 der Transistoren T2 bzw. T4 auf dem Logikpegel "0" bleiben. Demgemäß sind die Transistoren T1 und T4 durchgeschaltet, und die Transistoren T2 und T3 sind gesperrt, so daß die Wicklung des Motors 6 einen Stromimpuls erhält. In dem beschriebenen Beispiel dauert dieser Impuls etwa 2 mS, was hinreichend kurz ist, um keine Drehung des Motors zu bewirken, jedoch hinreichend lang, um die Messung des Impulses zu ermöglichen, mittels einer Einrichtung, die auf der Erfassung des magnetischen Streufeldes des Motors beruht.

Die Funktionsweise der Logikschaltung 10 aus Fig. 1, die dazu dient, die Signale zu erzeugen, welche eine schnelle Messung des Uhrenganges ermöglicht, wenn sich die Stellwelle in ihrer dritten Position befindet, werden mit Hilfe des Diagramms gemäß Fig. 2 erläutert, die die Form der Signale an verschiedenen Stellen der Schaltung darstellt.

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^β/ΙΌ

Wenn die genannte Messung ausgeführt werden soll und die Stellwelle der Uhr in die dritte Position gebracht worden ist, wird der Kontakt des Kommutatorkreises 9 geschlossen und liefert ein Anfragesignal "1" an den Eingang 7L des Einstellkreises 7. Der letztere wird derart beeinflußt, daß er nicht mehr aktiv ist, wenn sein Eingang 7L auf "1" liegt, und der Teiler 2 arbeitet demgemäß ohne Einstellung seines Teilungsverhältnisses .

Die Eingänge 10a und 10b empfangen vom Ausgang zweier unterschiedlicher Stufen des Teilers 2 Frequenzsignale, beispeilsweise 1 Hz bzw. 256 Hz.

Der Ausgang 11c des UND-Gatters 11 liefert demgemäß periodisch Impulszüge mit einer Dauer von 1/2 Quarz-Sekunden, wobei die Breite jedes Impulses bei etwa 2 mS liegt.

Diese Impulse werden einerseits von dem Zähler 17 gezählt, und andererseits auf den Eingang 19b des Gatters 19 übertragen. Der Ausgang 19c des letzteren liefert dieses Impulse auf den Informationsausgang 10d, sobald der Ausgang Q des FF 18 auf "1" liegt.

Der Zustand der Ausgänge 17a, der Teilungsstufen des Zählers 17 wird verglichen mit dem Zustand der Ausgänge 8m des Speichers 8 mittels Komparator 16. Wenn diese Zustände koinzident sind, so schaltet der Ausgang 16c von "0" auf "1", was den Zustand der Ausgänge Q und Q des FF 18 kippen läßt, so daß sie auf "1" bzw. "0" gelangen. Dieses Kippen bewirkt die Null-Rücksetzung des Zählers 17 und das Blockieren des Gatters 19, das an den Ausgang 1Od nicht mehr das von Ausgang 11c gelieferte Signal gelangen läßt.

Am Ende einer weiteren halben Quarz-Sekunde wird der FF 18 von dem Signal auf Null rückgesetzt, das am Eingang 10b erscheint, was das Null-Rücksetzsignal des Zählers 17 zum Verschwinden bringt. Der letztere kann demgemäß einen weiteren Impulszug zählen. Ferner ist im gleichen Augenblick der Eingang 19a wieder auf "1", was den Durchlauf eines neuen Impulszuges durch das Gatter 19 ermöglicht.

030022/0579 " ⁹ "

Man erkennt demgemäß, daß alle Quarz-Sekunden ein Impulszug vom Ausgang 1Od an den Informationseingang 4e des Kommutatorkreises 4 abgegeben wird. Diese Impulszüge bilden das Meßsignal, das der Schrittmotorwicklung, wie oben bereits erläutert, zugeführt wird.

Das Diagramm der Fig. 2 zeigt ein Beispiels, wo der Speicher die Zahl 5 enthält und wo das Meßsignal (10d/4e) demgemäß 5 Impulse pro Impulszug umfaßt. Es ist in Erinnerung zu rufen, daß diese im Speicher 8 enthaltene Zahl bei dieser Ausführungsform die Zahl der Impulse repräsentiert, die bei jedem Einstellzyklus aus den vom Oszillator 1 an den Teiler 2 gelieferten Impulsen unterdrückt wird.

