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Binäre Impulszählstufe Die Erfindung betrifft eine symmetrisch gesteuerte
binäre Impulszählstufe aus universell anwendbaren Grundbauelementen eines einheitlichen
Typs zur Zählung von Impulsen mit einer nur von den Schaltzeiten dieser Bauelemente
abhängigen Impulslängenbegrenzung unter Verwendung eines ersten und eines zweiten
aktiven logischen Bauelementes mit parallel geschaltetem Zählt impulseingang und
unter weiterer Verwendung eines dritten und eines vierten aktiven logischen Bauelementes,
wobei der Ausgang des dritten mit Rückführungseingängen des zweiten und des vierten
sowie der Ausgang des vier ten mit Rückführungseingängen des ersten und des dritten
aktiven logischen Bauelementes verbunden ist, und wobei ein weiterer Eingang des
dritten vom Ausgang des ersten sowie ein weiterer Eingang des vierten vom Ausgang
des zweiten aktiven logischen Bauslementes angestauert wird.
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Es sind bereits elektrische symmetrisch gesteuerte binäre Impulszählstufen
bekannt. Diese Impulszählatufen weisen jeweils einen Hauptspeicher und einen Untersetzerkreis
auf,
Der Hauptspeicher ist dabei aus zwei zu einer bistabilen Kippstufe zusammengeschalteten
NOR-Gliedern aufgebaut, der Untersetzerkreis besteht aus mindestens 4 NOR Gliedern.
Anstelle der NOR-Glieder sind bei Anwendung inverser Signale ebenso NAND-Glieder
verwendbar, Diese Glieder sichern als aktive Bausteine durchgehend die Wiederauffrischung
abgesunkener Signalpegel neben der für logische Verknüpfungen maßgeblichen Gatterfunktion,
Sie sind untereinander ohne Zwischenschaltung weiterer Bauelemente direkt verbunden,
Auch die eingangsseitige Kopplung ist galvanisch vorgenommen, Der Nachteil dieser
Impulszählstufen besteht in der großen Anzahl der verwendeten NOR-Glieder. Mit der
hiervon direkt abhängigen Laufzeit der Zählimpulse innerhalb der Zählstufen läßt
sich nur eine niedrige Zählfrequenz erzielen.
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Weiterhin sind symmetrisch gesteuerte binäre Impulszählstufen bekannt,
die unter Verwendung von wenigstens zwei NOR-Gliedern aufgebaut sind. Diese Zählstufen
weisen mehrere interne kapazitive Kopplungen auf.
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Der Nachteil dieser Impulezähistufen besteht darin, daß an die Impulsflankensteilheit
relativ hohe Ansprüche geM stellt werden müssen, daß es einet zusätzlichen Aufwand
des für eine wiederholte Regeneration dieser Flanken steilheit bedarf, daß das Zeitverhalten
und damit die Zählgeschwindigkeit von kapazitiven Bauelementen mit den bekanntlich
sohwierig beherrschbaren Kennwerten bestimmt oder beeinflußt wird und daß gegenüber
Störungen eine weitgehende Empfindlichkeit bestehe Es sind auch bereits fluidische
symmetrisch gesteuerte binäre Impulszählstufen bekannt, die lediglich aus aktiven
logischen Bauelementen des gleichen Typs bestehend welche als Grundbauelemente universell
für logische Verknttpfungen verwendbar sind0 Die wendung eines einheitlichen
Types
eines Grundbauelementes hat infolge relativ einfacher konstruktiver Merkmale in
Verbindung mit einer größeren Herstellungsstückzahl gegenüber Speizialbauelementen
günstige ökonomische Auswirkungen.
