DE2356833C2 - Digitale Meßvorrichtung - Google Patents
Digitale MeßvorrichtungInfo
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Description
55
Die Erfindung betrifft e;ne digitale Meßvorrichtung
zur maßstabsgedehnten optischen Wiedergabe eines Meßsignals mit einer Eingangsstufe, die das Meßsignal
aufnimmt und eine Mehrzahl von dieses Meßsignal &o darstellenden Datenpunkten liefert, einem an die
Eingangsstufe angeschlossenen Speicher zum Einspeichern der Datenpunkte in Speicheradressen und einer
an den Speicher angeschlossenen Wiedergabeeinheit für die optische Wiedergabe von Datenpunkten.
Digitale Meßvorrichtungen sind beispielsweise in Form von Geräten zum Mitteln von Signalen,
i'mpulshöhenanalysatoren, digitalen Oszilloskopen und dergleichen bekannt; sie weisen häufig Wiedergabeeinheiten,
z. B. Kathodenstrahlröhren, auf, um die Größe der gemessenen Variablen als Funktion einer unabhängigen
Variablen grafisch darzustellen. Die grafische Darstellung kann eine Gruppe von mehreren tausend
Datenpunkien umfassen, die erkennen lassen, wie sich ein Eingangsspannungssignal während einer Meßdauer
ändert, innerhalb deren die Spannung im Anschluß an den Beginn der Meßdauer mehrere tausendmal
gemessen wird. Die Meßwerte werden dabei in einen Speicher, z. B. einen digitalen Speicher, eingespeichert.
Die eingespeicherten Daten werden aus dem Speicher wiederholt ausgelesen, um beispielsweise auf dem
Schirm einer Kathodenstrahlröhre eine Wiedergabe in rechtwinkligen Koordinaten zu erhalten.
Ein Nachteil derartiger bekannter digitaler Meßvorrichtungen ist, daß die Wiedergabeeinheiten keine
ausreichende Auflösung haben, um Tausende von Datenpunkten auf sinnvolle Weise anzuzeigen. Aber
selbst wenn die Wiedergabeeinheiten eine ausreichende Auflösung besitzen, werden über die Schaltungsanordnung,
mittels deren die Wiedergabe ausgehend von dem Speicher erfolgt, so viele Störkomponenten und
Ungenauigkeiten eingeführt, daß ein genaues Ablesen der Wiedergabe schwierig ist. Hinzu kon.mt, daß die
Wiedergab·; mittels des menschlichen Auges abgelesen
wird, das nicht in der Lage ist, bestimmte auf dem Bildschirm einer typischen Kathodenstrahlröhre
wiedergegebene Details ohne optische Hilfsmittel aufzulösen.
Infolgedessen besteht ein Bedürfnis danach, den Wiedergabemaßstab, insbesondere in der waagerechten
Achse, elektrisch derart zu dehnen, daß jeweils nur eine beschränkte Anzahl von Datenpunkten wiedergegeben
wird, wobei der Meßtechniker bestimmen kann, welche Datenpunkte wiedergegeben werden sollen.
Ein für die Dehnung üblicherweise benutztes Verfahren besteht darin, daß Spannungen, mittels deren
die waagerechte Ablenkung des Strahls der Kathodenstrahlröhre gesteuert wird, elektrisch verstärkt werden.
Dabei wird der Ablenkspannung eine von dem Meßtechniker vorgegebene Vorspannung überlagert, so
daß der Meßtechniker einen bestimmten Teil der Daten auf dem Bildschirm erscheinen lassen kann, während
andere Teile der Daten auf Grund der Spannungsverstärkung nicht mehr auf den Bildschirm kommen. Eine
solche Spannungsverstärkung ist praktisch brauchbar, wenn nur einige hundert Datenpunkte interessieren.
Müssen jedoch mehrere tausend Datenpunkte berücksichtigt werden, eignet sich das Spannungsverstärkungsverfahren
nicht mehr, weil Rauschkomponenten und Ungenauigkeiten auftreten, die in die Entschlüsselung
der digitalen Werte für die waagrechte Stellungssteuerung eingeschleppt werden. Sind beispielsweise 4096
Koordinaten vorhanden, ist ein 12-Bit-Analog-Digital-Umsetzer
erforderlich. Dieser Umsetzer muß aber eine Genauigkeit haben, die wesentlich besser als ein Teil auf
4096 ist, wenn einzelne Koordinaten auf dem Bildschirm als diskrete Punkte und nicht nur als unscharfe
Liniensegmente wiedergegeben werden sollen. Die Vorspannungen und die Verstärkerstufen müssen
ebenfalls äußerst stabil und genau sein. Beim derzeitigen Stand der Technik sind auch die kompliziertesten und
kostspieligsten Horizontalablenksteuerschaltungen kaum in der Lage, bei Geräten mit 4096 Koordinatenwerten für eine brauchbare Maßstabsdehnung durch
Spannungsverstärkung zu sorgen; ihr Einsatz ist indiskutabel, wenn es darum geht, noch größere
Anzahlen von Datenpunkten, beispielsweise 16 000 oder
mehr Punkte, zu verarbeiten.
