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Elektronische Zeitgeberschaltung
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine elektronische Zeitgeberschaltung
und betrifft insbesondere eine elektronische Zeitgeberschaltung mit Batterie-Sicherheitsfunktion.
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In jüngster Zeit finden bei Fernsehgeräten, Video-Bandaufzeichnungsgeräten,
Stereo-Rundfunkempfängern und dgl. in weitem Umfang Mikrorechner Verwendung, mit
deren IIilfe wahlweise ein automatischer Empfang bestimmter Fernseh- und/oder RundfunkLro£'ramme
in Abhängigkeit von einem von der Bedienungsperson vorprogrammierten Zeitplan möglich
ist. Zum automatischen Empfang solcher Sendungen in Abhängigkeit von einem programmierten
Zeitplan ist eine Zeitgeberfunktion in iorm einer Schaltuhr erforderlich. Das heißt,
der Mikrorechner steuert die Einschalt-und Abschaitvorgänge des elektrischen Gerätes
in Abhängigkeit von dem Programm durch Vergleichen der programmierten Zeit mit der
tatsächlichen Zeit. Diese Zeitgeberfunktion ist von wesentlicher Bedeutung, da hierdurch
eine Bezugszeit für sämtliche Betriebsvorgänge erhalten wird.
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Ein wesentliches Erfordernis bei einer solchen elektronischen Zeitgeberschaltung
besteht darin, daß der elektronische Zeitgeber unabhängig von Abschaltungen der
Stromversorgung zur Vorgabe einer genauen Zeit kontinuierlich in Betrieb ist. Wenn
diese Zeitgeber-bzw. Schaltuhrfunktion mittels eines Mikrorechners erhalten wird,
muß ein solcher Mikrorechner durch ständige Stromversorgung kontinuierlich in Betrieb
gehalten werden. Erfolgt die Stromversorgung des Mikrorechners über eine Stromquelle,
die durch Gleichrichtung einer Netz-Wechselspannung eine Gleichspannung abgibt und
dem Mikrorechner zuführt, so besteht die Möglichkeit, daß die Gleichstromversorgung
unterbrochen wird. Wenn z. B. der Benutzer eines Fernsehgerätes,Video-Aufzeichnungsgerätes
oder dgl. sein Haus verläßt, kann er die Netz stromversorgung über einen Hauptschalter
unterbrechen.
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Insbesondere bei einer Abwesenheit von mehreren Tagen, was z. B. bei
einem Urlaub der Fall ist, wird häufig eine Abschaltung der Netzstromversorgung
über einen Hauptschalter bzw. eine Hauptsicherung vorgenommen. Wenn auch diese Gewohnheit
je nach Land unterschiedlicn ausgeprägt ist, so ist sie doch in Europa recht häufig
anzutreffen. Zur Aufrechterhaltung einer korrekten Zeitvorgabe trotz einer Unterbrechung
der Stromversorgung ist es zwar theoretisch möglich, einen Mikrorechner im Batteriebetrieb
mit einer Gleichspannung zu speisen, was jedoch den Nachteil aufweist, daß aufgrund
des hohen Stromverbrauchs des Mikrorechners eine Batterie nicht die elektrische
Leistung für die in der Praxis meist erforderliche lange Zeitdauer aufbringen kann.
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Aus diesem Grunde ist es nicht zweckmäßig, einen Mikrorechner zur
Aufrechterhaltung der Zeitgeberfunktion bei einer Unterbrechung der Stromversorgung
in Betrieb zu halten. Bei einem üblichen Gerät, wie einem Fernseh-
gerät,
einem Video-Bandaufzeichnungsgerät oder dgl., das einen Mikrorechner zur automatischen
Auswahl von Sendungen in Abhängigkeit von einem vorprogrammierten Zeitplan aufweist,
wird daher meist ein unabhängiger integrierter CMOS-Schaltkreis als Zeitgeber bzw.
Schaltuhr verwendet. Da die Stromaufnahme eines integrierten CbSOS-Schaltkreises
gering ist, kann er bei einer Unterbrechung der Stromversorgung über eine lange
Zeitdauer mittels einer Batterie betrieben werden. Ein solcher inteyrierter CIOS-Schaltkreis
ist jedoch teurer als ein normaler bipolarer integrierter Schaltkreis, da eine Anzahl
von den Zeitgeber bzw. die Schaltuhr bildenden Bauteilen in einem sog. IC-Chip integriert
sind. Ein solches teures Bauelement eignet sich nicht für elektrische Haushaltsgeräte.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische
Zeitgeberschaltung derart auszugestalten, daß durch zweckmäßige Ausnutzung der Zentraleinheit
eines elektrische Geräte, wie Fernsehgeräte, Video-Bandaufzeichnungsgeräte, Stereo-Rundfunkempfänger
oder dgl. in Abhängigkeit von vorprogrammierten Instruktionen automatisch steuernden
Mikrorechners eine genaue Zeitangabe auch bei Unterbrechungen der Stromversorgung
erzielbar ist.
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Weiterhin soll eine elektronische Zeitgeberschaltung geschaffen werden,
bei der gewährleistet ist, daß die Zeitdaten auch dann keinen Störeinflüssen unterliegen,
wenn die Stromversorgungsspannung aufgrund von Störungen der Wechselstrom-Netzstromversorgung
instabil ist.
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Darüber hinaus soll die elektronische Taktgeberschaltung derart ausgestaltet
sein, daß im Batteriebetrieb ein genaues Arbeiten für annähernd ein Jahr gewährleistet
ist.
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Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten
Mitteln gelöst.
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Erfindungsgemäß dient somit ein zur automatischen Auswahl von Fernseh-
und/oder Rundfunksendungen in Abhängigkeit von vorprogrammierten Instruktionen vorgesehener
Mikrorechner außerdem als Zeitgeber bzw. Schaltuhr, solange er mit Strom versorgt
wird. Wenn jedoch eine Unterbrechung der Stromversorgung erfolgt, wird der von einer
Zentraleinheit des Mikrorechners erhaltene Zeitwert in einem Speicher, wie einem
ebenfalls in dem Mikrorechner enthaltenen Direktzugriffsspeicher, abgespeichert.
