DE2160247B2

DE2160247B2 - Schaltungsanordnung zur zaehlung von phasenverschobenen impulsfolgen

Info

Publication number: DE2160247B2
Application number: DE19712160247
Authority: DE
Inventors: Leif Vasteraas Damelsen (Schweden)
Original assignee: Allmanna Svenska Elektnska AB, Vasteraas (Schweden)
Priority date: 1970-12-07
Filing date: 1971-12-04
Publication date: 1973-08-23
Also published as: DE2160247A1; SE358272B; FR2117473A5; BE776377A; GB1363300A; ATA1049871A; CA921131A; NL7116673A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Zählung der Impulse der von einsm Impulsgeber gelieferten phasenverschobenen Impulsfolgen, wobei das Vorzeichen der Phasenverschiebung die Zählrichtung bestimmt, mit einem reversiblen Zähler (Umkehrzähler).

Zur Bestimmung der Lage eines beweglichen Teiles, z. B. der Winkellage einer rotierenden Welle oder der Lage eines lineal" verscniebbaren Maschinenteiles, ist es bekannt, den beweglichen Teil an einen Impulsgeber anzuschließen, der Impulse an einen Umkehrzähler gibt. Der Impulsgeber ist so angeordnet, daß jeder abgegebene Impuls einer bestimmten Wegstrecke des beweglichen Teiles entspricht. Die Anzahl gezählter Impulse ist somit ein Maß für den insgesamt durchlaufenen Weg des betreffenden Teiles, d. h. der ί .age des Teiles im Verhältnis zu einer Bezugsposition. Es sind zahlreiche Schaltungsanordnungen der eingangs erwähnten Art bekannt, bei denen der Impulsgeber zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen mit derselben Frequenz erzeugt, wobei die Phasenverschiebung mit der Bewegungsrichtung das Vorzeichen wechselt. Hierdurch ist es möglich, die Bewegungsrichtung zu erfassen. Bei dieser, bekannten Anordnungen werden z. B. die Vorderflanken der Impulse der einen Impulsfolge abgetastet und bei jeder Vorderflanke wird dem Zähler ein Impuls zugeführt. Die Wertigkeit (L oder O) des Signals der zweiten Impulsfolge im Augenblick der Abtastung einer Vorderflanke der ersten Impulsfolge ergibt eine Größe f'ir die Bewegungsrichtung. Diese beeinflußt den Zähler dahin, daß bei einem zugeführten Impuls in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung entweder eine Einheit zum Zählerinhalt addiert oder von diesem subtrahiert wird. Hierdurch bildet der Zähierinhalt

so theoretisch auch bei beliebig variierender Bewegungsrichtung immer ein Maß für die Lage des beweglichen 7'eiles.

So beschreibt das Buch »Digitale Signalverarbeitung in der Regeltechnik«, VDE-Verlag GmbH, Ber-

»5 lin, 1962, S. 168 bis 169 eine Zählanordnung mit einem Impulsgeber, der zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen erzt-ugt. Die relative Phasenlage der beiden Impulsfolgen zueinander bestimmt die Zählrichtung des Uitnkehrzählers, dem die Impulse zugeführt werden. Bei dieser Schaltungsanordnung werden Störimpulse, die in den Zählkreis gelangen, vom Zähler mit erfaßt und verfälschen das Zählergebnis.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 220 892 ist ein

richtungsempfindlicher Impulsgeber mit mindestens zwei Detektoren bekannt, wobei der zuerste betätigte Detektor die anderen Detektoren sperrt, wodurch die Zähhichrung erfaßt wird. Auch diese Anordnung ist gegenüber Störimpulsen sehr empfindlich.