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Diese aktiven Grundbauelementef beispielsweise NOR-Glieder, bringen
daneben den Vorteil weitgehend gering ger Signalverzögerung bei gleichzeitiger Signalverstärkung,
Bekannte Zählstufen dieser Art sind analog einer der bereits genannten elektronischen
Zählstufen oder ähnlich aufgebaut und setzen sich aus 6 NOR-Gliedern zusamen, Sie
weisen infolgedessen auch den Nachteil eines relativ hohen Aufwandes an NOR-Gliedern
auf. Dieser Aufwand zieht eine von den Schaltzeiten der NOR-Glieder bedingte niedrige
maximale Grenzfrequenz nach sich. Die an sich vorteilhafte Eigenschaft dieser Schaltungens
keinen vorzuschaltenden Iepulslängenformer für eine obere Impulslängenbegrenzung
zu erfordern, wird im allgemeinen nicht wirksam. Eine Erhöhung der Grenzzahlfrequenz
läßt sich nämlich unabhängig von den Schaltzeiten der Bauelemente für eineäeweilige
Impulszählstufe auch noch mittels eines zugehörigen feststehenden Tastverhältnisses
erreichen, Deshalb ist das Einfügen eines Impulslängenformers vor die Impulszählstufe
zur Formung dieses vorteilhaften Tastverhältnisses ohnehin zweckmäßigD Es ist weiterhin
eine mit Turbulenzverstärkern aufgebaute fluidische symmetrisch gesteuerte binäre
Impulszählstufe der eingangs genannten Art bekannt, die nur 4 NOR-Glieder enthält,
Sie
benötigt aber noch zusätzlich zwei Verzögerungsglieder, durch deren Einfügen die
sonst bestehende Bedingung, wonach die Impulslänge genau doppelt so lang sein muß
wie die Schaltzeit eines NOR-Gliedes, auf einen zulässigen Spielraum ausgedehnt
wird, Mittels dieser technisch tatsächlich beherrschbaren Zeitbedingung wird überhaupt
erst die Voraussetzung für eine Funktionstüchtigkeit dieser Zählstufe geschaffen,
Bei vergleichsweise geringer Schaltzeit der NOR-Glieder wird die Laufzeit der gesamten
Zählstufe damit maßgeblich von diesen Verzögerungsgliedern bestimmt. Zählketten,
die aus seriell zusammengeschalteten Zählstufen dieser Art bestehen, lassen deshalb
trotzdem keine erhöhte Zählfrequenz zu, da diese Zählfrequenz direkt von der Laufzeit
des Zählimpulses injeder der Zählstufen bestimmt wird, Demgegenüber besteht aber
das Bedürfnis, Zählvorgänge mit einer möglichst hohen Zählfrequenz ablaufen zu lassen,
Die Ursache für den aufgezei'ten Mangel des relativ hohen Einsatzes aktiver logischer
Bauelemente in symmetrisch gesteuerten binären Zählstufen ist demnach darin begründet,
daß eine weitere Verringerung des EInsatzes dieser Bauelemente in der Zählstufe
eine zusätzliche Verwendung anderer Bauelemente nach sich zieht, wobei kein Gewim
an Laufzeit und erhöhter zulässiger Zählfrequenz eintritt, Es ist der Zweck der
Erfindung, den Aufwand an aktiven logischen Bauelementen des gleichen Typs in symmetrisch
gesteuerten binären Impulszählstufen, die lediglich aus solchen Bauelementen aufgebaut
sind, zu senken, und die mit diesen Zählstufen erreichbare zulässige Impulszählfrequenz
zu erhöhen
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine symmetrisch
gesteuerte binäre Impulszählstufe aus universell anwendbaren Grundbauelementen eines
einheitlichen Typs zur Zählung von Impulsen mit einer nur von den Schaltzeiten dieser
Bauelemente abhängigen Impulslängenbegrenzung unter Verwendung eines ersten und
eines zweiten aktiven logischen Bauelementes mit parallel geschaltetem Zählimpulseingang
und unter weiterer Verwendung eines dritten und eines vierten aktiven logischen
Bauelementes, wobei der Ausgang des dritten mit Rückführungseingängen des zweiten
und des vierten sowie der Ausgang des vierten mit Rück führungseingängen des ersten
und des dritten aktiven logischen Bauelementes verbunden ist, und wobei ein weiterer
Eingang des dritten vom Ausgang des ersten sowie ein weitererEingang des vierten
vom Ausgang des zweiten aktiven logischen Bauelementes angesteuert wird zu schaffen,
die innerhalb einer verminderten Anzahl derartiger aktiver logischer Bauelemente
lediglich zusätzliche Verschaltungen derselben untereinander ohne gleiahzeitiger
Verwendungeglicher weiterer Bauelemente aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Rückführung
vom Ausgang des ersten aktiven logischen Bauelementes auf einen zusätzlichen Gattereingang
des zweiten aktiven logischen Bauelementes und eine weitere Rückführung vom Ausgang
des zweiten aktiven logischen Bauelementes auf einen zusätzlichen Gattereingang
des ersten aktiven logischen Bauelementes vorgesehen ist, In einer besonderen Ausgestaltung
der erfinderischen Lösung werden als aktive logische Bauelemente NOR"Glieder verwendet.
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Eine weitere besondere Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße
Lösung dadurch, daß beim Einsatz eines
f-luidischen Mediums als
Träger des Impulszählsignals als aktive logische Bauelemente Turbulenzverstärker
verwendet werden.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in folgendem: Gegenüber
bereits bekannten Inij3ulszählstufen mit mindestens 6 NOR-Gliedern enthält die erfindungsgemäße
1m pulszählstufe lediglich 4 aktive logische Bauelemente.
