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-Einrìchtuna zur Umwandlung einer einer Meßgröße pro-
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portionalen Frequenz eines elektrischen Meßpulses in eine quasi-analog
darstellbare-GröBe Die Erfindung betrifft eine -Einrichtung zur Umwandlung einer
einer Meßgröße proportionalen Frequenz eines elektrischen Meßpulses in eine quasi-analog
darstellt bare-Große nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Um die bekannten Nachteile von Wirbelstrommeßwerken als -Tachome-te-r
zu--vermeiden, sind bere-its Einrichtungen bekanntgeworden, die die Geschwindigkeit
eines Kraftfahrzeugs mit einem Drehspulmeßwerk anzeigern.
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Das Drehspulmeßwerk arbeitet mit einem Wegstreckenimpulsgeber zusammen,
der eine der Geschwindigkeit entsprechende Impulsfrequenz erzeugt. Um dem Meßwerk
des Drehspulsystems eine analoge Größe zuzuführen, wird diese Tmpulsfrequenz beispielsweise
in einem Frequenzspannungsumsetzer umgesetzt. Mit diesem Frequenzspannungsumsetzer
kann auch eine Anpassung an die Wegdrehzahl des Kraftfahrzeugs erfolgen. - Diese
Einrichtung ist verhältnismäßig aufwendig, insbesondere deswegen, weil sie individuell
geeicht werden muß.
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Darüber hinaus haben die Drehspulsysteme den grundsätzlichen Nachteil
einer nennenswerten mechanischen Hysterese. Schließlich kann auch die Bautiefe von
Drehspulmeßwerken, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, noch zu groß
sein. Das Drehmoment von DrEr.spulmeEwerKen istzudem verhältnismäßig gering was
sich nachteilig bei Verwendung von Scheibenzeiger b2merkmarmacht.
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Deswegen sind auch Einrichtungen der eingangs genannten Gattung bekanntgeworden,
indem die darzustellende Größe nicht streng analog, sondern quasi-analog, nämlich
quantisiert, mit einem Schrittmotor daraestellt wird, der ein Anzeigeorgan, beispielsweise
einen Zeiger oder eine Scheibe antreibt.
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Diese Einrichtung weist einen ersten und einen zweiten rückstellbaren
Zähler auf. Der Zähleingang des ersten Zählers steht mit dem Wegstreckenimpulsgeber
in Verbindung. Während konstanterMeßperioden, die durch die Steuermittel der Einrichtung
vorgegeben sind, werden in dem ersten Zähler die Impulse des Meßpulses eincezählt.
Der derart gebildete Zählwert wird von dem ersten Zähler in den zweiten Zähler übertragen.
Während einer darauffolgenden Meßperiode wird wiederum in den ersten Zähler ein
Zählwert gebildet, der mit dem in dem zweiten Zähler gespeicherten Zählwert verglichen
wird. Die so festgestellte Differenzzahl wird in einem Speicher gespeichert und
impulsweise auf den Schrittmotor übertragen. Die Differenzzahl entspricht dabei
der zwischen zwei Meßperioden gemessenen Geschwindigkeitsänderung. Um das Meßergebnis,
hier die Geschwindigkeitsänderung, an die Wegdrehzahl anzupassen,kann ein vorprogrammierter
Festwertspeicher mit einem der beiden Zähler oder mit dem Vergleicher verbunden
sein. Aus dem Festwertspeicher kann eine konstante Größe abgefragt werden, mit der
der Meßwert in dem Festwertspeicher multipliziert wird. Hierdurch kann eine Anpassung
der Wegdrehzahl erfolgen. Auch ist es möglich, in dem durch ein Rechenwerk ergänzten
Zähler nicht-lineare Funktionen zu bilden. - Nachtei lig ist bei dieser bekannten
Einrichtung, daß die
Frequenzmessung während konstanter vorgegebener
Meßperioden erfolgt, die entweder insbesondere bei kleiner Geschwindigkeit oder
Meßgröße eine ungenaue Anzeige hervorruft, da hier nur wenige Meßimpulse gezählt
werden,oder aber die Verarbeitung einer großen -Datenmenge, i-nsbesonderebei höheren
Größen bzw. Fahrgeschwindigkeiten, erfordert. Weiterhin müssen die Wegstreckenimpulsgeber
verhältnismäßig kompliziert und te-uer sein, da sie an die Schrittmotorcharakteristik
anzupassen sind.
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Weiterhin besteht eine gewisse Funktionsunsicherheit bei großen Differenzsprüngen
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meßperioden, da diese Sprünge nicht in jedem
Fall durch den Schrittmotor verarbeitet werden.
