DE3318351C2

DE3318351C2 - Schaltungsanordnung für eine drehzahl- und drehrichtungsabhängige Auswerteschaltung eines inkrementalen Drehrichtungsimpulsgebers

Info

Publication number: DE3318351C2
Application number: DE19833318351
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Bonss (FH), 8732 Münnerstadt; Alfons Dipl.-Phys. 8741 Oberstreu Then
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1986-05-22
Also published as: DE3318351A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren für eine drehzahl- und drehrichtungsabhängige Auswerteschaltung eines inkrementalen Drehrichtungsimpulsgebers. Dieser Geber erzeugt zwei gegeneinander phasenverschobene Impulszüge, deren Impulsinformationen in einem Referenzspeicher gespeichert werden. Um trotz Kontaktprellungen des Gebers eine sichere und in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Gebers im Hinblick auf die Zeitraffung eine progressive Vorwärts- bzw. Rückwärtserkennung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, einen Vergleichsbitmustergenerator zu verwenden, der aus einem Referenzwort zwei Einzelbit errechnet, wobei das eine Einzelbit das nächst erwartete Bit für das Rechtsdrehen und das andere Einzelbit das nächst erwartete Bit für das Linksdrehen darstellt. Je ein Einzelbit und je ein Referenzbit werden mit den beiden vom Geber nach einem Impulswechsel abgegebenen Bits verglichen, wobei bei Gleichheit ein Impuls für das Rechtsdrehen bzw. für das Linksdrehen erzeugt wird, der in einem Zwischenspeicher gespeichert wird. Der Rechts-Links-Impuls bewirkt eine Addition oder Subtraktion in einem arithmetischen Rechenwerk, dessen Ergebnis gespeichert und angezeigt wird. Die Geschwindigkeit der Addition bzw. Subtraktion wird von einer Progressionsschaltung beeinflußt.

Description

gekennzeichnet durch nachfolgende Maßnahmen:

- mit Hilfe eines Vergleichsbitmustergenerators (3) werden aus dem Referej?zspeicher (2) entnommenen, aus zwei Referenzbit bestehenden Referenzwort je ein Einzelbit fiir ein Vergleichsbitwort für das Rechtsdrehen und ein Vergleichsbitwort für das Linksdrehen so gebildet, daß das eine Einzelbit das nächst erwartete Bit für das Rechtsdrehen und das andere Einzelbit das nächst erwartete Bit für das Linksdrehen darstellt,

- je eines der Einzelbits und je eines der Referenzbits bilden das Vergleichsbitwort, das zusammen mit dem aktuellen Impulsgeberbitmuster in einem Rechts/Links-Detektor (4) derart verarbeitet wird, daß ausgangsseitig bei Betätigung des Drehrichtungsimpulsgebers (1) entweder ein Impuls für die Rechtsdrehung oder für die Linksdrehung gewonnen wird,

- dieser Impuls wird in einem Rechts/Links-Zwischenspeicher (5) gespeichert,

- mit dem Rechts/Links-Impuls für die Rechts- oder Linksdrehung wird in einem arithmetischen Rechenwerk (6) die Addition oder Subtraktion eines Zählers ausgelöst, dessen Zählgeschwindigkeit von einer Progressionsschaltung (9, 12, 13, 25, 26) abhängig ist,

- der Zählerstand wird durch den Schreibtakt einer Ablaufsteuerung (23,24) in einem Ergebnisspeicher (7) gespeichert und über einen Decoder (8) zur Anzeige gebracht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Schreibtakt der Ablaufsteuerung (23, 24) der Referenzspeicher (2) ein neues Referenzbitmuster von dem Drehrichtungsimpulsgeber (1) übernimmt, der Rechts/Links-Zwischenspeicher (5) zurückgesetzt und der Abwärtszähier (9) den in einem Festwertspeicher (13) gespeicherten maximalen Rechenwert übernimmt. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Progressionsschaltung ein Abwärtszähler (9) von dem Takt eines Taktgenerators (12) beaufschlagt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Decoder (26) die Ausgänge des Abwärtszählers (9) überprüft, ob der niedrigste Rechenwert bereits erreicht ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erreichen des niedrigsten Rechenwertes der Decoder (26) über ein UND-Glied (25) den Takt für den Abwärtszähler (9) sperrt.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibtakt bzw. der Resettakt aus dem in einem ODER-Glied (23) verknüpften Rechts/Links-Impuis nach Durchlaufen eines Verzögerungsgliedes (24) gewonnen wird.

Die Erfindung geht von einer Schaltungsanordnung Tür eine drehzahl- und drehrichtungsabhängige Auswerteschaltung eines inkrementalen Drehrichtungsimpulsgebers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.