Zur Lösung dieses Problems wird entsprechend einem anderen bekannten Verfahren jeweils nur ein Teil
der Information aus dem Speicher ausgelesen. Dabei werden die Speicher entsprechend einer vorbestimmten
Adressenfolge ausgelesen, wobei die Adressenzahl zur Vorgabe der waagrechten Stellung benutzt wird,
während mittels des entsprechenden Datenwerts für eine bestimmte Adressennummer die lotrechte Stellung
gesteuert wird. Der Digital-Analog-Umsetzer für die Horizontaleinstellung kann bei einem mit 4096 Punkten
arbeitenden System ein 12-Bit-Umsetzer sein. Um für
eine Maßstabsvergrößerung zu sorgen, können dabei zürn Beispiel die zehn niedrigeren Bits der Adresser.zahl
den zehn oberen Bits des Digital-Analog-Umsetzers zugeführt werden. Die zwei höheren Bits der Adressenzahl
bleiben unberücksichtigt Für gewöhnlich wird jedoch das Speicherausleseverfahren so gesteuert, daß
nur ein Viertel des Speichers adressiert wird. Beispielsweise
könnte der Meßtechniker die Adressen 0-1023, 1024-2047, 2048-3071, 3072-4095 auswählen. Für
jede dieser Adressengruppen sind die nicht berücksichtigten zwei höheren Bits innerhalb der Gruppe die
gleichen, so daß keine Mehrdeutigkeiten entstehen. Es wird damit eine vierfache Maßstabsdehnung erreicht,
ohne daß Fehler eingeschleppt werden, weil die Dehnung digital und damit genau erfolgt. Bei einer
solchen waagrechten Maßstabsdehnung kommt es aber wegen der Beschränkung auf bestimmte Datengp.ippen
oft vor, daß nur ein Teil der für den Meßtechniker jeweils interessanten Daten zu einem bestimmten
Zeitpunkt auf der gedehnten Skala beobachtet werden kann. Dies macht die Ablesung schwierig; es muß
ständig von einer Datengruppe mit gedehntem Maßstab auf eine andere umgeschaltet werden, um den
interessierenden Bereich beurteilen zu können. Außerdem werden die Schaltungen und Steuerungen, mittels
deren der Meßtechniker auswählen kann, welcher der Informationsblöcke wiedergegeben werden soll, bei
Dehnungsfaktoren von über vier zunehmend komplizierter, obwohl bei Vorrichtungen mit 4096 oder mehr
Koordinatenwerten Maßstabsdehnungen um den Faktor 64 und mehr erwünscht sind. Diese Schwierigkeit hat
im allgemeinen beschränkte und unzureichende Dehnungsfaktoren zur Folge.
Es ist ferner eine Ablenkschaltung für Oszillographen bekannt (US-PS 29 62 625), die eine vergrößerte
Wiedergabe gestattet, bei der aber der zu vergrößernde Ausschnitt der Wiedergabe nicht wählbar, sondern von
vorbestimmten Signalkennwerten, insbesondere der Amplitude und der Änderungsgeschwindigkeit des
Meßsignals, abhängig ist. Für diesen Zweck ist ein Detektor vorgesehen, der bei Überschi eiten eines
vorbestimmten Schwellwerts der Signalamplitude oder Signaländerungsgeschwindigkeit eine Pegelverschiebeeinrichtung
mit einem Pegelverschiebesignal sowie die Ablenkschaltung mit einem Ablenkänderungssignal
beaufschlagt. Letzteres bewirkt, daß die Ablenkschaltung die Horizontalablenkgeschwindigkeit des Kathodenstrahls
vergrößert, während das Pegelverschiebesignal die Nullinie des Oszillogramms auf dem Bildschirm
verschiebt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Meßvorrichtung zu schaffen, die eine Maßstabsdehnung
mit vorwählbarem Vergrößerungsfaktor im Bereich jedes beliebigen von der Wiedergabeeinheit
dargestellten Datenpunktes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Meßvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
gelöst durch eine an den Speicher und die Wiedergabeeinheit angeschlossene Gebereinrichtung zur Auswahl
und Markierung eines beliebigen Datenpunktes, und eine mit der Gebereinrichtung und der Wiedergabeeinheit
verbundene Stelleinrichtung, die an die Gebereinrichtung und die Wiedergabeeinheit einen vorwählbaren
Vergrößerungsfaktor liefert, wobei die Gebereinrichtung mit einer Steuereinrichtung versehen ist, die
auf Grund des ausgewählten Datenpunktes und des vorgewählten Vergrößerungsfaktors die Adressen und
Wiedergabestellungen derjenigen Datenpunkte bestimmt, die auf der Wiedergabeeinheit darzustellen sind.
Die Vorrichtung nach der Erfindung erlaubt Maßstabsdehnungen um Faktoren, die der Meßtechniker
beliebig wählen kann. Die gedehnte Wiedergabe kann im Bereich jedes beliebigen erfaßten Datenpunktes
erfolgen. Die Vorrichtung arbeitet weitgehend störungssicher; sie· läßt sich mit vergleichsweise geringem
Aufwand aufbauen.
Die Vielseitigkeit der Meßvorrichtung läßt sich weiter dadurch erhöhen, daß die Gebereinrichtung eine
Wählstufe zum Ändern des gewählten und markierten Datenpunkts in einen anderen wiedergegebenen Datenpunkt
aufweist Dabei ist vorzugsweise an die Gebereinrichtung und die Stelleinrichtung eine Steuerstufe
angeschlossen, mittels deren die Änderungsgeschwindigkeit, mit der von einem ausgewählten
Datenpunkt zu einem anderen übergegangen wird, um einen Faktor änderbar ist, der dem ausgewählten
Vergrößerungsfaktor umgekehrt proportional ist. Diese Auslegung verhindert, daß sich bei hohen Vergrößerungsfaktoren
die Wiedergabe so rasch ändert, daß dem Meßtechniker eine genaue Steuerung unmöglich wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Geber- und die Steuereinrichtung mit Steuerstufen
ausgestattet, die bewirken, daß der ausgewählte Datenpunkt in waagrechter Richtung stets in der Mitte
der optischen Wiedergabe der Wiedergabeeinheit liegt. Die Gebereinrichtung kann ferner vorteilhaft mit einer
Steuerstufe zum Aufhellen des ausgewählten Datenpunktes auf der Wiedergabeeinheit ausgestattet sein.
Beide Maßnahmen tragen dazu bei, die Darstellung besonders übersichtlich zu machen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. la bis Ie Darstellungen von Wiedergaben bekannter digitaler Meßgeräte,
F i g. 2a bis 2c Darstellungen der Wiedergabe der digitalen Meßvorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 3a bis 3c weitere Darstellungen der Wiedergabe der digitalen Meßvorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 4 ein Blockschaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 5 ein Blockschaltbild des Stellungszählerteils der Vorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 6 ein Blockschaltbild des Ausleseadressenzählerteils der Vorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 7 ein Blockschaltbild des Schaltungsteils, mittels dessen die wiederzugebenden Adressen bei gedehnter
Wiedergabe bestimmt werden, und
F i g. 8 ein Blockschaltbild des Schaltungsteils, mittels dessen die Stellung der wiedergegebenen Datenpunkte
in gedehntem Maßstab bestimmt wird.