Man kann den Gang einer solchen mit Sperrsystem ausgerüsteten Uhr gemäß der folgenden Formel berechnen:

m(s/t) 0 86 400 (P - 1 + ^N'¹⁰ )

4,194304

worin m der Gang der Uhr in Sekunden pro Tag ist, P die Periode eines Impulszuges des Meßsignals 4e, N die Zahl der Impulse, die in jedem Impulszug des Meßsignals 4e enthalten sind, d.h. die Anzahl von Impulsen, die unterdrückt werden, aus den vom Oszillator in jedem Einstellzyklus gelieferten Impulsen, 86400 ist die Zahl der Sekunden pro 24 Stunden, und 4,194304.10 ist das Ergebnis des Produktes aus 32768 Hz (Frequenz des Oszillators) und 128 s (Periode eines Einstellzyklus).

Wenn man beispielsweise mißt:

P 0 0.9999904 s und N = 50, so erhält man m = 86400 (0,9999904 - 1 + 4^94304) =^v0,2 s/t

Eine derartige Berechnung ist umständlich, und um sie zu vermeiden, wurde eine Meßanordnung für den Gang einer Uhr, die einen elektronischen Schaltkreis gemäß Fig.1 aufweist, entwickelt. Diese Meßanordnung ist in einer schweizerischen Patentanmeldung vom 24. November 1978 beschrieben.

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Es ist offensichtlich, daß die Art der Übertragung des Meßsignals aus der Uhr nach außen abweichend von dem oben Beschriebenen erfolgen kann. Beispielsweise könnte das Meßsignal auf akustischem Wege übertragen werden über eine elektronische Weckeinrichtung, mit der die Uhr versehen ist. Gleichermaßen könnte man das Meßsignal anders bilden, indem beispielsweise der Inhalt des Speicherkreises für die Einstellung des Teilungsverhältnisses in kodierter Form eingegeben werden.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

Iy Elektronisches Zeitmeßgerät mit einem als Zeitbais dienenden Oszillator, einem an den Oszillator angekoppelten Frequenzteiler mit einstellbarem Teilungsverhältnis, einem Teilungsverhältnis-Einstellschaltkreis, einem dem Einstellschaltkreis zugeordneten Speicher, dessen Zustand repräsentativ ist für die Größe der Einstellung, und mit einem Wandler, der ansprechend auf ein Signal ausgebildet ist, das in dem Zeitmeßgerät erzeugt wird durch Aussendung einer Welle, die von einer außerhalb des Zeitmeßgerätes befindlichen Gangmeßanordnung erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitmeßgerät einen Logikschaltkreis (10) aufweist, der ansprechend ausgebildet ist auf den Zustand des Speichers (8) und des Teilers (2) zur Erzeugung eines Meßsignals (4 e), bestehend aus Impulsen, deren Verteilung repräsentativ ist für das Teilungsverhältnis und die Frequenz des Oszillators (1) und daß ein Kommutatorkreis (4) vorgesehen ist für das Anliegen des Meßsignals an den Wandler (6) im Ansprechen auf ein Anfragesignal (9) .
2. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein Schrittmotor (6), der an den Frequenzteiler (2) angekoppelt ist und zum Antrieb einer Analoganzeigeanordnung für die Zeitinformationen dient.
3. Zeitmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal Impulse umfaßt, deren Dauer hinreichend kurz ist, um keine Drehung des Motors zu bewirken und hinreichend lang, um die Aussendung einer magnetischen Welle von der Motorwicklung zu bewirken, die von der Gangmeßeinrichtung des Zeitmeßgerätes erfaßbar ist.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Zeitmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitmeßgerät einen Impulsformerkreis (3) umfaßt, der an den Ausgang des Frequenzteilers (2) angeschlossen ist, und einen
Steuerkreis (5), der an den Impulsformerkreis angekoppelt ist, zur Einspeisung von Antriebsimpulsen in die Wicklung des
Schrittschaltmotors (6), wobei der Kommutatorkreis (4) zwischen dem Impulsformerkreis (3) und dem Steuerkreis (5) angeordnet ist,
5. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein elektroakustischer Wandler ist zum Erzeugen
einer elektroakustischen Welle, die von der Gangmeßanordnung
für das Zeitmeßgerät erfaßbar ist.
6. Zeitmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Logikschaltkreis (10) Komponenten aufweist zum Erzeugen von Impulszügen, deren Periode von der des Oszillators abgeleitet
ist, Komponenten für die Zählung der Impulse jedes Impulszuges sowie Komponenten für den Vergleich des Zustandes der Zählkomponenten mit dem Zustand des Speichers, um bei Übereinstimmung der Zustände das Anliegen der Impulszüge, die das Meßsignal
bilden, an den Wandler zu unterbrechen.

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