Inkremental Drehrichtungsimpulsgeber werden in den verschiedensten Bereichen der Technik, so z. B. auch in der Prüf- und Meßtechnik, eingesetzt. Es werden hierbei Impulse erzeugt, deren Anzahl ein Maß für den Drehwinkel darstellt. Wo immer Drehbewegungen auftreten oder wo Wege oder Kräfte sich in analoge Drehbewegungen umsetzen lassen, kann ein Winkelcodierer oder ein inkrementaler Drehrichtungsimpulsgeber die Schrittanzahl in digitaler Form ausgeben, womit eine praktisch beliebig genaue Zählung, Messung, Winkelüber-

tragung oder Positionierung ohne die Verwendung weiterer Analog-Digital-Umsetzer erfolgen kann. Neben der Drehzahl ist aber auch die Drehrichtung oftmals von Bedeutung. Dies gilt außer in der Prüf- und Meßtechnik insbesondere auch dann, wenn z. B. Uhren eingestellt werden sollen. Bei den herkömmlichen bekannten Gebern erfolgt die Signalumwandlung durch einen bistabilen Multivibrator (Schmitt-Trigger) mit einem nachgeschalteten Differenzierglied (DE-Zeitschrift Elektronik 1969, Heft 6, Seite 171 bis 174). Die Signale bestehen

dabei üblicherweise aus zwei Impulsfolgen, die um 90° phasenverschoben sind.

Aus der DE-Zeitschrift Internationale Elektronische Rundschau 1965, Heft 7, Seite 381 bis 389, ist bereits ein photoelektrischer Inkrementalgeber bekannt, der eine Strichscheibe besitzt, die am Rand gleich breite lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Sektoren hat. Zur Abtastung dieser Sektoren dient ein Abtastring. Die Strichscheibe wird von einer Speziallampe beleuchtet. Die Abtastung erfolgt über Photodioden, die annähernd

sinusförmige Ausgangssignale mit einer Phasenverschiebung von 90° liefern. In einer Impulsformersture werden diese in rechteckform ige Spannungen umgeformt. Die Phasenlage der beiden Signale zueinander ist ein Kennzeichen fiir die Drehrichtung der Scheibe. Die Impulse aus der Impulsformerstufe werden zu einem bidirektionalen Zähler geführt, wobei der Zählerstand auf einem Sichtgerät angezeigt wird.

Aus der DE-PS 26 56 982 ist ein Inkrementalgeber bekannt, der zwei phasenverschobene Impulsfolgen erzeugt. Diese Impulsfolgen sind zum einen direkt und zum anderen über je eine Verzögerungsstufe an die Eingänge eines Codewandlers geführt. Vier Ausgänge des Codewandler.s sind zusammengeschaltet, wobei an ihnen zählungsrichtungsabhängige Impulse erscheinen. Diese Impulse sind zu einem Vorwärts/Rückwärts-Zähler geführt, dessen Zählerstand ein Maß für die Verschiebung ist.

Ein weiterer Inkrementalgeber ist in der DE-AS 26 58 105 beschrieben. Es handelt sich hier um einen elektromechanischen Impulsgeber, dessen beide phasenverschobene Impulszüge in einer Steuerlogik miteinander verknüpft werden. Der Steuerlogik nachgeschaltet ist ein Vorwärts-Rückwärtszähler. Als Impulsgeber ist ein Nockenschalter mit einer Rasteinrichtung vorgesehen, wobei von Bedeutung ist, daß die Kontaktstrecken zur Impulserzeugung bei nicht betätigtem Impulsgenerator in offener Lage sind. Die Steuerlogik besteht im einfachsten Fall aus zwei Flip-Flops, die logisch miteinander verknüpft sind.

Aus der DE-PS 2?, 43 353 ist eine andere Schaltung zur Auswertung der von einem Inkrementalgeber abgegebenen Impulszüge bekannt. In einer Auswertelogik wird die Drehrichtung erkannt, womit ein erster Vorwärts-Rückwärts-Zähler aktiviert wird. Mit einem gleichzeitig betätigten ersten Taster wird durch die Impulszüge ein zweiter Vorwärts-Rückwärts-Zähler eingestellt. Durch die Betätigung eines zweiten Tasters und des Inkrementalgebers kann der Zählerstand des ersten Zählers verändert werden. Dem 1. Zähler werden so lange Impulse • ugeführt, bis ein Vergleicher die Gleichheit der beiden Zähler feststellt. Eine Steuerschaltung unterbricht dann den Impulsfluß zum 1. Zähler. Durch Ljslassen des zweiten Tasters wird der 1. Zähler wieder entriegelt.