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Infolgedessen ist ihre von der Anzahl dieser Glieder bzw. Bauelemente
direkt abhängige Schaltzeit geringer, die erreichbare Zählfrequenz dadurch höher,
Gegenüber der bereits weiterhin bekannten Impulszählstufe mit nur 4 NOR-Gliedern,
bei der ebenfalls eine bestimmte Zählimpulslänge vorgeschrieben ist, besteht außerdem
der Vorteil, daß keine zusätzlichen Bauelemente enthalten sind, die die Schaltzeit
maßgeblich beeinflussen. Letztgenannter Vorteil besteht auch gegenüber den bekannten,
mit internen kapazitiven Kopplungen versehenen Impulszählstufen, Aufwendungen zur
Formung einer bestimmten Impulsflankensteilheit sind nicht erforderlich, Eine Impulslängenformung
braucht nur einmal vor dem Zählimpulseingang durchgeführt zu -werden. Das macht
sich besonders dann vorteilhaft be-merkbar , wenn mehrere Impulszählstufen kettenförmig
miteinander verschaltet werden, wobei die Impulslängenformung lediglich vor der
ersten Impulszählstufe zu erfolgen braucht, Die Erfindung wird nachstehend an einem
Ausführungsbeispiel erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig, 1: die
Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen symmetrisch gesteuerten binären Impulszählstufe,
Fig, 2: einen dekadischen Zähler unter mehrfacher Verwendung der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
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Gemäß Fig. 1 besteht die Schaltungsanordnung der erfins dungsgemäßen
symmetrisch gesteuerten binären Impulszahl stufe aus vier aktiven logischen Bauelementen
1 bis 4, Jedes dieser vier Bauelemente 1 bis 4 wird von einem NOR-Glied gebildet,
wobei als NOR-Glieder Turbulenzverstärker verwendet werden. Jeweils ein Eingang
des ersten Bauelementes 1 und des zweiten Bauelementes 2 sind pa.
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rallel zueinander an einem Zählimpulseingang 5 angeschlossen. Der
Ausgang des ersten Bauelementes t führt auf einen Eingang des dritten Bauelementes
39 der Ausgang des zweiten Bauelementes 2 auf einen Eingang des vierten Bauelementes
4. Ein Zählstufenausgang 6 wird vom Ausgang des dritten Bauelementes 3 ein weiterer
Zählstufenausgang 7 vom Ausgang des vierten Bauelementes 4 gebildet. Der Zählstufenausgang
6 ist auf Rückführeingänge der Bauelemente 2 und 4 geführt, der Zählstufenausgang
7 auf Rückführeingänge der Bauelemente 1 und 3. Das Bauelement 4 besitzt weiterhin
einen Rückstelleingang 8, das Bauelement 3 weiterhin einen Setzeingang 9+ Ein Übertragsausgang
10 wird vom Ausgang des Bauelementes 2, ein weiterer Übertragsausgang 11 vom Ausgang
des Bauelementes 1 gebildet. Der Ausgang des Bauelementes 1 ist auf einen weiteren
Eingang des Bauelementes 2 rückgeführt. In gleicher Weise ist der Ausgang des Bauelementes
2 mit einem weiteren Eingang des Bauelementes 1 verbunden. Schließlich weist das
Bauelement 1 einen zusätzlichen Blockierungseingang 12 auf, während das Bauelement
2 mit einem zusätzlichen Blockierungseingang 13 versehen ist. Alle Eingänge jeweils
eines der Bauelemente 1 bis 4 sind untereinander jeweils disjunktiv verknüpft, Die
Baueleirnte 3 und 4 bilden einen echten Speicher, die nach Art eines Speichers gegenseitig
rückgekoppelten Bauelemente 1 und 2 hingegen einen Untersetzerkreis.