Der Speicher wird kontinuierlich über eine Batterie mit Strom versorgt, obwohl die
Zentraleinheit aufgrund der Unterbrechung der Stromversorgung außer Betrieb gesetzt
ist. Ferner ist ein Taktimpulsgenerator vorgesehen, der jeweils zu einer vorgegebenen
Zeit einen Impuls abgibt, wobei die Zentraleinheit die Anzahl der Taktimpulse zur
Berechnung der genauen Zeit unter normalen Stromversorgungsbedingungen zählt. Bei
einer Unterbrechung oder Abschaltung der Stromversorgung wird die Anzahl der Taktimpulse
von einem Zähler gezählt, wodurch ein Datenwert für das Zeitintervall der Stromversorgungsunterbrechung
erhalten wircl. Der Taktimpulsgenerator und der Zähler werden ebenfalls bei einer
Unterbrechung bzw. Abschaltung der Stromversorgung über die Batterie betrieben.
Wenn die Stromversorgung wieder hergestellt wird, wird der das Zeitintervall der
Stromversorgungsunterbrechung bezeichnende Datenwert dem den Zeitpunkt des Auftretens
der Stronversorgungsunterbrechung bezeichnenclf n Datenwert hinzuaddiert und dadurch
die gegenwärtige Zeit erhalten.
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Durch diesen Aufbau besteht keinerlei Erfordernis für die Verwendung
einer z. B. aus einem integrierten
CtlOS-Schaltkreis bestehenden
unabhängigen elektronischen Schaltungsanordnung als Zeitgeber bzw. Schaltuhr, da
der Mikrorechner unter normalen Stromve rsorgungsbedingungen als elektronischer
Zeitgeber wirkt und die Aufrechterhaltung und Nachvollziehung einer korrekten Zeitangabe
bei einer Unterbrechung der Stromversorgung ohne Inbetriebnahme der in dem Mikrorechner
enthaltenen Zentraleinheit erfolgt. Da bei einer Unterbrechung bzw.
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Abschaltung der Stromversorgung einige andere einfachere Schaltungsanordnungen
als die Zentraleinheit über eine Batterie betrieben werden, kann die Ausfallsicherheit
gegenüber Stromversorgungsunterbrechungen über annähernd ein Jahr aufrechterhalten
werden.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht somit darin, daß ein
zur automatischen Steuerung eines Fernsehgerätes, Video-Bandaufzeichnungsgerätes
oder dgl.
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verwendeter !ikrorechner außerdem unter normalen Stromversorgungsbedingungen
als elektronischer Zeitgeber bzw.
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elektronische Schaltuhr dient und daß mehrere batteriebetriebene Zusatzschaltungen
vorgesehen sind, die eine korrekte Zeitangabe nachvollziehen bzw. aufrechterhalten,
wenn die eine erhebliche Stromaufnahme aufweisende Zentraleinheit des Mikrorechners
bei einer Unterbrechung oder Abschaltung der Stromversorgung außer Betrieb gesetzt
st.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der elektronischen Zeitgeberschaltung, Fig. 2 einen Signalplan zur Veranschaulichung
der Arbeitsweise der elektronischen Zeitgeberschaltung gemäß Fig. 1, Fig. 3A ein
Ablaufdiagramm eines ersten Teils einer von der Zentraleinheit der elektronischen
Zeitgeberschaltung gemäß Fig. 1 bei einer Unterbrechung oder Abschaltung der Stromversorgung
durchgeführten Unterbrechungshilfsroutine, Fig. 3B ein Ablaufdiayramm eines zweiten
Teils der von der Zentraleinheit der elektronischen Zeitgeberschaltung gemäß Fig.
1 bei Wiederherstellung der Stromversorgung ausgeführten Unterbrechungshilfsroutine,
und Fig. 4 ein detailliertes Schaltbild der Stromquelle und der Spannungsdetektorschaltung
des Blockschaltbildes gemäß Fig. 1.
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Es sei zunächst auf Fig. 1 eingegangen, in der ein Ausführungsbeispiel
der elektronischen Zeitgeberschaltung in Form eines schematischen Blockschaltbildes
dargestellt ist. Die elektronische Zeitgeberschaltung umfaßt eine auch als CPU bezeichnete
Zentraleinheit 1 (zentrale Pecheneinheit), eine Stromquelle 2A, eine Spannungsdetektorschaltung
2B, eine Zusatzstromquelle 3, einen Taktimpulsgenerator 4, einen Zähler 5, einen
auch mit PJ\M bezeichneten Direktzugriffsspeicher 6, eine Pückstell-Signalgeneratorschaltung
13, eine erste Diode 17 und eine zweite Diode 16.