Die aus der deutschen Auslegeschrift 1 224 070 bekannte Schaltungsanordnung ist mit einer Zählstufenkette zum algebraischen Zählen von bestimmten Merkmalen von Signalen versehen, die von einem mehrphasigen Sigm !geber geliefert werden. Zur Er höhung des Auflösungsvermögens und der Zählfre quenz ist jede Zählstufe mit einem bistabilen Schaltglied ausgerüstet, das mit den übrigen Zählstufen derart verbunden ist, daß jede Zählstufe ihrerseits als mehmhasiger Geber von solchen Signalen arbeitet, die er an seinem Eingang erfaßt. Diese Anordnung ist gegenüber Störimpulsen relativ unempfindlich; sie ist jedoch sehr kompliziert und aufwendig und kann nicht mit gewöhnlichen Umkehrzählern ausgerüstet werden.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1248 720 ist eine logische Schaltung zur Vorwärts-Rückwärts-Diskriminierung zweier gegeneinander phasenverschobener Signalfolgen eines Inkrementsignalgebers mit gleichzeiti_oer Impulsvervielfachung bekannt. Um die Zähl- richtung zu ermitteln, sind einstufige Speicherglieder (Flip-Hops) am Eingang der logischen Verknüpfungsschaltung vorgesehen. Durch einen Vergleich des augenblicklichen mit dem vorhergehenden Signalzustand der Eingangssignale wird die Zählrich- tung ermittelt und festgestellt, ob ein zu zählendes Inkrement vorliegt. Durch diese Schaltungsanordnung wird eine gewisse Störempfindlichkeit erreicht. Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß alle Störim-

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pulse in das Netzwerk gelangen und daß viele von die sen falsche Zählsignale erzeugen.

Die aus der deutschen Auslegeschrift 1 275 127 bekannte, mit zwei phasenverschobenen Impulsfolgen arbeitende Impulszähleinrichtung enthält zwei Empfangstrigger mit nachgeschalteten Zähl-Flip-Flops. Die Flip-Flops steuern zwei Stufenmotoren, deren Bewegung der Anzahl der empfangenen Impulse entspricht. Da die Flip-Flops von den Flanken der eintreffenden Impulse gesteuert werden, sind sie gegen Störimpulse sehr empfindlich.

Die obengenannten bekannten Schaltungsanordnv.ngen sind somit entweder gegen Storeinflüsse sehr empfindlich oder sie erfordern einen komplizierten und aufwendigen Aufbau. Die Störimpulse, die ζ. Β durch induktive Einstreuung erzeugt werden können, haben zur Folge, daß das Zählergebr.is verfälscht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eins Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, die gegenüber Störimpulsen unempfindlich ist und dennoch in ihrem Aufbau einfach ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten .'\it vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, d^ß die eine Impulsfolge dem Eingang der ersten Stufe eines ersten Speichergliedes zugeführt wird, während ^ie andere Impulsfolge dem Eingang der ersten Stufe eines zweiten Speichergliedes zugeführt wird, daß ein Taktimpulsgenerator eine erste Taktimpulsfolge erzeugt, die bei jedem Taktimpuls in die ersten Stufen die an ihren Eingängen entstehenden Signale einspeichert und die in diesen Stufen bereits gespeicherten Werte wenigstens in einem der beiden Speicherglieder an die zweite Stufe weitergibt, und daß logische Schaltelemente vorgesehen sind, denen die in den genannten Speicherkreisen enthaltenen Informationen zugeführt werden und die in Abhängigkeit von diesen Informationen dem Zähler Zählimpulse zur Änderung des Zählerinhaltes und Signale über die Richtung der Zählung zuführen.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist trotz ihres relativ einfachen Aufbaues gegenüber Störeinflüssen sehr unempfindlich.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltung einer Anordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 einige der in der Schaltung nach F i g. 1 auftretenden Impulsfolgen,

Fig. 3 eine Ausführungsform eines in der Anordnung verwendeten Impulsgebers.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 betrifft beispielsweise die Messung der Winkellage einer Welle. Deren Rotation beeinflußt einen noch zu beschreibenden Impulsgeber RPG mit zwei Ausgängen A und B, von denen bei Rotation der Welle in der einen Pachtung die in Fig. 2 gezeigten Impulsfolgen abgegeben werden. Wie ersichtlich, eilt die Impulsfolge B der Impulsfolge A um 90° in der Phase voraus. Bei dieser Bewegungsrichtung soll der Zählerinhalt zunehmen, d. h. der Zähler soll vorwärts zählen. Bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung erhält man eine entgegegesetzte Phasenverschiebung zwischen A und B, d. h. A liegt 90° vor B. Der Zählerinhalt soll in diesem Fall abnehmen, ή h. der Zähler soll rückwärts zählen. Der Impulsgeber ist so ausgebildet, daß dem Abstand zwischen zwei Impulsen bei A oder B ein bestimmter Rotationswinkel der Welle entspricht.

