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Auswahl schaltung zum Anlegen von Stromimpulsen
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an ausgewählte Schaltelemente Die Erfindung betrifft eine Auswahlschaltung
zum Anlegen von Stromimpulsen an aus einer Anzahl von Schaltelementen ausgewählte
Schaltelemente, wie Magnetspulen, Relais oder dergleichen, vorzugsweise zum Schalten
vorbestimmter Weichen von Modelleisenbahnen, mit einer Steuerschaltung, die die
Adressen und Schaltstromimpulse für jedes ausgewählte Schaltelement liefert.
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Ein sich häufig stellendes technisches Problem besteht in der Schaltung
einer großen Anzahl von Schaltelementen, die durch Drucktasten, in digitaler Form
eingetastete Zahlen oder dergleichen ausgewählt worden sind, mit möglichst geringem
Schalt-und Verdrahtungsaufwand. Sollen beispielsweise 80 Weichen einer Modelleisenbahn
geschaltet werden, müßten nach konventioneller Technik zu jeder der 80 Weichen ausgehend
von der Schalteinheit eines zentralen Stellwerks Leitungen verlegt werden.
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Die Mikroelektronik würde nun die Möglichkeit eröffnen, jeder der
Weichen adressierbare Schalter zuzuordnen, wobei zur Decodierung der Adressen durch
einen Bus verbundene Decodiereinheiten vorgesehen werden müßten und der Bus aus
so vielen Leitungen bestehen müßte, daß die jeweilige Adresse in binär codierter
Form übertragen werden könnte. Selbst wenn der Adressencode nicht parallel, sondern
seriell übertragen werden würde, wäre aufgrund der großen Anzahl von Decodern immer
noch ein erheblicher Schaltungsaufwand notwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit einem möglichst geringen Verdrahtungs-
und Schaltaufwand aus einer großen Anzahl von Schaltelementen vorbestimmte Schaltelemente
auszuwählen und zu schalten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs angegebenen Auswahlschaltung
dadurch gelöst, daß die Adressen durch die Zahl jeweils hochgezählter Zählimpulse
(clock) fe-stgelegt-sind, die von Zählschaltungen mit je einem Ausgang-für jede
Zahl gezählt werden, daß eine Aktivierungsschaltung vorgesehen ist, die bei Erscheinen
eines Signals an dem jeweiligen Ausgang der Zählschaltung das diesem der Zahl nach
zugeordnete Schaltelernent über etwa die Dauer des gezählten Zählimpulses an eine
Phase der Versorgungsspannung (z. B. Null-Leiter) legt und daß dem adressierten
Schaltelement der Schaltimpuls (strobe) über eine Leitung zugeführt wird, an die
während der Dauer des diesem Schaltelement der Zahl nach entsprechenden Zählimpulsintervalls
die Steuerschaltung den Schaltimpuls anlegt. Nach der erfindungsgemäßen Schaltung
werden sämtliche auswählbaren Schaltelemente der Reihe nach aktiviert, wobei jedoch
eine Schaltung des ausgewählten Schaltelements nur dann erfolgt, wenn gleichzeitig
mit der Aktivierung auch der Schaltimpuls vorhanden ist.
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Die Synchronisierung der Zähl- und Schaltimpulse wird dabei von einer
Steuerschaltung vorgenommen, die zweckmäßigerweise aus
einem Mikroprozessor
besteht. Bei der erfindungsgemäßen Auswahlschaltung werden die zahlenmäßig aufeinanderfolgenden
Adressen der adressierbaren Schaltelemente jeweils ausgehend von Null hochgezählt,
so daß die Synchronisierung von der Zahl nach bestimmten Zählimpulsen mit den Schaltimpulsen
problemlos möglich ist. Die erfindungsgemäße Auswahlschaltung läßt sich mit geringem
Verdrahtungs- und Schaltaufwand verwirklichen, so daß sie mit relativ geringen Kosten
erstellbar ist und daher auch beispielsweise für Stellwerke und Gleisbildstellwerke
von Modelleisenbahnen verwendet werden kann.
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Zweckmäßigerweise fahrt die Zählschaltung den letzten Zählimpuls oder
den diesem folgenden Impuls zur Steuerschaltung zur Rücksetzung der Zählung zu,
so daß diese mit der neuen Hoch zählung beginnt. Die Steuerschaltung kann dadurch
in einfacher Weise einer variablen Anzahl von auszuwählenden ansteuerbaren Schaltelementen
angepaßt werden. Die Rücksetzung des Zählers in der Steuerschaltung nach Zählung
der Zahl der Zählimpulse des letzten auswählbaren Schaltelements ist erforderlich,
um die jeweilige Zahl der Zählimpulse mit den Schaltimpulsen, die die Auswahl des
gewünschten Schaltelements ermöglichen, zu synchronisieren.
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Um eine schnelle Schaltung der ausgewählten Schaltelemente zu ermöglichen,
ist es zweckmäßig, die Impulsdauer der Zählimpulse kurz zu halten. Andererseits
ist es häufig erforderlich, daß die Schaltimpulse länger an den ausgewählten Schaltelementen
anstehen, um eine sichere Schaltung zu ermöglichen oder die einzelnen Schaltungen
optisch oder akustisch verfolgen zu können.