In den Fig. 1, 2 und 3 sind die Wiedergaben durch Kurven dargestellt, um die Erläuterung zu vereinfachen.
Tatsächlich besteht jede der Wiedergaben nach den F i g. 1 bis 3 aus einer Mehrzahl von Datenpunkten.
Die Fi g. la bis Ie zeigen mehrere Darstellungen der
Wiedergabe eines bekannten Gerätes der vorstehend erläuterten Art, bei dem der Meßtechniker zwischen
einer vorbestimmten Anzahl von Blöcken oder Gruppen von Adressen wählen kann. Aus Fig. la ist
beispielsweise eine Wiedergabe in nicht vergrößerter Form zu erkennen. Die Fig. Ib bis Ie zeigen das
Aussehen der Wiedergabe mit vierfacher Vergrößerung für die vier Datenblöcke. In den Fig. Ib und Ic sind
normale Adressenblöcke in einem gedehnten Maßstab dargestellt. Aus den Fig. Id und Ie ist das oben
erwähnte Problem zu erkennen, daß ein Teil der interessierenden Daten dem Maßtechniker nicht voll
zur Verfugung steht. So ist in Fig. Id ein Teil des
interessierenden Kurvenverlaufs am rechten Ende abgeschnitten, während in Fig. Ie ein Teil der
interessierenden Daten auf der linken Seite abgeschnitten ist. Um daher den interessierenden Bereich zu
beobachten, ist der Meßtechniker auf die vorbestimmten Adressengruppen oder -blöcke beschränkt; er muß
bei der Beobachtung des interessierenden Bereichs ständig zwischen der Fig. Id und der Fig. Ie hin und
her schalten.
Für den restlichen Teil der vorliegenden Beschreibung sei angenommen, daß es sich bei der Wiedergabeeinheit
der digitalen Meßvorrichtung um eine Kathodenstrahlröhre handelt und daß die waagerechte
Ablenkung unter Verwendung eines Digital-Analog-Umsetzers erfolgt, dem Adressenwerte (Abszissenwerte)
in digitaler Form zugeführt werden. Grundsätzlich können aber auch andere Wiedergabeeinheiten eingesetzt
werden, beispielsweise eine Tafel mit in Matrixform angeordneten lichtemittierenden Elementen. Das
vorliegend beschriebene Vorgehen läßt sich ohne weiteres auch für die bei einem solchen Gerät
erforderliche Sp?ltenwahl heranziehen. Derzeit ist die
Kathodenstrahlröhre als bevorzugte Wiedergabeeinheit anzusprechen, da sie ohne weiteres zur Verfügung
steht und vergleichsweise preiswert ist.
Die mittels der Vorrichtung nach der Erfindung erhaltenen Wiedergaben sind in den Fig. 2 und 3
dargestellt. F i g. 2a zeigt eine typische Wiedergabe in nicht gedehnter Form, wobei ein mit As bezeichneter
Datenpunkt aufgehellt ist. Diesen Datenpunkt hat der Meßtechniker in einer noch zu beschreibenden Weise
vorgewählt; vorzugsweise bestimmt er den Mittelpunkt des Bereichs, der angezeigt wird, wenn mit gedehnter
Wiedergabe gearbeitet wird.
Die F i g. 2b und 2c zeigen das Aussehen der gedehnten Wiedergabe für den Fall einer vierfachen
bzw. einer achtfachen Dehnung. Der gewählte Datenpunkt A1 bleibt in waagrechter Richtung in der
Schirmmitte, ohne daß darauf die Vergrößerung der Dehnungsfaktoren einen Einfluß hat. Die übrigen
Datenpunkte liegen links und rechts von As, wobei die Bildschirmmitte als der Punkt wiedergegeben wird, um
den herum die Dehnung stattfindet. In F i g. 3a ist die gleiche Kurve in nicht gedehnter Wiedergabe dargestellt,
doch ist dabei der Datenpunkt /\( nach rechts
verschoben. Die F i g. 3b und 3c zeigen das Ausehen gedehnter Wiedergaben für diesen Fall, wobei mit
vierfacher bzw. mit achtfacher Dehnung gearbeitet wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung kann der Meßtechniker die
Wahl des Datenpunktes A, sowohl bei gedehnter
Wiedergabe als auch bei nicht gedehnter Wiedergabe ändern, das heißt den Punkt As so verschieben, daß. er in
der nicht gedehnten Wiedergabe nach links oder nach rechts wandern würde. Die Lage des Punktes As kann
mit unterschiedlichen Schrittgeschwindigkeiten um jeweils eine Koordinate nach links oder nach rechts
verschoben werden. Wird die Lage des Punktes As geändert, während mit gedehnter Wiedergabe gearbeitet
wird, bleibt der aufgehellte Punkt in waagrechter Richtung in Schirmmitte stehen, während sich die von
der Wiedergabe dargestellte Kurve nach rechts oder links über den Bildschirm zu bewegen scheint. Die
Geschwindigkeit, mit der die Kurve während einer gedehnten Wiedergabe nach links oder nach rechts
läuft, wird derart vorgegeben, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Adresse des gewählten Punktes für
höhere Vergrößerungen proportional kleiner wird. Bei vorgegebener Vergrößerung ist daher die Geschwindigkeit,
mit der sich ein bestimmter Punkt über den Bildschirm bewegt, während die Stellung des Punktes A5
geändert wird, im wesentlichen konstant. Ohne eine solche Verstellung der Änderungsgeschwindigkeit wäre
es schwierig, einen bestimmten Bildteil bei hohen Vergrößerungen in die Bildschirmmitte zu bringen, da
sich die Bildteile rasch über den Bildschirm bewegen würden.
