DE2306820C3 - Impulszähler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Zählgeräte, insbesondere auf einen Impulszähler, der seinen Einsatz in Rechenanlagen, digitalen Meßeinrichtungen usw. findet.

Es ist ein Impulszähler bekannt, der sich aus logischen oder Verknüpfungs-Gliedern vom Typ der UND-, ODER-, NICHT-Glieder sowie auf deren Kombinationen aufbaut und zwei n-stufige Trigger oder Kippglieder besitzt, bei weichen π — 3,4,5, .. beträgt und die Ausgänge des ersten Triggers über eine π logische UND-Glieder enthaltende Gruppe mr, den Eingängen des zweiten Triggers und die Ausgänge des letzteren über eine andere η logische UND-Glieder enthaltende Gruppe mit den Eingängen des ersten Triggers verbunden sind, während die übrigen Eingänge der UND-Glieder jeder Gruppe zusammengeschaltet sind und Rechen- oder Zähleingänge des Impulszählers bilden.

In allen Triggern der bekannten Vorrichtung ist der Ausgang jeder Triggerstufe an die Eingänge der übrigen /3-1 Stufen desselben Triggers geschaltet. Jeder Eingang des Triggers ist ebenfalls mit den Eingängen der n-1 Stufen verbunden.

Eine solche Ausführung des Impulszählers hat eine kompliziertere Schaltung und eine verminderte Belastbarkeit zur Folge, weil mit der Erhöhung der Anzahl η der Stufen die Anzahl der Verbindungen zwischen den Triggerstufen sowie die der Eingänge der die Stufen bildenden logischen Glieder rasch zunimmt. Zum Beispiel für η = 5 soll jede Triggerstufe vier Eingänge für die Verbindung zwischen den Stufen und dazu noch vier Eingänge für die Verbindungen mit den Triggereingängen aufweisen, wodurch die Fertigung solcher Zähler erschwert wird.

Insgesamt sind an den Ausgang einer Triggerstufe die Eingänge der anderen π logischen Glieder (der n-1 Triggerstufen und eines UND-Gliedes) angeschlossen, wodurch die Belastbarkeit des Triggers, also des Zählers, gleich dem f/V-n/fachen ist; dabei ist N der Verzweigungsfaktor am Ausgang des die Triggerstufe bildenden logischen Gliedes. Somit ist mit der Erhöhung der Anzahl η der Triggerstufen eine verminderte Belastbarkeit des Zählers festzustellen; falls N = η ist, ist diese Belastbarkeit Null, während bei n>N der Zähler im Prinzip nicht realisierbar ist*

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der genannten Nachteile einen Impulszäh-

|er zu entwickeln, der durch eine geringe Anzahl der Verbindungen zwischen den Triggerstufen sowie zwischen den Triggerstufen und den Triggereingängen ausgezeichnet ist, so daß sich die Möglichkeit bietet, diesen Impulszähler aus einfacheren logischen Gliedern

ίο und nach einer einfacheren Schaltung aufzubauen.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Impulszähler, der aus logischen oder Verknüpfungs-Gliedern vom Typ der UND-, ODER-, NICHT-Glieder sowie aus deren Kombinationen aufgebaut ist und zwei n-stufige Trigger besitzt, wobei π = 5,6... beträgt, und die Ausgänge des ersten Triggers über eine η UND-Glieder enthaltende Gruppe mit den Eingängen des zweiten Triggers und die Ausgänge des letzteren über eine andere π UND-Glieder enthaltende Gruppe mit den Eingängen des ersten Triggers verbunden sind, während die übrigen Eingänge der UND-Glieder jeder Gruppe 'zusammengeschaltet sind und Zähl- oder Recheneingänge des Impulszählers bilden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den n-stufigen Triggern des Impulszählers der Ausgang jeder der π Stufen mit den Eingängen S der anderen Stufen desselben Triggers und jeder Eingang des Triggers mit den Eingängen 5 der Stufen desselben Triggers verbunden ist, wobei 2<5< n—3«t.

Der erfindungsgemäüe Impulszähler verfügt gegen-

Ki über dem oben geschilderten bekannten Impulszähler über eine beträchtlich kleinere Anzahl innerer Verbindungen.