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Die Zentraleinheit 1, der Direktzugriffsspeicher 6 und die Stromquelle
2A gehören zu einem Mikrorechner, dessen Gesamtaufbau nicht dargestellt ist. Bekanntermaßen
weist der Mikrorechner einen nicht dargestellten Festspeicher zur Steuerung der
Zentraleinheit 1 auf und dient zur automatischen Auswahl von Fernseh- und/oder Rundfunksendungen
in Abhängigkeit von vorprogrmmierten Instruktionen. Zur genauen Steuerung eines
elektrischen Gerätes, wie eines Fernsehgerätes, eines Video-Bandaufzeichnungsgerätes
oder dgl., durch den Mikrorechner ist eine mittels eines elektronischen Zeitgebers
zu ermittelnde genaue Bezugszeit erforderlich. Aus diesem Grunde ist der :1ikrorechner
außerdem derart programmiert, daß er als elektronischer Zeitgeber bzw. (lls elektronische
Schaltuhr dient. Die Zentraleinheit 1 des Mikrorechners wird normalerweise über
die Stromquelle 2A mit Strom versorgt. Die Stromquelle 2A, deren Schaltbild in Verbindung
mit Fig. 4 nachstehend noch näher beschrieben wird, gibt eine Gleichspannung von
z. B. + 5 V ab, die durch Gleichrichtung der Wechselspannung erhalten wird, die
normalerweise in einem Haushalt als Netzspannung zur Verfügung steht. Diese Gleichspannung
von + 5 V wird über eine erste Stromversorgungsleitung 18 der Zentraleinheit 1 und
über die erste Diode 17 und
eine zweite Stromversorgungsleitung
19 außerdem dem Taktimpulsgenerator 4, dem Zähler 5 und dem Direktzugriffsspeicher
6 zugeführt. Die Zentraleinheit 1, der Taktimpulsgenerätor 4, der Zähler 5 und der
Direktzuqriffsspeicher 6 bestehen jeweils aus integrierten CMOS-Schaltkreisen (komplementäre
Metalloxid-Halbleiterschaltkreise). Die Zusatz' stromquelle 3 besteht aus einer
Batterie in Form eines Akkumulators oder in Form von Trocenzellen oder dgl. und
gibt eine Gleichspannung ab, die ein wenig unter der Spannung der Stromquelle 2A
liegt. Die erste Stroniversorgungsleitung 18 zu und die zweite Stromversorgungsleitung
19 sowie die mit der Batterie 3 verbundenen Leitungen sind mit dick ausgezogenen
Linien dargestellt, wodurch veranschaulicht werden soll, daß es sich bei diesen
Leitungen um Gleichstromkreise handelt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Spannung der Zusatzstromcluelle 3 auf + 4,5 V eingestellt. Der negative
Anschluß der Zusatzstromquelle 3 liegt an Masse, während der positive Anschluß der
Zusatzstromquelle 3 über die zweite Diode 16 mit der zweiten Stromversorgungsleitung
19 verbunden ist. Da dem Taktimpulsgenerator 4, dem Zähler 5 und dem Direktzugriffsspeicher
6 jeweils über die zweite Stromversorgungsleitung 19 Strom zugeführt wird, wird
normalerweise die von der Stromquelle 2A abgegebene Spannung von + 5 V verwendet,
während die von der Zusatzstromuelle 3 abgegebene Spannung von + 4,5 V von diesen
Schaltungsanordnungen nur dann verwendet wird, wenn die Spannung an der ersten Stromversorgungs
leitung 18 unter + 4,5 V abfällt. Die erste Diode 17 und die zweite Diode 16 verhindern
das Fließen eines Stromes in der gen richtung.
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Der Taktimpulsgenerator 4 erzeugt einen Impuls in einem vorgegebenen
Zeitintervall von z. B. einer Minute.
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Die von dem Taktimpulsgenerator 4 abgegebene Impulsfolge wird über
eine Signalleitung 7 der Zentraleinheit 1 und über eine Signalleitung 12 dem Zähler
5 zugeführt. Jeder der Zentraleinheit 1 zugeführte Impuls wird als Befehissignal
für die Zeitfortschaltung verwendet, so daß die Zeit des elektronischen Zeitgebers
in der Zentraleinheit 1 jeweils in Abhängigkeit von jedem Einzelimpuls des Taktimpulsgenerators
4 um eine Minute vorrückt bzw. weitergeschaltet wird. Der von dem elektronischen
Zeitgeber in der Zentraleinheit 1 festgelegte Zeitwert wird in den Direktzugriffsspeicher
6 übertragen, in dem er unter einer gegebenen Adresse in den Direktzugriffsspeicher
6 eingeschrieben wird. Wenn eine Minute abgelaufen ist, wird der in dem Direktzugriffsspeicher
6 vorgespeicherte Zeitdatenwert ausgelesen und in die Zentraleinheit 1 eingegeben.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein weiterer Impuls des Taktimpulsgenerators 4 zugeführt,
so daß eine Minute zu der aus dem Direktzugriffsspeicher 6 ausgelesenen Zeit hinzuaddiert
wird und somit eine diesem Plorlent genau entsprechende Zeit erhalten wird.
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Dieser laufende Zeitwert wird in der gleichen Weise in den Direktzugriffsspeicher
6 eingeschrieben, woraufhin sich die gleichen Vorgänge wiederholen, so daß der in
dem Direktugriffsspeicher abgespeicherte Zeitwert jeweils in Abständen von einer
Minute erneuert bzw. aufgefrischt wird. Diese Vorgänge laufen in dem elektronischen
Zeitgeber gemäß Fig. 1 solange ab, wie die Stromquelle 2A der Zentraleinheit 1 und
den anderen Schaltungsanordnungen kontinuierlich Strom zuführt.
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Es sei nun angenommen, daß keine Stromzufuhr über die erste Stromversorgungsleitung
18 von der Stromquelle 2A erfolgt. Eine solche Unterbrechung der Stromversor-
gung
tritt auf, wenn der (nicht dargestellte) Netzschalter der Stromquelle 2A abgeschaltet
wird, die Verbindungsleitung der Stromversorgungseinheit 2 aus der zugehörigen Steckdose
herausgezogen wird oder die Netzstromversorgung zu der Steckdose urterbrochen wird.
Die Stromquelle 2A weist einen Kondensator mit einer relativ großen Kapazität auf,
so daß die Spannung an der ersten Stromversorgungsleitung 18 nicht sofort auf Null
abfällt.
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Die Spannungsdetektorschaltung 2B spricht auf Spannungsänderungen
an der Stromquelle 2A an, so daß ein Abfallen der Gleichspannung unter einen vorgegebenen
Wert festqestellt wird. Auf diese Weise gibt die Spannungsdetektorschaltung 2B ein
Ausgangssignal ab, das den Abfall der von der Stromquelle 2A erzeugten Gleichspannung
anzeigt.
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Dieses Ausgangssignal der Spannungsdetektorschaltung 2B wird nach
seiner Ubertragung über eine Signalleitung 10 von der Zentraleinheit 1 als Unterbrechungssignal
verwendet, was zur Folge hat, daß der von der Zentraleinheit 1 durchgeführte Programmablauf
unterbrochen und ein für Unterbrechungen der Stromversorgung vorgesehenes Sonderprogramm
ausgeführt werden. Hierbei ist zu beachten, daß die Spannung an der ersten Stromversorgungsleitung
18 noch im Bereich der Nennspannung gehalten wird, die bei diesem Ausführungsbeispiel
+ 5 V beträgt, so daß sämtliche Schaltungsanordnungen noch betreibbar sind.
