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Verfahren und Schaltungsanordnung zur seriellen Ubertragung
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eines Taktsignals und mehrerer parallel ankommender Binärsignale über
einen Lichtleiter Um eine elektrische Störbeeinflussung zu vermeiden, kann es wünschenswert
sein, Informationen statt über übliche Kabel über eine Lichtleiterstrecke zu übertragen.
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Müssen dabei mehrere parallel anliegende Informationen übertragen
werden, wie es beispielsweise an den Schnittstellen zwischen Datenübertragungseinrichtungen
und Datenendeinrichtungen der Fall ist, dann ist ein relativ großer technische Aufwand
erforderlich, um alle parallel anliegenden Informationen über je eine Lichtleiterstrecke
zu übertragen.
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Es wäre grundsätzlich denkbar, mehrere parallel anliegende Informationen
in ein Zeitmultiplexsignal zu-übernehmen und nach Umwandlung in ein entsprechendes
Lichtsignal die Informationen über einen Lichtleiter zu übertragen. Die dazu geeigneten
Zeitmultiplexeinrichtungen erfordern einen beträchtlichen Aufwand, der aber gerechtfertigt
ist, wenn die Informationen mindestens über eine Entfernung von einigen Kilometern
übertragen werden, weil dann unter Verwendung der Zeitmultiplexeinrichtungen Kabel
eingespart und unter Verwendung der Lichtleiterschranke eine Störbeeinflussung vermieden
wird.
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Wenn es sich aber darum handelt,mehrere im Bereich einer Schnittstelle
parallel anliegende Informationen nur über eine geringe Entfernung beispielsweise-
von 20 bis 100 m zu übertragen, dann erscheint der Aufwand für die Zeitmultiplexeinrichtungen
relativ groß, weil die Einsparung
von Kabel nicht in Betracht kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Taktsignal und mehrere
parallel ankommende Binärsignale seriell über einen Lichtleiter mit derart geringem
technischen Aufwand zu übertragen, daß auch die üb licherweise an Schnittstellen
von Datenverarbeitungss einrichtungen anfallenden Signale über relativ geringe Entfernungen
von etwa 10 bisioo m rationell seriell.
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übertragen werden können.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die folgenden
Verfahrensschritte gelöst: a) Das Taktsignal und die Binärsignale werden zu einem
sendeseitigen Zeitmultiplexsignal vereinigt, das während einer ersten Art von Zeitschlitzen
perio disch äe einen ersten Binärwert des Taktsignals signalisiert, das während
einer zweiten Art von Zeitschlitzen die zweiten Binärwerte des Taktsignals signalisiert
und das während einer dritten Art von Zeitschlitzen - die zwischen zwei Zeitschlitzen
der zweiten Art eingebettet sind - die Binärwerte der Binärsignale signalisiert.
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b) Das sendeseitige Zeitmultiplexsignal wird sende seitig in ein Lichtsignal
umgewandelt, das über den Lichtleiter zur Empfangs seite übertragen wird und aus
dem empfangenen Lichtsignal wird ein empfangsseitiges Zeitmultiplexsign&i gewonnen.
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c) Aus den während der dritten Art von Zeitsciitzen übertragenen Binärwerten
der Binärsignale werden empfangsseitig die Binärsignale gewonnen und pars allel
abgegeben und aus den während der ersten und zweiten Art von Zeitschlitzen übertragenen
Binärwerten wird ein empfangsseitiges Taktsignal gewonnen und parallel zu den empfangsseitigen
Binärsignalen abgegeben.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie mit geringem technischen
Aufwand und daher billig realisferbar ist, weil die Einfügung der zu übertragenden
Daten in das Zeitmultiplexsignal, die Erkennung dieser Daten auf der Empfangsseite,
die Ubertragung des Taktsignals und die Synchronisierung mit einfachen technischen
Mitteln durchführbar ist.