Dank einer verminderten Anzahl der Verbindungen in den Triggern können in dem erfindungsgemäßen

Γι Impulszähler einfachere logische Glieder mit wenigeren Eingängen und einem kleineren Verzweigungsfaktor Verwendung finden.

Die Belastbarkeit des bekannten Impulszählers beträgt N—n, d.h. die maximale Anzahl η der Triggerstufen ist durch den Wert von N begrenzt In dem erfindungsgemäßen Impulszähler, wenn Z.B.S— 3 ist, beträgt die Belastbarkeit N- (S + 1) = /V-4, d. h. sie ist von π nicht abhängig, wodurch die größtmögliche Anzahl der Triggerstufen nicht durch den Wert von N

■r> begrenzt ist

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung erläutert Es zeigt
F i g. 1 die Schaltung eines erfindungsgemäßen, aus

~>o ^stufigen Triggern aufgebauten Impulszweiphasenzählers;und

Fig. 2a, b, c, d, e, f, g, h,i, j, k, Γ Impuls-Zeitdiagramme der Arbeit des Impulszählers.
Der in F i g. 1 dargestellte Impulszähler besteht aus

Vi zwei 5stufigen Triggern 1 und 2 mit je fünf Stufen 3,4,5, 6,7. Jede der Stufen 3,4,5,6 und 7 stellt ein logisches NQR-(ODER-NICHT>Glied dar. Die Verbindung der Stufen 3,4,5,6 und 7 miteinander ist wie folgt: Es sind verbunden der Ausgang der Stufe 3 mit den Eingängen

ho der Stufen 5 und 6, der Ausgang der Stufe 4 mit den Eingängen 6 und 7, der Ausgang der Stufe 5 mit den Eingängen der Stufen 7 und 3, der Ausgang der Stufe 6 mit den Eingängen der Stufen 3 und 4 sowie der Ausgang der Stufe 7 mit den Eingängen der Stufen 4 und

Die Eingänge 8, 9, 10, 11 und 12 der Trigger 1 und 2 sind mit den Stufen 3 bis 7 folgendermaßen verbunden: der Eingang 8 mit den Eingängen der Stufen 3 und 4, der

Eingang 9 mit den Eingängen der Stufen 4 und 5, der Eingang to mit den Eingängen 5 und 6, der Eingang I \ mit den Eingängen 6 und 7 sowie der Eingang 12 mit den Eingingen der Stufen 7 und 3,

Die Ausgange der Stufen von 3 bis 7 dienen als > Ausgänge 13,14,15,16 und 17 der Trigger 1 und 2,

Darüber hinaus besitzt der Impulszähler zwei Gruppen mit je fünf UND-Gliedern 18, 19, 20, 21, 22 bzw. 23,24,25,26,27,

Die Trigger 1 und 2 sind mit den UN D-Gliedern 18 bis ι ο 27 folgendermaßen zusammengeschaltet: die Ausgänge der UND-Glieder 18 bis 22 jeweils mit den Eingängen 8 bis 12 des Triggers 1, die Ausgänge 13 bis 17 des Triggers 1 jeweils mit den Eingängen der UND-Glieder 23 bis 27, die Ausgänge der logischen UND-Glieder i> jeweils mit den Eingängen 8 bis 12 des Triggers 1, die Ausgänge 13 bis 17 des Triggers 2 jeweils mit den Eingängen der UND-Glieder 18 bis 22.

Die einen Eingänge der UND-Glieder 18 bis 22 sind mit entsprechenden Ausgängen des Triggers 2 und die jii anderen Eingänge dieser Gatter mit dem Zählimpulseingang 28 verbunden. In ähnlicher Weise sind die anderen Eingänge der logischen UND-Glieder 23 bis 27 zusammengeschaltet und bilden einen zweiten Rechenoder Zähleingang 29 des Impulszählers. _'">

Es wurde hier ein Impulszweiphasenzähler betrachtet, der sich aus den 5stufigen Triggern aufbaut. Auf ähnliche Weise wird ein Impulszähler aus zwei beliebigen bekannten n-stufigen Triggern aufgebaut, indem η = 5,6,7... ist und die Trigger äquivalent sind, to Unter den äquivalenten Triggern versteht man Trigger, die durch gleiche stabile Zustände charakterisiert sind. In allen im erfindungsgemäßen Impulszähler eingesetzten /7-stufigen Triggern ist der Ausgang jeder Stufe an die Eingänge S der anderen Stufen bei 2<5<π-3 π geschaltet In dem in Fig. 1 veranschaulichten Impulszähler gilt S = 2. Die Anzahl π wählt man unter Berücksichtigung des für diesen Impulszähler gültigen Umrechnungsfaktors.