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Die nicht verarbeiteten Differenzimpulse müssen, damit sie nicht die
Genauigkeit beeinträchtigen, vorzeichenbewertet für die nächste Meßperiode gespeichert
werden. Hierdurch wird die Einrichtung zusätzlich kompliziert und in ihrer Verwendbarkeit
für schnelle Anzeigen wie der Drehzahl eingeschränkt.
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Zu der Vorliegenden Erfindung gehört daher die Aufgabe, unter Vermeidung
der Nachteile der bekannten Einrichtungen eine solche Einrichtung zu schaffen, nach
deren Meßprinzip unterschiedliche Größen, wie Geschwindigkeit und Drehzahl, genau
angezeigt werden können.
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Die Herstellungsoll insbesondere dadurch einfach sein, daß individuelle
Eichvor-gänge entfallen. Die Einrichtung 5011 -trotz de-r-quasi--analogen Darstellung
der anzuzeigenden- Größen ohne zu große Schritt bzw. ohne zu grobe Quantisierung
arbeiten, mit anderen Worten:
es soll keine Stufigkeit der Bewegung
des Meßorgans ins Auge fallen. Wenn das Anzeigeorgan nach Auswertung einer Meßperiode
einmal falsch anzeigt, soll sich dieser Fehler nicht in die nächste Meßperiode fortpflanzen.
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Durch das angewandte Prinzip der Periodendauermessung mit jedem der
beiden Meßwertzähler: erfolgt die Messung weitgehend verzögerungsfrei. Die Meßgröße
kann bereits nach Abschluß einer Meßperiode ermittelt werden. Indem- zwei Meßwertzähler
abwechselnd zum Auszählen der Taktimpulse herangezogen werden, die zwischen je zwei
1 aufeinanderfolgenden Impulsen des Meßpulses von dem Taktoszillator abgegeben werden,
während jeweils der andere der beiden Meßwertzähler zur Ausgabe des gezählten Meßwertes
nicht zählt, erfolgen die einzelnen Messungen unmittelbar aufeinander. Dadurch treten
keine großen Sprünge der erfaßten Meßgrößen auf, was einer feinstufigen Anzeige
zugute kommt. Nach der Ausgabe des Meßwertes wird der jeweilige Meßwertzähler auf
Null zuruckgestellt und steht zu einer neuen Zählung der Taktimpulse bereit.
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Der mit je einem Zähler erfaßte Meßwert, nämlich die Periodendauer
zwischen zwei Impulsen des Meßpulses, wird - vorzugsweise nach Zwischenspeicherung
in einem Adressenspeicher - in einen Schrittanzeigewert umgesetzt. Die Umsetzung
erfolgt in der Weise, daß in einem Festwertspeicher - einem ROM - Schrittanzeigewerte
gespeichert sind, die dem Kehrwert der Periodendauer entsprechen. Es hat also eine
niedrige Meßgröße eine lange Periodendauer zwischen zwei Impulsen des
Meßpulses
zur Folge nnd die lange Periodendauer wird durch.die Kehrwertbildung wieder als
kleine Größe dargestellt.
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Die wünschenswerte feinstufige Anzeige der quasianalog darzustellenden
Größe bedingt, daß die Schrittanzeigewerte mit ge-ringen Unterschiedsbeträgen in
dem Festwertspeicher gespeichert sind. Diese- geringen Unterschiedsbeträge des Schrittanzeigewerts
bei hoher Meßgröße, beispielsweise einer Geschwindigkeit von 240 Km/h, die in Schritten
von 0,2 Km/h angezeigt werden soll-, bestimmt die Taktfrequenz, so daß bei einer
Geschwindigkeitsänderung von 0,-2 Km/h die Periodendaueressung wenigstens einen
Unterschied von einem bit ergi-bt. Damit wird bei hohen Geschwindigkeiten durch
eine kleinste Adressenänderung von einem bit eine Geschwindigkeitsänderung von 0,2
Km/h angezeigt. Bei kleineren. Meßgrößen werden jedoch infolge der reziproken Abhängigkeit
des -Schrittanzeigewerts von der Periodendauer bei fester Taktfrequenz mehrere Adressen
von je einem bit durchlaufen, bis eine Ä-nderung des Schrittanzeigewerts von 0,2
Km/h erfolgen k-ann. Dies beding teinen entsprechend hohen Speicherbedar£ des- Festwertspeic-hers,
beispielsweise bei den- vorangehend angegebe-nen Zahlen 600 bit bei 20 Km/h f-ür
0,2 Km/h Auflösung.