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Entsprechend dem Sonderprogramm, das nachstehend als Unterbrechungshilfsroutine
bezeichnet ist, führt die Zentraleinheit 1 folgende Schritte durch: Zunächst steuert
die Zentraleinheit 1 den Direktzugriffsspeicher 6 derart, daß der vorgespeicherte
Zeitdatenwert nicht durch die nächste Information erneuert wird, die von der Zentraleinheit
1 zugeführt werden kann.
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Hierzu wird der unter einer bestimmten Adresse des Direktzugriffsspeichers
6 vorgespeicherte Datenwert unter einer bisher noch nicht benutzten anderen Adresse
abgespeichert.
Gleichzeitig stellt die Zentraleinheit 1 die Abgabe eines Lösch-Befehlssignals ein,
durch das die in dem Zähler 5 vorgespeicherten Daten gelöscht werden.
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Auf diese Weise beginnt der Zähler 5 mit der Zählung der Anzahl der
von dem Taktimpulsgenerator 4 abgegebenen Taktimpulse, und zwar beginnend mit dem
Wert Null. Nach diesen Vorgängen erreicht der Programmablauf eine bestimmte Adresse
(Nulladresse), was zur Folge hat, daß der Normalbetrieb der Zentraleinheit 1 eingestellt
wird.
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Nach einer kurzen Zeitdauer fällt die Spannung an der ersten Stromversorgungsleitung
18 unter + 4,5 V ab, so daß ein Strom von der Batterie 3 über die zweite Diode 16
in die zweite Stromversorgungsleitung 19 fließt.
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Hierdurch werden der Taktimpulsgenerator 4, der Zähler 5 und der Direktzugriffsspeicher
6 kontinuierlich betrieben, während die Zentraleinheit 1 nicht in Betrieb ist.
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Der Taktimpulsgenerator 4 erzeugt daher kontinuierlich eine Folge
von Impulsen, während der Zähler 5 die Anzahl der von dem Taktimpulsgenerator 4
abgegebenen Impulse zählt. Der durch die Anzahl der Impulse gegebene Datenwert entspricht
daher einem Zeitintervall, für das eine Unterbrechung bzw. Abschaltung der Stromversorgung
vorliegt. Der maximale Zählwert des Zählers 5 kann derart eingestellt werden, daß
er einem Zeitabschnitt von mehreren Tagen bis zu annähernd einem Jahr entspricht,
wobei ein Jahr die Zeitdauer darstellt, während der die Batterie die Stromversorgung
aufrechterhalten kann. Auf diese Weise zählt der Zähler 5 kontinuierlich die Anzahl
der Taktimpulse, während der Direktzugriffsspeicher 6 die vorgespeicherten Daten
solange aufrechterhält, wie die Stromquelle 2A keine Gleichspannung abgibt.
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Es sei nun angenommen, daß die Stromversorgung über die Stromquelle
2A wiederhergestellt wird. Diese Wiederherstellung der Stromversorgung wird von
der Rück-
stellschaltung 13 festgestellt, indem die Ausgangsspannung
der Rückstellschaltung 13 auf einen hohen Wert übergeht. Dieses hochpeglige Signal
wird über eine Signalleitung 14 der Zentraleinheit 1 zugeführt. Während die Zentraleinheit
1 das aus einem Signal niedrigen Wertes bestehende Rückstellsignal erhält, erfolgt
keine weitere Durchführung des Programmablaufs von der Nulladresse aus. Bei I,öschung
des Rückstellsignals, d. h., bei Ubergang der Ausgangssignalspannung der Rückstellschaltung
13 auf einen hohen Wert, beginnt die Zentraleinheit 1 von der Nulladresse an folgendermaßen
zu arbeiten: Die Zentraleinheit 1 liest den den Zeitpunkt des Auftretens der Stromversorgungsunterbrechung
bezeichnenden Datenwert über eine Signalleitung 9 aus dem Direktzugriffsspeicher
6 aus. Außerdem liest die Zentraleinheit 1 über eine Signalleitung 15 den die Dauer
der Stromversorgungsunterbrechung bezeichnenden Datenwert aus dem Zähler 5 aus.
Der von dem Zähler 5 erhaltene Datenwert wird in der Zentraleinheit 1 dem von dem
Direktzugriffsspeicher 6 erhaltenen Datenwert hinzuaddiert, so daß ein neuer Datenwert
erhalten wird, der die gegenwärtige, laufende Zeit bezeichnet. Der Datenwert der
laufenden Zeit wird dann über eine Signalleitung 8 in den Direktzugriffsspeicher
6 eingeschrieben. Sodann erzeugt die Zentraleinheit 1 ein Lösch-Befehlssignal, das
über eine Signalleitung 11 dem Zähler 5 zugeführt wird, so daß der in dem Zähler
vorgespeicherte Datenwert gelöscht wird. Diese Vorgänge werden innerhalb einer kurzen
Zeitdauer durchgeführt, woraufhin die Zentraleinheit 1 wieder die Ausführung von
Arbeitsvorgängen entsprechend ihrer normalen Programmroutine übernimmt.
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Auf den vorstehend kurz beschriebenen Betriebsablauf wird im folgenden
unter Bezugnahme auf den Signal-
plan gemäß Fig. 2 näher eingegangen.
In Fig. 2 zeigen der erste Signalverlauf (a) die Spannungsänderung des Ausgangssignals
der Spannungsdetektorschaltung 2B, der zweite Signalverlauf (b) die Spannungsänderung
an der ersten Stromversorgungsleitung 18 und der dritte Signalverlauf (c) die Spannungsänderung
des Ausgangssignals der Rückstellschaltung 13. Die Rückstellschaltung 13 weist einen
(nicht dargestellten) Vergleicher auf, der ein Ausgangssignal durch Vergleich der
an der ersten StronversorguncJsleitung 18 anliegenden Spannung mit einer vorgegebenen
Bezugsspannung hildet. Diese Bezugsspannung sollte durch Spannungsänderungen an
der ersten Stromversorgungsleitung 18 nicht beeinflußbar sein. Das heißt, die Bezugsspannung
wird unabhängig von Spannungsänderungen der Versorgungsspannung konstant gehalten.
