DE2162486B2

DE2162486B2 - Digital gesteuerter Impulsgenerator

Info

Publication number: DE2162486B2
Application number: DE2162486A
Authority: DE
Inventors: D H Durland
Original assignee: Beckman Instruments Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1970-12-16
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1974-05-09
Also published as: SE374243B; CA929239A; US3629710A; DE2162486A1

Description

Z =

Y-X

40

erfüllt, wobei 7. das Tastverhältnis, X die in dem Eingangsspcichcrschaltkreis gespeicherte Zahl und Y die die maximale Zählung des Umlauf-Zählers darstellende Zahl ist.

3. Impulsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufzähler eine Anzahl von Stufen mit einem Parallel-Zahlenausgang einschließt und daß der Eingangsspeicherschaltkreis eine der Zahl der Stufen in dem l'mlaufzähler entsprechende Anzahl von Stufen aufweist, die einen l'araild-Zahlenausgang aufweisen, wobei jede der Zählerstufen einen komplementären Zahlenausgang ergibt.

4. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnci. daß zar Bildung des digitalen Bezugssisinais eine Taklsteuer-I,,ipu!squelle mit einstellbarer Frequenz vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft einen digital gesteuerten Impulsgenerator.

Es ist allgemein bekannt, das Tastverhältnis eines durch einen Multivibrato, gebildeten Impulsgenerators von Hand durch Einstellen eines Widerstandes oder einer Kapazität zu ändern. Eine digitale Steuerung des Tastverhältnisses war damit jedoch nicht

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 257 197 ist ferner ein Verfahren zur Umwandlung von Digitalwerten in eine Impulsfolge für Zwecke der Steuerungstechnik bekannt, wozu eine außerordentlich komplizierte Schaltung verwendet wird.

Ferner ist aus der deutschen OfTenlegungsschrift 1 462 024 ein Digital-Analog-Umsetzer bekannt, der eine digitale Information in analoge Form umwandelt und filtert, um ein Analogsignal zu erzielen, das der digitalen Information proportional ist. Auch hierzu ist eine außerordentlich komplizierte Schaltung erforderlich.

Im Bereich der heutigen Elektronik und in der Technologie der integrierten Schaltungen liegt die Betonungauf sehr schnellen, zuverlässigen, billigen und genauen Vorrichtungen zur Ableitung eines Impulssianals, dessen Zeitdauer in bezug auf ein selektives Zeitintervall in einfacher Weise und genau geändert werden kann. Der allgemeine Grundgedanke des Vergleichs einer digital dargestellten und in einer geeigneten Speichereinheit gespeicherten Zahl mit einer kontinuierlichen, von einem Zähler wiedergegebenen Zählung wurde in vielen Digital-Analog-Konvertern verwendet. Dieses Konzept oder dieser Grundgedanke wurde jedoch bisher nicht in einem digital gesteuerten Impulsgenerator verwendet, um die einfache und schnelle Einstellung des Tastverhältnisses des Impulsgenerators und damit die genaue Steuerung der Größe der an eine geeignete Last gelieferten Leistung zu ermöglichen. Bisher war es bei der Umwandlung eines digital dargestellten Signals in ein zeitproportionales Steuersignal allgemein üblich, zunächst einen normalen Digital-Analog-Umwandlungsschritt, beispielsweise mit Hilfe eines üblichen spannungsgeschaltetsn Widerstands-Kettennetzwerkes durchzuführen, worauf eine Umwandlung des sich ergebenden Analogsignals in das gewünschte zeitproportionale Signal mit Hilfe eines gesteuerten Siliziumgleichrichters oder mit einem anderen geeigneten zeitproportionierenden Umwandhingselement folgt. Ein derartiges Verfahren trug wesentlich zur Kompliziertheit der Umwandlungsvorrichlune bei. wodurch sich eine Vorrichtung mit höheren Kosten und niedrigeren Geschwindigkeiten ergab.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sehr schnellen, zuverlässigen, billigen, digital gesteuerten Impulsgenerator zu schallen, der aus einer begrenzten Anzahl von Bauteilen besieht und dessen Tastverhältnis schnell und genau geändert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Impulsgenerator der eingangs genannten Art gelöst, der crlindunusiiem.äü gekennzeichnet ist durch eine digitale Speicliereinrichtun,:. zur Speicherung einer vorgegebenen Ziffer, einen Umlaufzähler, eine Einrichtung zur aufeinandi-ifolgenden Änderung des Zustandes des Zählers mit einer ausgewählten Frequenz, wobei der '.'"ilai'fzähler ein erstes Ausgangssignal jedesmal dann erzeugt, wenn der Ziihler auf die Zählung Null zurückspringt, mit den digitalen Speichereinrichtungen und dem Umlaufzähler verbundene Koinzidenz-Detektoreinrichtungen zur Lieferung eines zweiten Ausgangssignals, wenn die Zählung in dem