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Um das zeitliche Auftreten der Daten auf der Empfangsseite mit besonders
geringem technischen Aufwand erkennen zu können, ist es zweckmäßig, daß sendeseitige
Flankendetektorsignale erzeugt werden, welche die über gänge des sendeseitigen bzw.
des empfangsseitigen Zeitmultiplexsignals von den Zeitschlitzen der ersten Art zu
den Zeitschlitzen der zweiten Art signalisieren und daß ab Beginn des sendeseitigen
bzw. des empfangsseitigen Flankendetektorsignals ein sendeseitiges bzw. ein empfangsseitiges
Raster mit je einer vorgegebenen Anzahl von Zeitschlitzen der dritten Art festgelegt
wird, welches sendeseitig die Einfügung der Binärwerte der Binärsignale in das sendeseitige
Zeitsultiplexsignal bzw. empfangsseitig die Entnahme der Binärwerte der Binärsignale
aus dem empfangsseitigen Zeitmultiplexsignal ermöglicht.
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Bei einer bewährten Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
ist ein Multiplexer vorgesehen, dem das Taktsignal und die Binärsignale zugeführt
werden und der das Zeitmultiplexsignal an einen optischen Sender abgibt, an den
der Ausgang des Lichtleiters angeschlossen ist. Dabei wird das empfangene Lichtsignal
einem optischen Empfänger zugeführt, der das empfangsseitige Zeitmultiplexsignal-
an einem Demultiplexer abgibt. Es ist zweckmäßig, daß der Multiplexer aus einem
ersten
Schieberegister, aus einem ersten Flankendetektar und einem ersten Zähler besteht,daB
das sendeseitige Taktsignal seriell dem ersten Schieberegister zugeführt wird, das
die Informationen im Takt von Schiebeimpulsen weiterschiebt und daß mit dem ersten
Flankendetektor und mit dem ersten Zähler Ladeimpulse gewonnen werden, welche die
parallele Ubernahme der Binärwerte der sendeseitigen Bi-närsignale in die einzelnen
Zellen des ersten Schieberegisters bewirken.
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Eine vorteilhafte Realisierung des Demultiplexers ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Multiplexer aus einem zweiten Schieberegister, aus einem zweiten Flankendetektor,
aus einem zweiten Zahler und aus mehreren Speichern besteht, daß das empfangsseitige
Zeitmultiplexsignal seriell dem zweiten Schieberegister zugeführt und die Informationen
mit Schiebeimpulsen weitergeschoben werden, daß über einen Ausgang des zweiten Schieberegisters
das empfangsseitige Taktsignal abgegeben wird, daß mit Hilfe des zweiten Flankendetektors
und des zweiten Zählers Ubernahmeimpulse erzeugt werden, welche die Übernahme der
in einigen Zellen des zweiten Schieberegisters gespeicherten Informationen in die
Speicher bewirken und daß über die Ausgnge der Speicher die empfangsseitigen Binärsignale
abgegeben werden.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Figuren 1 bis 6 beschrieben. Za zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Datenabertragungs2nlage
in prinzipieller Darstellung, Fig. 2 einige Signale, die im Bereich der Fig. 1 der
dargestellten Datenübertragungsanlage auftreten, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel
des in Fig. 1 dargestellten Multiplexers,
Fig. 4 einige Signale,
die im Bereich des in Fig. 3 dargestellten Multiplexers auftreten, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel
des in Fig. 1 dargestellten Demultiplexers und Fig. 6 einige Signale, die im Bereich
des in Fig. 5 dargestellten Demultiplexers auftreten.
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Fig. 1 zeigt die Übertragung eines Taktsignals T und mehrerer parallel
vorliegende Binärsignale D1, D2 über den Lichtleiter L. Es wird beispielsweise angenommen,
daß das Taktsignal T und die Binärsignale DI, D2 im Bereich der Schnittstelle SCHN1
vorliegen und daß diese Signale im Bereich der Schnittstelle SCHN2 weitergeleitet
werden sollen, ohne daß diese Signale im Bereich zwischen den beiden Schnittstellen
durch elektrische Störsignale beeinflußt werden können. Um die Beeinflussung durch
elektrische Störsignale auszuschließen, wäre es grundsätzlich denkbar, alle im Bereich
der Schnittstelle SCHN1 anfallenden Signale über je einen optischen Sender,über
je einen Lichtleiter und über je einen optischen Empfänger zurßchnittstelle SCHN2
zu übertragen. Wenn insgesamt etwa 3 bis 30 Signale von der Schnittstelle SCHN1
zur Schnittstelle SCHN2 übertragen werden sollen, wäre ein relativ großer technischer
Aufwand für die optischen Sender, die Lichtleiter und die optischen Empfänger erforderlich.