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Zum Verständnis der Wirkungsweise der Impulszählstufe
ist
es notwendig, einen eindeutigen Ausgangszustand zu definieren, Dieser wird erreicht,
wenn an den Rückstelleingang 8 ein L-Signal angelegt wird. Infolge dieses Signals
nehmen-der Zählstufenausgang 6 Signal, der Zählstuf-enausgang 7 und die Übertragsausgänge
10 und 11 hingegen O-Signal an. Diese Signalbelegung setzt sich fort, auch wenn
das am Rückstelleingang 8 anstehende Signal auf O-Signal zurückwechselt, Da Zählimpulse
mit Signal in die Impulszählstufe eingegeben werden, ist der Aus gangszustand vor
Zählbeginn weiterhin dadurch chara,ç'se? risiert, daß am Zählimpulseingang 5 ein
Signal anliegt, Der Ausgang eines NOR-Gliedes nimmt bekanntlich erst dann L-Signal
an, wenn alle seine Eingänge mit Signal belegt sind, Solange jedoch auch nur ein
Eingang mit L-Signal beaufschlagt ist, weist der Ausgang dieses NOR-Gliedes ein
O-Signal auf. Die Schaltzeit eines NOR-Gliedes betrage den Wert TS, Sobald am Zählimpulseingang
5 ein Zählimpuls als 0-Signal auftritt, nimmt nach Ablauf einer Schaltzeit TS der
Übertragsausgang 11 L-Signal anw Dieses L-Signal hält den Ubertragsausgang 10 weiterhin
auf O-Signal, schaltet aber nach Ablauf einer zweiten Schaltzeit TS den Zählstufenausgang
6 auf O-Signal um. Nach einer dritten Schaltzeit TS bewirkt dieses geänderte Signal
am Zählstufenausgang 6, daß auch am Zählstufenausgang 7 ein Wechsel von O-Signal
auf L-Signal eintritt, Nach einer vierten Schaltzeit TS tritt infolge der Rückkopplung
zum Bauelement 1 am Übertragsausgang 11 wieder ein O-Signal auf, Infolgedessen könnte
nach einer fünften weiteren Schaltzeit TS der Übertragsausgang 10 ein L-Signal annehmen,
als dessen weitere Folge ein abermaliger Wechsel der Signale an den Zählstufenausgängen
6 und 7 eintreten würde, obwohl immer noch der erste Zählimpuls anliegt.
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Es ist ersichtlich, daß nach einer Zeit, die höchstens den Wert 4
TS betragen darf, der Zählimpuls verschwunden sein muß. Unter diesen Umständen bleibt
am Übertragsausgang 10 das O-Signal erhalten Der Zählimpuls muß aber auch eine bestimmte
Mindestzeit anstehen, Diese richtet sich nach der ZeitS die zum Umschalten des Speichers
benötigt wird, der sich aus den zwei Bauelementen 3 und 4 zusammensetzt. Da diese
beiden Bauelemente 3 und 4 zeitlich nacheinander schälen, beträgt diese Mindestzeit
2 TS.
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Setzt man für die Impuls länge den Wert DIz5 so ergibt sie sich innerhalb
ihrer zulässigen Grenzen zu 2 TS # TI # 4 TS Diese Beschränkung wird in der Impulszählstufe
ohne Zeitglieder, sondern lediglich mit einfachen schaltungstechnischen Verknüpfungen
erreicht Die in den NOR-Gliedern selbst und in den Verbindungsleitungen enthaltene
Streuung von Zeitkonstanten bleibt allein noch zu berücksichtigen, Vor dem zweiten
Zählimpuls liegt am Zählstufenausgang 7 L-Signal, am Zählstufenausgang 6 und an
den Übertragsausgängen 10 und 11 hingegen O-Signal anO Nach Anlegen des zweiten
Zählimpulses tritt in der Impulszählstufe ein ähnlicher Ablauf einS wie er für den
ersten Zählimpuls bereits beschrieben wurde. Jetzt nimmt aber der Übertragsausgang
10 in richtiger Weise vorübergehend L-Signal an. Dieses Signal wird als Übertrag
auf ane nachfolgende weitere Impulszählstufe unter der Bedingung des Vorwärtszählens
verwendete Soll eine Rückwärts zäh -lung zur Anwendung kommen, wird als Übertrag
das am Übertragsausgang 11 anstehende Signal verwendet, Nach Beendigung des Signaldurchlaufes
weist der Zählstufenausgang x) an,
6 wiederum L-Signal und der
Zählstufenausgang 7 wiederum O-Signal auf.
