DE1094497B - Elektronischer Stufenschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Stufenschalter, wie er in elektronischen Rechen- oder ähnlichen Anlagen zur Durchführung von schrittweise verlaufenden Schaltvorgängen, insbesondere zum Betreiben von Matrizenspeichern, Verwendung findet.

Diese Stufenschalter werden bekanntlich aus bistabilen Schaltgliedern, beispielsweise aus Flip-Flops, aufgebaut. Diese Bauweise wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung benutzt. Ein erster Eingang der bistabilen Schaltglieder wird dabei mit einer Taktimpulsfolge beaufschlagt, die in elektronischen Rechenanlagen zur Synchronisation der Schaltvorgänge zur Verfügung steht.

Für den Betrieb von elektronischen Rechen- und Speichereinrichtungen tritt die Forderung nach einem elektronischen Stufenschalter auf, der in seinem Betriebszustand je nach Programm der zu schaltenden Vorgänge gesteuert werden kann, dessen Fortschaltrichtung beispielsweise umgekehrt werden kann.

Bisher bekannte Stufenschalter mit Fortschaltrichtungsumkehr sind mit großen Nachteilen behaftet. Sie benötigen einmal einen großen Schaltungsaufwand für die Richtungsumschaltung. Zum anderen ergeben sich bei der Umschaltung der Betriebszustände Störsignale, die durch die Umschaltung von Leitungszuständen bestimmter Schaltelemente hervorgerufen werden. Diese Störsignale führen zu unerwünschten Informationen oder verfälschen die zu verarbeitende Information. Es sind daher bei den bekannten Schaltanordnungen zusätzliche Korrekturschaltungen einzuführen. Außerdem wird ein Umschalten des Betriebszustandes des Stufenschalters unabhängig von seiner Schaltstellung durch bekannte Anordnungen nicht ermöglicht. Dies ist bei einer Verwendung des Stufenschalters zum Betreiben von Matrizenspeichern in elektronischen Rechenmaschinen zur Speicherung oder Ausgabe von Zahlen verschiedenster Länge ein entscheidender Nachteil.

Demgegenüber werden die Nachteile der bekannten Anordnungen durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines elektronischen Stufenschalters beseitigt. Durch die ausschließliche Verwendung von Gleichspannungen zur Voreinstellung des Betriebszustandes des Stufenschalters können keine Informationsverfälschungen auftreten, da das Umschalten des Leitungszustandes eines Schaltelementes vermieden wird. Der erfindungsgemäße Stufenschalter gestattet ein beliebiges Umschalten von einer Fortschalteinrichtung in die andere sowie von Serien- auf Parallelbetrieb. Eine Änderung des Betriebszustandes läßt sich unabhängig von der Schaltstellung des Stufenschalters durchführen, so daß also der Stufenschalter auch bei nicht vollendetem Durchlaufen seiner Schaltstellungen in seinem Betriebszustand umgeschaltet werden kann. Ein weiterer Elektronischer Stufenschalter

Anmelder:
Olympia Werke A. G., Wilhelmshaven

Dipl.-Ing. Hans-Joachim Kunzke,

Spohle über Varel (Oldbg.),
ist als Erfinder genannt worden

Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß der Stufenschalter zwischen den einzelnen Schaltabläufen stillgesetzt werden kann. Die Reihenfolge der Umschaltungen des Betriebszustandes kann jeweils nach den Erfordernissen des augenblicklich zu schaltenden Programms bestimmt werden und ist nicht durch die Schaltungsanordnung festgelegt. Durch die vorgenannten Eigenschaften besitzt der elektronische Stufenschalter gemäß der Erfindung eine außerordentliche große Flexibilität.

Demgemäß ist der elektronische Stufenschalter nach der Erfindung mit Schaltstufen aus bistabilen Schaltgliedern, bei denen jeweils ein erster Eingang mit Taktimpulsen beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Voreinstellung der Arbeitsweise des Stufenschalters die Eingangsleitungen jeder Stufe, auf denen die Signale zum Einschalten der Stufe erscheinen, über eine Oder-Schaltung mit dem zweiten Eingang der Schaltstufe verbunden sind und die sich entsprechenden Eingänge der Oder-Schaltungen aller Stufen jeweils über einen gemeinsamen Schalter, vorzugsweise einen elektronischen Schalter wie ein Transistor, an eine Sperrspannung angelegt sind.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gegenüber bekannten Anordnungen sind aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu erkennen. Zur Erläuterung der Arbeitsweise des elektronischen Stufenschalters wird er in folgendem in Verbindung mit einem Magnetkernspeicher dargestellt.