Außerdem werden vorzugsweise, obwohl dies in den F i g. 2 und 3 der Deutlichkeit halber nicht dargestellt ist,
dauernd der Spannungswert und der Zeitwert des gewählten Datenpunktes in numerischer Form wiedergegeben,
so daß der Meßtechniker exakte Informationen für jeden beliebigen Punkt des Signalverlaufs
gewinnen kann, indem er diesen Punkt einfach als Datenpunkt As anwählt. Eine derartige numerische
Wiedergabe ist an sich bekannt (US-PS 36 62 373). Vorliegend werden für die Auswahl des numerisch
wiederzugebenden Datenpunktes dieselben Wählschaltungen und Steuerungen herangezogen, die auch für die
Auswahl des Bereichs benutzt werden, der in analoger
■»ο Form in waagerechter Richtung gedehnt wiedergegeben
werden soll.
Zunächst seien allgemein Aufbau und Funktion der vorliegend vorgesehenen neuartigen Dehnungs- und
Auswahlstufen diskutiert. Bei der bevorzugten Ausführungsform
sind eine Meßschaltung und ein digitaler Speicher vorgesehen, in den die Meßergebnisse
systematisch eingespeichert werden. Die Meßschaltung als solche soll nur als Beispiel dienen; bei der
veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform eignet sie sich für die Messung einer in Abhängigkeit von
der Zeit schwankenden Spannung. Andere Messungen, beispielsweise eine Impulshöhenanalyse, lassen sich mit
Schaltungen vornehmen, die dem Fachmann ohne weiteres zur Verfügung stehen und die mit der
Vorrichtung nach der Erfindung ohne weiteres kombiniert werden können. Es sei angenommen, daß der
digitale Speicher bei der beschriebenen Ausführungsform 4096 Wörter zu je 12 Bits faßt. Es sei ferner
angenommen, daß die gemessenen Spannungswerte der Reihe nach in den Speicher eingegeben werden, und
zwar der erste Meßwert in die Adresse 0, der letzte in die Adresse 4095.
Bei der nicht gedehnten Wiedergabe ist ein Punkt markiert oder aufgehellt, um die Mitte des Bereichs zu
kennzeichnen, der wiedergegeben wird, wenn mit gedehnter Wiedergabe gearbeitet wird. Die Anzeige
der Ausdehnung des ausgewählten Bereichs ergibt sich unmittelbar aus der Einstellung eines Vergrößerungs-
wählschalters.
Während der vergrößerten Wiedergabe sind verschiedene arithmetische. Funktionen für die Wiedergabesteuerschaltungen
erforderlich:
1. Aus der Adressenzahl des gewählten Datenpunktes und aus der gewünschten Vergrößerung muß die
Adressenzahl des ersten wiederzugebenden Datenpunktes berechnet werden. Bei der beschriebenen
Ausführungsform wird beispielsweise mit 4096 Datenpunkten gearbeitet. Hat der vorgewählte
Datenpunkt die Adressenzahl A5 und beträgt der Vergrößerungsfaktor M= 4, dann liegt für gewöhnlich
die Adresse des ersten wiedergegebenen Punktes um 512 Adressen niedriger als A5. Definiert
man Ao als die Adresse des ersten wiederzugebenden
Punktes, so gilt für die meisten Fälle
A0 = As-4096/2M
2. Bezüglich der vorstehenden Ziffer 1 bestehen Ausnahmen. Falls As-4096/2M kleiner als 0 ist, ist
die erste zu berücksichtigende Adresse die Adresse 0, die keine negativ numerierten Speicheradressen
vorhanden sind. Dieser Fall ist in. F i g. 2b gezeigt. Es müssen Schaltungsanordnungen vorhanden sein,
die erkennen, daß A5-4096/2M negativ ist und die
bewirken, daß in solchen Fällen Ao zu 0 wird.
3. Im allgemeinen liegt der erste wiedergegebene Punkt am linken Rand des Bildschirms, wie dies in
den Fig.2c, 3b und 3c veranschaulicht ist. Eine Ausnahme ist dann gegeben, wenn A5-4096/2M
negativ wird. In solchen Fällen wird der erste Punkt, d. h. der der Bedingung A0 = O entsprechend
Fig.2b entsprechende Punkt, in einer Stellung x= 2048 — MA5 wiedergegeben, wenn man annimmt,
daß die Stellung x=0 am linken Rand des Bildschirms und die Stellung *=4095 am rechten
Bildschirmrand liegt. Schaltungsstufen, die auf die Erkennungsschaltungen ansprechen, welche ermitteln,
daß A5-4096/2M negativ ist, sorgen dafür,
daß der erste wiedergegebene Punkt in solchen Fällen bei χ=2048 — MA5 und anderenfalls bei x=0
liegt.
4. Es müssen Schaltungsanordnungen vorgesehen sein, die dafür sorgen, daß aufeinanderfolgende
Punkte im Anschluß an die Wiedergabe des ersten Punktes nacheinander in waagrechter Richtung
jeweils einen gegenseitigen Abstand von M Einheiten haben.
5. Es sind Schaltungsanordnungen erforderlich, die erkennen, wann der letzte Datenpunkt der
ausgewählten Datenpunktgruppe wiedergegeben wurde. In einigen Fällen könnte dies auf der Basis
der Anzahl der wiedergegebenen Punkte geschehen, die für gewöhnlich 4096/M beträgt, da auf dem
Bildschirm im wesentlichen nur diese Anzahl von Punkten verarbeitet werden kann. In Fällen, wie sie
in den F i g. 2b oder 3b gezeigt sind, wird jedoch mit einer geringeren Anzahl von Punkten gearbeitet
Diese Basis ist daher in manchen Fällen ungeeignet Infolgedessen müssen Erkennungsschaltungen vorgesehen
werden, die auf einer anderen Basis als einer Auszählung der Anzahl der bereits wiedergegebenen
Punkte ermitteln, wann der letzte Punkt wiedergegeben wurde. Eine brauchbare Grundlage
dafür besteht darin, daß davon ausgegangen wird, daß der letzte Punkt der ausgewählten Gruppe
erreicht ist, wenn die Koordinate, deren Adressenzahl 4095 beträgt, wiedergegeben wird, oder wenn
sich die wiedergegebene Koordinate in der Schirmstellung χ=4096 - Mbef indet.
Die bevorzugte Ausführungsform ist mit Rechen- und Erkennungsstufen der oben erwähnten Art ausgestattet.
Sie weist Digital-Analog-Umsetzerschaltungen auf, die die digitalen Informationen für die Wiedergabestellung
in geeigneten Ablenkspannungen umwandeln, mittels
ίο deren sowohl die waagrechte als auch die lotrechte
Ablenkung der Kathodenstrahlröhre entsprechend gesteuert wird. Ferner sind Mittel vorgesehen, die es
erlauben, die Auswahl eines bestimmten Datenpunktes als Mittelpunkt der bei Vorwahl einer gedehnten
Darstellung wiederzugebenden Punktegruppe in der einen oder der anderen Richtung zu ändern. Unter
Mittelpunkt wird dabei der Punkt verstanden, der in der Stellung x=2048, das heißt der Mitte des Bildschirms,
wiedergegeben wird.
F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild der obengenannten Schaltungsanordnung. Ein Analog-Digital-Umsetzer 1,
ein Taktgeber 3, ein Adressenzähler 6 und ein Adressenwähler 5 arbeiten derart zusammen, daß in
vorbestimmten Zeitpunkten digitale Informationen bezüglich der Amplitude der Eingangssignalspannungen
eingespeichert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform findet während des Meßvorgangs keine
Wiedergabe statt; der Adressenwähler läßt nur die Meßadressen auf einen Speicher 2 einwirken. Während
der Wiedergabevorgänge wählt dagegen der Wähler 5 nur Wiedergabeadressen aus.
In gewissen Fällen kann es dagegen zweckmäßig sein. Meß- und Wiedergabevorgänge miteinander zu kombinieren.
Dafür kann durch geeignete Schaltungsauslegung ohne weiteres gesorgt werden.
Ein Taktgeber 15, ein Ausleseadressenzähler 14, Rechenschaltungen 22, ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler
23 und ein Wiedergabestellungszähler 11 bestimmen die
die Stellung darstellenden digitalen Werte und die Speicheradressen des ersten oder am weitesten links
liegenden Wiedergabepunktes, die Stellungswerte und die Adressen der übrigen wiederzugebenden Datenpunkte
und die Anzahl der wiedergegebenen Datenpunkte; sie geben entsprechende Informationen an die
übrigen Schaltungsteile ab.
Der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 23 entspricht der Adressenzahl des gewählten »mittleren«
Datenpunktes. Der Zählerstand des Zählers 23 kann über einen Steuerschalter 79 in Vorwärts- oder
Rückwärtsrichtung geändert werden. Mit Hilfe eines Vergrößerungswählschalters 41 gibt der Meßtechniker
den Vergrößerungs- oder Dehnungsfaktor vor. Bei der bevorzugten Ausführungsform kann ein Vergrößerungsfaktor
M von 1, 2, 4, 8, 16 oder 32 ausgewählt werden.
Zwei Digital-Analog-Umsetzer 8 und 9 nehmen die den Ordinatenwerten bzw. den waagrechten Stellungen
entsprechenden digitalen Informationen vom Speicher 2 und dem Wiedergabestellungszähler 11 auf, um den
Strahl einer Kathodenstrahlröhre 10 entsprechend abzulenken.
Ein Vergleicher 7 ermittelt wann die während der Wiedergabevorgänge gerade vom Speicher 2 benutzte
Adresse dem Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 23 entspricht Sobald eine solche Äquivalenz
festgestellt wird, gibt der Vergleicher 7 eine Ausgangsspannung an die Wiedergabeeinheit 10, wodurch der
betreffende wiedergegebene Datenpunkt zwecks Iden-
tifizierung oder Markierung aufgehellt wird. Der Vergleicher 7 gibt dieses Spannungssignal außerdem an
einen Zwischenspeicher 64; dieses Signal ermöglicht eine Eingabe der entsprechenden digitalen Ordinate in
den Zwischenspeicher 64. Eine Wiedergabeeinheit 70 gibt in numerischer Form den Ordinatenwert des
Datenpunkts mit der ausgewählten Adressenzahl wieder. Mittels einer weiteren Wiedergabeeinheit 72
wird in numerischer Form der Wert der Adresse, die dem angewählten Datenpunkt entspricht, laufend
wiedergegeben.
Der Taktgeber 15 liefert über eine Teilerstufe 25 eine ständige Folge von Impulsen an den Schalter 79. Die am
Schalter 79 erscheinenden Impulse haben eine Frequenz, die dem Wert der mittels des Schalters 4j is
gewählten Vergrößerung umgekehrt proportional ist.
Um die Arbeitsweise der Vorrichtung nach F i g. 4 zu verstehen, muß man sich klarmachen, daß sich die
vorliegende Vorrichtung von bekannten digitalen Meß- und Wiedergabegeräten insbesondere hinsichtlich der
Art und Weise unterscheidet, in der der Speicher während Wiedergabevorgängen adressiert wird und in
der die waagrechte Wiedergabestellung bestimmt wird. Für das Adressieren des Speichers muß eine Reihe von
Adressenzahlen in einer Schrittfolge erzeugt werden, die mit einer bestimmten, als Aa bezeichneten Nummer
beginnt und mit einer höheren Adressennummer endet, deren Größe davon abhängt, welche Wiedergabemaßstabsvergrößerung
benutzt wird und welcher Teil des gemessenen Spannungsverlaufs wiedergegeben wird.
Die Steuerung für die waagrechte WiedergabesteJIung erzeugt eine Folge von Stellungszahlen, die mit einer so daß
bestimmten, als Xa bezeichneten Zahl beginnt und mit
einer höheren Stellungszahl endet, deren Größe ebenfalls von der benutzten Vergrößerung und davon
abhängt, welcher Teil des Signalverlaufs gerade wiedergegeben wird.
Es kann angenommen werden, daß der Speicher 2 mit 4096 Adressenstellen ausgestattet ist, in die 4096
gemessene Spannungswerte, vorliegend als Ordinaten bezeichnet, eingespeichert wurden. Der Bildschirm ist
im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Schirm einer Kathodenstrahlröhre. Man kann annehmen, daß er eine
Breite von 4096 Einheiten hat. Abstände in waagrechter Richtung können als vom linken Rand der Bildfläche
gemessen betrachtet werden. Der Abstand von diesem Rand nach rechts bis zu einer bestimmten Stellung wird
als der Abstand χ definiert Die Strahlablenkschaltung spricht auf das Anlegen einer bestimmten waagrechten
Stellungszahl der Größe χ in der· Weise an, daß sie den
Strahl um .*■ Einheiten nach rech is ausgehend vom linken
Rand ablenkt.
Es müssen zwei miteinander verknüpfte aber für gewöhnlich unterschiedliche Zahlenfolgen erzeugt werden,
von denen die eine das Adressieren des Speichers und die andere die Strahlablenkung steuert Die Zahlen
innerhalb dieser Folgen können als A, und x-, für die j-te
Zahl der Adressensteuerfolge bzw. der Stellungssteuerfolge definiert werden. Die /te Zahl beider Folgen wird
den Speicheradressier- und Strahlablenkschaltungen im wesentlichen gleichzeitig zur Verfügung gestellt Die daher ist
betreffenden Zahlen stehen für eine gewisse Zeitspanne, beispielsweise 10 μκ, zur Verfügung, bevor das nächste
Zahlenpaar an die Adressier- und Strahlablenkschaltungen gegeben wird.
Die Zahlenfolgen können kurz wie folgt definiert werden. Die Folge der Adressenzahlen lautet:
Ao, Αι, Α2, A3, A*... ,A(k-i)
Ao, Αι, Α2, A3, A*... ,A(k-i)
wobei A0 einen bestimmten zu definierenden Wert hat,I
A, = Α,ϊ-ΐ)+! ist und k eine Konstante darstellt, diel
ebenfalls einen bestimmten, zu definierenden Wert hat[ Die Folge von Stellungszahlen lautet:
X0,X\,X2,X3 . . . , X(k- 1) »
wobei ATo einen bestimmten, zu definierenden Wert hat, |
der nicht unbedingt gleich A0 ist, und wobei gilt
Die Zahl A0 ist gleich der Größe Aj-4096/2M, sofern
diese Größe nicht negativ ist; im letztgenannten Falle ist | Ao = O. Die Zahl x0 hat den Wert 2048-MA5, falls)
(As-4096/2M)negativ ist; andernfalls ist X0 = O.
jede der beiden Folgen umfaßt k Zahlen, k ist eine
positive ganze Zahl, die gleich der kleinsten ganzen Zahl ist, welche die Bedingungen A(*_i)<4096 und
x(k-1) < 4096 erfüllt.
Sind ein bestimmter Vergrößerungsfaktor Mund eine bestimmte vorgewählte Koordinatenadressenzahl A5
gegeben, lassen sich beide Zahlenfolgen leicht bestimmen. Die in den F i g. 2b und 3b veranschaulichten Falle
stellen typische Beispiele dar; für beide werden die Zahlenfolgen nachstehend diskutiert.
Die in F i g. 2b gezeigte Situation ist vergleichbar dem
Fall, für den die Adressenzahl As der vorgewählten
Koordinate 490 beträgt und M= 4 ist.
(A5- 4096/2Λ/;= - 22, infolgedessen A0 = 0
und X0 = 2048 -MA5= 88
A0 = A, = A2 = |
0 1 2 |
88 92 96 |
(Ar-I). |
Af*_i) | = | _ | |
Ferner folgt | |||
Xo =
X2 = |
4092 | ||
*<*-0 |
Die Konstante k wurde einfach dadurch bestimmt, daß die Folgen fortgesetzt wurden, bis eine von ihnen
die größte Zahl erreicht hat, die kleiner als 4096 ist In beiden Folgen sind notwendigerweise k Zahlen
vorhanden; in diesem Falle ist k= 1002.
Die in Fig.3b wiedergegebene Situation ist vergleichbar
dem Fall, für den As=3843 und M= 4.
(As- 4096/2Λ/;= 3331, so daß
A0 = 333 !und X0 = O
Ao = 3331
Ai = 3332
A2 = 3333
Ai = 3332
A2 = 3333
A(k-\) = 4095; fit-1) beträgt 764, da von 3331 bis
4095 insgesamt 764 Terme vorhanden sind.
Ferner folgt
Xo = 0
x, = 4
X2 = 8
x, = 4
X2 = 8
x(k-\) = 3056
Keine der mit der Erzeugung dieser Zahlenfolgen verbundenen Berechnungen ist schwierig. Dies gilt'
insbesondere für die bevorzugte Ausführungsform, bei der M stets eine ganzzahlige Potenz von 2 ist, wodurch
es besonders einfach wird, den Quotienten 4096/2Ai zu bilden. Nachdem die Anfangszahlen der Folgen, d. h. Ao
und xq, berechnet sind, können die übrigen Zahlen der
Folgen auf einfache Weise mit Hilfe von Binärzählern errechnet werden, weil sich aufeinanderfolgende Glieder
einer Folge jeweils um eine ganze Zahl unterscheiden. Es ist ferner einfach festzustellen, wann das k-te
Glied in einer der beiden Folgen erreicht ist, indem diese Zähler mit Übertragungsschaltungen ausgestattet werden.
Bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform ist es erwünscht, die beiden Zahlenfolgen den Adressier-
und Ablenkschaltungen wiederholt zuzuführen; außerdem ist es zweckmäßig, die y'-te Zahl beider Folgen im
wesentlichen gleichzeitig anzuliefern. Dies wird auf die im folgenden erläuterte Weise erreicht.
F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils der der Erzeugung der Stellungszahlenfolge dienenden Schaltungsanordnung.
Es ist ein Speicherregister 100 vorgesehen, bei dem es sich um ein 12 Bit-Flip-Flop-Register
handelt, das nach Zuführen jedes über eine Leitung 13 angelieferten Taktimpulses einen von zwei
Zuständen einnimmt. Dabei entspricht der eine dem Fall, daß das aus einer 12 Bit-Zahl bestehende
Ausgangssignal einer Additionsstufe 102 über ein 12 Leitungen umfassendes Kabel 110 übertragen wird. Der
andere Zustand entspricht dem Fall, daß eine Anfangsstellungszahl
xo von noch zu beschreibenden externen Schaltungen aus" über ein 12 Leitungen umfassendes
Kabel 28 angelegt wird. Wenn die von einer ODER-Schaltung 101 über eine Leitung 18 zugeführte
Spannung positiv ist, nimmt das Register den Zustand xo
ein; andernfalls nimmt das Register den Zustand ein, der dem Ausgangssigna] der Additionsstufe entspricht. Das
Register 100 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut. Es kann beispielsweise aus drei integrierten Schaltungen
bestehen, wie sie von der Firma Texas Instruments, Inc. unter der Typenbezeichnung 7498TTL auf den Markt
gebracht werden und die in der vom Hersteller zur Bildung eines 12 Bit-Registers empfohlenen Weise zu
verdrahten sind. Derartige Register sprechen auf eine Flanke des Taktimpulses an und nehmen daraufhin
Informationen auf, die in diesem Augenblick an den Eingangsklemmen vorliegen. Das Ausgangssignal ändert
sich zwar rasch, so daß es unter dem Einfluß der Additionsstufe zu einer schnellen Änderung der Größe
der Eingangszahl kommen kann. Derartige Änderungen der Eingangszahl treten jedoch auf, nachdem die
Taktimpulsflanke das Register aufgesteuert hatte, so daß dessen Funktion bis zum Auftritt des nächsten
Taktimpulses durch die geänderte Eingangszahl unbeeinflußt bleibt. Der Stand des Registers wird an noch zu
beschreibende externe Schaltungsanordnungen sowie
über ein 12 Leitungen umfassendes Kabel 66 an die Additionsstufe 102 übermittelt. Bei der Additionsstufe
102 handelt es sich um eine herkömmliche 12 Bit-Binäradditionsstufe, die im wesentlichen ständig die
Summe aus der vom Register 100 kommenden 12 Bit-Zahl und einer Konstanten liefert, die gleich M, dem
Vergrößerungsfaktor, ist und die über Leitungen 203'-208' von Torschaltungen 103-108 angelegt wird.
M hat sechs mögliche Werte, und zwar 1,2,4,8,16 oder
32, die durch Massepotentiale auf allen Leitungen 203'—208' mit Ausnahme einer Leitung dargestellt
werden, die positiv ist. Der Wert M= 1 wird dadurch dargestellt, daß mit Ausnahme der Leitung 208' alle
Leitungen 203'—208' auf Massepotential liegen. Für M= 2 gilt das gleiche, mit der Ausnahme, daß die
Leitung 207' positiv ist. Für Λί=4, 8, 16 und 32 ist dagegen die Leitung 206' bzw. 205' bzw. 204' bzw. 203'
positiv. Bei den Torschaltungen 103—108 handelt es sich um herkömmliche Schaltungsanordnungen, beispielsweise
logische TTL-Gatter. Sie nehmen von einer noch zu beschreibenden externen Quelle eine verschlüsselte
Zahl in Form von 3 Bit-Binärzahlen über Leitungen 76, 77 und 78 auf. Das niedrigstwertige Bit läuft über die
Leitung 76, das höchstwertige Bit über die Leitung 78.
Die bei der Darstellung der Torschaltungen 103 bis 108
verwendeten herkömmlichen Symbole lassen erkennen, wie mit Ausnahme der jeweils gewünschten Leitung alle
anderen Leitungen 203'—208' auf Massepotential gehalten werden. Die Übertragung des Wertes M in
Form dieses 3 Bit-Codes statt in Form einer herkömmlichen Binärzahl erfolgt, um das Zusammenspiel
mit anderen Schaltungsanordnungen zu erleichtern, bei denen Multiplikations- und Divisionsvorgänge
stattfinden.
Die ODER-Schaltung 101 gibt ein positives Ausgangssignal auf die Leitung 18, wenn von der
Additionsstufe 102 ein positives Übertragungsausgangssignal an eine Leitung 109 geht oder wenn ein weiteres,
noch zu beschreibendes Übertragssignal, das über eine Leitung 80 läuft, positiv ist. Dieses mit dem Übertrag der
Additionsstufe 102 oderverknüpfte Übertragungssignal läßt erkennen, daß die k-te Stellungszahl der Folge
erreicht ist, so daß der nächste über die Leitung 13 laufende Taktimpuls veranlaßt, daß das Register 100 den
der Anfangsstellung x0 äquivalenten Zustand annimmt.
Die Ausgangssignale des Registers 100 entsprechen
infolgedessen der gewünschten Folge xo, xo
F: g. 6 zeigt die zur Erzeugung der Adressenzahlenfolge
vorgesehene Schaltungsanordnung. Sie weist ein Register 112 auf, dessen Aufbau mit demjenigen des
Registers 100 nach F i g. 5 übereinstimmt. Die von einer Inkrement-Additionsstufe 113 gebildete Summe ist stets
gleich dem jeweiligen Zustand des Registers 112 plus 1.
Dies wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß eine gewöhnliche Additionsstufe verwendet wird, bei der
sämtliche Addendeneingänge an Masse liegen, während das Signal am Übertragseingang bejahend ist. Das
Register 112 nimmt nach Einlaufen jedes über die Leitung 13 eingehenden Taktimpulses entweder einen
Zustand an, der um 1 höher als der Stand unmittelbar vor dem betreffenden Taktimpuls ist, oder aber einen
Stand Ao, der von noch zu beschreibenden externen Schaltungen über ein 12 Leitungen umfassendes Kabel
27 eingeht. Wenn der Stellungsübertrag von der Additionsstufe 102 nach F i g. 5 oder der Additionsstufe
113 positiv ist, nimmt das Register beim nächsten Taktimpuls den Stand Ao ein. Dadurch wird sicherge-
stellt, daß dann, wenn entweder A, oder x, den
höchstmöglichen Wert erreicht ^4,=4095 oder
x,=4096—M), beide Register anschließend gemeinsam ihren Anfangswert (Ao und xo) annehmen, wenn der
nächste Taktimpuls auftritt.