Eine andere Auswerteschaltung eines Inkrementalgebers ist in der DE-PS 31 14 221 beschrieben. Die beiden phasenverschobene, drehzahlproportionale Impulszüge werden in einem Signalspeicher gespeichert, wobei jeder Signalkombination der Ausgangssignale der Signalspeicher in der Reihenfolge ihres Auftretens eine Nummer zugeordnet ist. Entsprechend dieser Nummer wird der Zählerstand eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers verstellt, der die Impulse eines Taktgebers so lange zählt, bis sein Zählerstand mit der Nummer übereinstimmt.

Ein mit einem Mikroprozessor arbeitender Inkrementalgeber ist in der DE-PS 28 28 285 beschrieben. Der Inkrementalgeber liefert ebenfalls zwei phasenverschobene Impulszüge, deren Frequenz der Drehgeschwindigkeit und deren gegenseitige Phasenlage von der Drehrichtung abhängt. Diese Impulszüge werden in einen Mikroprozessor eingespeist. Zunächst werden die Impulse in einem ersten Speicher gespeichert. In einem zweiten Speicher sind die Impulse abgelegt, die vor dem Impulswechsel am Geberausgang vorhanden waren. Beide Impulsinformationen werden sodann zu einem Vier-Bit-Wort zusammengesetzt. In einem Festwertspeicher sind die Bitwörter abgespeichert, die eindeutig einer bestimmten Drehrichtung zugeordnet sind. Ein Vergleieher vergleicht nun diese fest eingespeicherten Bitwörter mit dem Vier-Bit-Wort. Aus dem Vergleich ergibt sich ein Impuls entweder für das Rechtsdrehen oder für das Linksdrehen. Dieser Impuls bewirkt eine Subtraktion oder Addition in einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler, dessen Zählerstand in einer elektronischen Digitalanzeige decodiert angezeigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für eine drehzahl- und drehrich-Uingsabhängige Auswerteschaltung eines inkrementalen Drehrichtungsimpulsgebers nach der eingangs genannten Art zu linden, die es gestattet, in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Gebers im Hinblick auf die Zeitraffung progressive Vorwärts- bzw. Rückwärtserkennung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist es möglich, auch unsaubere Impulszüge des Drehrichtungsimpulsgebers zu verwenden. In der Praxis entstehen diese unsauberen Impulszüge durch Anschwing- und Abschwingimpulse, die durch das unvermeidliche Kontaktprellen der elektromechanischen Geber verursacht werden. Die Anzahl der Verstellschritte ist bei langsamer Drehgeschwindigkeit des Drehrichtungsimpulsgebers proportional zur Anzahl der Zustandswechsel der beiden Impulszüge. Bei hoher Drehgeschwindigkeit und damit schnellem Zustandswechsel der beiden Impulszüge werden die Verstellschritte progressiv erhöht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Von den Figuren zeigt Fig. 1 ein Impulsdiagramm zweier Impulszüge am Ausgang des Drehrichtungsimpulsgebers, Fig. 2 ein schematisiertes Blockschaltbild der Auswerteschaltung, Fig. 3 die Auswerteschaltung mit dem Einzelheiten aufzeigenden Blockschaltbild.

In Fig. 1 ist der zeitliche Verlauf der beiden Impulszüge J₀ und J₁ dargestellt, die von einem Drehrichtungsimpulsgeber 1 abgegeben werden. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind die beiden Impulszüge zueinander etwa um 90° phasenverschoben. Die Phasenverschiebung sollte generell zwischen 0 und 180 Grad betragen. Wie nahe der Phasenverschiebungswinkel den Grenzwerten sein darf, hängt von der Geschwindigkeit der Impulszüge und von der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Auswerteschaltung ab. Mit r, bis f₄ sind vier Abschnitte auf der Zeitachse gekennzeichnet. Zum Zeitpunkt;, sendet der Geber das Bitmuster 11, zum Zeitpunkt t₂ 10 usw. Dies gilt für eine bestimmte Drehrichtung, z. B. für die Rechtsdrehung des Gebers. Wird der Geber jedoch gegenläufig z. B. links herum gedreht, so erscheint am Ausgang des Gebers zunächst das Bitmuster 11, zum nächsten Zeitpunkt dann das Bitmuster 01 usw. Aus der Reihenfolge der Bitmuster kann auf die Drehrichtung Rückschluß gezogen werden.

Als Drehrichtungsimpulsgeber 1 kann ein beliebiger, handelsüblicher Geber verwendet werden, der über /wci Ausgänge verfügt, an denen er zwei gegeneinander phasenverschobene Impulszüge J₀ und J\ liefert. Ein derartiger Geber könnte z. B. ein nockengesteuerter Schalter sein.