Um diesen Au-fwand zu vermeiden, wird mit Hilfe des Multiplexers MUX das sendeseitige
Zeitmultiplexsignal S1 erzeugt, das zeitlich cacheinander.alle Informationen der
im Bereich der Schnittstelle SCHN1 anfallenden Signale enthält. Der optische Sender
SE wandelt das Zeitmultiplexsignal S1 in ein entsprechendes Lichtsignal um, das
über den Lichtleiter L zum optischen Empfänger EM übertragen wird. Der optische
Empfänger EM wandelt das empfangene Lichtsignal in das sendeseitige Zeitmultiplexsignal
S2 um und der Demultiplexer DEMUX be-
wirkt eine Seriell/Parallel-Wandlung
und gibt über seine A1lsgänge die Binärsignale Dl, DG und das Taktsignal T ab. Die
aus dem Mutiplexer MUX, aus dem optischen Sender SE, dem Lichtleiter L, dem optischen
Empfänger EM und dem Demultiplexer DEMUX bestehende Anlage soll derart billig realisierbar
sein, daß deren Einsatz bereits bei einer Länge des Lichtleiters L von etwa 30 m
wirtschaftlich ist Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Datenübertragungsanlage
wird nun anhand der in Fig. 2 dargestellten Signale erläutert. Zwecks einfacherer
Darstellung sind nur die beiden Binärsignale DI, D2 und das einzige Taktsignal T
dargestellt, wogegen in der Praxis mit einer Vidzahl derartiger Binärsignale Dl,
D2 zu rechnen ist. Das Binärsignal D1 verläuft synchron zum Taktsignal T, wogegen
das Binärsignal D2 einen asynchronen Verlauf aufweist. Bei diesem Binärsignal kann
es sich einerseits um Nutzinformationen handeln, also beispielsweise um Daten, die
Ziffern und Buchstaben darstellen. Die Binärsignale können aber auch Steuersignale
darstellen, welche zur Steuerung von Datenverarbeitungsanlagen benötigt werden Der
in Fig. 1 dargestellte Multiplexer MUX gibt das Zeitmultiplexsignal S1 ab, das während
einer ersten Art von Zeitschlitzen ZS1 periodisch je einen ersten Binärwert, beispielsweise
je einen 1-Wert des Taktsignals T signalisiert. Während einer zweiten t - von Zeitschlitzen
ZS2 signalisiert das Zeitmultiplexsignal S1 den 0-Wert und damit den zweiten Binärwert
des Taktsignals T. Eine dritte Art von Zeitsohlitzen ZS3 ist Je zwischen zwei Zeitschlitzen
der zweiten Art ZS2 eingebettet. Diese Zeitschlitze ZS3 signalisieren die Binärwerte
der Binärsignale DI und D2 zu periodisch wiederkehrenden und in Bezug auf das Taktsignal
T
festgelegten Zeitpunkten. Es wird beispielsweise angenommen,
daß diese Zeitpunkte mit den negativen Flanken des Taktsignals T festgelegt werden.
Zum Zeitpunkt t1 erscheint eine negative Flanke des Taktsignals T und die zu diesem
punkt t1 auftretenden Binärwerte D11 bzw. D21 werden in das Zeitmultiplexsignal
31 im Rahmen der Zeitschlitze ZS3 übernommen.
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Die zum Zeitpunkt t2 auftretenden Binärwerte D12, D22 werden in ähnlicher
Weise während der Zeitschlitze ZS3 in das Zeitmultiplexsignal S1 übernommen.
