DE2160247B2 - Schaltungsanordnung zur zaehlung von phasenverschobenen impulsfolgen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur zaehlung von phasenverschobenen impulsfolgenInfo
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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.
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 gleichzeitioer 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-
160 247
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.
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.
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
seinen Inhalt um je eine Einheit verringert für jeden pulsfolgen, z. B. A, abgetastet werden. Hierbei ver-
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-
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
mit zwei Eingängen verwendet werden, wobei der Fotowiderständen, Fotodioden oder Fototransistoren
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
bü Vli d i Fi 1 bi 2
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.
Claims (3)
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/6s 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.
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