Ein Mehrphasenzähler mit einer Anzahl m der Phasen -id weist den gleichen Aufbau wie der Zweiphasenzähler auf, besitzt dagegen m Trigger und m Gruppen der UND-Glieder sowie m Recherieingänge. Er kann seine Anwendung vorzugsweise als Phasenzahlumformer, Impulsverteiler usw. finden, obwohl er nach der Zahl der -ι -> mit logischen Glieder komplizierter als ein Zweiphasenzäh- X, Y ler ist.

Auf der Grundlage des beschriebenen Zweiphasen- Z Zählers, kann man einen Impulseinphasenzähler aufbauen. ΊΟ ·,+, — ■

Ein Impulseinphasenzähler wird aufgebaut, wenn z. B. dem Impülszweiphasenzähier ein Inverter zugeschaltet wird. Der Eingang des ketzteren wird in diesem Fall an einen der Eingänge des Zweiphasenzählers und der andere Eingang des Zählers an den Ausgang des r. Inverters angeschlossen. Ein solcher Impulszähler ist besonders weitgehend verwendet, da die meisten Vorrichtungen gerade mit Einphasenzählern ausgerüstet sind.

Auf der Grundlage des hier besprochenen Impuls· m> zweiphasenzählers können ebenfalls mehrstellige impulszähler aufgebaut werden.

Zu diesem Zweck müssen zwei gleiche Ausgänge (z. B. der Ausgang 17 des Triggers i und der Ausgang 17

Tabelle 1

des Triggers 2, F i g. 1) des einen Zweiphasenzanlers mit den Recheneingängen des anderen analogen Zählers und zwei gleiche Ausgänge des zweiten Zählers mit den Recheneingängen des dritten Zählers usw, geschaltet werden.

In dem angeführten Beispiel sind die Trigger aus NOR-Gliedern aufgebaut Demgemäß kann ein gleicher Impulszähler aus Triggern aufgebaut werden, bei denen als Stufen NANP-iUMD'NICHTJ-GIieder benutzt sind. Die Wahl der logischen Glieder hängt von ihrem Preis und den elektrischen Daten dieser Glieder ab.

In F i g, 2a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, I sind Zeitdiagramme der Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltung des Impulszählers veranschaulicht, und zwar: in F i g, 2a Signale am Eingang 28 des Impulszählers,
in F i g, 2b Signale am Eingang 29 des Impulszählers,
in F i g. 2c Signale am Ausgang 13 des Triggers 1,
in F i g. 2d Signale am Ausgang 14 des Triggers 1,
in F i g. 2e Signale am Ausgang 15 des Triggers 1,
in F i g. 2f Signale am Ausgang 16 des Triggers 1,
in F i g. 2g Signale am Ausgang 17 des Triggers 1,
in F i g. 2h Signale am Ausgang 13 de« Triggers 2,
in F i g. 2i Signale am Ausgang 14 des Triggers 2,
in F i g. 2j Signale am Ausgang 15 des Triggers 2,
in F i g. 2k Signale am Ausgang 16 des Triggers Z
in F i g. 21 Signale am Ausgang 17 des Triggers 2.
In allen Diagrammen ist auf der Abszissenachse die Zeit und auf der Ordinatenachse die Spannung (bedingt als Binärsignal) aufgetragen.

Es sei nun die Arbeit des in Fi g. 1 veranschaulichten Impulszählers behandelt Alle elektrischen Signale an den Eingängen und Ausgängen des Impulszählers sowie an den. Eingängen und Ausgängen der logischen Glieder des Impulszählers nehmen einen der beiden Werte an, die im weiteren symbolisch als 0 und 1 bezeichnet werden, d. h. diese elektrischen Signale stellen Binärsignale dar.

Die in dem Impulsgeber verwendeten logischen Glieder sind weitgehend bekannt Sie erzielen folgende Funktionen der Booleschen Algebra:

UND-Glied:

NAND-Glied:

NOR-Glied:

-Z=X- Y; Z=X- 7; Z=X+ Y;

Binärsignale an den Eingängen des logischen Gliedes,

Binärsignale am Ausgang des logischen Gliedes,

Konjunktion-, Disjunktions- bzw.

Negationszeichen der Booleschen Algebra.

Die Trigger 1 und 2 weisen folgende stabile Zustände auf: 11000, 01100, 00110, 00011, 10001, wobei durch die Binärziffern oder Bits jeweils die Signale an den Ausgängen 13,14,15,16 und 17 angedeutet sind.

Die Arbeitsweise des Triggers 1 bzw. 2 wird an Hand der Tabelle 1 erläutert, wo in der ersten Zeile alle möglichen Kombinationen der Eingangssignale des Impulszählers, die jeweils an die Eingänge 8, 9, 10, U und 12 des Triggers gelangen, und in der zweiten Zeile die Zustände des Triggers beim Eintreffen der genannten Kombinationen der Eingangssignale aufgezählt sind:

Eingänge
Ausgänge

11000
00011

01100
10001

00110 11000 00011
OUOO

10001
00110

00000

In der Tabelle 1 bedeutet ζ. B. in der ersten Spalte 11000,00011, daß der Trigger 1, wenn die Signale 11000 an die Eingänge 8, 9, 10, 11 und 12 gelangen, den Zustand 00011 unabhängig von seinem früheren Zustand übergeht. In gleicher Weise deutet die letzte Spalte an, daß der Trigger 1 beim Eintreffen der Eingabesignale 00000 seinen früheren, durch die vorigen Eingabesignale bedingten Zustand bewahrt.

In dem Ausgangszustand, wenn die Signale an den Eingängen 28 und 29 gleich Null sind, sind die Signale an in den Ausgangen aller UND-Glieder 18, 19,.... 27, d. h. an den Eingängen 8,9,10,11 und 12 der Trigger 1 und 2, ebenfalls gleich Null. In diesem Fall kann sich der Trigger 1 bzw. 2 in einem beliebigen der fünf möglichen stabilen Zustände befinden. Es sei beispielsweise ι > angenommen, daß sich der Trigger 2 in dem Zustand 11000 befindet. Wenn das Signal 1 an den Eingang 28 des Impulszählers gelangt, sprechen die UND-Glieder 18 und 19 an, und an den Eingängen 8, 9, 10, 11 und 12 des Triggers 1 treten die Signale 11000 auf, die gemäß der Tabelle 1 den Trigger 1 in den Zustand 00011 geraten lassen. In diesem Zustand verbleibt der Trigger 1 so lange, bis ein neues Eingangssignal ankommt. Das folgende Eingangssignal, welches gleich I ist, gelangt an den Eingang 29 des Impulszählers, wonach die UND-Glieder 26, 27 ansprechen und an den Eingängen 8,9,10,11,12 des Triggers 2 die Signale 00011 auftreten, die laut Tabelle 1 den Trigger 2 in den Zustand OUOO überführen. Der dritte Eingangsimpuls gelangt wieder an den Eingang 28, und der Trigger 1 gerät in den Zustand 10001. Der Betrieb setzt sich in gleicher Weise fort, wie dies aus den Zeitdiagrammen der F i g. 2a bis I zu erkennen ist.

Die Zustände der Trigger 1 und 2 im Zähler wechseln folgenderweise ab:

Ausgangszustand	1. Periode (Takt)	2. Periode	3. Periode	4. Periode	10. Periode	11. Periode
Q-Qi 0-11000	1-00011 0-11000	0-00011 1-01100	1-10001 0-01100	0-10001 1-00110...	0-00110 1-11000	1-00011 0-11000...

In der 10. Periode, d.h. nach dem Eintreffen des 10. Eingangsimpulses, kommt der Impulszähler in seinen Ausgangszustand zurück, und der gesamte Arbeitszyklus wiederholt sich erneut. Wenn also alle Eingangsimpulse gezählt werden, so hat der Zähler einen Umrechnungsfaktor von 2 ■ 5 = 10 und im allgemeinen Fall einen Umrechnungsfaktor von 2 · n.

Bei einer anderen Arbeitsweise, wenn lediglich dem einen Eingang zugeführte Impulse gezählt werden, indem dem anderen Eingang zugeführte Impulse als Hilfsimpulse gelten, wie es z. B. in dem obenerwähnten Einphasenzähler mit dem Inverter am Eingang der Fall ist, beträgt der Umrechnungsfaktor 5 (im allgemeinen Fall n).

Wie F i g. 2c, d, e ..., 1 erkennen läßt, bilden sich an den Ausgängen des Impulszählers Zehnphasenimpulsfolger., weil sich der gesamte Arbeitszyklus des Impulszählers in 10 Phasen einteilen läßt, indem die Impulse der zwei benachbarten Phasen um eine Periode verschoben sind. Selbstverständlich können die Ausgänge nur eines der Trigger 1 bzw. 2 in Anspruch genommen werden und dann ergeben sich lediglich fünf Phasen bei einer Impulsverschiebung der benachbarten Phasen um zwei Perioden. Im allgemeinen Fall bilden sich an den Ausgängen des Impulszählers Folgen von m- ■ n-Phasenimpu'.sen. Demgemäß bietet sich die Möglichkeit, die Vorrichtung als Former von Mehrphasenimpulsserien bzw. Phasenzahlumformer einzusetzen, weil die Phasenzahlen am Ausgang und Eingang unterschiedlich sind.

In dem beschriebenen Impulszähler erfolgt die Umschaltung der Triggerzustände bei einem Schritt h = 1; wLzn z.B. <?, = 11000 ist, beträgt (?,+ i 01100. Nach einer durchaus einfachen Veränderung der

in Schaltung des Impulszählers kann man Λ = 2, 3, 4 und

im allgemeinen Fall h = 1, 2 n—\ erhalten. Wenn

z. B. die Ausgänge 13 bis 17 des Triggers 2 mit den UND-Gliedern 18 bis 22 folgenderweise verbunden sind:

π der 13. mit dem 18., der 14. mit dem 19., der 15. mit dem 20., der 16. mit dem 21., der 17. mit dem 22, wie dies in dem oben angeführten Beispiel der Fall ist, beträgt Λ = 1. Vorausgesetzt, daß diese Verbindungen anders vorgenommen sind, nämlich der 13. mit dem 19, der 14.

4Ii mit dem 20, der 15. mit dem 21, der 16. mit dem 22, der 17. mit dem 18, verbunden ist, ist ή = 2 und wenn Qi = 11000ist,beträgt <?,+ , OOIIOund Q₁₊₂IOOOl usw.

Bei jedem stabilen Zustand des Triggers 1 bzw. 2 des behandelten Impulszählers befinden sich mindestens

π zwei Triggerstufen im Zustand 1. Falls an den Ausgängen der Vorrichtung ein 1-aus-n-Code aufzutreten hat, ist der Einsatz eines zusätzlichen Dekodierers erforderlich, der dann an die Ausgänge 13 bis 17 des Impulszählers angeschlossen wird.

jo Der Aufbau solch eines Decodierers ist an und für sich eine leichte Aufgabe, der jeder Fachmann auf die .;m Gebiet gerecht werden kann. Bei dem behandelten Beispiel muß z. B. der Decodierer über fünf logische UND-Zweieingangsglieder verfügen. Aus diesem Grunde wird diese Frage hier nicht ausführlich behandelt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Impulszähler, der aus logischen oder Verknüpfungsgliedern vom Typ der UND-, OPER-, NTCHT-Glieder sowie aus deren Kombinationen aufgebaut ist und zwei ^stufige Trigger besitzt, wobei π = 5, 6,., betragt und die Ausgänge des ersten Triggers über eine τ? UND-Glieder enthaltende Gruppe mit den Eingängen des zweiten Triggers und die Ausgänge des letzteren ober eine andere π UND-Glieder enthaltende Gruppe mit den Eingängen des ersten Triggers verbunden sind, während die übrigen Eingänge der UND-Glieder jeder Gruppe zusammengeschaltet sind und Zeit- oder Recheneingänge des Impulszählers bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in den n-stufigen Triggern (1, 2) des Impulszählers der Ausgang jeder der π Stufen mit den Eingängen S der anderen Stufen desselben Triggers und jeder Eingang des Triggers (1 bzw. 2) mit den Eingängen S der Stufen desselben Triggers verbunden ist, wobei 2 < 5< π—3 ist