Zähler mit der in der digitalen Speichereinrichtung enthaltenen Zahl übereinstimmt, und eine bistabile Schaltung mit einem ersten, mit der Koinzidenz-Detektoreinrichtung verbundenen E ngang und einem zweiten, mit dem Umlaufzähkr verbundenen Eingang, wobei die bistabile Schaltung auf jedes erste Aiisgangssignal von dem Umlaufzähler anspricht, um in ihren ersten bistabilen Zustand zu sehaken, und auf jedes zweite Ausgangssignal von der Koinzidenz-Detekto.cinrichtung anspricht, um in ihren zweiten bistabilen Zustand zu schalten, so daß ein Impulsausgangssignal geliefert wird, dessen Tastverhältnis sich als Funktion des Verhältnisses der Zahl in der digitalen Speichereinrichtung zur maximalen Zählung des Umlaufzählers ändert.

Entsprechend besteht ein hauptsächlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß ein verbesserter Impulsgenerator geschaffen wird, dessen Tastverhäitnis schnell und genau geändert werden kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich ein sehr schneller zuverlässiger und billiger Impulsgenerator ergibt, der weiterhin eine begrenzte Anzahl von Bauteilen aufweist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung sowie den An-Sprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß aufgebauten digital gesteuerten Impulsgenerators.

Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß der Impulsgenerator allgemein ein Datenregisier oder eine Spcichereinheit. einen Umlaufzähler, einen Koinzidenzdetektor und ein bistabiles Speicherelement umfaßt.

Die Speichereinheit dient als Eingangsquelle der digitalen Information und untiaßt ein Vier-Bit-Datenregister mit vier parallelen binärcodierten Ausgangsleitungen, die jeweils mit 1. 2. 4 und 8 entsprechend dem üblichen binär bewerteten Code bezeichnet sind. Die Speichereinheit kann typischerweisc eine Anzahl von in geeigneter Weise in Kaskade geschalteten bistabilen P.lementen umfassen, wie ζ. Π. Flip-Flops odvi M:u:netkcrnelemente mit quadratischer Hystereseschleife. Das digital dargestellte F.ingangssi»n:i' kann in die Speichereinheit 10 in Serie oder parallel entsprechend do Wahl dci Bedienungsperson cingeführ; werden.

Der I 'mlaufzähler 11 umfaßt wie die Speiclicreinhei; 10 eine Anzahl von üblichen bistabilen Elementen, wie ζ. Π Flip-Flop-Schaltungen oder MaanetkernelenuMV.e mit quadratischer Hystereseschleife, die in Kaskade geschaltet sind, und in dem dargestellten Ausführunjisbeispiel besteht dieser l'mlaufzähler 11 aus einem Vier-Bit-Umlaufzähler mit vier parallelen biiriren Aiisgang'-leituiiec". die jeweils mit 1. 2. 4 und 8 bezeichnet sind. Der Vmlaufzähler 11 wird durch das WechseispaniHinüs-Xeizfrequenzsignal. typiseherweise von 60 Hz angesteuert, das dem Zähler 11 über ein übliches Impulsfonnerelement 15 zugeführt wird. An Stelle der Ansteuerung des Zählers direkt von der Netzleitung kann eine übliche Taktsteuerimpulsquelle verwendet werden, deren Frequcnz über einen weiten Bereich geändert werden kann. In jedem Fuii wird der Zähler 11 um einen Schritt für jeden Impulseingang weitergeschaltet und wird bei Erreichen seiner maximalen Zählung, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 15 ist, auf Null zurückgestellt, worauf eine neue Zählung beginnt. Es ist für den Fachmann verständlich, daß, obwohl die Speichereinheit 10 und der Umlaufzähler 11 als binärcodierte Vier-Bit-Elemente dargestellt sind, andere übliche Codes verwendet werden können und daß die Anzahl der Bits lediglich von dem gewünschten Auflösungsgrad abhängt.