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Um trotz der feinst-ufigen Anzeige bei großen Werten der Meßgröße
die erforderlich-e Kapazität des Festwertspeichers herabzusetzen, erfolgt die Periodendauermessung
nur im Bereich der höchsten Meßgrößen mit größter Taktfrequenz, während bei niedrigeren
Meßgrößen
t-d entsprechend längeren Periodendauern zwischen je zwei Impulsen des Meßpulses
die Taktfrequenz erfindungsgemäß stufenweise selbsttätig herabgesetzt w-ird, insbesondere
bei jeder, Stufe halbiert wird.
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In dem oben angegebenen Beispiel sind sieben Stufen vorgesehen, in
denen die Taktfrequenz von 80 kHz auf 1.250 Hz reduziert wird. Damit kann die Kapazität
des Festwertspeichers auf ein Achtel des sonst erforderlichen Bedarfs trotz gleichbleibend
feinstufiger Anzeige verringert werden.
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Aus dem geschilderten P-rinzip ergibt sich, daß der Schrittanzeigewert
eine absolute Größe für die Stellung des Schrittmotors darstellt, d.h. es braucht
kein weiterer Rechenvorgang zu erfolgen, wenn der Schrittmotor um den Betrag entsprechend
dem Schrittanzeigewert eingestellt ist. Insgesamt hat die erfindungsgemäße Einrichtung
daher nur eine sehr geringe Hysterese-- bei'den vorgenannten Werten max. einen quantisierungs
schritt, d.h. O,2'km/h.
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Im einzelnen erfolgt die Umsteuerung der Meßwertzähler und die, Übertragung
der Meßwerte, die den Meßperiodendauern entspxechen, über einen Adressenspeicher
in'den Festwertspeicher zweckmäßig nach Anspruch 2.
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Zur Umschaltung der Tak'tfx:e,quenz in Abhängigkeit von den Meßperiodenbereichen
wird ein Taktfrequenzuntersetzer über einen Meßwertco'd-,i,erer nach Anspruch 3
gesteuert. Dabei ist der-MeßweE:tcodierer wechselweise
an die Ausgänge
der Meßwertzähler an-schliebar, und zwar jeweils an den Meßwertzähler, in dem gerade
ein Zählvorgang erfolgt.
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Zu einer wenig aufwendigen Anpassung der Einrichtung, so weit sie
zur Messung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, an die sogehannte
Wegdrehzahl, kann in wenig aufwendiger Weise ein zum Stand der Technik gehörender,
programmierbarer Taktfrequenzuntersetzer an den Taktoszillator angeschlossen werden.
Dieser Taktfrequenzuntersetzer r wird einmal entsprechend der Wegdrehzahl des Fahrzeugs
eingestellt. Dadurchentfällt die Notwendigkeit, eine große Typenvielfalt der Einrichtungen
zur Umwandlung einer Geschwindigket in eine quasi-analog darstellt bare Größe für
verschiedene Fahrzeuge herzustellen und auf Lager zu halten. Der Frequenzuntersetzer
besteht im einzelnen aus einer achtstufigen, programmierbaren Teilerstufe.
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Die Kopplung der~Ausgängeder beiden Periodendauerzähler mit dem Adressenspeicher
und dem Periodendauerabhängigen TaktErequenzuntersetzer ist in Anspruch 5 angegeben.
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Die Steuerung des Schrittmotors in Abhängigkeit von dem Schrittanzeigewert,
der durch'den Festwertspeicher gebildet wird, erfolgt in besonders vorteilhafter
Weise nach Anspruch 6: in dem Anzeigespelcherwird jeweils derSchrittanzeigewert
als absolute Größe eingegeben, dem der Schrittmotor durch die Motorsteuerungsschaltungsanordnung
gesteuert folgt. Hierzu
wird der Schrittanzeigewert mittels des
Komparators mit dem in dem Motorstandzähler gebildeten Motorstand fortlaufend verglichen.
Der Komparator veranlaßt so lange die Ausgabe von Motorsteuerimpulsen durch die
Motorsteuerungsschaltungsanordnung, bis der Motorstandszählerstand dem Schrittanzeigerwert
gleich ist. Dabei ist die Frequenz der Motorsteuerungsimpulse unabhängig von der
Frequenz des elektrischen Meßpulses. Dadurch entfallen Anpassungsschwierigkeiten.