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In weiterer- Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, 6 daß
der dem jeweils adressierten Schaltelement entsprechende Zählimpuls gegenüber den
Zählimpulsen der unadressierten Schaltelemente verlängert wird. Da die Schaltimpulse
nicht länger sein dürfen als die Zählimpulse, lassen sich daher bei dieser Ausgestaltung
die Schaltimpulse entsprechend verlängern.
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Um mit der erfindungsgemäßen Auswahlschaltung wahlweise mehrere gleichzeitig
adressierte Schaltelemente schalten zu können, ist in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung vorgesehen, daß zur Adressierung mehrerer auszuwählender Schaltelemente
mit einer den gezählten Impulsen entsprechenden Zahl mindestens zwei Schaltimpulsleitungen
vorgesehen sind, wobei die Auswahl des Schaltelements unter der gleichen Adresse
dadurch -erfolgt, daß der oder die Schaltimpulse an die den ausgewählten Schaltelementen
zugeordneten Schaltimpulsleitungen angelegt werden. Die unter derselben Adresse
zu schaltenden Schaltelemente liegen beispielsweise an demselben Nulleiter, so daß
das oder die zugehörigen Schaltimpulse zu den Adressierungszeiten über jeweils eine
Schaltimpulsleitung zugeführt werden. Die Adressierung der einzelnen zu schaltenden
Schaltelemente erfolgt nach dieser erfinderischen Ausgestaltung gleichsam in Form
einer Matrix, wobei die nach der Zahl der gezählten Zählimpulse bestimmten, zu einer
Adresse gehörenden Schaltelemente auf der Abszisse liegen und die über die Schaltimpulsleitungen
ausgewählten Schaltelemente durch ihre gedachte Lage auf der Ordinate be-stimmt
werden können. Jedes Schaltelement kann also dadurch ausgewählt werden, daß zur
Zeit des Vorliegens des der Ordnungszahl entsprechenden Zählimpulses der zugehörige
Schaltimpuls (strobe) auf der ausgewählten Impulsleitung vorliegt.
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Wird die erfindungsgemäße Auswahlschaltung zur Schaltung der Weichen
von Modelleisenbahnen verwendet, werden zwei Schaltimpulsleitungen entsprechend
den beiden Magneten jeder Weiche vorgesehen. Jede der beiden Schaltimpulsleitungen
führt die Schaltimpulse zum Links- und Rechtsschalten der Weichen zu.
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In erfinderischer Weiterbildung ermöglicht die erfindungsgemäße Auswahlschaltung
eine Rückmeldung des Zustandes der jeweils adressierten und gegebenenfalls über
die Schaltimpulsleitungen ausgewählten Schaltelemente. Hierzu ist vorgesehen, daß
zur Rückmeldung des Zustandes der Magnetspulen der adressierten Schaltelemente
die
den einzelnen Spulen zugeordneten Schaltimpulsleitungen über hochohmige Widerstände
an die Betriebsspannung der Magnetspulen angelegt sind und daß die Prüfung in der
Zählimpulsspanne nach Beendigung des Schaltimpulses erfolgt.
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Während des Anliegens des Schaltimpulses ist die Schaltimpulsleitung
gleichsam mit der die Betriebsspannung führenden Leitung kurzgeschlossen. Besteht
zwischen der Schaltimpulsleitung über die Magnetspule eine leitende Verbindung mit
dem Nulleiter, liegt an der entsprechenden Schaltimpulsleitung ein Signal mit niedrigem
Spannungspegel an. Der hochohmige Widerstand ist sehr viel größer als der Spulenwiderstand,
so daß die Spannung bei geöffneten, die Betriebsspannung an die jeweilige Schaltimpulsleitung
anlegenden Schalter an diesem Widerstand abfällt.
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Wird beim Auftreten eines Schaltimpulses die adressierte Magnetspule
nicht geschaltet, liegt die volle Betriebsspannung über den hochohmigen Widerstand
an der entsprechenden Schaltimpulsleitung an, so daß diese ein Signal mit hohem
Spannungspegel meldet. Erfolgt also nach Beendigung des Schaltimpulses noch während
des Impulsintervalls des adressierenden Zählimpulses der Rückmeldungsimpuls und
ergibt dieser beispielsweise für Schaltimpulsleitungen, auf denen zuvor der Schaltimpuls
gelegen hat, ein Signal mit hohem Pegel, ist dies ein Anzeichen dafür, daß die Magnetspule
oder deren Zuleitungen fehlerhaft sind.