Aus diesem Grunde kann eine z. 13. aus einer Batterie bestehende Konstantsjaniungsquelie
zur Zuführung der Bezugsspannung dienen.
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Die Zeit t1 bezeichnet in Fig. 2 den Zeitpunkt des Auftretens einer
Stromversorgungsunterbrechung. Da die Spannungsdetektorschaltung 2B sehr empfindlich
ist, fällt ihre Ausgangs spannung mit dem Auftreten der Stromversorgungsunterbrechung
von einem hohen auf einen niedrigen Wert ab. Dieses Ausgangssignal niedrigen Wertes
der Spannungsdetektorschaltung 2B wird von der Zentraleinheit 1 als das Unterbrechungssignal
verwendet. Bei Anliegen des Unterbrechungssignals wird der normale Programmablauf
der Zentraleinheit 1 unterbrochen, so daß die Zentraleinheit 1 entsprechend der
vorstehend erwähnten Unterbrechungshilfsroutine betrieben wird. Wie dem Verlauf
(b) der Spannungsänderung an der die Zentraleinheit 1 mit Strom versorgenden ersten
Stromversorgungs-.
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leitung 18 zu entnehmen ist, fällt die an der Zentraleinheit 1 anliegende
Spannung exponentiell ab und nähert
sich dem Nullspannungswert.
Ein Bezugswert Vc bezeichnet eine kritische Spannung, unterhalb der die Zentraleinheit
1 nicht mehr arbeitet. Das heißt, nach einem Abfall der Spannung an der ersten Stromversorgungsleitung
18 unter die kritische Spannung Vc kann ein Betrieb durch die Zentraleinheit 1 nicht
mehr erwartet werden. Die zu Beginn der Stromversorgungsunterbrechung erforderlichen
Operationen müssen daher während eines Zeitintervalls T1 durch geführt werden, das
von dem Zeitpunkt der Feststellung einer Stromversorgungsunterbrechung und dem Zeitpunkt
t2 bestimmt ist. Am Ende des Zeitintervalls T1, daß heißt, zur Zeit t2, fällt die
Ausgangsspannung der Rückstellschaltung 13 auf einen niedrigen Wert ab.
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Bei Erhalt eines Signals niedrigen Wertes, das heißt, eines Rückstellsignals,
von der Rückstellschaltung 13 stellt die Zentraleinheit 1 ihre normalen Betriebsvorgänge
ein, indem der Programmablauf auf die Nulladresse zurückgeführt bzw. in der Nulladresse
festgehalten wird.
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Wenn dagegen die Stromversorgung wieder hergestellt wird, steigt
die Spannung an der ersten Stromversorgungsleitung 18 in der in Fig. 2 veranschaulichten
Weise beginnend mit dem Zeitpunkt t3 exponentiell vom Nullwert an. Diese exponentiell
ansteigende Spannung überschreitet den kritischen Spannungswert Vc zur Zeit t4,
so daß die Ausgangsspannung der Rückstellschaltung 13 zur Zeit t4 auf einen hohen
Wert übergeht. Dies bedeutet, daß das der Zentraleinheit 1 zugeführte Ptckstellsignal
nun zur Zeit t4 gelöscht wird. Das Rückstellsignal bewirkt, daß die Zentraleinheit
1 keine Funktionsschritte ausführt, indem der Programmablauf auf der Nulladresse
festgehalten wird. Da das Rückstellsignal der Zentraleinheit 1 während eines von
der Zeit t3 und der Zeit t4 bestimmten Zeitintervalls T2 zugeführt wird, beginnt
die Ausführung von Funktionsschritten von der Nulladresse aus nach der Zeit t4.
Das von der Rückstellschaltung 13 abgegebene Signal hohen Wertes läßt sich als Rückstell-Löschsignal
bezeichnen. Vor dem Anliegen dieses Rückstell-
Löschsignals gibt
die Spannungsdetektorschaltung 2B ein Signal hohen Wertes ab, das nachstehend als
Unterbrechungs-Löschsignal bezeichnet wird. Zu diesem Zeitpunkt kann die Zentraleinheit
1 aufgrund des Fehlens einer elektrischen Stromversorgung jedoch nicht arbeiten,
so daß das Unterbrechungs-I.öschsignal von der Zentraleinheit 1 nicht festgestellt
wird. Mit fortschreitender Zeit überschreitet die Spannung an der ersten Stromversorgungsleitung
18 die kritische Spannung Vc und das Unterbrechungs-Löschsignal wird zur Zeit t4
von der Zentraleinheit 1 festgestellt. Zur Zeit t4 wird das Rückstellsignal in der
vorstehend beschriebenen Weise gelöscht, so daß die Zentraleinheit 1 ausgehend von
der Nulladresse zu arbeiten beginnt und folyende vorgegebene Arbeitsschritte ausführt:
Der in dem Zähler abgespeicherte Datenwert und der in dem Direktzugriffsspeicher
6 abgespeicherte Datenwert werden jeweils von der Zentraleinheit 1 ausgelesen, woraufhin
diese Daten zum Erhalt der gegenwärtigen Zeit addiert werden. Die gegenwärtige bzw.
laufende Zeit wird sodann in dem Direktzugriffsspeicher 6 abgespeichert, womit die
Unterbrechungshilfsroutine abgeschlossen ist. Nach Abschluß der Unterbrechungshilfsroutine
tritt der Betrieb der Zentraleinheit in den normalen Programmablauf ein, so daß
der in dem Direktzugriffsspeicher 6 abgespeicherte Zeitdatenwert jeweils in Abständen
von einer Minute erneuert wird. Obwohl die Rückstellschaltung 13 das Rückstellsignal
zur Zeit t2 und das Rückstell-I,öschsi<jnal zur Zeit t4 durch Vergleich der an
der ersten Stromversorgungsleitung 18 anliegenden Spannung mit der kritischen Spannung
Vc gemäß Fig. 2 erzeugt , kann die Schwellenspannung der Rückstellschaltung ein
wenig höher als die kritische Spannung Vc eingestellt werden, so daß das Rückstellsignal
mit Sicher-
heit von der Zentraleinheit 1 zur Zeit t4 erhalten
wird, da die Zentraleinheit 1 nach der Zeit t4 betriebsbereit ist.