Das Signal A wird einem als Speicher dienenden Schieberegister zugeführt, das aus den bistabilen Kiposchaltungen Vl und Vl besteht. Die Kippschal-

s Hingen haben einen Meßimpulseingang D und einen Taktimpulseingang CP. Bei Signal am Taktgeberimpulseingang wird die Kippschaltung in die Stellung gebracht, die dem in diesem Augenblick am Eingang D herrschenden Signal entspricht. Die Kippschaltung

ίο Vl wird daher immer die Stellung einnehmen, die Ι-Ί bei dem vorhergehenden Taktimpuls hatte. Das Ausgangssignal einer Kippschaltung erhält man am Ausgang Q und dessen negierten Wert am Ausgang Q. Die Stellung der Kippschaltung V\ wird mit A' und die von V2 mit A" bezeichnet.

Das Signal B wird ein'.m identischen Schieberegister V3 bis V4 zugeführt, das die Ausgangssignale B' und B" sowie deren negierte Werte gibt.

Ein Taktimpulsgenerator CPG gibt Taktimpulse

ao Cl an die Schieberegister mit einer Frequenz, die so gewählt ist, daß auch bei der höchsten vorkommenden Rotationsgeschwindigkeit immer mindestens ein Taktimpuls zwischen jeder Änderung von A oder B erzeugt wird. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Fall soll also die Taktimpulsfrequenz mindestens viermal so proß sein wie die Frequenz der Impulsfolgen A und B. Zweckmäßigerweise legt man jedoch die Taktimpulsfrequenz bedeutend höher als auf diesen Minimalwert.

Der Taktimpulsgenerator erzeugt eine zweite Impulsfolge C2 mit derselben Frequenz wie Cl, aber im Verhältnis zu dieser phasenverschoben. Die Impulsfolge C2 wird den UND-Gliedern 1/6 und N6 zugeleitet, deren Funktion nachfolgend erläutert wird.

Die UND-Glieder i/l bis i/4 gegen Ausgangssignale bei den Änderungen von A und B, die bei der in Fig. 2 gezeigten Phasenverschiebung vorkommen. Der Kreis Ul gibt somit ein Ausgangi'ignal, wenn A von O auf L geht und B=L ist, d.h. wenn A' = L, A" = O, ff = L ist. Bei jeder Änderung von A oder S erhält man ein Ausgangssignal von einem der Kreise i/l bis i/4, und über das ODER-Glied US wird ein Signal an den Eingang RU des Zählers R gegeben, das den Zähler vorwärts zäb'en läßt.

Einige Zeit nachdem die Schieberegister durch einen Impuls Cl umgestellt worden sind, wird den UND-Gliedern t/6 und A/6 von dem Taktimpulsgenerator ein Impuls CI zugeleitet. Wenn ein Aus- gangssignal vom ODER-Glied US vorliegt, bekommt der Zählereingang RP des Zählers R einen Zählimpuls über das ODER-Glied O und der Zähler erhöht seinen Inhalt um eine Einheit.

Ist zwischen zwei Impulsen der Impulsfolge Cl

keine Veränderung in A oder B eingetreten, wird A' = A" und B' = B" und keines der UND-Glieder Ul bis t/4 oder Nl bis N4 gibt ein Ausgangssignal ab.

Rotiert die Welle in entgegengesetzter Richtung als

in Fig. 2 gezeigt, so erhält man das entgegengesetzte Vorzeichen für die Phasenverschiebung zwischen A und B. Dabei wird z. B. A von L auf O gehen, wenn B= L ist, so daß A' = O, A" = L, B' = L wird, und man erhält ein Ausgangssignal vom UND-Glied NX.

Bei jeder Änderung von A oder B bei dieser Rotationsrichtung erhält man ein Ausgangssignal von einem der UND-Glieder Nl bis N4 und über das ODER-Glied NS ein Signal an den Eingang RN des

Zählers R, das den Zähler rückwärts zählen läßt, d. h. Änderungen in einem der beiden einkommenden Im-

seinen Inhalt um je eine Einheit verringert für jeden pulsfolgen, z. B. A, abgetastet werden. Hierbei ver-

Zählimpuls, den Cl über N6 und O an den Zahler- wendet man nur vier UND-Glieder, nämlich Ul, 1/3,

eingang RP gibt. Nl, /V3; die übrigen vier können entfallen.

Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, be- 5 Ein System, das zu einer nochmals halbierten Zähleinflussen die Eingangssignale A und B die Lage der impulsfrequenz führt, erhält man, wenn nur jede Kippschalter Vl bis V4 nur während der Taktimpulse zweite Änderung des einen einkommenden Signals Cl, die sehr kurz gehalten werden können. Störungen abgetastet wird, z.B. die Vorderflanken beim Vorin A und B, die zwischen den Taktimpulsen Cl ein- Wartezahlen und die hinteren Flanken beim Rücktreffen, beeinflussen daher nicht die Kippschalter und 10 Wartezahlen oder umgekehrt. Wenn z. B. das Signal A «tomit auch nicht den Zähler. Sollte in einem der Ein- abgetastet wird, können alle UND-Glieder außer Vl grngssignale A oder B gleichzeitig mit einem Impuls und Nl entfallen. Alternativ können natürlich 1/3 und Cl eine Störung auftreten, so hai dies nur den Effekt, N3 verwendet werden.

daß der Zähler eine Einheit in einer Richtung weiter- F i g. 3 zeigl eine an sich bekannte Ausführung des

geht und bei dem nächsten Taktimpuls, vorausgesetzt, 15 Impulsgebers RPG in Fig. 1. Eine Scheibe 1 ist auf

daß die Störung dann behoben ist, wieder eine Einheit einer Welle 2 angeordnet, deren gesamter durchlau-

zurückgeht. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist fener Rotationswinkel von dem Zähler R in Fig. 1

deshalb sehr unempfindlich gegen Störungen in den gemessen werden soll. Die Scheibe ist mit zwei kon-

Eingangssignalen. zentrischen Schlitzen 12 und 13 versehen, die densel-

Der Taktimpulsgenerator CPG kann aus zwei Im- ao ben Abstand vom Zentrum der Scheibe und einen pulsgeneratoren bestehen, die so miteinander verbun- Zentrumwinkel von 90° haben. Weiter innen liegen den sind, daß die Impulse Cl des einen immer in die zwei weitere Schlitze 14 und IS. die ebenfalls konzen-Zwischenräume zwischen die Impulse Cl des anderen trisch und mit 9Ω° Zentrumwinkel angeordnet sind, fallen. Alternativ kann man die Impulse C2 über ein Die Schlitze 14 und 15 sind gegenüber den Schlitzen Verzögerungsglied aus den Impulsen Cl erhalten. »5 12 und 13 um 45° verschoben. Eine dritte Möglichkeit ist, daß den Kreisen 1/6 und Die eine Seite der Scheibe wird über die Linse 5 /V6 die Impulsfolge Cl zugeführt wird, wonach die von der Lichtquelle 3 beleuchtet, die von der Span-Zählimpulse dem Eingang RP des Zählers über ein nungsqudle 4 gespeist wird. Auf der entgegengesetz-Verzögerungsglicd zugeleitet werden. - ten Seite sind die lichtempfindlichen Elemente 6 und

An Stelle des gezeigten Zählers kann ein Zähler 30 7 fest angeordnet. Diese Elemente können z. B. aus

mit zwei Eingängen verwendet werden, wobei der Fotowiderständen, Fotodioden oder Fototransistoren

Zahler bei jedem impuls, der dem einen Eingang zu- bestehen und an die Verstärker 8 und 9 angeschlossen

geführt wird, eine Einheit vorwärts zählt, während er sein. Wenn die Scheibe rotiert, werden die Elemente 6

bei jedem Impuls, der dem anderen Eingang zugeführt und 7 abwechselnd beleuchtet bzw. nicht beleuchtet

wird, eine Einheit zurückgeht. In diesem Fall kann 35 und an den Ausgängen der Verstärker 8 und 9 erhält

das ODER-Glied O entfallen und die Impulse von man die in Fig. 1 und 2 gezeigten Impulsfolgen A

1/6 und /V6 können den betreffenden Eingängen di- und B. Rotiert die Scheibe in Pfeilrichtung, so erhält

rekt zugeleitet werden. man die in Fi g. 2 gezeigte Phasenverschiebung. Beim

Die beschriebene Anordnung gibt vier Impulse RP Rotieren in entgegengesetzter Richtung bekommt die

an den Zähler für jedes Intervall der Impulsfolge A 40 Phasenverschiebung das entgegengesetzte Vorzei-

oder B. Eine Anordnung, die nur zwei Impulse pro chen.