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Häufig, insbesondere bei Modelleisenbahnen, ist es erwünscht, den
Zustand der mit der Auswahlschaltung geschalteten Schaltelemente auf einer Anzeigeeinheit
zu verfolgen, die im Falle der Verwendung bei Modelleisenbahnen beispielsweise aus
einem Gleisbildstellwerk besteht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher
vorgesehen, daß parallel zu der Zählschaltung zur Adressierung der Schaltelemente
eine Zählschaltung zur Adressierung einer Anzeigeschaltung geschaltet ist, wobei
eine Encodierschaltung vorgesehen ist, die- die Zahl der hochgezählten Impulse jeweils
binär codiert, und daß mit Leitungen, auf
denen der Binärcode anliegt,
zugeordnete Speicherplätze von Speichern adressiert werden, denen jeweils zu schaltende
Lämpchen zugeordnet sind. Ähnlich wie bei einem Flip-Flop wird der durch den adressierten
Speicherplatz geschaffene Ausgangszustand zur Schaltung des Lämpchens aufrechterhalten,
bis der Speicher gelöscht wird. Mit der beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltung
wird also der gleichsam dynamische Schaltvorgang zur Schaltung der Weichen in der
Anzeigeeinheit derart abgewandelt, daß ein statisches Signal an den den Zustand
der Weichen anzeigenden Lämpchen aufrechterhalten bleibt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Zählschaltungen aus
Dezimalzählern aufgebaut, von denen der den 10. Zählimpuls zählende Ausgang jeweils
den Zähler sperrt und an einem Eingang eines UND-(NAND-) Gatters anliegt, an dessen
anderem Eingang die die Zählimpulse führende Leitung anliegt und dessen Ausgang
auf den Eingang des folgenden Dezimalzählers geschaltet ist.
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Weiterhin ist zweckmäßigerweise der der Zahl "0" entsprechende Ausgang
jedes Dezimalzählers nicht beschaltet, so daß an diesem nach Sperrung des betreffenden
Dezimalzählers das Ausgangssignal anliegt. Die mit den Dezimalzählern versehenen
Einheiten bilden praktisch Magnet- bzw. Weichenschaltmodule, an die jeweils acht
Weichen angeschlossen werden können. Im Aufbau des Gleisplanes werden die Weichenschaltmodule
so angeordnet, daß die einzelnen Weichen mit möglichst kurzen Leitungen angeschlossen
werden können.
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Zweckmäßigerweise werden die Dezimalzähler über die Rückstellleitung
mit Strom gespeist, wobei zur Unterdrückung des Rückstellimpulses zwischen der Rückstelleitung
und dem Speiseeingang ein Elektrolytkondensator als Puffer geschaltet ist.
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Bei den Anzeigeschaltungen ist es notwendig, auch die einzelnen Zustände
der Lämpchen zu schalten, also die Lämpchen ein- bzw.
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auszuschalten. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, daß für
die
Anzeigeeinheit die Impulse auf den Schaltimpulsleitungen in den "Hochphasen" des
Zählimpulses gelegt werden, wenn die Lämpchen eingeschaltet, und in die "Niedrigphasen"
des Zählimpulses gelegt werden, wenn die Lämpchen ausgeschaltet werden sollen, oder
umgekehrt.
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Zur Steuerung der Leuchtdioden jeweils für die linken und rechten
Zweige der Weichen sind den linken und rechten Weichen jeweils getrennte Speicher
zugeordnet, die jeweils durch die auf den linken- und rechten Weichenmagneten zugeordneten
Schaltimpulsleitungen entsprechenden Impulsleitungen erscheinenden Schalt impulse
aktiviert werden.
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Die einzelnen, jeweils einen Dezimalzähler enthaltenden Weichenstellmodule
sind zweckmäßigerweise an eine Ringleitung mit Leitern für die Nulleitung, die Zählimpulsleitung,
die Rücksetzleitung und die oder den Schaltimpulsleitungen angeschlossen.
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Das Vorsehen einer Ringleitung hat zusätzlich den Vorteil, daß zur
Zuführung der die Magnete schaltenden Schaltimpulse die Hin-und Rückleitungen zur
Verfügung stehen und somit der Leiterquerschnitt verdoppelt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an einer Auswahlschaltung
zur Schaltung der Weichen von Modelleisenbahnen anhand der Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der Auswahlschaltung mit Steuerschaltung
und Anzeigeschaltung, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schaltung eines Weichenstellmoduls
mit Dezimalzähler, Fig. 3 die Schaltung zur Rückmeldung des Zustands der geschalteten
Weichen,
Fig. 4 ein Impulsdiagramm und Fig. 5 eine schematische
Darstellung der Schaltung eines Anzeigemoduls mit Dezimalzähler.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine Steuereinheit 1 mit einer
Steuerschaltung vorgesehen, die einen Mikrocomputer enthält. Das Programm des Mikrocomputers
ist in einem Rom oder einem Eprom enthalten. Die Steuerung erhält ihre Eingaben
von der Tastatur 2, die aus einem Tasterfeld mit 16 Spalten und acht Zeilen besteht,
so daß 128 Tasten vorgesehen werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind lediglich 120 Tasten mit Funktionen belegt, von denen 80 Tasten der Schaltung
von 80 Weichen dienen und 40 Tasten sogenannte Programmtasten sind, mit denen sich
ganze Fahrstraßen, die im Programm vorgegeben sind, eintasten lassen.
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An die Steuereinheit 1 ist eine Ringleitung 3 mit fünf Leitern angeschlossen.
In die Ringleitung sind in Reihe hintereinander die Weichenstellmodule 4 geschaltet.
An eine entsprechende Leitung mit fünf Leitern 5 sind die einzelnen Anzeigemodule
6 in Reihe hintereinander geschaltet, die entsprechend dem Schaltzustand der Weichen
die Lampen 7 ein- und ausschalten.
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An die einzelnen Weichenstellmodule 4 sind die einzelnen Weichen 8
über jeweils drei Leiter 9 angeschlossen.
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Anhand der Fig. 2 wird ein Weichenstellmodul 4 näher erläutert.