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In Fig. 3A ist ein Ablaufdiagramm eines ersten Teils der Unterbrechungshilfsroutine
dargestellt. Die Unterbrechungshilfsroutine beginnt mit der Empfang des von der
Spannungsdetektorschaltung 2B abgegebenen Unterbrechungssignals durch die Zentraleinheit
1. Der erste Schritt der Unterbrechungshilfsroutine besteht darin, daß das von der
Zentraleinheit 1 gebildete und über die Signalleitung 11 dem Zähler 5 zugeführte
Lösch-Befehlssignal unterdrückt wird, so daß der Zähler 5 mit der Zählung der Anzahl
der von dem Taktimpulsgenerator 4 abgegebenen Impulse beginnt. In einem zweiten
Schritt wird sodann der unter einer gegebenen Adresse des Direktzugriffsspeichers
6 vorgespeicherte Zeitdatenwert in eine unbenutzte Adresse des Direktzugriffsspeichers
6 überführt, wodurch eine änderung dieses Zeitdatenwertes verhindert wird. In einem
folgenden dritten Schritt wird festgestellt, ob die Stromversorgung weiterhin unterbrochen
ist oder nicht.
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Wenn die Antwort auf diese Frage "JA" lautet, d. h., wenn die Stromversorgung
weiterhin unterbrochen ist, wird der dritte Programmschritt erneut ausgeführt. Die
Zentraleinheit 1 wird dann üblicherweise in dieser Progrmmschleife betrieben, bis
die Spannung an der ersten Stromversorgungsleitunc3 18 unter die kritische Spannung
Vc abfällt. Nach Abfall der Spannung unter die kritische Spannung Vc kann die Zentraeinheit
1 nicht mehr arbeiten.
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Lautet dagegen die Antwort auf den dritten Programmschritt "NEIN",
folgt ein vierter Schritt, in dem unzuverlässige Daten in der Zentraleinheit 1 gelöscht
werden.
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Wenn nämlich die Spannung an der ersten Stromversorgungsleitung 18
momentan die kritische Spannung Vc aufgrund von in der Spannung enthaltenen Störanteilen
überschreitet, arbeitet die Zentraleinheit 1 für eine kurze Zeitdauer, was zur Bildung
von fehlerhaften Daten führen kann. Aus
diesem Grund müssen die
Daten in der Zentraleinheit 1 gelöscht werden, wenn die Spannung die kritische Spannung
Vc überschreitet. Nach diesem vierten Schritt wird festgestellt, ob die Nulladresse
überschritten ist oder nicht.
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Wenn die Antwort auf diese Frage "NEIN" lautet, d. h., wenn noch kein
Rückstellsignal der Zentraleinheit 1 zugeführt worden ist, damit die Zentraleinheit
1 von der Nulladresse aus arbeitet, kehrt der Betriebsablauf der Zentraleinheit
1 an dem Punkt zurück, an dem er sich befindet. Wenn dagegen die Antwort "JA" lautet,
erfolgt ein übergang des Programmablaufs auf die Nulladresse.
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Der vierte Programmschritt sowie die nachfolgenden Schritte dienen
zur Verhinderung eines Betriebs der Zentraleinheit 1 unter unerwünschten Bedingungen,
die durch eine instabile Spannung an der ersten Stromversorgungsleitung 18 zustande
kommen. Wenn nämlich in der Ubergangszeit ciner Strorvesogungsunterbrechung Schwankungen
oder Zittererscheinungen bei der an der ersten Stromversorgungsleitung 18 anliegenden
Spannung auftreten, könnte der Programmablauf teilweise und damit unvollstäidig
ausgeführt werden, da die Zentraleinheit 1 nur für eine kurze Zeitdauer aufgesteuert
wird. Die bei einem solchen Betrieb erhaltenen Daten können daher fehlerhaft sein
und sind somit nicht verläßlich. Ublicherweise treten Spannunqsschwankungen oder
Zittererscheinungen im Spannungsverlauf während einer kurzen Zeitdauer vor dem Abfall
der an der ersten Stromversorgungsleitung 18 anliegenden Spannung unter die kritische
Spannung Vc auf. In diesem Falle wird das Rückstellsignal nicht gebildet und der
Programmablauf wird an dem Punkt, an dem er sich befindet, zurückgeführt.
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Tatsächlich kehrt der Programmablauf auf einen Punkt zurück, der in
dem zweiten Ablaufdiagramm gemäß Fig. 3B durch das Symbol O bezeichnet ist. Treten
jedoch solche Spannungsschwankungen oder Zittererscheinungen im
Spannungsverlauf
nach dem Zeitpunkt t2 der Bildung des Rückstellsignals auf, geht der Programmablauf
auf die Nulladresse über, was ebenfalls in Fig. 3B veranschaulicht ist.
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Fig. 3B stellt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Teils der Unterbrechungshilfsroutine
dar, der ausgehend von der Nulladresse bei Erhalt eines Rückstell-Löschsignals ausgeführt
wird. In einem ersten Schritt dieses zweiten Teils der Unterbrechungshilfsroutine
wird die Zentraleinheit 1 für die Unterbrechung durch ein externes Unterbrechungssignal
freigegeben. Das heißt, daß der in Fig. 3A veranschaulichte Programmablauf stattfindet,
wenn von der Spannungsdetektorschaltung 2B ein Unterbrechungssignal zugeführt wird.
Wenn daher zwischen der Zeit t3 und der Zeit t4 eine Spannungsschwankung oder eine
Zittererscheinung im Spannungsverlauf auftritt, werden die unzuverlässigen Daten
in der Zentraleinheit 1 in der vorstehend bereits beschriebenen Weise gelöscht.