Das z. B. zu einem Zeitpunkt /, vom Geber 1 gelieferte Bitmuster wird in einem Referenzspeicher 2 gespeichert. Dieser Relerenzspeicher besteht aus zwei Flip-Flops. An derem Ausgang steht das Referenzwort, wobei das rechts außen stehende Bit mit 2°_Ktf und das links daneben stehende Bit mit 2^_Rl,_f bezeichnet wird. Zu den verschiedenen Zeitpunkten I₁ bis u sieht das Referenzwort somit folgendermaßen aus:

Zeitpunkt	Ί	1	1	h	1	0	Iy	0	0	0	1
Referenzwort	2rc)	2 Re/	2V	*²RfI*	2^	1-Rej	2J»„	9°

Mit 3 ist in den Figuren ein Vergleichsbitmustergenerator bezeichnet, an dessen Eingängen das Referenzwort ίο mit dem Bitmuster 2_ReJ 2°_ReJ- anliegt. Aus dem Referenzwort bildet der Vergleichsbitmustergenerator je ein Einzelbit für je ein Vergleichsbitwort. Das eine Einzelbit gehört zu dem Vergleichsbitwort für das Rechtsdrehen und das andere Bit zu dem Vergleichsbitwort für das Linksdrehen. Die Verarbeitung des Referenzwortes im Vergleichsbitmustergenerator erfolgt derart, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt das eine Einzelbit das nächst erwartete Bit Tür das Rechtsdrehen und das andere Einzelbit das nächst erwartete Bit für das Linksdrehen darstellt. Anhand der nachfolgenden Tabelle soll dies näher erläutert werden:

Aus den zwei Bits des Referenzwortes bildet der Vergleichsbitmustergenerator die beiden Einzelbits, die an verschiedenen Stellen in den Vergleichsbitwörtern stehen. Auf das Referenzwort 11 zum Zeitpunkt /, können nur die Vergleichsbitwörter 01 für das Linksdrehen oder 10 fur das Rechtsdrehen folgen. Entsprechendes gilt auch für die anderen Zeitpunkte I₁ bis r₄. In einem Rechts-Links-Detektor 4 werden die Vergleichsbitwörter zum nachfolgenden Zeitpunkt mit dem aus dem Geber kommenden Informationen verglichen, wobei am Ausgang des Rechts-Links-Detektors entweder ein Impuls für das Rechtsdrehen oder ein Impuls für das Linksdrehen erscheint.

Die Vergleichsbitwörter werden im Vergleichsbitmustergenerator nach folgenden Gesetzmäßigkeiten erzeugt:

9° - 9¹
-WmAs ~ ^ReJ

Zeitpunkt	Ί	0	1	links	2?	1	0	2°	h	1	1	links	2?	0	0	2?	h	1	0	2?	0	1	2?	0	0	2?	1	1	2?
Referenzwort		0	*2\_ei*	2)	A,	0		1	2L/	2)	2%	0		1	*^ReI*	2%	1		0	2L/	9°	1
				rechts				rechts				rechts				rechts
Einzelbit	1	1	2\	1	0	2\	0	0	2\		0	1	2\
Vergleichsbitwort			links		links
			2]		2)

2-m-hts ⁼ ^Q-KrT Φ 2_Kcl) = 2_Rl.j)

Wie aus F ι g. 3 zu entnehmen ist, besteht der Vergleichsbitmustergenerator 3 aus einem Antivalenz-Gatter in Form eines Exclusive-OR-Gatters 14, an dessen Eingängen das Referenzwort anliegt. Der Ausgang des Gatters 14 ist parallel zu den Eingängen zweier Äquivalenz-Gatter in Form von Exclusive-NOR-Gatter 15 und 16 geführt. An den anderen Eingängen dieser Gatter 15 und 16 liegen die Bits des Referenzwortes. Die Ausgänge der beiden Gatter 15 und 16 liefern die beiden Einzelbits für die Vergleichsbitwörter.

Der Rechts-Links-Detektor 4 besteht aus einem ersten Teil für die Rechts-Erkennung und einem zweiten Teil für die Links-Erkennung. Beide Teile sind gleich ausgeführt Jeder Teil besteht aus zwei Exclusive-NOR-Gatter 17 und 18 bzw. 20 und 21. An den Eingängen liegen entsprechend Fig. 3 die Vergleichsbitwörter und die vom Geber kommenden Impulse. Die Ausgänge der beiden Exclusive-NOR-Gatter sind zu einem UND-Gatter 19 bzw. 22 geführt, wobei bei Gleichheit ein Impuls für das Rechtsdrehen bzw. für das Linksdrehen abgegeben wird.