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Da in dem Komparator keine absolute Differenzzahl gebildet wird, sondern
nur festgestellt wird, ob der Schrittanzeligewert größer oder klei-ner als der Motorstand
ist, können durch einen Rechenvorgang zur Differenzbildung und durch die Übertragung
einer errechneten Dif,erenzimpulszahl auf den Schrittmotor keine Fehler entstehen.
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Da bei dieser Einrichtung der Schrittmotor auf der zuletzt erreichten
Stellung stehenbleibt, wenn keine weiteren;Motorsteuerimpulse einlaufen, kann diese
Einrichtuhg in wenig aufwendiger Weise mit einem Beschleunfgungsschalter ergänzt
werden, der bei einem Auffa runfall den Schrittmotor abschaltet, so daß die zuletzt
gefahrene Geschwindigkeit angezeigt bleibt.
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Um eine automatische Nullpunkt-Korrektur zu erzielen, die den Schrittmotor
gegen einen Anschlag fährt, werden durch je einen Überlaufausgang der Periodendauerzähler
bei niedrigen Geschwindigkeiten, insbesondere bei Geschwindigkeiten unter 20 Km/h,
Stützimpulse ausgegeben, die den Schrittmotor zurückstellen, wenn das Fahrzeug anhält.
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Die Baugruppen, die nich-t direkt zur Periodendauerzählung vorgesehen
sind und die Geschwindigkeit der Messung bestimmen,' können nach Anspruch 9 durch
einen Mik-roprozessor verwirklicht werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung wird im-Folgenden
anhand -einer -Zeichnung besprochen, in der die zum Antrieb eines Tachoschrittmotors
ausgebildete Einrichtung als Blockfaltbil-d-dargeste-llt ist.
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In der Zeichnung ist mit 1 eine Meßwertsteuerungsschaltüngsanordnung
bezeichnet, in deren Eingang 2 ein elektrischer Meßpuls eingespeist wird, der von
einem nicht dargestellten Wegstreckenimpulsgeher erzeugt wird. I-n einem zweiten
Eingang 3 der Meßwertsteuerüngs'a'n'ordnung werden Taktimpulse eingespeist.-Die
Taktimpulse-werden von-einem Taktoszillator 4 mit feste-r Frequenzerzeugt. Jedoch
können die Taktimpulse in einem- -fest programmierbaren Taktfrequenzuntersetzer
zum Teil unterdrückt werden. Dieser Taktfrequenzuntersetzer wird nach Maßgabe einer
Wegdréhzahl des K-ra-ftfahrzeugs über-di-e Eingabe 6 programm-ie-rt.
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Eine weitere Herabsetzung der Taktfrequen-z kann von der gemessenen
Periöden-dauer des Meßpulses abhängig in dem periodendauerabhängigen Taktfrequenzuntersetzer
7 erfolgen. Der Åusgang des periodendauerabhängigen Taktfrequenzuntersetzers, der
in Verbindung mit den vorangehend beschriebenen Stufen einen
meßwertvariablen
Frequenzgeber darstellt, ist zu dem Eingang 34der Meßwertsteuerungsanordnung geführt.
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Ein erster Periodendauerzähler 8 und ein zweiter Periodendauerzähler
9 werden von der Meßwertsteuerungsanordnung 1 über die Steuerleitungen 10 und 11
so gesteuert, daß in aufeinanderfolgenden Meßperioden des Meßpulses die gegebenenfalls
untersetzten Taktimpulse ausgezählt -werden. Die Taktimpulse laufen über die Taktimpulsleitungen
12 und 13 in die Periodenzähler ein. In der Zeichnung sind noch zwei Überlaufimpulsleitungen
14 und 15 dargestellt, aus denen während sehr kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten
überlaufende Impulse in die Meßwertsteuerungsanordnung zurücklaufen, die den Tachoschrittmotor
-nicht dargestellt - an dem Ausgang 16 bei Stillstand des Fahrzeugs zurückstellen.
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in in der Bei Bewegung des Fahrzeugs wird zum Beispiel\n-ten Meßperiode
der erste Periodendauerzähler 8 bei einer ansteigenden Impuls flanke des Meßwertpulses
von dem Wegstreckenimpulsgeber zum Abzählen der Taktfrequenz freigegeben, die über
die Taktimpulsleitung 12 einläuft. Nach dem Eintreffen der nächsten positiven Impulsflanke
des Meßpulses wird der Periodendauerzähler 8 gestoppt und gleichzeitig die Taktfrequenz
auf den zweiten Periodendauerzähler 9 zum Abzählen der Periodendauer umgeschaltet.
Es begrenzen also jeweils die positiven Impulsflanken des Meßpulses eine Meßperiode.