Die Zeichnung zeigt einen beliebigen Ausschnitt von drei Schaltstufen aus dem elektronischen Stufenschalter. Die Reihe der Schaltstufen kann in beliebiger Anzahl nach rechts und links erweitert werden.

so In dem in der Zeichnung dargestellten Schaltbild werden die Schaltstufen St₁, St₂, St₃ des Stufenschalters durch Transistor-Flip-Flops aus den Transistoren T₁ und T₂ gebildet. Die Wirkungsweise eines solchen Transistor-Flip-Flops ist seit langem bekannt

009 677/252

und braucht daher nicht beschrieben zu werden. Es möge für die Beschreibung festgelegt werden, daß die verwendeten Transistor-Flip-Flops ausgeschaltet sind, wenn Transistor T₁ leitend ist, und eingeschaltet wird, wenn Transistor T₂ leitend ist. Die Transistor-Flip-Flops beziehen ihre Betriebsspannungen von der auf negativem Potential liegenden Leitung 1 und der auf Massepotential liegenden Leitung 2. Die linken Eingänge aller Schaltstufen, also die Basiselektroden der Transistoren T₁, sind über einen Gleichrichter G₀ kapazitiv mit der Leitung 3 gekoppelt, die über einen Schalter S₄, vorzugsweise einen elektronischen Schalter, mit Taktimpulsfolgen aus negativen Impulsen beaufschlagt wird. Diese Taktimpulsfolgen werden durch die elektronische Rechen- oder ähnliche Anlage, in der der Stufenschalter verwendet wird, in bekannter Weise geliefert.

Die rechten Eingänge aller Schaltstufen, also die Basiselektroden der Transistoren T₂, sind jeweils mit dem Ausgang 5 einer Oder-Schaltung aus den Dioden G₁, G₂, G₃ verbunden. Wie aus dem Schaltbild hervorgeht, sind die Eingänge 6, 7, 8 der Oder-Schaltungen aus G₁, G₂, G₃ mit den übrigen Schaltungselementen wie folgt verknüpft. Der Eingang 6 jeder zu einer Schaltstufe gehörigen Oder-Schaltung ist einmal über einen Kondensator mit dem Ausgang 4 der vorhergehenden Schaltstufe, zum anderen über einen Widerstand R₁ und einen Schalter S₁ mit einer am Punkt 9 angelegten positiven Sperrspannung verbunden. Der Eingang 8 jeder zu einer Schaltstufe gehörigen Oder-Schaltung steht einmal über einen Kondensator mit dem Ausgang 4 der nachfolgenden Schaltstufe, zum anderen über einen Widerstand R₃ und einen Schalter S³ mit der erwähnten Sperrspannung an Punkt 9 in Verbindung. An den Eingang 7 jeder Oder-Schaltung ist einmal über einen Kondensator eine Leitung 10 für die Impulse zur Parallelbetätigung des Stufenschalters und zum anderen über einen Widerstand R₂ und einen Schalter S₂ die Sperrspannung am Punkt 9 angeschlossen. Die Widerstände R₄, R₅, R₆ dienen dazu, die Eingänge 6, 7, 8 bei geöffneten Schaltern S₁, S₂, S₃ eindeutig auf Massepotential zu legen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird der erfindungsgemäße Stufenschalter in Verbindung mit einem Magnetkernspeicher beschrieben. Dazu wird in der Zeichnung die Verbindung schematisch dargestellt. Der Arbeitswiderstand des Transistors T₂ jeder Schaltstufe ist zweckmäßigerweise in zwei Teilwiderstände R₇ und R₈ aufgeteilt und der Teilwiderstand R₈ der Basis-Emitter-Strecke eines zum Transistor T₂ komplementären Treibertransistors TT parallel geschaltet. In der Kollektor-Emitter-Strecke des Treibertransistors TT sind der Speicherdraht D des Speichers und ein Magnetkern K schematisch dargestellt. Die übrigen Schaltmittel zur Beaufschlagung des Kerns entsprechend der zu speichernden Information sind nicht dargestellt, da sie nicht unmittelbar zur Erfindung gehören.

Wirkungsweise

Die Wirkungsweise eines aus Flip-Flop-Kreisen aufgebauten elektronischen Stufenschalters ist prinzipiell bekannt und möge hier nur kurz wiederholt werden.