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Die gleiche Wirkung, wie sie von einem ungeradzahligen Zählimpuls
ausgeht läßt sich erreichen, wenn am Setzeingang 9 ein L-Signal angelegt wird, Die
Blockierungseingänge 12 und 13 dienen dazu, die Verarbeitung von einlaufenden Zählimpulsen
zu unterbinden. Zu diesem Zweck wird an diese Blockierungseingänge 12 und 13 ein
L-Signal angelegt, Das kann erwünscht sein, sobald ein bestimmter Schaltzustand
der Impulszählstufe erreicht worden ist, Die maximale Zählfrequenz wird durch die
minimal zulässige Zählimpulslänge von 2 TS und durch das Tastverhältnis der Zählimpulsfolge
bestimmt. Bei vereinfachender Annahme, daß die' Länge des zwischen zwei Zählimpulsen
liegenden L-Signals ebenfalls mindestens 2 TS beträgt, ergibt sich die maximale
Zählfrquenz zu 1 max 4 TS Die für NOR-Glieder vorgenommene Beschreibung gilt ebenso
auch für NAND-Glieder, wenn gleichzeitig eine Vertauschung der O-Signale und L-Signale
vorgenommen wird, Fig, 2 zeigt die mehrfache Anwendung der erfindungsgemäßen Zählstufe
entsprechend Fig. 1 in einem dekadischen Zähler, Der dekadische Zähler setzt sich
aus einer Zählstufe 14 für die Wertigkeit 20, aus einer Zählstufe 15 für die Wertigkeit
21, aus einer Zählstufe 16 für die Wertigkeit 2 und aus einer Zählstufe -für die
Wertigkeit 23 zusammen, die kettenförmig aneinander gekoppelt und für asynchronen
Betrieb vorgesehen sind, Die Zählstufe für die Wertigkeit 23 besteht abweichend
von
den vorgeschalteten Zählstufen 14 bis 16 aus einem aktiven
logischen Bauelement 19 und einem nachgeschalteten ebensolchen aktiven logischen,
Bauelement 20, die beide als NOR-Glieder ausgeführt sind. Der Ausgang des Bau elementes
20 ist auf einen weiteren Eingang des Bauelementes 19 zurückgeführt und gleichzeitig
als Zählstufenausgang 7 ausgebildete Das Bauelement 19 weist außerdem den für die
Zählstufe der Wertigkeit 23 zugehörigen Setzeingang 9 auf, Ein weiterer Eingang
des Bauelementes 20 bildet den Rückstelleingang 8 der Zählstufe für die Wertigkeit
23o Den Zahlimpulseingängen 5 der Zählstufen 14 bis 16 ist jeweils ein Umkehrglied
17 vorgeschaltet. Auf diese Weise wird in Übereinstimmung mit den an den Übertragseingängen
10 jeder der Zählstufen 14 bis 16 anstehenden Übertragssignale auch am Zählereingang
18 als Zählimpuls ein Signal verarbeitet, An den Zählstufenausgängen 7 kann der
Zählerstand in 162-4-8-Code abgelesen werden* Der Ausgang des Bauelementes 19 ist
über ein Umkehrglied 21 auf den Blockierungseingang 12 der Zhlstufe 15 und außerdem
auf einen ersten Eingang eines aktiven logischen Bauelementes 22 geführt, das ebenfalls
von einem NOR-Glied gebildet wird. Ein zweiter Eingang des Bauelementes 22 ist an
den Zählimpulseingang 5 der Zählstufe 15 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise dieser Zählschaltung ist wie folgt: Nach Rückstellung
des dekadischen Zählers durch Anlegen eines L-Signales am Rückstelleingang 8 und
Anlegen von Zählimpulsen am Zählereingang 18 läuft in jeder der Zählstufen 14 bis
16 der Zählvorgang in der bereits in Fig, 1 beschriebenen Weise ab, Entsprechend
der vorgenommenen Reihenschaltung kippt die Zählstufe 14 bei jedem, die Zählstufe
15 bei jedem zweiten und die Zählstufe 16 bei jedem vierten Zählimpuls. Beim achten
Zählimpuls kippt der Ausgang des Bauelementes 19 von Signal auf Signal. Nach Passieren
des Umkehrgliedes 21 blockiert dieses Signal die Verarbeitung weiterer
Zählimpulse
seitens der Zählstufe 15. Der Übertragsausgang 10 der Zählstufe 14 hatte zwar beim
achten Zählimpuls vorübergehend Signal angenommen, war aber bereits wieder in O-Signal
zuruckgefallen, bevor der am Ausgang des Bauelementes 19 eintretende beschriebene
Signalwechsel auftritt. Infolgedessen werden die beiden Eingänge des Bauelementes
22 erst beim zehnten Zählimpuls gleichzeitig mit Signal beaufschlagt, Dadurch entsteht
nur in diesem Fall am Übertragsausgang 23 ein L-Signal, das für einen weiteren nachschaltbaren
Zahler verwendbar ist. Dieses L-Signal schaltet außerdem die Zählstufe für die Wertigkeit
23 in die Ausgangsstellung zurück und hebt die Blockierung der Zählstufe 15 wieder
auf, Damit bewirkt der zehnte Zählimpuls die Wiederherstellung des Ausgangszustandes.