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Jedes Weichenstellmodul besitzt fünf Eingangs- und fünf Ausgangskontakte
für den Nulleiter 10, die Zählimpulsleitung 11, die Rückstelleitung 12 und die beiden
Schaltimpulsleitungen 13 und 14. Die Zählimpulsleitung 11 ist auf den Eingang 15
des Dezimalzählers 16 geschaltet. Die Resetleitung 12 führt dem Dezimalzähler 16
über den Speisespannungseingang VDD die Speisespannung zu, wobei zur Pufferung während
des Auftretens der
Resetimpulse der Elektrolytkondensator C3 vorgesehen
ist. Die Diode D1 ist zwischen den Elektrolytkondensator und der Resetleitung 12
geschaltet, um eine Rückwirkung auf die Resetleitung 12 auszuschließen.
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Die Ausgänge D1 bis D8 des Dezimalzählers 16 sind auf die Eingänge
der Energieversorgungsschaltkreise P1 bis P8 geschaltet, die aus Darlington-Schaltungen,
Relaisschaltungen, Transistorschaltungen oder ET-Schaltungen bestehen können.
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Die Ausgänge 1M bis 8M der Energieversorgungsschaltkreise P1 bis P8
sind an die Nulleiter der einzelnen zu schaltenden Weichen angeschlossen. Die Schaltimpulsleitungen
13 und 14 sind jeweils mit den Magnetspulen 1L bis 8L bzw. 1R bis 8R zur Links-und
Rechtsschaltung der Weichen verbunden.
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Dem ersten Weichenstellmodul 4 werden die Zählimpulse (Clock-Signale)
beginnend nach jedem Zählzyklus mit dem der Zahl 1 entsprechenden ersten Zählimpuls
zugeführt. Der Zähler zählt die Zählimpulse der Reihe nach hoch, wobei entsprechend
den gezählten Signalen Ausgangssignale auf den den Dezimalzählen Dl bis D8 entsprechenden
Ausgängen erscheinen. Die Ausgänge aktivieren sodann jeweils die mit diesen verbundenen
Energieversorgungsschaltkreise P1-bis P8, so daß für die Zeit des Anliegens des
Ausgangssignals über die Ausgänge 1M bis 8M die Nulleiter der Weichen an Masse gelegt
werden. Der jeweils neunte Zählimpuls, der an dem Ausgang D9 des Dezimalzählers
16 erscheint, sperrt den Dezimalzähler über den CE-(clock enable) Eingang und ist
gleichzeitig mit dem einen Eingang des NAND-Gatters 17 verbunden. Der andere Eingang
des NAND-Gatters ist mit der Zählimpulsleitung 11 verbunden, so daß das jeweils
neunte Signal als erstes Signal den nachgeschalteten Dezimalzähler schaltet. Das
neunte Signal des letzten Dezimalzählers des in Reihe geschalteten Weichenstellmoduls
wird über die Ringleitung der Steuereinheit 1 zurückgeführt und meldet, daß der
nächste Zählzyklus beginnend mit dem ersten Zählimpuls zu beginnen hat.
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Über die Schaltsignalleitungen 13 und 14 wird zur Zeit der jeweiligen
Adressierung der zu schaltenden Weichen ein Schaltsignal (strobe) zugeführt. Mit
diesem Schalt- oder Strobe-Signal wird bestimmt, wann eine adressierte Weiche geschaltet
wird.
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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, wie die Strobe- oder Schaltsignalleitungen
13, 14 gleichzeitig zur Rückmeldung des Zustands der jeweiligen Weichen verwendet
werden.
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Zur Erzeugung der Schaltimpulse auf den Schaltimpulsleitungen 13,
14 wird durch elektronische Schalter 18, 19 im Innern der Steuereinheit 1 die Betriebsspannung
während der Dauer der Schaltimpulse an die Schaltimpulsleitungen 13, 14 angelegt.
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Durch hochohmige Widerstände R1, R2 sind die Schaltimpulsleitungen
13, 14 jeweils parallel zu den Schaltern 18, 19 an die Betriebsspannung gelegt.
Tritt nun zur Zeit der Adressierung der Magnetspulen 20, 21 ein Schaltimpuls auf
den Leitungen 13, 14 auf, geht anschließend die entsprechende Schaltimpulsleitung
auf "Low"-Pegel, weil der Widerstand R1 oder R2 mit der Magnetspule 20 oder 21 einen
Spannungsteiler bildet -und die Spannung ganz überwiegend an einem der Widerstände
R1 oder R2 -abfällt.
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Bleibt die Schaltimpulsleitung trotz Adressierung und gleichzeitigen
Auftretens des Schalt- bzw. Rückmeldeimpulses auf "High"-Pegel, ist dies ein Anzeichen
dafür, daß die entsprechende Magnetspule oder deren Anschlußleitungen defekt sind,
weil die leitende Verbindung zum Nulleiter fehlt. Die Auswertung dieser Rückmeldung
erfolgt durch besondere Schalteinrichtungen in der Steuereinrichtung 1.
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Das Impulsdiagramm wird nun anhand der Fig. 4 näher erläutert.
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Die Zeile 22 zeigt die Zählimpulssignale, die während des Auftretens
der zugehörigen Schaltimpulse, die aus den Schaltimpulszeilen 23 und 24 ersichtlich
sind, gedehnt und im übrigen kurz getastet sind.