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Zur Vereinfachung der Beschreibung wird nun angenommen, daß die Spannung
an der ersten Stromversorgungsleitung 18 zur Zeit t3 einfach in der in Fig. 2 dargestellten
Weise ansteigt. Nach dem ersten Schritt wird der in dem Zähler 5 gespeicherte Datenwert
von der Zentraleinheit 1 ausgelesen, woraufhin auch das Auslesen des in dem Direktzugriffsspeicher
6 abgespeicherten Datenwertes erfolgt. Diese beiden Daten werden zum Erhalt der
gegenwärtigen Zeit addiert, so daß ein die gegenwärtige Zeit angebender Datenwert
in dem Direktzugriffsspeicher 6 abgespeichert wird. Vor der Einspeicherung dieses
Datenwertes in den Direktzugriffsspeicher 6 wird die Zentraleinheit 1 für die Unterbrechung
durch ein externes Unterbrechungssignal gesperrt. Hierdurch wird eine korrekte.
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Zeitberechnung erhalten, und zwar unabhängig von der Häufigkeit, mit
der die Unterbrechungshilfsroutine aufgrund einer instabilen Spannung der Stromquelle
2A während
der Abläufe von der Nulladresse bis zu dem Schritt des
Einschreibens der gegenwärtigen Zeitdaten in den Direktzugriffsspeicher 6 stattfindet.
Der Schritt des Einschreibens der gegenwärtigen Zeitdaten kann daher mit einer stabilisierten
Spannung durchgeführt werden.
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Nach diesem Schritt des Einschreibens tritt der Programmablauf iiber
die in Fig. 3B mit dem Symbol zu bezeichnete Position in den Schritt der Rückstellung
des Zählers 5 auf den Nullwert ein. Die Zentraleinheit 1 wird für eine ernte Unterbrechung
freigegeben, woraufhin sich die norr:lale Verarbeitungsroutine anschließt. Unter
normalen Bedingungen, bei denen die Spannung der Stromquelle 2A kontinuierlich auf
einem vorgegebenen Wert gehalten wird, arbeitet die Zentraleinheit 1 entsprechend
den auf das Symbol e folgenden Instruktionen. Der Zähler 5 wird daher wiederholt
auf Null zurückgestellt und ist somit bei der Zuführung eines Unterbrechungssignals
nicht in der Lage, die Anzahl der von dem Taktimpulsgenerator 4 abgegebenen Impulse
vom Nullwert an zu zählen.
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Fig. 4 veranschaulicht in Form detaillierter Schaltbilder die Stromquelle
2A und die Spannungsdetektorschaltung 2B, die beide in Fig. 1 in Form von Blöcken
dargestellt sind. Die Spannungsquelle 2A umfaßt einen Transformator (keine Bezugszahl),
einen Gleichrichter 20, eine einen Widerstand 33 und einen Kondensator 21 aufweisende
Glättungsschaltung, eine einen Transistor 28, einen Kondensator 31, einen Widerstand
30, eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode 29 und einem Widerstand (keine Bezugszahl)
aufweisende Stabilisatorschaltung und einen Spannungsregler 32 mit drei Anschlüssen.
Die Spannungsdetektorschaltung 2B umfaßt drei Transistoren 23, 26 und 27, eine Parallelschaltung
aus einem Kondensator 25 und einem Widerstand 24, drei Dioden 39 bis 41, eine zweite
Zenerdiode 22 und Widerstände 34 bis 38.
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Die Stromquelle 2A und die Spannungsdetektorschaltung 2B arbeiten
jeweils in der nachstehend beschriebenen Weise: Der Primärwicklung des Transformators
wird über eine (nicht dargestellte) Steckdose eine Wechselspannung 19 zugeführt,
die der Transformator an seiner Sekundärwicklung in eine Spannung umsetzt, die niedriger
als die an der Primärwicklung anliegende Spannung, jedoch höher als die bei diesem
Ausführungsbeispiel + 5 V betragende Nennspannung ist. Die an der Sekundärwicklung
anstehende Wechseispannung wird dem durch das Symbol einer Diode schematisch veranschaulichten
Gleichrichter 20 zugeführt, so daß die Wechselspannung in eine Gleichspannung umgesetzt
wird. Die Gleichspannung wird der Glättungsschaltung zugeführt, die aus dem Widerstand
33 und dem Kondensator 21 besteht, dessen Kapazität in Reiation zu der Kapazität
eines üblicherweise bei einer solchen Glättungsschal tunq verwendeten Kondensators
größer ist. Die Stabilisatorschaltung trägt zur Aufrechterhaltung der Gleichspannung
über dem Kondensator 21 bei, so daß eine auf einem vorgegebenen Wert festgehaltene
Spannung dem Eingangsanschluß des drei Anschlüsse aufweisenden Spannungsreglers
32 zugeführt wird, der die Spannung derart regelt, daß die Nennspannung abgegeben
wird. Diese Nennspannung wird der ersten Stromversorgungsleitung 18 gemäß Fig. 1
über einen Ausgangsanschluß 42 zugeführt. Ein zusätzlicher Kondensator 44 kann in
der gestrichelt dargestellten Weise zwischen den Ausgangsanschluß des Spannungsreglers
32 und Masse geschaltet werden, wodurch im Falle einer Unterbrechung der Stromversorgung
eine weitere Aufrechterhaltung der Spannung erzielbar ist.
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Wenn die an der dem Kondensator 21 parallel geschalteten Zenerdiode
22 auftretende Spannung über einem vorgegebenen Spannungswert liegt, wird der in
der Spannungsdetektorschaltung 2B enthaltene Transistor 23 im Sperrzustand gehalten,
da die an der Zenerdiode 22 auftretende positive Spannung der Basis des Transistors
23 zugeführt wird. Die Parallelschaltung des Kondensators 25 mit dem Widerstand
24 dient zur Aufrechterhaltung der Spannung am Emitter des Transistors 23. Im Sperrzustand
des Transistors 23 wird die an dessen Kollektor anstehende Spannung im wesentlichen
auf Massepotential gehalten, so daß der Basis des Transistors 26 über den Widerstand
36 eine Spannung mit niedrigem Pegel zugeführt wird. Der Transistor 26, dessen Kollektor-Emitter-Strecke
über den Widerstand 37 zwischen dem Ausgangsanschluß des Spannungsreglers 32 und
Masse liegt, wird im Sperrzustand gehalten, so daß an seinem Kollektor eine hochpeglige
Spannung auftritt, die der Basis des Transistors 27 zugeführt wird. Der Transistor
27, dessen Kollektor-Emitter-Strecke über den Widerstand 38 ebenfalls zwischen den
Ausgangsanschluß des Spannungsreglers 32 und Masse geschaltet ist, leitet solange,
wie sein Basispotential auf einem hohen Pegel gehalten wird. Dementsprechend fließt
ein elektrischer Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 27, wodurch
an seinem Emitterwiderstand 38 ein Spannungsabfall entsteht. Die am Emitter des
Transistors 27 anstehende Spannung wird über einen Ausgangsanschluß 43 der Spannungsdetektorschaltung
2B der Zentraleinheit 1 in der in Fig.