Mit dem Rechts-Links-Detektor 4 ist ein arithmetisches Rechenwerk 6 verbunden. Ein vom Rechts-Links-Detektor kommender Impuls für das Rechtsdrehen oder für das Linksdrehen bildet für das arithmetische Rechenwerk 6 das Steuersignal zum Addieren oder Subtrahieren. Der Additions- bzw. Subtraktions-Rechenwert wird dem arithmetischen Rechenwerk 6 von einem Abwärtszähler 9 zur Verfugung gestellt Der maximale Rechenwert des Abwärtszählers ist in einem Festwertspeicher 13 gespeichert, der mit dem Abwärtszähler verbunden ist Nach dem Ende eines Operationsvorganges wird dieser maximale Rechenwert durch einen Reset-Impuls dem Abwärtszähler 9 einprogrammiert.

Der Abwärtszähler 9 wird durch einen freilaufenden Taktgenerator 12 getaktet, dessen Taktfrequenz den menschlichen Reaktionszeiten angepaßt ist. Der Ausgang des Taktgenerators 12 ist über ein UND-Glied 25 mit dem Abwärtszähler 9 verbunden. Durch den Reset-lmpuls wird, wie bereits beschrieben, dem Abwärtszähler 9 der maximale Rechenwert eingegeben. Der Abwiirtszähler zählt nun von diesem maximalen Rechenwert rückwärts bis der niedrigste Rechenwert 1 erreicht wird. Die Zählfrequenz entspricht hierbei der Taktfrequenz. Wird der niedrigste Rechenwert 1 erreicht, so erkennt ein am Ausgang des Abwärtszählers 9 angeschlossener sogenannter »1«-Decoder 26 diesen niedrigsten Rechenwert und stoppt über das UND-Glied 25 die Zufuhr der Taktfrequenz an den Abwärtszähler, d. h. der Abwärtszähler wird angehalten. Je schneller der Drehrichtungsimpulsgeber 1 gedreht wird, einen um so höheren Rechenwert erhält man, so daß die Addition bzw. Subtraktion in dem arithmetischen Rechenwerk 6 mit einer progressiven Frequenz erfolgt. Wird der Geber 1 jedoch zu langsam gedreht, so hat der Abwärtszähler Gelegenheit jeweils auf »1« abzuzählen und daher wird nur ein minimaler Verstellwert erreicht. Abwärtszähler 9, Taktgenerator 12, UND-Glied 25, Festwertspeicher 13 und »1«-Decoder 26 bilden somit die Progressionsschaltung.

Mit dem arithmetischen Rechenwerk 6 ist ein Ergebnisspeicher 7 verbunden, der mit einem Schreibtakt das neue Verstellergebnis übernimmt. Der Schreibtakt wird von einer Ablaufsteuerung 10 erzeugt. Diese Ablaufsteuerung 10 besteht aus einem ODER-Gatter 23, an dessen Eingängen die Impulse für das Rechts- bzw. Linksdrehen anliegen. Der am Ausgang des ODER-Gatters 23 erscheinende Schreibtakt dient dazu, im Referenzspeicher das neue Bitmuster zu übernehmen. Dieser Schreibtakt wird durch ein Verzögerungsglied 24 verzögert. Der durch ein weiteres Verzögerungsglied 27 verzögerte Schreibtakt bildet gleichzeitig den Reset für den Rechts-Links-Zwischenspeicher 5 und er ist Datenübernahmetakt für den Abwärtszähler 9. Der aktuelle, im Ergebnisspeicher vorhandene Speicherwert gelangt über einen Decoder 8 mit Anzeigetreiber zu einer Anzeige 11, durch die der Speicherwert sichtbar angezeigt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung fur eine drehzahl- und drehrichtungsabhängige Auswerteschaltung eines inkre-

mentalen Drehrichtungsimpulsgebers, der zwei gegeneinander phasenverschobene Impulszüge erzeugt,

S wobei deren Frequenz von der Drehzahl und deren gegenseitige Phasenlage von der Drehrichtung abhängt

- mit einem Referenzspeicher zur Speicherung der bei jedem Impulswechsel am Drehrichtungsimpulsgeber entstehenden digitalen Impulsinformation,

- mit einem Rechts/Links-Detektor, dessen Ausgänge zu einem Vorwärts/Rückwärts-Zählergeführt sind und

- mit einem den Zählerstand des Vorwärts/Rückwärts-Zählers anzeigenden Anzeigeelement,