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Das "End of Transmission"-Signal der Zeile 25 ist das aus dem letzten
Dezimalzähler austretende Signal, das der Steuereinrichtung über die Rückleitung
zurückgeführt wird.
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Zu Beginn eines neuen Zählzyklus wird von der Steuereinrichtung 1
das Reset-Signal ausgegeben, das aus der Zeile 26 ersichtlich ist.
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Die Rückmeldesignale (Pegel H/L) werden kurz nach dem Auftreten der
Schaltsignale während der den Schaltphasen zugeordneten langen Zählphasen abgefragt,
wie aus der Zeile 27 ersichtlich ist.
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Ein Anzeigemodul 6 der Gleisbildanzeige wird nun anhand der Fig.
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5 näher erläutert: Der Dezimalzähler 28 entspricht in seinem grundsätzlichen
Aufbau und seiner Schaltung dem Dezimalzähler 16 des Weichenstellmoduls 4. Das am
Ausgang des Dezimalzählers erscheinende, einer Dezimalzahl entsprechende Signal
wird durch den Encoder 29 binär codiert und gleichzeitig den beiden adressierbaren
Speichern 30 und 31 zugeführt. Je nach dem, ob das zugehörige Strobe-Signal zur
Zeit der Adressierung auf der Strobe-Signalleitung 32 oder 33 anliegt, wird über
die UND-Glieder 34, 35 der Speicher (Latch) 30 oder 31 adressiert. Die Speicherausgänge
sind auf die Leuchtdioden 7 geschaltet.
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Die Erfindung wird ergänzend anhand des folgenden Vermerks über eine
Besprechung mit dem Erfinder vom 27.11.1982 erläutert, der jedoch hinsichtlich des
Schutzumfangs gegenüber den vorstehenden Ausführungen nicht einschränkend zu verstehen
ist, sondern lediglich der weiteren Erläuterung dient:
Vermerk
aufgrund der Besprechung mit Herrn Schwaiger vom 27. November 1982 Gegenstand der
Anmeldung ist eine Ansteuerung einer beliebigen Anzahl von Magneten, vorzugsweise
Doppelmagneten für Weichen im Modellbau.
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Ausgangspunkt der Entwicklung ist das Bestreben. mit einer ein-<gnetikeln)
-fachen Schaltung eine große Anzahl von Modulen/schalten zu können, ohne daß dem
einzelnen Modul kodierbare Adressen zugeschrieben werden müßten, die einen erheblichen
Verdrahtungs-und Schaltaufwand bedingen würden.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeweils einem zusammengefaßten
Block von zu schaltenden Magneten ein Magnetartikelmodul zugeordnet wird, das der
Reihe nach angesteuert wird und dessen Ausgangssignale theoretisch wiederum eine
beliebige Anzahl von Magneten ansteuern können.
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Der Grundgedanke ist der, daß jeder Magnetschalteinheit ein flip-flop-artiges
Element, theoretisch sogar ein echtes Flip-Flop, zugeordnet ist, die in Form von
Kaskadenzählern zusammengeschaltet sind. Es erfolgt von dem Steuergerät her, das
ein Mikroprozessor sein kann, eine Hochzählung entsprechend der Anzahl der zu schaltenden
Magnetelemente. Jeder von dem Steuergerät ausgegebenen Zahl, die die den einzelnen
Magnetelementen zugeordneten Zähler zählen, wird ein Signal auf einer oder mehreren
Strobe-Leitungen ausgegeben. Das bedeutet, vom Steuergerät her gehört zu jeder Zahl
ein oder kein Strobe-Signal, so daß eine Ansteuerung der einzelnen Weichen ähnlich
einer Matrix erfolgt.
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Im konkreten Ausführungsbeispiel bestehen die den einzelnen Magnetgruppen
zugeordneten Schaltelemente aus Zählern mit Dekodiereinrichtungen nach Art von Johnson-Zählern.
Diese Zähler, die in den einzelnen We-ichenmodulen gleich aufgebaut sind, zählen
den ersten Clockimruls. wodurch die erste Leitung freigegeben wird. Entsprechend
der
Zählers voreingestellten Zahl wird bis zur letzten Zahl durchgezählt und der folgende
Impuls wird als Clock-Impuls an die nächste Einheit weitergegeben. Mit dem Ausgangsimpuls
jedes Zählers wird über einen Transistor eine von drei Leistungen, die zu jeder
Weiche führt, aktiviert. Zusätzlich sind zwei auf einer Ringleitung geführte Strobe-Leitungen
vorgesehen, die zu dem an der Weiche anstehenden Signal ein Links- oder Rechts-Schaltsignal
liefern. Die Umschaltung erfolgt dabei in der Weise, daß die betreffende Magnetspule
der Weiche mit üblichen mechanischen Umschaltern stromlos wird, sobald die Schaltung
erfolgt ist.