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1 veranschaulichten Weise zugeführt. Wenn somit eine vorgegebene Wechselspannung
korrekt an der Primärwicklung des Transformators anliegt, weist die Spannung am
Emitter des Transistors 27 einen hohen Pegel auf, so daß der Zentraleinheit 1 kein
Unterbrechungssignal zugeführt wird.
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Bei einer Unterbrechung der Stromversorgung beginnt die Spannung
an der Zenerdiode 22 abzufallen. Diese abfallende Spannung wird über die Diode 39
direkt der Basis des Transistors 23 zugeführt, während die Spannung an seinem Emitter
aufgrund der von dem Kondensator 25 und dem Widerstand 24 gebildeten Spannungs-Halteschaltung
nicht sehr rasch abfällt. Wenn die Spannung an der Basis geringfügig abfällt, wird
der Transistor 23 durchgeschaltet, so daß ein elektrischer Strom über seine Emitter-Kollektor-Strecke
fließt. Dementsprechend tritt an dem zwischen dem Kollektor des Transistors 23 und
Masse liegenden Widerstand 35 ein Spannungsabfall auf.
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Die Spannung am Kollektor des Transistors 23 liegt dicht bei dem an
seinem Emitter anstehenden Spannungswert und wird über den Widerstand 36 der Basis
des Transistors 26 zugeführt, der hierdurch durchgeschaltet wird. Dies hat zur Folge,
daß die Spannung am Kollektor des Transistors 26 im wesentlichen Massepotential
annimmt, so daß eine Spannung niedrigen Pegels der Basis des Transistors 27 zugeführt
wird. Der bisher leitende Transistor 27 wird nun gesperrt, so daß die Spannung am
Emitter des Transistors 27 auf einen niedrigen Wert abfällt. Diese niedrige Emitterspannung
des Transistors 27 wird über den Ausgangsanschluß 43 der Spannungsdetektorschaltung
2B der Zentraleinheit 1 als Unterbrechungssignal zugeführt (siehe Fig. 2).
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Wenn dagegen die Wechselstromversorgung wieder hergestellt wird,
steigt die Spannung am Ausgangsanschluß des Spannungsreglers 32 in der durch den
Verlauf (b) gemäß Fig. 2 veranschaulichten Weise exponentiell an.
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Zu diesem Zeitpunkt sperrt der Transistor 26, da der Transistor 23
aufgrund des von dem Kondensator 25 bewirkten langsamen Spannungsanstiegs an seinem
Emitter im Sperrzustand gehalten wird, so daß die Spannung an
der
Basis des Transistors 27 ansteigt, was wiederum zur Folge hat, daß auch die Spannung
an seinem Kollektor in der gleichen Weise ansteigt. Der Transistor 27 schaltet daher
durch, so daß an seinem Emitterwiderstand 38 nach einer kurzen Zeitdauer nach dem
Zeitpunkt t3 ein Spannungsabfail in der durch den Verlauf (a) gemäß Fig. 2 dargestellten
Weise entsteht. Die am Emitter des Transistors 27 anliegende positive Spannung wird
über den Ausgangsanschluß 43 der Spannungsdetektorschaltung 2B der Zentraleinheit
1 zugeführt und als Unterbrechungs-Löschsignal verwendet. Die Schaltung des Transistors
27 stellt eine sog. Emitterfolgerschaltung dar, so daß eine Impedanzanpassung auf
einfache Weise erzielbar ist.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird somit ein
Mikrorechner, der ein Fernsehgerät, ein Video-Bandaufzeichnungsgerät oder dgl. in
Abhängigkeit von vorprogrammierten Instruktionen steuert, unter normalen Stromversorgungsbedingungen
auch als elektronische Zeitgeberschaltung eingesetzt, während bei Unterbrechungen
der Stromversorgung batteriebetriebene Zusatzschaltungen zur Mitverfolgung und Aufrechterhaltung
einer korrekten Zeitangabe bzw. Zeitsteuerung dienen.
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Hierdurch erübrigt sich ein teurer integrierter CMOS-Schaltkreis,
der die Funktionen eines elektronischen Zeitgebers bzw. einer elektronischen Schaltuhr
übernimmt, so daß bei automatischen Steuersystemen für Haushaltsgeräte eine erhebliche
Kostenreduktion erzielbar ist.
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Die vorstehend beschriebene elektronische Zeitgeberschaltung umfaßt
somit die Zentraleinheit eines Mikrorechners, der elektrische Geräte, wie z. B.
ein Fernsehgertit, ein Video-Bandaufzeichnungsgerät oder dgl.
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zur automatischen Auswahl von Fernseh- und/oder Rundfunksendungen
in Abhanqiqkei t von vorprocirammierten Instruktionen automatisch steuert, sowie
Zusatzschaltungen, die bei Unterbrechungen der Stromversorqung mit einer Batterie
betrieben werden und somit trotz Stromversorgungsunterbrechungen, bei denen die
Zentraleinheit des Mikrorechners nicht in Betrieb ist, die korrekte Zeit mitverfolcjen
und eine genaue Zeitanqabe aufrechterhalten. Zur Mitverfolqunq der genauen Zeit
wird die Anzahl von abgegebenen Taktimpulsen mittels eines Zählers gezählt, während
in einem Speicher ein den Zeitpunkt des Auftretens einer Stromversorgungsunterbrechung
bezeichnender Datenwert abgespeichert wird, so daß die von dem Zähler und clem Speicher
erhaltenen Daten bei der Wiederherstellung der Stromversorgung zur Gewinnung der
gegenwärtigen laufenden Zeit addiert werden können.
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