Die Meßperiode bzw. der Meßwert wird bestimmt durch den Zählerstand der Periodendauerzähler
8 und 9.
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Während der erste Periodendauerzähler 8: die Meßperiode durch Aus
zählen mit der Taktfrequenz mißt, wird der Zählerstand des zweiten Periodendauerzählers
9 ausgewertet und umgekehrt. Die Auswertungerfolgt jeweils bei einer negativen Impulsflanke
des Meßpuls-es. Dabei wird der jeweilige Zählerstand eieiner Meßperiode in einen
Adressenspeicher -17 über einen Adressen-Multiplexer 18 übertragen. Der Adressen-Multiplexer
wird ebenfalls durch die Steuerleitung 11 gesteuert.
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Die in dem Adressenspeicher 17 abgespeicherte Adresse wird herangezogen,
um aus einem Festwertspeicher 19 - einem Tacho-ROM - einen zugeordneten Schrittanzeigewert
auszulesen, der in einen Anzeigespeicher - Tacho-Anzeigespeicher - 20-eingespe-ist
wird.
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Die Schrittanzeigewerte sind reziprok zu den Periodendauerwerten den
jeweiligen Adressen zugeordnet.
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Um auch bei kleinen Geschwindigkeiten und entsprechend hohen Periodendauern
eine positive Schrittanzeigewertänderung zu erreichen, oh-ne zuvor viele Adressenänderungen
zu durchlau-fen, ist die Taktfrequenzabhängigkeit von der Periodendauer umschaltbar:
Die'Taktfrequenz wird jeweils halbiert, wenn die Adressenänderung mehrals 2 bit
Differenz für eine vorgegebene Änderung des Schrittanzeigeerts beträgt.
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Hierzu wird der periódendåuerabhängige Taktfreguenzuntersetzer 7 von
den Meßperiode-ndauerzählern 8 und 9 über einen Meßwert-Multiplexer 21 und einen
Meßwertdecodierer 22 gesteuert, so daß in dem gesamten
Geschwindigkeitsbereich
sieben Mal eine Halbierung der Taktfrequenz an dem Ausgang des periodendauerabhängigen
Taktfrequenzuntersetzers erfolgt.
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Der Tachoschrittmotor wird entsprechend den derart ermittelten Schrittanzeigewerten,
die in dem Anzeigespeicher 20 eingegeben werden, in folgender Weise betätigt: Die
Schrittanzeigewerte in dem Anzeigenspeicher 20 werden mittels eines Komparators
23 mit dem jeweiligen Motor stand verglichen, der in einen Motorstandszähler 24-eingespeist
ist. Bei dem Vergleich wird schließlich festgestellt, ob der Motorstand größer oder
kleiner als der Schrittanzeigewert ist, -J welcher der jeweiligen Geschwindigkeit
entspricht.
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In Abhängigkeit von dieser Feststellung wird dann durch die MotSrsteuerungsschaltungsanordnung
25, die durch den Komparator 23 gesteuert ist, ein Motorschrittimpuls der einen
oder anderen Richtung über eine Leistungsstufe 26 in den Tachoschrittmotor eingegeben,
und zwar so lange, bis die zugleich in den Motorstandszähler eingespeisten Motorschri
ttimpulse gleich dem Schrittanzeigewert sind,,der eine absolute Zahl und keine Differenz
darstellt. Eine direkte Rückkopplung zwischen dem Tachoschrittmotor und dem Motorstandszähler
24 ist dabei nicht erforderlich.
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Die Einrichtung wird noch vervollständigt durch einen 100-Meter-Teiler
27, in dem die entsprechend der Wegdrehzahl untersetzte Taktfrequenz nach Maßgabe
der Frequenz des Meßpulses untersetzt wird, die über eine
Leitung
28 aus der Meßwertste-uerungsa;nordnungin dem 100-Meter-Teiler eingespeist wird.
Die Eingabe der Taktimpulse erfolgt über eine Leitung 29 von dem Taktfrequenzuntersetzer
5. Die von dem Fahrzeug zurückgelegte Strecke kann somit über den Ausgang 30 des
100-Meter-Teilers in eine nicht flüchtigen RAM-Speicher eingespeichert und über
eine LCD-Anzeice angezeigt- werden.
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Als besondere- Vorteile sind die universelle- Einsetz barkeit des
da:rgestellten Umwandlungsprinzips und die geringe Hysterese des Gesamtsystems festzuhalten.
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So kann diese- Einrichtung auch für andere Anzeigesystemer z.B. für
einen Drehzahlmesser eingesetzt werden.
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