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Im Schaltkreis ist eine Schutzdiode D4 vorgesehen, um den Schaltkreis
vor dem induktiven Stromstoß zu sichern, wie es allgemein bekannt ist. In der konkreten
Ausführung der Schaltung brauchte diese Diode D4 nicht vorgesehen zu werden, weil
das Signal an dem Transistor T2 anstehenbleibt, so daß dieser durchgeschaltet ist,
und aufgrund irgendwelcher Spannungsspitzen keine Schäden eintreten können. *) spannungsspitzen
daher nicht *) Spmmungsspltzen daher mcht auftreten können Statt der Schalttransistoren
T1, T2 können natürlich auch FET-Transistoren, Darlingtonschaltungen, kleine Relaisschaltungen,
Optokopplungen (galvanisch getrennte Schalter) u. dgl. verwendet werden.
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Der Dezimalzähler jedes Weichenmodbis hat Ausgänge D0 bis D9, da genormte
Dezimalzähler Verwendung finden. Nach dem Reset-Signal steht das Signal auf D0 an,
so daß dieses nicht verwendet wird, damit nicht bei dem Auftreten des ersten Strobe-Signals
eine Schaltung erfolgt. Der Ausgang D9 wird zur Aktivierulng des
nächstfolgenden
Weichenmagnetmoduls verwendet. Wesentlich ist, daß sich der jeweilige durchgezählte
Zähler nach dem 9. Zählimpuls selbst sperrt. Zu diesem Zwecke ist der Eingang CE
(clock enable) vorgesehen. Der Ausgang D9 öffnet das NAND-Gatter und leitet den
Zählimpuls zum nächsten Modul weiter, so daß die Clock-Signale die bereits gesperrten
Zähleinheiten passieren und zu dem jeweils aktiven Magnetmodul direkt zugeleitet
werden.
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Die Dekadenzählelemente liegen an einer Ringleitung mit fünf Leitungen
an, von denen die ersten beiden Leitungen die Strobe-Signale 1 und 2 für Links-
und Rechtsschaltung der Weichen führen, die dritte Leitung ist die Reset-leitung,
die vierte Leitung führt das Clock-Signal und die fünfte ist der Null-Leiter, die
mit den beiden Strobe-Leitungen aus dem einzelnen Modul zu den einzelnen angeschlossenen
Weichen geführt wird. Die Schaltung erfolgt dabei in der Weise, daß wenn die einzelne
Weiche durch die entsprechende Zähler stellung angesprochen worden ist, die zugeordnete
Strobe-Leitung gegen Null durch die Transistoren T1 und T2 leitend wird. Die Strobe-Signale
können also nur dann die jeweilige-Weiche schalten, wenn sie über den Transistor-Schaltkreis
P1 bis P8 an die Nulleitung angelegt sind. P steht für Power-Schaltkreise.
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Die Stromversorgung der Dekadenzähler erfolgt -über die Reset-Leitung
in der Weise, daß ein Elko C3 zwischengeschaltet ist, so daß die kurz auftretenden
Resetsignale die Stromversorgung nicht unterbrechen (Buffer-Wirkung). Um keine Rückeinspeisung
über den Elko C3 zu haben, ist die Diode D1 vorgesehen.
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Die Diode D2 ist vorgesehen, um einen unerwünschten Rückstrom über
den Transistor T1 u vermeiden, der Fehler verursachen könnte. *) (möglicher Zenereffekt)
Der Inverter vor dem Reset-Eingang ist vorgesehen, weil vom Prozessor her Reset
bei Low-Impulsen erfolgt. Hingegen braucht
der verwendete Dekadenzähler
ein High-Signal zur Umschaltung.
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Das NAND-Ausgangsgatter wird aktiviert durch den Ausgang D9, wobei
über die Leitung 13 (clock enable) der Dekadenzähler gesperrt wird.
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Die Gesamtanordnung ist aus der Gleisbildanzeige ersichtlich.
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Der Steuerungsblock enthält den Mikroprozessor, in dem der Programmablauf
in einem Rom oder Eprom gespeichert ist. Die Software-Seite interessiert hier nicht,
da die von der Steuerung auszugebenden Ausgangszustände aufgrund der angeschlossenen
Schaltung festgelegt sind und die zugehörigen Strobe-Signale, die über die jeweiligen
Zählerstände die Weichenumschaltung ermöglichen, durch die Tastatur eingegeben werden.
Die Tastatur kann aus einem Tastenfeld mit beliebig viel Tasten bestehen, im dargestellten
Ausführungsbeispiel sind 128 Tasten anschließbar, was Matrix-Leitungen von 8X und
16Y entspricht. Von diesen 128 Tasten können beispielsweise 120 belegt werden, wobei
80 Weichenschaltungstasten vorgesehen sind und 40 Programmtasten, die bestimmten
Gleislaufbildern entsprechen. n. h., per Programm werden die ganzen Weichenstellungen
vorgegeben, so daß die Weichenschaltungen nicht von Hand einzeln eingetastet zu
werden brauchen, sondern der Modellbahner drückt eine Gleisbildtaste und sämtliche
erforderlichen Weichenschaltungen werden der Reihe nach vorgenommen.
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Das Tastenfeld besteht aus einer Folientastatur, die billig ist, so
daß der Modellbahner viele Schalter sofort mitkauft, gleichgültig ob er sie einmal
benutzen will oder nicht.
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Die Ringleitung zu den einzelnen Weichenempfängermodulen ist zurückgeführt,
so daß die Querschnitte der Drähte um die Hälfte herabgesetzt werden können. Durch
die Rückführung haben wir gleichsam für die Zuführung des Schaltstroms zwei Kabel
zur Verfügung.
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Is-t das System nicht voll ausgelastet, so wird durch die Rückführungsleitung
das Clock-Signal nach dem letzten angeschlossenen Weichenempfängermodul zum Prozessor
zurückgeleitet. Der Prozessor verarbeitet dieses Signal in der Weise, daß er weiß,
wieviele Weichenempfängermodule und zugeordnete Display-Module angeschlossen sind,
so daß darüberhinausgehende, theoretisch anschließbare Module nicht aktiviert werden
und entsprechende Signale ignoriert werden.
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Zum Signallaufbild ist noch folgendes zu sagen: Die Aktivierung der
einzelnen, über Programm angesprochenen Weichen erfolgt über die Zähldekaden durch
das Clock-Signal.
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Zur Schaltung einer Weiche sind etwa 30 Millisekunden erforderlich.
Aus Sicherheitsgründen wird diese Schaltzeit um einen bestimmten Prozentsatz erhöht.
Im Ausführungsbeispiel sind 300 Millisekunden gewählt worden, um akustisch die Schaltung
der Weichen nacheinander verfolgen zu können. Würde aber bei der Hochzählung für
jede Zahl eine Clock-Zeit von 300 Millisek.
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vorgesehen werden, würde die Gesamtschaltzeit bei vielen angeschlossenen
Weichen sehr lang werden und könnte bei 80 Weichen bis zu 24 Sekunden dauern. Aus
diesem Grunde wird per Programm nur die Clock-Zeit für die jeweils zu schaltende
Weiche auf die angegebene Zeit von etwa 300 Millisek. verlängert und die dazwischenliegenden
Clock-Signale, die nur als Zählsignale verarbeitet werden, können ein Bruckteil
dieser Zeit, beispielsweise 1/100, betragen. Per Programm wird zu jedem zur Schaltung
verwendeten Clock-Signal das zugehörige Strobe 1 oder Strobe 2-Signal ausgegeben,
wobei die Strobe-Signale kürzer sind und in der Low-Phase des Clock-Signals anliegen.
Dies ist jedoch vom Prinzip her unwichtig und bezieht sich lediglich auf die konkrete-Schaltungsausgestaltung.
Das Strobe-Signal ist kürzer als das zugehörige Clock-Schaltsignal, damit keine
Uberlappung stattfindet und es sicher in den "AdreMbereich" hineinfällt. Es soll
also keinesfalls beim nächsten Clock-Signal noch anliegen, um Fehlschaltungen zu
vermeiden.
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Besonders wichtig ist, daß das System eine Rückmeldung zur Uberprüfung
der Weichenstellungen ermöglicht. Aus diesem Grunde muß das Strobe-Signal unter
Berücksichtigung einer Entprellzeit so kurz sein, daß die Strobe-Leitungen als Rückmeldungsleitungen
verwendet werden können. Zwischen der jeweiligen Strobe-Leitung und der die Strobe-Leitungen
mit der Betriebsspannung versorgenden Leitung, zwischen der üblicherweise ein Schalter
liegt; der die Strobe-Takte auf die Strobe-Leitungen gibt, sind hochohmige Widerstände
geschaltet, die durch die geschlossenen, die Strobe-Leitungen mit Spannung versorgenden
Schalter überbrückt werden. Sind also über die jeweilige Magnetspule die Strobe-Leitungen
an Masse gelegt, ergibt sich ein Low-Signal. Ergibt sich ein High-Signal, obwohl
eine Strobe-Schaltung stattgefunden hat, muß ein Defekt vorliegen. Liegen also an
der Rückmeldungsleitung gleichzeitig zwei High-Signale an, ist dies ein Zeichen
für eine fehlerhafte Weiche, die durch Blinklicht angezeigt wird bzw. auch Verkabelungsfehler.
Die aus den Strobe-Leitungen abgeleiteten Return-Leitungen befinden sich auf der
Prozessorseite und werden dort entsprechend den auf diesen anliegenden Spannungspegeln
abgefragt und verarbeitet.
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Das "End of Transmission"-Signal wird über die Ringleitung zurück
zum Prozessor geführt und zeigt einen Durchlauf, bzw.
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das Ende der letzten anzusprechenden Zählschaltung an.
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Wie aus der Übersichtszeichnung ersichtlich ist, ist parallel zu der
Ringleitung mit den Weichenempfängermodulen die Gleisbildanzeige geschaltet. Diese
Parallelschaltung ist allerdings nicht als elektrisch parallel zu verstehen, sondern
nur als synchron. Diese Display-Anzeige unterscheidet sich grundsätzlich insofern
von dem Weichenmodulkreis, als die Weichen aufgrund eines dynamischen Signals geschaltet
werden, das also nur kurz anzuliegen braucht, während auf der Anzeigeschaltung die
einmal geschalteten Signale statische stehenbleiben müssen, um die Ist-Zustände
(bzw. vorprogrammierte Soll-Zustände) dauernd anzuzeigen.
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Display-Schaltbild: er Adressierteil mit dem Dekadenzähler entspricht
dem Dekadenzählteil der Weichenschalteinrichtung.