Im Ruhezustand des Stufenschalters sind in allen Schaltstufen die Transistoren T₁ in leitendem Zustand, bewirkt durch negative Taktimpulse an den linken Eingängen aller Schaltstufen über die Leitung 3. Gelangt ein negativer Impuls auf den rechten Eingang 5 einer Schaltstufe, so wird in dieser Schaltstufe der Transistor T₂ in den leitenden Zustand übergeführt, an ihrem Ausgang 4 erscheint positives Potential gegenüber dem Bezugspotential, hier Massepotential, es erfolgt zunächst kein weiterer Schaltvorgang. Durch den nachfolgenden negativen Taktimpuls am linken Eingang wird die eingeschaltete Schaltstufe wieder in ihren Ruhezustand zurückgeschaltet. T₁ wird leitend, T₂ sperrt. Der dadurch am Ausgang 4 der Schaltstufe auftretende negative Impuls trifft sowohl am Eingang 6 der nachfolgenden wie aus am Eingang 8 der vorhergehenden Schaltstufe ein. Wie später noch beschrieben wird, läßt sich einer dieser Wege ausschließen. Die durch den negativen Ausgangsimpuls der rückgestellten Schaltstufe an ihrem rechten Eingang 5 beaufschlagte Schaltstufe wird eingeschaltet, d. h., der Transistor T₂ geht in seinen leitenden Zustand über. Beim nächstfolgenden Taktimpuls am linken Eingang wird diese Schaltstufe zurückgestellt, gibt an ihrem Ausgang 4 einen negativen Impuls ab, die nächste Schaltstufe wird eingeschaltet. Auf diese Weise schaltet der Stufenschalter sämtliche Schaltstufen nacheinander in, wie später beschrieben, vorgegebener Fortschaltrichtung ein. Jede Stufe, die sich in eingeschaltetem Zustand befindet, d. h. mit leitendem Transistor T₂, steuert durch den Kollektorstrom des Transistors T₂ den Treibertransistor TT an. In der Reihenfolge der Schaltvorgänge in den Schaltstufen werden also die Speicherdrähte D mit einem Strom beaufschlagt. Das Schalten des Kerns K entsprechend einer zu speichernden oder auszulesenden Information möge durch zusätzliche, hier nicht dargestellte Mittel, wie beispielsweise Konjunktionsschaltungen, bewirkt werden.

Die besonderen Eigenschaften und Vorteile der Erfindung liegen in der Ausbildung der Steuerung des Betriebszustandes, also der Arbeitsweise, des elektronischen Stufenschalters, die in folgendem beschrieben wird.

Vorlauf: Als Vorlauf möge die Fortschaltrichtung des Stufenschalters von links nach rechts in der gezeichneten Schaltungsausführung bezeichnet werden. L^Tm diese Fortschaltrichtung zu gewährleisten, müssen die Ausgangsimpulse an den Ausgängen 4 der Schaltstufen auf den Eingang 5 der nachfolgenden Schaltstufe über den Eingang 6 und die Diode G₁ der Oder-Schaltung gelangen, während der Eingang 8 der vorhergehenden Schaltstufe für diese Impulse gesperrt werden muß. Dies wird ernndungsgemäß durch Schließen des Schalters S₃ erzielt, wodurch über die Widerstände R_s an die Eingänge 8 aller Oder-Schaltungen eine positive Sperrspannung angelegt wird. Die Diode G₃ ist dadurch so weit in Sperrichtung vorgespannt, daß die Ausgangsimpulse an den Eingängen 4 diese Vorspannung nicht überwinden können, am Eingang 5 kein Impuls vom Eingang 8 her eintreffen kann. Um eine Wirkung von Eingangsimpulsen von der Leitung 10 her zu unterbinden, ist auch an die Eingänge 7 aller Oder-Schaltungen durch Schließen des Schalters .S₂ über die Widerstände R₂ eine positive

Sperrspannung angelegt. Schalter JT₁ bleibt geöffnet. Wie sofort zu erkennen ist, verlaufen die Schaltvorgänge des Stufenschalters in der gewünschten Reihenfolge von links nach rechts.

Rücklauf: Als Rücklauf möge die Fortschaltrichtung von rechts nach links in der gezeichneten Schaltungsausführung bezeichnet werden. Dazu müssen die Ausgangsimpulse an den Ausgängen 4 der Schaltstufen auf den Eingang 5 der vorhergehenden Schaltstufe über den Eingang 8 der Oder-Schaltungen gelangen, während der Eingang 6 der nachfolgenden

Schaltstufe für diese Impulse gesperrt werden muß. Dazu wird der Schalter S₁ geschlossen, wodurch über die Widerstände R₁ an die Eingänge 6 aller Oder-Schaltungen eine positive Sperrspannung angelegt wird, 6*3 bleibt geöffnet. Bei geschlossenem Schalter S₂ verlaufen die Schaltvorgänge also jetzt in der gewünschten Reihenfolge von rechts nach links.

