DE3713940C2 - Vorrichtung zum Aufwärts- und Abwärtszählen von Ereignissen mittels eines Aufwärts/Abwärts-Zählers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwärts- und Ab­ wärtszählen von Ereignissen mittels eines Aufwärts/Abwärts-Zäh­ lers.

Es gibt integrierte Zählerbausteine, z. B. den Typ mit der End­ ziffer 193, die zum Aufwärts- und Abwärtszählen von Ereignissen geeignet sind. Die bekannten Zähler weisen zwei Eingänge auf, an die Ereignissignale angeschaltet werden können. Diese bewirken an dem einen Eingang ein Aufwärtszählen und an dem anderen Ein­ gang ein Abwärtszählen des Zählers. Im Betrieb des Zählers ist es wichtig, daß jeweils nur an einem der beiden Eingänge Ereig­ nissignale anliegen. Anderenfalls wird der Zähler gesperrt und Ereignisse werden nicht registriert.

Sofern die Ereignisse in einem vorgegebenen Zeitrahmen liegen, tritt diese Eigenschaft der bekannten Zähler nicht nachteilig in Erscheinung. Besitzen die Ereignisse dagegeben eine statistische Verteilung, so treten bei Überlappungen der Ereignisse Fehler bei der Registrierung auf.

JP 61-133 728 A2 offenbart eine Vorstufe für einen Auf­ wärts/Abwärts-Zähler, die ein Überlappen der UP- und DOWN-Impul­ se erlaubt, aber die eine erhebliche Anzahl an Triggerbausteinen und logischen Gattern erfordert.

US 3 560 859 offenbart eine Vorstufe für einen Aufwärts/Abwärts-Zähler, die ein Überlappen der UP- und DOWN-Impulse erlaubt, aber die eine Vielzahl an logischen Gattern erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auf­ wärts- und Abwärtszählen von Ereignissen mittels eines Auf­ wärts/Abwärts-Zählers so zu verbessern, daß mit minimalem Zu­ satzaufwand Ereignisse auch bei zeitlichen Überlappungen ein­ wandfrei registriert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Speicherung wenigstens eines der Ereignissignale gelingt es, zeitlich gleichzeitig eintreffende oder zeitlich überlappende Ereignisse, die für unterschiedliche Zähleingän­ ge bestimmt sind, zu entzerren. Auf diese Weise wird verhin­ dert, daß der Aufwärts/Abwärts-Zähler in einen Zustand ge­ rät, in dem er Ereignissignale an seinen Eingängen ignorie­ rt. Die gespeicherten Ereignissignale können dann, sobald die Ereignissignale an dem anderen Eingang abgeklungen sind, weitergeleitet werden. Der Aufwärts/Abwärts-Zähler erhält also zeitlich gleichzeitig eintreffende oder einander über­ lappende Signale nacheinander und kann sie so ein gleicher Weise registrieren, wie Ereignissignale, die originär zeit­ lich nacheinander eintreffen.

Eine Weiterbildung sieht vor, statt der Speicherung der ge­ samten Ereignissignale nur eine der beiden Zustandsänderun­ gen zu speichern und die andere, den Ursprungszustand wieder­ herstellende Zustandsänderung durch zeitverzögerte Inver­ tierung der gespeicherten Zustandsänderung zu regenerieren. Dadurch wird einmal der erforderliche Speicheraufwand verrin­ gert, denn die Speicherung eines vollständigen Ereignissi­ gnals müßte auch Merkmale der zeitlichen Ausdehnung regi­ strieren. Zum anderen wird die Möglichkeit eröffnet, eine einheitliche Zeitverzögerung vorzugeben, die sich im wesent­ lichen nach der vom Aufwärts/Abwärts-Zähler benötigten Ereig­ nissignallänge richtet.

Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zum Aufwärts- und Abwärtszählen von Ereignissignalen mittels ei­ nes Aufwärts/Abwärts-Zählers nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 4.

Diesbezüglich liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Schal­ tungsanordnung der genannten Art so zu verbessern, daß auch zeitlich einander überlappende Ereignisse einwandfrei regi­ striert werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin­ dung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschrei­ bung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung veranschaulicht.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 ein einen Signalverlauf an ausgewählten Orten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 darstellen­ des Diagramm,

Fig. 3 eine die Erfindung weiterbildende Ergänzungsschaltung und

Fig. 4 ein einen Signalverlauf an ausgewählten Orten der Ergänzungsschaltung nach Fig. 3 darstellen­ des Diagramm.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt einen Aufwärts/Abwärts-Zähler 1, z. B. ein unter der Endziffer 193 im Handel erhältlichen, ein dynamisches Flip-Flop 2, ein lo­ gisches Verknüpfungsglied in Form eines NAND-Gliedes 3 sowie eines weiteren Schaltungsgliedes in Form eines Pufferglie­ des 4.