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Das Zeitmultiplexsignal S1 wird über den in Fig 1 dargestellten Lichtleiter
L übertragen und auf der Empfangsseite ergibt sich das entsprechende und in Fig.
2 dargestellte empfangsseitige Zeitmultiplexsignal S2. Mit Hilfe des Demultiplexers
DEMUX werden die während der Zeitschlitze ZS3 empfangenen Informationen ausgewertet
und die Binärsignale DI, D2 an die Schnittstelle SCHN2 angegeben. Dabei wird vorausgesetzt,
daß im Bereich des Demultiplexers DEMUX die Lage der Zeitschlitze ZS3 nach der vorangehenden
Flanke des Taktsignals T bekannt ist, so daß die Informationen der Zeitschlitze
ZS3 ausgewertet werden können. Die mit den sendeseitigen Binärsignalen D1, D2 übermittelten
Informationen gleichen den Informationen, welche durch die empfangsseitigen Binärsignale
Dl, D2 weitergegeben werden. Dabei ist es belanglos, daß sich die sendeseitigen
Binärsignale und die empfangsseitigen Binärsignale wegen der vorgenommenen Signalwandlungen
und Abtastungen geringfügig voneinander unterscheiden.
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Um die mit den Binärsignalen Dl, D2 übermittelten Binärwerte in den
Zeitschlitzen ZS3 unterzubringen, ist es zwecknäßig, sowohl auf der Sende seite
als auch
auf der Empfangsseite Flankendetektorsignale zu erzeugen,
welche die Ubergänge der Zeitmultiplexsignale von den Zeitschlitzen ZS1 zu den Zeitschlitzen
ZS2 und damit die Zeitpunkte tl und t2 signalisieren. Es ist zweckmäßig, ab diesen
Zeitpunkten t1 bzw t2 ein Zeitraster festzulegen, das einerseits genügend fein ist,
um alle zu übertragenden Binärwerte zu berücksichtigen und das andererseits auf
der Sendeseite die genaue Einfügung der Binärwerte in die Zeitschlitze ZS3 und auf
der Empfangsseite die Entnahme dieser Binärwerte während der Zeitschlitze ZS3 in
einfacher Weise ermöglicht.
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Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des in Figur 1 dargestellten
Multiplexers MUX. Er besteht aus dem Schieberegister SR1, aus dem Generator GI zur
Erzeugung von Schrittimpulsen, aus dem Flankendetektor FD1 und aus dem Zähler Z1.
Das in Figur 4 dargestellte Taktsignal T wird seriell dem Schieberegister SRI zugeführt
und im Takt der ebenfalls dargestellten Schiebeimpulse Til von Zelle zu Zelle weitergeschoben.
Die zum Zeitpunkt t3 auftretende positive Impulsflanke des Taktsignals T bewirkt
beispielsweise zum Zeitpunkt t4 nach 4 Schrittimpulsen Til am seriellen Ausgang
des Schiebe registers SR1 die positive Flanke des Zeitmultiplexsignals S1. Die negative
Flanke des Taktsignals T zum Zeitpunkt t5 löst nach 4 Schrittimpulsen TI1 die zum
Zeitpunkt t7 auftretende negative Flanke des Zeitmultiplexsignals S1 aus.
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Die Binärsignale DI, D2 werden Eingängen der Zellen G bzw. d zugeführt,
deren Informationen werden aber erst gleichzeitig mit dem Ladeimpuis TL übernommen.
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Beispielsweise werden mit dem Ladeimpuls TL zum Zeitpunkt t6 die Binärwerte
DII bzw. D21 in die Zellen c
bzw. d übernommen. Zum Zeitpunkt t6
sind die Zellen a, b, c, d der Reihe nach mit den Binärwerten 1, 0, DII, D21 belegt.
Zum Zeitpunkt t7 sind diese Zellen der Reihe nach mit den Binärwerten 0, DII, D21,
0 belegt.