Intervall gibt, erhält man, wenn zwei der UND-Glie- Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, ist die Ander l/l bis 1/4 und zwei der UND-Glieder /Vl bis ordnung gemäß der Erfindung sehr unempfindlich ge-Λ/4 weggelassen werden. Will man, daß die Zählerim- gen Störungen, da nur die Störungen, die zufällig pulse sowohl für »vorwärtsc wie »rückwärts« bei der- 45 gleichzeitig mit den Taktimpulsen Cl eintreffen, den selben Lage des Impulsgebers erzeugt werden sollen, Zähler beeinflussen können. Im allgemeinen venirsamuß die Anordnung beim Zählen in der einen Rieh- chen auch diese Störungen nichts weiter, als daß der tung auf die Vorderflanken der Impulse A und B an- Zähler zunächst eine Einheit in der einen oder andesprechen und beim Zählen in der anderen Richtung ren Richtung weitergeht und danach wieder um eine auf die hinteren Flanken der Impulse A und B. Somit 50 Einheit zurückgeht, so daß keine anwachsenden Fehkönnen z.B. Ul, 1/3, N2, Ni oder alternativ UL, lei entstehen köanen. U4, Nl, N4 eatfaäea DadieZeftpuiikte,zadefleadeirZäTte*iiihah«ich

Eine weitere MagBehkeit, die halbe Anzahl von ädkCtaibCiybfc^^idd

bü Vli d i Fi 1 bi 2

Eine weitere MagBehkeit, die halbe Ctqy^

Zäbümpoben im Vergleich mit dem in Fig. 1 bis 2 AWesro des ZäWera zu z.B. einem Prozeßrechner ergezeigten System zn erbalten. Hegt darin, daß nur die ss leichtert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche.

1. Schaltungsanordnung zur Zählung der Impulse der von einem Impulsgeber gelieferten phasenverschobenen Impulsfolgen, wobei das Vorzeichen der Phasenverschiebung die Zählrichtung bestimmt, mit einem reversiblen Zähler, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Impulsfolge (A) dem Eingang (D) der ersten Stufe ( Vl) eines ersten Speichergliedes (Vl, Vl) zugeführt wird, während die andere Impulsfolge (B) dem Eingang (D) der ersten Stufe ( V3) eines zweiten Speichergliedes ( Vi, V4) zugeführt wird, daß ein Taktimpulsgenerator (CPG) eine erste Taktimpulsfolge (Cl) erzeugt, die bei jedem Taktimpuls in die ersten Stufen (Vl, V3>) die an ihren Eingängen (D) entstehenden Signale einspeichert und die in diesen Stufen bereits gespeicherten Werte wenigstens in einem der beiden Speichergliedei an die zwoite Stufe ( V2, V4) weitergibt, und daß ] Dgische Schaltelemente vorgesehen sind, denen die in den genannten Speicherkreisen enthaltenen Informationen zugeführt werden und die in Abhängigkeit von diesem Informationen dem Zähler (R) Zählimpulse (RP) zur Änderung des Zählerinhaltes und Signale (RU, RN) über die Richtung der Zählung zuführen.

2. Schaltungsanordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpulsgene rator (CPG) e^;ne zweite Tanktimpulsfolge (C2) erzeugt, die die gleiche Frequenz wie die erste hat, aber gegen diese phasenverschoben ist, und die zweite Ίaktimpulsfolge (C2) einem Schaltkreis (i/6_s N6, O) zugeführt wird, der in Abhängigkeit von den Impulsen dieser Taktimpulsfolge dem Zähler (R) die von den logischen Schaltelementen stammenden Impulse zur Änderung des Zählerinhalts zuführt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten logischen Schaltelemente Kreise zum Vergleichen der in der ersten und zweiten Stufe eines Speichergliedes enthaltenen Informationen bilden, welche Kreise ein Signal zur Änderung des Zählerinhaltes geben, wenn in den genannten Stufen verschiedene Informationen gespeichert sind.