Der Aufwärts/Abwärts-Zähler 1 besitzt einen ersten Eingang 5 zum Abwärtszählen und einen zweiten Eingang 6 zum Aufwärts­ zählen. Der erste Eingang 5 ist direkt mit einer Anschluß­ klemme 7 zum Einspeisen von Ereignissignalen, die ein Auf­ wärtszählen bewirken sollen, verbunden. Der zweite Eingang 6 erhält die für ihn bestimmten Ereignissignale, die an eine Eingangsklemme 8 angelegt werden, über das dynamische Flip-Flop 2 sowie das NAND-Glied 3 und das weitere Schal­ tungsglied 4. Dabei ist die Eingangsklemme 8 über eine Lei­ tung B zu einem Takteingang 9 geführt. Das gespeicherte Sig­ nal gelangt von einem Ausgang 10 über eine Leitung C zu ei­ nem Eingang 11 des NAND-Gliedes 3 und der Ausgang 12 des NAND-Gliedes 3 ist schließlich über das Pufferglied 4 und die Leitung D mit dem Eingang 6 des Auf­ wärts/Abwärts-Zählers 1 verbunden. Ein zweiter Eingang 13 des NAND-Gliedes 3 ist mit einer Leitung A verbunden, über die, wie bereits erwähnt, Signale von der Eingangsklemme 7 zum Eingang 5 des Aufwärts/Abwärts-Zählers 1 gelangen. Die Leitung D ist schließlich noch mit einem Rücksetzeingang 14 des Flip-Flops 2 verbunden. Der Aufwärts/Abwärts-Zähler 1 besitzt Ausgänge 15, über die sein Zählstand abgreifbar ist.

Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: An die Eingangs­ klemme 7 angelegte Ereignissignale gelangen unmittelbar zum Eingang 5 und bewirken ein Abwärtszählen des Aufwärts/- Abwärts-Zählers 1. Anders verhält es sich bei Ereignissigna­ len, die an die Eingangsklemme 8 angelegt werden. Bei diesen wird zunächst die Zustandsänderung bei Auftreten einer posi­ tiven Flanke gespeichert, worauf der Ausgang 10 seinen Zu­ stand ändert, im vorliegenden Fall von L- auf H-Potential wechselt. Liegt auch H-Potential an der Eingangsklemme 7 an, so ergibt sich am Ausgang 12 des NAND-Gliedes 3 L-Potential, das sich dem Eingang 6 des Aufwärts/Abwärts-Zählers 1 mit­ teilt. Da das Potential gleichzeitig auch an den Rücksetz­ eingang 14 gelangt, wird das Flip-Flop 2 zurückgesetzt mit der Folge, daß sich am Eingang 10 wieder L-Potential ein­ stellt und dieses auch am Eingang 12 und daraufhin am Ein­ gang 6 des Aufwärts/Abwärts-Zählers 1 auftritt. Der Zustands­ wechsel von L- auf H-Potential veranlaßt dabei ein Aufwärts­ zählen.

Angenommen, es lag während der ganzen Zeit H-Potential an der Eingangsklemme 7 an, so tritt das am Eingang 6 des Auf­ wärts/Abwärts-Zählers 1 als Folge des an der Eingangs­ klemme 8 anliegende Ereignissignal mit einer Zeitverzögerung auf, die sich einmal aus der Signallaufzeit innerhalb des Flip-Flops 2 und zum anderen aus der Signallaufzeit inner­ halb des NAND-Gliedes 3 und des weiteren Puffergliedes 4 er­ gibt. Die erstgenannte Signallaufzeit wird mit 2, die zwei­ te mit 1 bezeichnet. Die Gesamtverzögerungszeit ergibt sich aus dem zweifachen Wert der Summe von 1 und 2. Dies liegt daran, daß intern durch das Flip-Flop 2, das NAND-Glied 3 sowie des Puffergliedes 4 eine Schleife gebildet ist, die bei jedem Ereignis zweimal durch­ laufen wird. Die Ereignissignallänge, am Eingang 6 wird nur durch die Summe der Signallaufzeiten von t1 und t2 bestimmt, ist also halb so lang wie die gesamte Verzögerungszeit. Die Summe der Laufzeiten 1 und 2 sind zweckmäßig so bemes­ sen, daß sie wenigstens so groß ist, wie die vom Auf­ wärts/Abwärts-Zähler 1 für eine einwandfreie Funktion benöti­ gt Ereignissignallänge.

In Fig. 2 ist der Signalverlauf an den Leitungen A, B, C und D im Falle zweier Ereignissignale veranschaulicht, die sich zeitlich überlappen. Im Ausgangszustand liegt an den Ein­ gangsklemmen 7 und 8 H-Potential an, so daß auf den Leitungen A und B ebensolche Potentiale auftreten. Als Folge davon tritt auf der Leitung C L-Potential und auf der Leitung D H-Potential auf. Im Zeitpunkt t1 erscheint nun auf der Leitung E ein Ereignissignal, das im Zeitpunkt t3 wieder abklingt. Vor dem Abklingen tritt aber auf Leitung B im Zeit­ punkt t2 ein weiteres Ereignissignal auf, das erst im Zeit­ punkt t5 abklingt. Im Zeitpunkt t3 wird mit der positiven Flanke das Flip-Flop 2 gesetzt, was im Zeitpunkt t4 zu einem Wechsel des Ausgangs 10 auf H-Potential führt. Nach dem Ab­ klingen des Ereignissignals auf der Leitung A wird um die Signallaufzeit 1 verzögert das Potential auf der Leitung D auf L-Potential gesetzt. Dies geschieht im Zeitpunkt t6. Das Rücksetzen des Flip-Flops 2 bis zum Potentialwechsel am Ausgang 10 verzögert sich wiederum um die Signallaufzeit t2, so daß das Potential der Leitung C erst im Zeitpunkt t7 wie­ der auf L-Potential zurückkehrt. Bedingt durch die Signal­ laufzeit des logischen Verknüpfungsgliedes 3 und des Schal­ tungsgliedes 4 kehrt das Potential auf der Leitung D erst im Zeitpunkt t8 wieder in den Ausgangszustand zurück, womit der Vorgang abgeschlossen ist und der Aufwärts/Abwärts-Zähler 1 zum Registrieren weiterer Ereignissignale bereit ist.

Fig. 3 zeigt eine Ergänzungsschaltung, die mit der in Fig. 1 dargestellten und vorbeschriebenen Schaltungsanordnung ver­ bunden werden kann, indem eine Ausgangsklemme 27 mit der Ein­ gangsklemme 7 und einer Ausgangsklemme 28 mit der Eingangs­ klemme 8 verbunden wird. Die Ergänzungsschaltung dient dazu, die Funktionssicherheit bei asynchronen Ereignissignalen durch Synchronisieren zu erhöhen. Dabei kann es auch schon ausreichen, nur die für einen der Eingänge 7, 8 bestimmten Ereignissignale zu synchronisieren. Im Ausführungsbeispiel werden aber beide synchronisiert.

Dies geschieht durch einen zweiten Speicher 16 und einen dritten Speicher 17, die beide als dynamisches Flip-Flop aus­ gebildet sind. Den D-Eingängen 19, 29 werden die asynchronen Ereignissignale über Eingangsklemmen 30, 31 und Leitungen G und K zugeführt. Über Clock-Eingänge 32 und 18 erhalten die Speicher 16 und 17 Taktsignale, und übernehmen bei Eintref­ fen der positiven Flanken der Taktsignale das Eingangssignal auf den Ausgang Q, welches jeweils über die Leitung A′ und B′ zu den Ausgangsklemmen 27 und 28 und weiter zu den Ein­ gangsklemmen 7 und 8 gelangt.

Die Taktsignale sind phasenverschoben, so daß nicht zur glei­ chen Zeit Signaländerungen an den Leitungen A′ und B′ auftre­ ten können. Vorzugsweise beträgt die Phasenverschiebung eine halbe Taktperiode. Die Taktsignale werden durch Frequenztei­ lung eines über eine Eingangsklemme 34 eingespeisten Taktsi­ gnals gewonnen. Die Frequenzteilung erfolgt in einem Fre­ quenzteiler 33. An einer Leitung F steht ein erstes Taktsi­ gnal und an einer Leitung I ein zweites, zu dem ersten pha­ senverschobenes, Taktsignal an. Das Taktsignal an der Lei­ tung I ist aber nicht kontinuierlich vorhanden, sondern kann durch einen Schalter 20 unterbrochen werden. Der Schalter 20 ist dazu durch Ereignissignale steuerbar, die ihm über eine Eingangsklemme 35 über eine Leitung G zugeführt werden. Die Ereignissignale entsprechen den am Eingang 19 des zweiten Speichers 16 anstehenden Ereignissignalen. Treten diese Er­ eignissignale auf, wird der Schalter 20 geöffnet und die Wei­ terleitung von Taktimpulsen über die Leitung I unterbrochen. Der Speicher 17 ist dann nicht mehr in der Lage, Ereignissi­ gnale von seinem Eingang auf seinen Ausgang zu übernehmen.

Im einzelnen besteht der Schalter 20 aus einem D-Flip-Flop 21, dessen Taktimpulse-führender Ausgang 22 mit dem Takteingang 18 des dritten Speichers 17 verbunden ist und aus einem D-Flip-Flop 23, dessen Eingang 24 Ereignissi­ gnale vom Eingag 19 des zweiten Speichers 16 führt und des­ sen Eingang 25 mit einem Rücksetzeingag 26 des anderen D-Flip-Flops 21 verbunden ist. Gelangt ein Ereignissignal an den Eingang 35 und über die Leitung G zum D-Eingang des D-Flip-Flops 35, so wird dieses Ereignissignal bei Eintreffen des nächsten Taktimpulses auf den Ausgang 25 übernommen und setzt über den Rücksetzeingang 26 das Flip-Flop 21 zurück. Der Signalpegel kann mehrere Taktperioden an dem Rücksetzein­ gang 26 anstehen und läßt damit auch den Pegel am Ausgang 22 auf der Leitung I konstant.

Zur Darstellung des Signalverlaufs bei unterschiedlichen Er­ eignissignalen wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Die ausgewähl­ ten Leitungen, an denen der Signalverlauf erscheint, sind links im Diagramm mit Großbuchstaben vermerkt. Das Taktsig­ nal an der Leitung E hat etwa eine Frequenz von 2 MHz. Das an der Leitung F anstehende Taktsignal ist um den Faktor 2 heruntergeteilt und hat somit eine Frequenz von 1 MHz. Die Flanken, in denen Ereignisse von einem Eingang zu einem Aus­ gang eines Flip-Flops oder Speichers übernommen werden, sind mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die Leitung I führt ein Takt­ signal, das phasenverschoben zu dem auf der Leitung F ist. Erkennbar ist dies durch die 180°-Phasenverschiebung der mit den Pfeilen versehenen Taktflanken gegenüber der Darstellung der Signale auf der Leitung F. Allerdings ist das Signal auf der Leitung I nicht durchgehend vorhanden, sondern hängt von Ereignissignalen auf der Leitung G ab.

Wie die Zeichnung veranschaulicht, werden Ereignissignale auf der Leitung G beim nächsten positiven Flankenwechsel auf der Leitung F zum Ausgang übernommen und treten dann auf der Leitung H auf. Ein Null-Potential auf der Leitung H bewirkt auch ein Null-Potential auf der Leitung I. Nur wenn ein posi­ tiver Potentialwechsel auf der Leitung I erfolgt, werden Er­ eignissignale auf der Leitung K übernommen und treten auf der Leitung B′ auf. Ereignissignale auf der Leitung G werden dagegen nicht gesperrt, sondern bei der nächsten positiven Flanke des Taktsignals auf der Leitung F übernommen und er­ scheinen auf der Leitung A′.

Mit der Schaltung lassen sich unter der Voraussetzung, daß die Taktfrequenz größer als die Ereignissignalfrequenz ist, Signale erzeugen, die am Anfang und am Ende genau definiert sind und so verhindern, daß unter äußerst ungünstigen Ver­ hältnissen Fehler bei der Erfassung der Ereignissignale auf­ treten.

Statt der Ausbildung der Erfindung als Schaltungsanordnung in der beschriebenen Art kommt auch eine programmgesteuerte Lösung auf der Basis der beschriebenen Verfahrensschritt mit Hilfe eines Rechners in Betracht.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Aufwärts- und Abwärtszählen von Ereignissen mittels eines Aufwärts/Abwärts-Zählers (1), welcher der je­ weiligen Zählrichtung (UP, DOWN) zugeordnete Eingänge (5, 6) umfaßt und Zählschritte nur bei Anliegen von Ereignissignalen an ausschließlich einem dieser beiden Eingänge ausführt, ge­ kennzeichnet durch:

• - das Ausgangssignal eines NAND-Verknüpfungsgliedes (3) wird, entsprechend zeitlich verzögert (4, τ₁), dem zweiten (6) die­ ser beiden Eingänge und dem Löscheingang (14) einer Zwischen­ speicher-Vorrichtung (2) zugeführt;
• - der erste (5, DOWN) dieser beiden Eingänge ist mit einem er­ sten Eingang (13) des NAND-Verknüpfungsgliedes verbunden;
• - das für den zweiten (6) dieser beiden Eingänge vorgesehene Eingangssignal (UP) wird einem Takteingang (9) der Zwischen­ speicher-Vorrichtung zugeführt;
• - das Ausgangssignal (10) der Zwischenspeicher-Vorrichtung wird dem zweiten Eingang (11) des NAND-Verknüpfungsgliedes zuge­ führt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Eingang (5) des Aufwärts/Abwärts-Zählers (1) und/oder dem Takteingang (9) der Zwischenspeicher-Vorrichtung (2) eine Synchronisierschaltung (16, 17, 33, 20) zum Synchronisieren von asynchronen Ereignissignalen (UP, DOWN) vorgeschaltet ist.