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Das Ausgangssignal der Zählschaltung 4 wird in einem "Prioritätsencoder
3" in der Weise verarbeitet, daß aus dem Dezimal-Signal ein binär codiertes Signal
geschaffen wird, das an den Leitungen Q0 bis Q2 anliegt. Die Bausteine 1 und 2 sind
adressierbare Speicher (latches), die ents-prechend der Beaufschlagung durch die
Zähl- und Dekodierschaltung statische Ausgangszustände haben. Über Leuchtdiodentreiber
werden sodann 8 Links- und 8 Rechtsleuchtdioden jeweils entsprechend der Weichenschaltung
geschaltet.
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Die Schaltung leistet im Grunde nur, daß die dynamischen Schaltsignale,
die durch Knopfdruck oder per Gleislaufprogramm erzeugt werden und der Umschaltung
der Weichen dienen, auf der Display-Einheit als statische Signale stehenbleiben,
bis eine Änderung der Schaltzustände erfolgt, was in der Displayeinheit beispielsweise
durch ein Flip-Flop verwirklicht werden kann.
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In den Speichereinheiten 1 und 2 sind 'twrite-enable"-Eingänge 4
vorgesehen, die eine Datenverarbeitung nur zulassen, wenn ein Strobe-Signal und
gleichzeitig auch däs dekodierte Adressensignal anliegen. Das Bauteil 3 führt praktisch
zu einer VerODERung in der Weise, daß das Ausgangssignal 1 wird, wenn an den Eingängen
mindestens eine 1 anliegt. fieber das Bauteil 8 findet eine VerUNDung statt. *)
(GS = Group Select) Zwei IC's 1 und 2 sind vorgesehen, weil jeweils aus 3 Leitungen
2x8 Ausgänge gebildet werden müssen.
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Prinzip ist folgendes: Im Display müssen je nach Weichenschaltung
links und rechts zu jeder Weiche linke und rechte Diode geschaltet werden. Ein Schaltsignal
ergibt sich jeweils entsprechend der angesprochenen Zählschaltung 4. Linke und rechte
Weiche
ergibt sich aus dem jeweils zugehörigen Zustand der Strobe-1- oder -2-Leitung. Aus
diesen Informationen werden die statischen Signale für die Leuchtdioden gebildet.
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In der Display-Einheit können praktisch-die beiden Strobe-Leitungen
und die Ausgangsleitung des Zählers als Adressenleitungen aufgefaßt werden. Ob links
oder rechts geschaltet wird, wird durch die ICs 1 und 2 durch Auswahl der jeweiligen
Strobe-Leitung durch die Enable-Eingänge bewirkt.
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Zusätzlich zu der Adresse muß auch noch angegeben werden,- ob 0- oder
1-Signal anliegt, also Diode aus oder Diode an.
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Die Zustände Diode an und Diode aus sind eindeutig, wenn die jeweilige
Weiche im Gleislaufbild verwendet wird. Es gibt jedoch auch Gleislaufbilder, in
denen bestimmte Weichen nicht berücksichtigt werden, so daß trotz genau definierter
Weichenstellung die zugehörigen Dioden ausgeschaltet sein müssen.
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Diese Information wird der Display-Einheit durch die Lage der Strobe-Signale
relativ zu den Clock-Signalen zugeführt. Beispielsweise bedeutet Strobe-Signal liegt
in der High-Phase des Clock-Signals, daß eine logische 1 gegeben ist, die die Einschaltung
der Lampe bewirkt. Liegt beispielsweise das S-trobe-Signal in der Low-Phase des
Clock-Signals , bedeutet dies logisch 0, d.h. Lampe aus. Die Strobe-Signale der
Display-Einheit sind also anders getaktet als die Strobe-Signale für den Weichenschaltkreis.
Die zusätzliche, über die Strobe-Signale vermittelte Information wird den ICs 1
und 2 über die NAND-Glieder 8 zugeführt. Das Clock-Signal liegt fest, während sich
die Information aus der relativen Lage der Strobe-Signale 1 und 2 zu den Clock-Signalen
ergibt, so daß aus dem Auftreten der Signale durch die Schaltung der Informationsinhalt
gewonnen werden kann.
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Wichtig sind insbesondere folgende Punkte: Anschluß der Weichenschaltmodule
in beliebiger Reihenfolge über eine aus fünf Kabeln bestehende Ringleitung.
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Rückmeldung des Ist-Zustandes der Weichen.
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Weichenspulen können aufgrund des getakteten Durchschaltens nicht
mehr durchbrennen (der übliche Durchbrennschutz durch Umschaltung auf die nicht
unter Strom stehende Spule wird zwar beibehalten, es kann aber vorkommen, daß eine
Weiche klemmt und unter Strom stehenbleibt, so daß ein Durchbrennen auch einer klemmenden
Weiche aufgrund des getakteten Strobes nicht möglich ist).
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Die Weichenschaltungen erfolgen in jedem Falle hintereinander, so
daß gleichzeitig immer nur eine Weiche geschaltet wird und die Gesamtschaltung nur
auf geringeren Strom ausgelegt zu werden braucht, oberlastung ist also nicht mehr
zu befürchten. Früher waren dadurch gewisse Grenzen gesetzt, daß gleichzeitig mehrere
Weichen geschaltet wurden und der Strombedarf auf ein unzulässiges Maß anstieg.
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In der Displayeinheit Informationsverarbeitung zur Steuerung der Leuchtdioden
an, aus, beide aus oder beide an.
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