Parallelbetätigung: Sollen alle Stufen des Stufenschalters oder Gruppen von Schaltstufen gleichzeitig eingeschaltet und entsprechend rückgestellt werden, so werden durch Schließen der Schalter S₁ und S₃ alle Eingänge 6 und 8 gesperrt, so daß bei geöffnetem Schalter S₂ nur auf der Leitung auftretende negative Impulse zum Einschalten der Schaltstufen wirksam werden.

Wie aus dem Vorstehenden zu ersehen ist, kann der Betriebzustand des Stufenschalters in beliebiger Schaltstellung geändert werden. Wird durch Öffnen des Schalters S_i das Weiterschalten des Stufenschalters unterbrochen, so verharrt der Stufenschalter in der zuletzt eingenommenen Schaltstellung. Wird jetzt durch Schließen oder öffnen der Schalter S₁, S₂, S₃ ein neuer Betriebszustand voreingestellt, so schaltet der Stufenschalter nach erneutem Schließen von S₄ in der neu vorgegebenen Schaltweise fort, ohne daß eine Informationsverfälschung, d. h. eine Änderung der Schaltstellung durch Störimpulse, hervorgerufen durch die Umschaltung des Betriebszustandes, auftritt. Erreicht wird diese Unabhängigkeit des Umschaltvorganges von der Schaltstellung dadurch, daß im Gegensatz zu bekannten Anordnungen zur Umschaltung des Betriebszustandes keine Veränderung eines Leitungszustandes eines Schaltelementes, bei der Störimpulse auftreten, sondern eine reine Gleichspannung zur Vorspannung der Richtleiter in den Oder-Schaltungen benutzt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen elektronischen Stufenschalter läßt sich also auf einfache und verfälschungsfreie Weise jedes Schaltprogramm verwirklichen. Durch die Ausbildung der Schalter S₁, S₀, S₃ als elekironische Schalter wie Transistoren, die durch Befehlsimpulse gesteuert werden können, läßt sich auch das Schaltprogramm des Stufenschalters durch das jeweilige Programm der Gesamtanlage vorgeben, die nach ihrem Programm die entsprechenden Befehlsimpulse für den Stufenschalter selbst erzeugt. Auf Grund des Erfindungsgedankens läßt sich die Zahl der für das Schaltprogramm erforderlichen Impulsein

gänge beliebig erweitern, ebenso ist für besondere Programmzwecke auch eine Vereinigung von Schaltern zur gleichzeitigen Sperrung von Impulsgängen möglich.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Stufenschalter, vorzugsweise zum Betreiben von Magnetkernspeichern, mit Schaltstufen aus bistabilen Schaltgliedern, beispielsweise Flip-Flops, bei denen jeweils ein erster Eingang zur Rückstellung der Stufen mit Taktimpulsen beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Voreinstellung der Arbeitsweise des Stufenschalters die Eingangsleitungen (an 6, 7, 8) jeder Stufe (Si₁, St₂ usw.), auf denen die Signale zum Einschalten der Stufe erscheinen, über eine Oder-Schaltung (G₁, G₂, G₃) mit dem zweiten Eingang (5) der Schaltstufe verbunden sind und die sich entsprechenden Eingänge der Oder-Schaltungen (6,7,8) aller Stufen jeweils über einen gemeinsamen Schalter (S₁, S₂, S₃), vorzugsweise einem elektronischen Schalter wie ein Transistor, an eine Sperrspannung (9) angelegt sind.

2. Elektronischer Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oder-Schaltungen aus Richtleitern (G₁, G₂, G₃), beispielsweise Dioden aufgebaut sind, und daß die Polarität der Sperrspannung so gewählt ist, daß bei deren Anlagen an die Richtleiter diese in Sperrichtung vorgespannt sind.

3. Elektronischer Stufenschalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umkehr der Fortschaltrichtung der Ausgang (4) jeder Schaltstufe (St₁, St%, St_s) sowohl mit dem zweiten Eingang der nachfolgenden (6) wie auch der vorhergehenden (8) Stufe über Oder-Schaltungen verbunden ist, wobei der jeweils nicht benutzte Eingang der Oder-Schaltungen durch Schließen des zugehörigen Schalters an die Sperrspannung angelegt ist.

4. Elektronischer Stufenschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Eingang (7) an allen Oder-Schaltungen mit einem Impulseingang (10) für Parallelbetätigung des Stufenschalters verbunden ist, wobei der erstere (7) bei stufenweisem Betrieb über den zugehörigen Schalter (S₂) an die Sperrspannung (9) angelegt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen