DE4429426C2 - Frequenzwandler mit konstantem Übersetzungsverhältnis einer veränderbaren Eingangsfrequenz - Google Patents
Frequenzwandler mit konstantem Übersetzungsverhältnis einer veränderbaren EingangsfrequenzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wandler zum Umformen eines Ein
gangssignals mit einer ersten Frequenz in ein Ausgangssignal
mit einer zweiten Frequenz, wobei die beiden Frequenzen in ei
nem konstanten Verhältnis zueinander stehen. Es ist bekannt
einen derartigen Wandler mit Hilfe von Kippstufen als Fre
quenzteiler auszugestalten. Ein derartiger Frequenzteiler ist
allerdings aufwendig und insbesondere für ungerade Teilerver
hältnisse schwer zu realisieren.
Aus der DE 32 13 800 C2 ist ein Verfahren zur Ausgabe von der Impulsfrequenz jeweils
zweier aufeinanderfolgender Impulse einer Impulsfolge entsprechenden werten und eine
Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bekannt. Dabei sind ein Oszillator
und ein erster Zähler vorgesehen, der die vom Oszillator gesendeten Impulse zählt. Ein
zweiter Zähler ist mit seinem Ausgang an eine Tabelle angeschaltet, wo Adressen
Frequenzwerten zugeordnet sind. An den Ausgangsleitungen stehen Frequenzwerte,
Periodenwerte und Adressen an, wo sie weiterverarbeitet werden können.
In der Kraftfahrzeugtechnik tritt das Problem auf, daß eine
Reihe von Einrichtungen in Fahrzeugen vorgesehen sind, deren
Ausgangssignal von der gefahrenen Geschwindigkeit bzw. von der
gefahrenen Kilometerzahl abhängig ist. Hier können beispiels
weise Geschwindigkeitsmesser, Kilometerzähler, Geschwindig
keitsregler (Tempomat) oder auch das Motormanagement in Form
einer Verstellung des Zündzeitpunktes verstanden werden. Die
genannten Einrichtungen werden vielfach durch Impulse gesteu
ert, so daß beispielsweise eine bestimmte Anzahl von Impulsen
einem gefahrenen Kilometer oder eine bestimmte Anzahl von Im
pulsen pro Sekunde einer bestimmten Geschwindigkeit ent
sprechen.
Die Messimpulse kommen in der Regel von einem Zahnradsensor,
der mit der Antriebswelle eines Kraftfahrzeugrades gekoppelt
ist, wobei besonders die Umlauffrequenz der Welle ein Maß für
die Geschwindigkeit und die Anzahl der Wellendrehungen ein Maß
für die gefahrenen Kilometer sind.
Damit die geeichten Instrumente auch den richtigen Wert anzei
gen, muß das abgetastete Kraftfahrzeugrad einen vorgegebenen
Durchmesser aufweisen. Um die Instrumente oder Einrichtungen
an unterschiedliche Reifengrößen anpassen zu können, muß die
von dem Zahnradsensor abgegebene Impulsfrequenz um einen kon
stanten Faktor verändert, also vergrößert oder verkleinert
werden.
Die Erfindung geht daher aus von einem Wandler der sich aus
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs gegebenen Gattung. Aufgabe
der Erfindung ist es, einen insbesondere für Kraftfahrzeuge
geeigneten Wandler zu beschreiben, der einfach aufgebaut sein
und zuverlässig arbeiten soll und der zudem bei preiswerter
Ausgestaltung auch die Realisierung komplizierter Teilerver
hältnisse in einfacher Weise ermöglichen soll.
Die Erfindung soll insbesondere auch geeignet sein, um Ein
gangssignale mit stark schwankender Frequenz innerhalb eines
großen Frequenzbereiches zuverlässig wandeln zu können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die sich aus dem kenn
zeichnenden Teil des Hauptanspruchs ergebende Merkmalskombina
tion gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, die
Perioden des Eingangssignals mit Hilfe der Hilfsimpulse derart
zu vermessen, daß die Impulsdauer als Anzahl der Hilfsimpulse
ausgedrückt wird. Weiterhin wird eine Tabelle verwendet, aus
welcher sich bestimmen läßt, nach wieviel Hilfsimpulsen nach
einem Flankenanstieg oder -abstieg des Eingangssignals die
Flanke des Ausgangssignals geändert werden muß.
Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einer
gewünschten Änderung des Teilerverhältnisses keine mechani
schen Teile ausgetauscht werden müssen sondern nur die Tabel
lenwerte zu ändern sind.
Damit lassen sich beispielsweise die oben beschriebenen An
zeigeeinrichtungen in sehr einfacher Weise an die geänderten
Reifengrößen eines Kraftfahrzeuges anpassen.
Um nun auch bei in ihrer Frequenz schwankenden Eingangssigna
le, wie dies beispielsweise bei der Geschwindigkeitsmessung
von Kraftfahrzeugen der Fall ist, aus einer sich ändernden
Eingangsfrequenz eine mit einem bestimmten Faktor folgende
Ausgangsfrequenz zu erhalten empfiehlt sich in Weiterbildung
der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Dabei
wird in der Tabelle nicht die Anzahl der Hilfsimpulse angege
ben, nach denen ab einem bestimmten Änderungszustand des Ein
gangssignals das Ausgangssignal geändert wird. Vielmehr gibt
ein in der Tabelle stehender Wert einen Faktor an, mit welchen
ein definierter Zeitabschnitt des Eingangssignals (z. B. halbe
oder ganze Periode) multipliziert werden muß um zu einem Zeit
raum zu kommen, nach dem ab einem bestimmten Änderungszustand
des Eingangssignals das Ausgangssignal in seiner Flanke geän
dert werden muß. Dabei findet wiederum die weiter oben be
schriebene Hilfsfrequenz Verwendung, in dem die eine ganze
oder eine halbe Periode darstellende Anzahl von Hilfsimpulsen
mit dem Faktor (in der Regel ein Bruch) multipliziert wird, um
den gewünschten Zeitraum ermitteln zu können, ab dem nach ei
ner bestimmten Änderung des Eingangssignals auch das Aus
gangssignal geändert werden muß.
Eine einfache Auswertung der Tabellenwerte läßt sich durch
einen Wandler erreichen, der die in Anspruch 3 vorgegebenen
Merkmale besitzt.
Um dem Speicher der Tabelle möglichst klein halten zu können,
empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Anwendung
der Merkmalskombination nach Anspruch 4. Dabei ergibt sich
eine Abhängigkeit des Umfangs des Speichers von dem gewählten
Übersetzungsverhältnis Eingangsfrequenz zu Ausgangsfrequenz
aber auch von der in Kauf zu nehmenden Toleranz, von der die
praktisch gebildete Ausgangsfrequenz maximal von ihrem theore
tischen Wert abweichen kann.
Eine besonders einfache Darstellung des in der Tabelle ge
speicherten Bruchs läßt sich durch die Merkmale nach Anspruch
5 erreichen. Da der Nenner restlos durch 4 teilbar ist, läßt
sich der Bruch mit relativ einfachen Mitteln berechnen, da in
dem verwendeten Register eine Teilung durch 4 einfach durch
ein entsprechendes Verschieben des Registerwertes um 2 Stellen
nach rechts erreicht werden kann (Binär-System).
Eine einfache Möglichkeit der Speicherung der Tabellenwerte
läßt sich durch Verwendung der Merkmale nach Anspruch 6 errei
chen. Dabei ist jeder Eingangsschwingung eines Zyklusses von
Eingangsimpulsen einem Tabellenwert zugeordnet. Ändert also
die Eingangsspannung ihre Flanke in einer bestimmten Richtung,
so wird dies gleichzeitig zum Anlaß genommen, den zugehörigen
Tabellenwert festzustellen. Der Tabellenwert gibt dann in Form
eines Bruchs an, nach welchem Bruchteil einer Eingangsschwin
gung gerechnet ab einer vorgegebenen Änderung dieser Ein
gangsschwingung die Flanke der Ausgangsschwingung geändert
werden muß. Die Erfindung läßt es aber auch zu, daß die Aus
gangsfrequenz größer als die Eingangsfrequenz ist, etwa in dem
einer Änderung der Eingangsfrequenz zwei Tabellenwerte zuge
ordnet sind, die eine Anstiegsflanke und eine Abstiegsflanke
der Ausgangsfrequenz entsprechen.
Bei einer hinreichend großen Frequenzübersetzung von der Ein
gangsfrequenz zur Ausgangsfrequenz ist es denkbar, daß einer
ganzen Reihe von Änderungen des Eingangssignals keine Änderun
gen des Ausgangssignals entsprechen. Hier wäre dann an sich
der Tabellenwert 0 einzutragen. In Weiterbildung der Erfindung
läßt sich in diesem Falle zusätzlich Speicherplatz dadurch in
der Tabelle einsparen, indem man diesen Änderungen des Ein
gangssignals in der Tabelle keinem Wert zuordnet. Die ent
sprechende Adressierung der Tabelle ist somit mit keinem Spei
cherplatz belegt.
Eine weitere Vereinfachung bei hinreichend großer Frequenz
übersetzung beim Eingangssignal zum Ausgangssignal läßt durch
die Merkmalskombination nach Anspruch 7 erreichen. Dabei wer
den die Bruchzahlen der Tabelle, die die Flankenwechsel des
Ausgangssignals in beiden Richtungen auslösen immer nur je
weils einer Anstiegsflanke des Eingangssignals oder nur dessen
Abstiegsflanke zugeordnet.
Eine einfache Ausgestaltung für die Tabelle ergibt sich durch
die Merkmalskombination nach Anspruch 8. Eine besonders ein
fache Darstellung des zu bildenden Bruchs läßt sich durch die
Merkmale nach Anspruch 9 erreichen, der insbesondere in Ver
bindung mit den Merkmalen nach Anspruch 5 große Vorteile
bringt.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung
erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fre
quenzwandler und
Fig. 2 Eingangssignal, Ausgangssignal und Hilfssignal des
Wandlers nach Fig. 1 in zeitlicher Zuordnung zuein
ander.
In Fig. 1 liegt ein Eingangssignal A an einem ersten Zähler 2
an. Dieses Signal entspricht in seiner Frequenz der Geschwin
digkeit eines Fahrzeuges, kann also seine Frequenz stark än
dern. Das in seiner Frequenz heruntergesetzte Ausgangssignal B
liegt mit der Ausgangsfrequenz fa an einem zweiten Zähler 4 an
das Verhältnis Eingangsfrequenz fe zur Ausgangsfrequenz fa
soll konstant sein, wobei das Teilerverhältnis 3,45 betragen
soll. An den ersten Zähler ist weiterhin ein Oszillator 1 an
geschlossen welcher eine Hilfsfrequenz erzeugt, die erheblich
über dem höchsten Wert der Eingangsfrequenz fe liegt. Der
erste Zähler 2 zählt die Anzahl der Hilfsschwingungen C, die
über den Eingang 10 zu ihm gelangen.
Die Zahl der Hilfsschwingungen C während einer Eingangsschwin
gung von A ist ein Maß für die Länge der Eingangsschwingung
und damit rezibrok zu fe. Der Zähler gibt weiterhin einen
Zählpuls 11 an einen Pulszähler 5 ab, wenn er eine Anstiegs
flanke des Eingangssignals A erhält. Innerhalb des sich wie
derholenden Zyklus von Eingangsschwingungen liegt also im
Pulszähler 5 immer eine Zahl vor, die der gerade vorhandenen
Eingangsschwingung des Zyklus entspricht. Mit Hilfe der Puls
zahl von dem Pulszähler 5 über eine Leitung 12, wird eine Ta
belle 6 angesprochen, die aufgrund dieser Adressierung einen
Tabellenwert zu Verfügung stellt. Dieser Tabellenwert gibt
eine Bruchzahl an. Die Bruchzahl wiederum beschreibt den
Bruchteil einer Eingangsschwingung, der abgewartet werden muß,
bis ein Flankenwechsel in der einen oder anderen Richtung bei
dem Ausgangssignal B auftreten soll.
Durch die Einlagerung eines Bruchs in der Tabelle 6 ist si
chergestellt, daß unabhängig von der Frequenz fe das Teiler
verhältnis fe zu fa gleich bleibt. Diese Bruchzahl wird von
der Tabelle 6 einer Arithmetik 3 zur Verfügung gestellt. Der
Arithmetik 3 wird gleichzeitig über eine Leitung 13 von dem
Zähler 2 mitgeteilt, nach wieviel Hilfsschwingungen C augen
blicklich eine Eingangsschwingung A ausmachen. Die Arithmetik
ist somit in der Lage, aufgrund der für die Leitung 15 mitge
teilten Bruchzahl der Tabelle 6 und der Anzahl der eine Ein
gangsschwingung A ausmachenden Pulsschwingungen C zu berech
nen, nach wieviel weiteren Hilfsschwingungen ein Flankenwech
sel in der Ausgangsspannung B stattfinden soll. Diese Zahl
wird über die Leitung 16 einem zweiten Zähler 4 mitgeteilt.
Der zweite Zähler 4 kann somit durch die über die Leitung 14
bei ihm anlangenden Hilfsschwingungen C einen Zeitpunkt be
stimmen, bei dem die Flanke des Ausgangssignals B wechselt.
Die jeweilige Adresse, die vom Pulszähler 5 zur Tabelle 6 über
die Leitung 12 gegeben wird sei mit x bezeichnet. Wenn eine
Periode von Eingangsschwingungen zum Beispiel den Wert
j = 69 hat, so ändert sich x von schrittweise 1 bis 69.
Wenn x = 69 ist wird gegebenenfalls durch ein Reset-Signal auf
der Leitung 12 der Pulszähler auf den Wert 1 zurückgestellt.
Danach können wiederum über den ersten Zähler 2 die einzelnen
Tabellenwerte nacheinander angesprochen werden.
Fig. 2 zeigt die Arbeitsweise des Wandlers nach Fig. 1 in
zeitlicher Abhängigkeit. Es sei angenommen, daß wie bereits
oben schon erläutert eine Untersetzung von annähernd 3,4462
erreicht werden soll. Praktisch kann das bedeuten, daß die
Eingangsimpulszahl von 17231 Impulsen je Kilometer auf einen
Wert von 5000 Impulsen je Kilometer herabgesetzt werden soll.
Unter der Bedingung, daß eine geringfügige Abweichung ak
zeptiert wird, läßt sich dieses Übersetzungsverhältnis durch
den Bruch 69/20 darstellen, daß einem Teilerverhältnis von 3,45
entspricht. Anders ausgedrückt sollen bei 69 Eingangsimpulsen
A 20 Ausgangsimpulse B auftreten. Die Periode der Eingangsim
pulse beträgt somit 69.
Diese 69 Eingangsimpulse sind in Fig. 2 schematisch und aus
zugsweise dargestellt. In Fig. 1 bezeichnet t1 bei dem Ein
gangssignal A eine Impulsdauer. Dieser Impulsdauer entspricht
einer Anzahl von Hilfsschwingungen, die mit T1 bezeichnet wer
den sollen. Der erste Zähler 2 mißt also während der ersten
Schwingung T1 Hilfsschwingungen, die einen Zeitraum t1 ausma
chen. Dieser Wert steht zu Beginn der Aufstiegsflanke des
zweiten Eingangsimpulses fest und es wird nun unter der Adres
se 1 in der Tabelle 6 nachgesehen nach welchem Bruchteil von
t1 die Abstiegsflanke des Ausgangssignals B kommen soll. Der
dort eingeschriebene Wert beträgt 12/16.
Die Angabe des Bruchs mittels einer restlos durch 4 teilbaren
Zahl bietet den Vorteil, daß die Quotientenbildung sehr ein
fach möglich ist. Es wird nämlich nur der Nenner des Bruchs in
ein Register eingeschoben und danach der Speicherinhalt des
Registers um 4 Stellen verschoben. Nach 12/16 der Zeit t1 soll
also die Abstiegsflanke des Ausgangssignals B auftreten.
Weiter oben wurde schon erläutert, daß die Schwingungszeit mit
Hilfe der Hilfsschwingungen C abgezählt wird und zwar ab Be
ginn der Aufstiegsflanke des zweiten Eingangsimpulses. Dies
ist bei dem Schwingungszug D in der die Formung des Ausgangs
signals B erläutert in Fig. 2 deutlich zu erkennen. Hinsicht
lich des Ausgangssignals B ist der ab Anstiegsflanke des zwei
ten Eingangsimpulses noch abzumessende Zeitraum Z1 als Dezi
malzahl 0,725 dargestellt.
Da am Ende des zweiten Impulses, an dem wegen der sich mögli
cherweise ändernden Eingangsfrequenz erneut eine geänderte Im
pulsdauer (t2) gemessen wird, ergibt sich wiederum eine Anfra
ge in der Tabelle 6. Die aber zeigt, daß während des nachfol
genden dritten Impulses keine Flankenänderung stattfindet. Es
läßt sich hierdurch Tabellenplatz sparen indem man der Adresse
2 keine Information zuordnet oder falls dies technisch einfa
cher zu realisieren ist, der dieser Adresse zuzuordnende Wert
0 ist.
Im Ausführungsbeispiel ist die Impulsdauer der 69 zu einem
Zyklus gehörenden Eingangsimpulse immer gleich groß darge
stellt so daß t1 = t2 = t3 = . . . P69. Während des dritten Eingangs
impulses wird wiederum die Zeit der Hilfsimpulse und damit die
Impulsdauer t3 gemessen, die gleich t1 ist. Aus der am Ende
von t3 gemachten Anfrage in der Tabelle ergibt sich, daß nach
5/16 der Dauer t3, gemessen ab Anfang des 4 Eingangsimpulses,
eine neue Anstiegsflanke des Ausgangssignals B kommen soll. Auf
diese Weise läßt sich aus den tabellarisch festgehaltenen
Bruchzahlen die Ausgangsschwingung für jedes beliebige Teil
erverhältnis ohne Schwierigkeiten bilden. Da die Rechnungen in
der Arithmetik 6 mit Hilfe eines Prozessors durchgeführt wer
den läßt sich die Taktfrequenz des Prozessors gleichzeitig
auch als Hilfsschwingung C ausnutzen.
Die vorliegende Erfindung dient im wesentlichen zur Unterset
zung von Impulszügen, sie kann aber auch für die Übersetzung
verwendet werden, bei der die Ausgangsfrequenz fa größer ist
als die Eingangsfrequenz fe. Dabei ist allerdings zu beachten,
daß innerhalb eines Eingangspulses mehr als eine Flanke des
Ausgangspulses liegen kann. Es müssen daher einem Eingangspuls
zwei oder mehr Tabellenwerte in der Tabelle 6 zugeordnet wer
den.
Es ist allerdings auch möglich, bei jedem Eingangssignal so
wohl die aufsteigende als auch die absteigende Flanke zum Aus
lösen jeweils eines Tabellennachschlags anzuwenden.
Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß die Abweichung
der Ausgangsfrequenz fa von dem gewünschten Wert über einen
größeren Zeitraum nur durch die Abweichung des Bruchs (der
Eingangsimpulse gegenüber den Ausgangsimpulsen während eines
Zyklus von dem gewünschten Teilerverhältnis) bedingt ist, sich
also Verzögerungen in der Auslösung der einzelnen Ausgangsim
pulse nicht zu einer Gesamtabweichung addieren.
Claims (9)
1. Wandler zum Umformen einer mit einer sich vorzugsweise
ändernden Eingangsfrequenz (fe) versehenen Eingangssi
gnals (A) in ein Ausgangssignal (B) mit einer gegenüber
der Eingangsfrequenz (fe) um einen konstanten Faktor ge
änderten Ausgangsfrequenz (fa), wobei der Faktor vorzugs
weise kleiner als 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Oszillator (1) vorgesehen ist, der mit einer erheblich
höher als die Eingangsfrequenz (fe) liegenden, im wesent
lichen konstanten Hilfsfrequenz (fh) sendet, daß ein er
ster Zähler (2) vorgesehen ist, der die während einer
ganzen bzw. halben Periode des Eingangssignals (A) von
dem Oszillator (1) gesendete Anzahl von Hilfsimpulsen (C)
feststellt, daß eine Tabelle (6) vorgesehen ist, in der
vorgegeben ist, nach welchem Bruchteil einer Eingangs
schwingung (A), oder nach wievielen Hilfsschwingungen
(fh), gerechnet ab einem vorgegebenen Schaltzustand des
Eingangssignals (A) die Anstiegs- bzw. Abstiegsflanke des
Ausgangssignals gebildet werden muß und daß ein Impuls
former (3, 4) den Zeitpunkt der Flanke unter Berücksich
tigung der Bruchzahl und/oder der Anzahl der Hilfsimpulse
und dem des Zeitpunktes des vorgegebenen Schaltzustandes
bestimmt.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Tabelle (6) jeweils eine Bruchzahl gespeichert ist,
mit welcher die Zahl der während einer Eingangsperiode
getätigten Hilfsschwingungen (C) multipliziert werden
müssen um die Zahl der Hilfsschwingungen (C) zu erhalten,
die den Zeitpunkt der Änderung des Ausgangssignals (B)
bestimmt.
3. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Impulsformer (3, 4) die Bruchzahl
aus der Tabelle (6) mit einer festgestellten Anzahl (T1)
der Hilfsimpulse (C) multipliziert und nach dem Eintreten
des vorgegebenen Schaltzustandes des Eingangssignals (A)
die danach auftretenden Hilfsimpulse (C) abzählt und
schließlich die Änderung des Schaltzustandes des Aus
gangssignals (B) auslöst, sobald die Ergebniszahl aus der
Multiplikation erreicht ist.
4. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zahl der in der Tabelle (6) ge
speicherten Einträge nur unwesentlich größer ist als das
doppelte der Zahl des Zählers eines Bruchs, wobei der
Zähler und Nenner des Bruchs die kleinsten ganzen Zahlen
sind, deren aus diesen Zahlen gebildeter Quotient unter
Berücksichtigung der zulässigen Toleranz den Verkleine
rungs- bzw. Vergrößerungsfaktor der Ausgangsfrequenz er
gibt.
5. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
gespeicherte Faktor durch einen Quotienten aus zwei gan
zen Zahlen gebildet ist, von denen der Nenner restlos
durch 4 teilbar ist.
6. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Tabellenwerte einzelnen Eingangsschwingungen eines Zyklus
von Eingangsschwingungen zugeordnet sind, wobei der Zy
klus die durch den Zähler des Bruchs vorgegebene Anzahl
von Eingangsschwingungen umfaßt.
7. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die in der Tabelle (6) gespeicherten,
die Anzahl der bis zur Umschaltung des Ausgangssignals
noch abzuwartenden Hilfsschwingungen (C) bestimmenden
Werte ausschließlich auf die Anstiegsflanken des Ein
gangssignals bezogen werden.
8. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tabelle (6) durch ein E-Prom ge
bildet ist und die Hilfsfrequenz die Taktfrequenz eines
Prozessors ist.
9. Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Division durch den Nenner durch
eine Verschiebung der in dem Register gespeicherten Zahl
nach rechts gebildet wird.
Priority Applications (1)
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Family
ID=6526083
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THEOBALD,Stephen: High-resolution frequency coun- ter. In: Electronics & Wireless World, Jan. 1989, H.1635, S.5-9 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4429426A1 (de) | 1996-02-22 |
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