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Zum Zeitpunkt t8 sind diese Zellen a bis d der Reihe nach mit dem
Binärwerten DII, D21, 0, 0 belegt. Damit wird aber ab dem Zeitpunkt t8 der Binängert
D11 im Rahmen des Zeitmultiplexsignals 31 abgegeben. Zum Zeitpunkt t9 sind die Zellen
a bis d der Reihe nach mit den Binärwerten D21, 0, 0, 1 belegt und es wird der Binärwert
D21 im Rahmen des Zeitmultiplexsignals 31 abgegeben. Ab dem Zeitpunkt tlo bis zum
Zeitpunkt t12 werden über die Zelle a 0-Werte abgegeben Der zum Zeitpunkt t9 auftretende
0-Wert des Taktsignals T verursacht die zum Zeitpunkt t12 auftretende Flanke des
Zeitmultiplexsignals S1.
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Das in Figur 4 dargestellte Zeitmultiplexsignal 31 gliedert sichwieder
in Zeitschlitze erster Art ZS1, bzw. Zeitschlitze zweiter Art ZS2 bzw. Zeitschlitze
dritter Art 23. Die Zeitschlitze ZS2 sind zweckmä3ig um die Zeitschlitze ZS3 gegenüber
den Zeitschlitzen Z31 abzugrenzen. Innerhalb der Zeitschlitze ZS3 müssen alle Informationen
der Binärsignale Di, D2 untergebracht werden. Je größer die Zahl der Binärsignale
nach Art der Signale D1, D2 ist, desto weniger Zeit steht für die einzelnen Binärwerte
beispielsweise für die Binärwerte DII, D21 zur Verfügung. Es ist zweckmäßig, die
Zeitschlitze ZS3 deutlich kürzer zu bemessen als die Zeitschlitze ZS1, weil. auf
diese Weise Schwierig keiten bei der zeitlichen Eingliederung der Binärwerte D11,
D21 auf der Sendeseite vermieden und die Auffindung dieser Binärwerte auf der Empfangsseite
erleichiert wird.
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Die Ladeimpulse TL werden mit Hilfe des Flankendetektors FDI und mit
Hilfe des Zählers Z1 erzeugt. Dabei wird angenommen, daß der Flankendetektor FDI
auf die negativen Impulsflanken des Taktsignals T anspricht und mit einem entsprechenden
Signal den Zähler Z1 aktiviert. Beispielsweise wird der Zähler zum Zeitpunkt t5
mit einem derartigen Signal des Flankendetektors FDI aktiviert. Danach zählt er
die Schrittimpulse TI1 und gibt beim dritten Schrittimpuis zum Zeitpunkt t6 einen
Ladeimpuls TL ab. Mit dem Ladeimpuls TL zum Zeitpunkt t6 wird der Zählerstand des
Zählers Z1 wieder zurückgesetzt, so daß er beim nächsten Zählvorgang wieder von
Anfang an zählt.
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Mit Hilfe der Schrittimpulse Til und mit Hilfe der Ladeimpulse TL
wird ein Zeitraster festgelegt, das ab dem Zeitpunkt t7, d.h. ab der negativen Flanke
des Zeitmultiplexsignals S1 mindestens eine Rasterperiode dem Zeitschlitz ZS2 zugeordnet
und das in weiterer Folge je eine Rasterperiode für die Binärwerte D11, D21 reserviert.
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Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des in Figur 1 dargestellten
Demultiplexers DEMUX. Er besteht aus dem Schieberegister SR2, aus dem Schrittimpulsgenerator
G2, aus den beiden bistabilen Kippstufen KI,K2, aus dem Flankendetektor FD2, aus
dem Gatter NOR und aus dem Zähler' Z2.
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Das in Figur 6 dargestellte Zeitmultiplexsignal S2 wird einem seriellen
Eingang des Schieberegisters SR2 zugeführt und wird mit den Schiebeimpulsen TI2
von Zelle zu Zelle weitergeschoben. Zu den Zeitpunkten t15, t16, t17, t18, t19,
wird jeweils ein 1-Wert des Zeitmultiplexsignals S2 in die Zelle h des Schiebe
registers
SR2 übernommen. Zum Zeitpunkt t20 wird ein 0-Wert übernommen, zum Zeitpunkt t21
wird der Wert D11 übernommen und zum Zeitpunkt t22 wird der-Wert D21 in die Zelle
h übernommen. Nach dem Zeitpunkt t22 ist in der Zelle e ein 1-Wert, in der Zelle
f ein O-Wert, in der Zelle g der Wert D11 und in der Zelle h der Wert D21 gespeichert.