Die in dem Datenregister 10 und dem Umlaufzähler 11 gespeicherten Zählungen werden kontinuierlich durch den Koinzidenzdetektor 12 überwacht, der jedesmal dann einen Ausgangsimpuls an der Leitung 13 erzeugt, wenn die in der Speichereinheit IQ gespeicherte Zählung mit der in dem Umlaufzähler 11 übereinstimmt oder dieser entspricht. Der Koinzidenzdetektor 12 kann typischerweise eine Anzahl von NOR- oder NAND-Galtern oder exclusive ODER-Schaltungen (eine für jede Stufe in dem Datenregister 10) umfassen, die jeweils zwei Eingangsleitungen aufweisen, von denen eine mit dem Ausgang einer Stufe in dem Datenregister 10 und die andere mit dem Ausgang einer entsprechenden Stufe in dem. Umlaufzähler 11 verbunden ist.

Das bistabile Speicherelement 14 umfaßt einen üblichen Rückstell-Stell-Flip-Flop (R-S-Flip-Flop). dessen Stell-Eingangsleitung (5) direkt mit dem Ausgang des Koinzidenzdetektors 12 und dessen Rückstell-Eingangsleitung (R) mit dem Ausgang der letzten Stufe des Umlaufzählers 11 über eine Differenzierend Formerschaltung 16 verbunden ist. Der Flip-Flop 14 spricht auf den von dem Koinzidenzdetektor 12 abgeleiteten Impulsausgang an. um den Flip-Flop in seinen hohen Zustand zu bringen, wobei der Flip-Flop in diesem hohen Zustand verbleibt, bis der Zahler 11 seine maximale Zählung erreicht, worauf ein Impuls auf den Rückstcll-Eingi.ng (R) des Flip-Flops 14 aufgebracht wird, um den Flip-Flop auf seinen ursprünglichen niedrigen Zustand zurückzubringen.

Zur ErleichteiT"g eines \ ollständigen Verständnisses der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß eine kurze Betrachtung der Bedeutung des Begriffes »Tastverhältnis« hilfreich ist. Das »Tastverhältnis« einer elektrischen Vorrichtung ist klassischerweise als das Verhältnis ihres Einsehalt-Zeitintervuils zu d'M- (iesamtzeii eines vollständigen Zyklus definiert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel würde dies bedeuten, daß das Tastverhältnis der Flip-Flop-Schaltung 14 als das Verhältnis der Dauer fr) des an ihrem Ausgang gelieferten Impulses zum Zeitintervall (/„) definiert ist. währenddessen der Impuls auftritt, wobei die-es Zeitintervall die Zeit darstellt, die die Flip-Flop-Schaltung benötigt, um einen Zyklus Ulm ursprünglichen Rückstell-Zusland zum EinslcU-Zustand und zurück zum Rückstell-Zustand zu durchlaufen. Entsprechend wird, wenn das Verhältnis (/<'/„) anwächst, das Tastverhältnis der Flip-Flop-Sch;iltung14 größer. Umgekehrt wird das Tastverhältnis verkleinert, wenn das Verhältnis (V/rJ abnimmt.

Bei der nun folgenden Betrachtung der Betriebsweise des erfindungsgemäßen Impulsgenerator sei für die Zwecke der Beschreibung angenommen, daß zu /\nfan;.: ein der Zahl 8 entsprechender Wert in das Datenregister 10 eingeführt wurde. Dies bedeutet, daß die parallelen binärcodierten Ausgangsleitungen 1, 2. 4 und 8 des Datenregisters 10 jeweils 0. 0. 0 und 1

wiedergeben (Darstellung des Wertes 8 im Binärcode). Der Umlaufzähler 11 wird dann dadurch in Betrieb gesetzt, daß er mit der Leistungsquelle verbunden wird. Wenn der Umlaufzähler die Zählung 8 erreicht, liefert der Koinzidenzdetektor 12 einen Impulsausgang, der dem Stell-Eingang (S) der Flip-Flop-Schaltung 14 eingeprägt wird, wodurch die Flip-Flop-Schaltung 14 in den hohen Zustand geschaltet wird. Die Flip-Flop-Schaltung 14 verbleibt dann in diesem hohen Zustand, bis der Umlaufzäiiler 11. der kontinuierlich mit der Netzfrequenz angesteuert wird, seine maximale Zählung, in diesem Fall 15, erreicht, und dann auf Null zurückspringt, wobei zu dieser Zeit ein Impuls von der letzten Stufe des Umlaufzählers 11 an den Rückstell-Eingang (R) der Flip-Flop-Schaltung 14 angegeben wird, der die Flip-Flop-Schaltung in ihren ursprünglichen niedrigen Zustand zurückstellt.

Somit liefert die Flip-Flop-Schaltrng 14 einen Impulsausgang, dessen Tastverhältnis (//?„) eine Funktion des Verhältnisses der in das Datenregister 10 eingeführten Ziffer zur maximalen Zählung des Umlaufzählers ist. In mathematischer Form kann das Tastverhältnis des Tmpulsgenerators wie folgt ausgeführt werden:

J^X
Y '

wobei Z gleich dem prozentual ausgedrücktem Tastverhältnis, X gleich der in das üatenregister 10 eingeführten Ziffer und Y gleich der die volle Kapazität oder die maximale Zählung des Um I aufzählers 11 darstellende Ziffer ist.

Es ist versländlich, daß d*^e Tastverhältnis des Inipulsgenerators durch einfacher, Andern der in das Dalcnregister 10 eingeführten Ziffer (-Y) oder durch Vergrößern oder Verkleinern der maximalen Zählung (>') des Umlaufzählers 11 geändert werden kann. Während das Impuls-Tastverhällnis konstant bleibt, \»enn X und Y nicht geändert werden, ist weiterhin die Impulsdauer (/) jedes erzeugten Impulses sowie das gesamte Zeitintervall (;„), das der Umlaufzähler 11 benötigt, um seine maximale Zählung zu erreichen und auf Null zurückzuspringen, eine direkte Funktion der Frequenz des Taktsieuer-Impulssignals, das den Zähler 11 ansteuert. Daraus U;\ü\. daß die Zeitdauer (?) jedes Impulsausgangssignals durch Einstellung der Frequenz dieser Taktsteuer-Quelle geändert werden kann. Schließlich hängt, wie es weiter oben erwähnt wurde, die Auflösung des Impulsgenerators von der Anzahl der Stufen in dem Umlaufzähler 11 ab, d. h., je größer die Anzahl der Stufen ist. desto höher ist die Auflösung.

Für den Fachmann sind viele Abänderungen und Abweichungen von der speziellen vorstehend beschriebenen Vorrichtung ohne weiteres erkennbar und durchführbar, ohne von dem erfinderischen Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die komplementären Ausgänge des Datenregisters an Stelle der direkten Ausgänge verwendet werden, wenn dies erwünscht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Impulsgenerator, dessen Tastverhältnis leicht und genau in Abhängigkeit von digitalen Eingangssignalen verändert werden kann, um Ausgangsimpulse zu erzeugen, deren Dauer der Größe entsprechender digitaler Eüngangssignale proportional ist, gekennzeichnet durch einen Eingangsspeicherschaltkreis (10), der die digitalen Eingangssignale speichert und in Abhängigkeit hiervon ein digitales Ausgangssignal liefert, einen Umlaufzähler (11), der in Abhängigkeit von einem digitalen Bezugssignal ein kontinuierlich wachsendes digitales Ausgangssignal erzeugt, das auf Null zurückgeht, wenn ein vorbestimmter maximaler Zählerstand erreicht ist, einen Koinzidenzdetektor (12), der an einem Eingang das Ausgangssignal des Eingangsspeicherschakkreises (10) und an einem anderen Eingang das Ausgangssignal des Umlaufszählers

(11) aufnimmt, wodurch der Koinzidenzdetektor

(12) jeweils ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Zählerstand des Umlaufszählers (11) dem in dem Eingangsspeicherschaltkreis (10) gespeicherten Signal gleicht, ein bistabiles Element (14) mit einer Einstelleingangsleitung, die mit dem Ausgang des Koinzidenzdetcktors verbunden ist und eine Rückstelleingangsleitung, die mit dem Ausgang der letzten Stufe des Umlaufzählers verbunden ist, so daß das bistabile Element beim Auftreten eines Ausgangssignals des Koinzidenzdetektors auf einen Pegel eingestellt wird und auf einen anderen Pegel zurückgestellt wird, wenn das maximale Zählerge-bnis auftritt.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis des Impulsausgangssignals die Gleichung