Nun werden mit dem Ladeimpuls TL2 die in den Zellen g und h gespeicherten Binärwerte
D11 bzw. D21 in die Kippstufen K1 bzw. K2 übernommen und über deren Ausgänge werden
die Binärsignale D1 bzw. D2 abgegeben.
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Das Taktsignal T wird über den seriellen Ausgang der Zelle e abgegeben.
Ab dem Zeitpunkt t18 bis zum Zeitpunkt t23 werden äene 1-Werte über die Zelle e
abgegeben, die ab dem Zeitpunkt t15 bis zum Zeitpunkt t20 der Zelle h zugeführt
wurden. Zum Zeitpunkt t23 wird mit dem Löschimpuls CL der inhalt des SchieDeregisters
SR2 gelöscht, so daß in den Zellen e, f, g, h das Wort 0000 gespeichert ist. Damit
wird ab dem Zeitpunkt t23 bis zum Zeitpunkt t27 jeweils ein O-Wert abgegeben.
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Der fünfte O-Wert wird zum Zeitpunkt t24 in die Zelle h eingegeben
und ab dem Zeitpunkt t27 bis zum Zeitpunkt t28 über die Zelle e abgegeben. Auf diese
Weise besteht das über die Zelle e abgegebene Taktsignal periodisch aus jeweils
fünf 1-Werten und fünf O-Werten. Über die in Figur 1 dargestellte Schnittstelle
SCHN2 werden somit im wesentlichen die gleichen Signale D1, D2, T abgegeben wie
sie über die Schnittstelle SCHNI zugeführt wurden.
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Der in Figur 5 dargestellte Flankendetektor FD2 ist eine monostabile
Kippstufe, die das Signal F2 abgibt. Es wird angenommen, daß der Flankendetektor
FD2 zu den Zeitpunkten t17, t18, t19 seinen stabilen Ruhezustand ein-
nimmt
und das Signal F2=0 abgibt. Der Flankendetektor wird nur dann in seinen quasistabilen
Arbeitszustand versetzt, wenn an seinem Eingang ein 1-Signal auftritt Das Gatter
NOR gibt nur dann ein 1-Signal an den Eingang des Flankendetektors FD2 ab, wenn
an beiden Eingängen jeweils Signale anliegen. Kurz vor dem Zeitpunkt t20 liegen
mit den Signalen F2=0 und S2,0 an beiden Eingängen des Gatters NOR jeweils 0 Signale
an, so daß ein 1-Signal an den Flankendetektor FD2 abgegeben und dieser in seinen
quasistabilen Zustand versetzt wird Dieser quasistabile Zustand dauert bis zum Zeitpunkt
t26.
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Mit dem Signal F2 wird der Zähler Z2 aktiviert, so daß er ab dem Zeitpunkt
t20 die Schrittimpulse T12 zählt. Zum Zeitpunkt t2c hat der Zähler Z2 den Zahler
stand eins, zum Zeitpunkt t21 den Zählerstand zwei, zum Zeitpunkt t22 den Zählerstand
drei und zum Zeitpunkt t23 den Zählerstand vier. Bei Erreichen des Zählerstandes
drei wird kurz nach den Zeitpunkt t22 der Ladeimpuls TL2 abgegeben und bei Erreichen
des Zählerstandes vier wird zum Zeitpunkt t23 der Impuls CL erzeugt EEt diesem Impuls
CL werden einerseits die inhalte aller Zellen e, f, g, h des Schieberegisters SR2
gelöscht und andererseits wird der Zählerstand des Zählers Z2 zurückgesetzt.
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5 Patentansprüche 6 Figuren
L e e r s e i t e