Der Stellungszähler und der Adressenzähler nach den F i g. 5 und 6 liefern daher ständig zwei miteinander
verknüpfte Zahlenfolgen, die über jeweils 12 Leitungen umfassende Kabel 66 bzw. 61 an externe Schaltungen
übermittelt werden. Die Zahlen xo. xi, xi ■.. X(t-1) und Ao,
Au At... A(k--t) haben Anfangswerte xo und Ao
entsprechend den Größen des Anfangsstellungswertes und des Anfangsadressenwertes, die von den jeweils 12
Leitungen umfassenden Kabeln 28 bzw. 27 dargestellt werden. Die Stellungszahlen haben fortschreitend
größere Werte, wobei der Anstieg gleich 2" ist. Der Wert von η geht dabei über die Leitungen 76, 77 und 78
in binärer Darstellung ein. Die Adressenwerte haben schrittweise zunehmende Werte. Beide Zahlenfolgen
umfassen £Terme, wobei der letzte Term vorliegt, wenn entweder die Adressenzahl den Wert 4095 oder die
Stellungszahl den Wert 4096 — 2" erreicht. Beide Zahlenfolgen werden wiederholt erzeugt.
Wie oben ausgeführt, muß die Anfangsadresse Ao
entweder gleich As-4096/2M sein, falls diese Größe positiv ist. ober aber gleich 0 sein. Die Anfangswiedergabestellung
X0 muß 0 betragen, falls As-4096/2M
negativ ist; andernfalls muß sie gleich 2048 — MA5 sein.
F i g. 7 zeigt die Schaltungsanordnung zur Bildung dieser Differenz. Es ist eine Additionsstufe 202
vorgesehen, bei der es sich uin eine herkömmliche 12 Bit-Binäradditionsstufe handelt. Die Größe der Zahl As,
d.h. der ausgewählten Adressenzahl, geht über ein 12 Leitungen umfassendes Kabel 71 mit den Leitungen
226—237 ein, die die 12 Bits von As darstellen. Ein
Übertragseingangssignal wird der Additionsstufe an der Klemme 305 zugeführt. Leitungen 213—225 übermitteln
eine Binärzahl an die Additionsstufe; es wird sich zeigen, daß diese Zahl (kombiniert mit dem Übertragseingang)
äquivalent dem Ausdruck — 4096/2Mist.
Für einen bestimmten Wert von M stellen die Zustände der Signale Mo. M\ und Mi eine vorbestimmte
Kombination von Einsen und Nullen dar. Für M= 1 lauten die Signale 000; für M—2 handelt es sich um 001
usw., da M— 2". Die Binärzahl wird mittels einer noch zu
beschreibenden Schaltstufe erzeugt. Für die Kombination 000 liefert eine Torschaltung 203 ein Ausgangssignal
0 (Massepotential) an die Leitung 213, während alle
übrigen Leitungen 214—225 positiv sind. Über die Leitungen 213—225 geht die Binärzahl
Olli 1111 1111
an die Additionsstufe. Wird an die Additionsstufe das Übertragssignal angelegt, ist die Ausgangssumme
Aj-2048; dies entspricht für den Fall M=I dem Wert A5-4096/2M. Ist die Binärzahl η gleich 001, dann ist
M= 2; es ist zu erkennen, daß dann das Ausgangssignal der Additionsstufe gleich /Ij-1024 ist. Für jeden
beliebigen Wert von η ist so das Ausgangssignal der Additionsstufe in der erforderlichen Weise gleich
A5-4096/2(2"). Falls die Additionsstufe ein Übertragsausgangssignal
erzeugt, ist As -4096/2(2") positiv;
andernfalls ist dieser Wert negativ. Die Torschaltungen 203 — 210 liefern in Verbindung mit positiven Spannungen
auf den Leitungen 222—225 das Komplement der Zahl 409b/2M. Es wird das übliche Verfahren angewandt,
das Komplement einer Zahl mit einer zweiten Zahl i\i addieren, um eine weitere Binärzahl zu
erzeugen, die der Differenz entspricht Diese Differen; wird von externen Schaltungen nur benutzt falls si<
positiv ist; die Ausgangszahl der Additionsstufe brauch infolgedessen nicht berücksichtigt zu werden, falls keir
Übertrag vorhanden ist
Das Ausgangssignal der Additionsstufe, bei dem ei sich um eine 12 Bit-Zahl handelt wird über eir
zwölfadriges Kabel 307 Torschaltungen 306 zugeführt Die Torschaltungen 306 geben das Ausgangssigna
(A5- 4096/2M,) der Additionsstufe an das zwölf adrige
Kabel 27 weiter, wenn das über eine Leitung 74 eingehende Übertragsausgangssignal positiv ist. Andernfalls
stellt das Ausgangssignal der Torschaltunger die Binärzahl 0 dar. Solche als Datenwähler bezeichnete
Torschaltungen sind bekannt. Das Ausgangssignal der Torschaitungen 306 ist daher gleich Aj-4096/2M, falls
diese Größe positiv ist; andernfalls ist dieses Ausgangssignal gleich 0. Dies stellt den gewünschten Wert von Ac
dar; Ao wird an den Ausleseadressenzähler 112 nach
F i g. 6 über das Kabel 27 weitergeleitet
Fig. 8 zeigt den Aufbau der Schaltungsanordnung,
die die Zahl xo an den Wiedergabestellungszähler gemäß F i g. 5 Meiert. Der Wert X0 ist gleich 2048 -MA5.
falls das Übet tragsausgangssignal der Additionsstufe 202 nach F i g. 7 gleich 0 ist; anderenfalls wird dafür
gesorgt, daß .V0 gleich 0 wird.
Der Term MA5 wird durch eine Datenwählerschaltung
gebildet, die mit Rücksicht darauf, daß bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform M nur die
Werte 1, 2, 4, 8, 16 oder 32 haben kann, das Produkt
durch eine Verschiebung der Bitstellungen bildet, wobei die Anzahl der Bitstellungen gleich η ist. Es brauchen
nur die 12 niedrigsten Bits des Produkts MA5 benutzt zu
werden, da in Fällen, in denen xo gleich 2048 — MA5
gemacht werden muß, MA5 niemals den Wert 2048 übersteigt. Wenn nämlich A5--4096/2M positiv ist, muß
Xo gleich 0 gemacht werden und nicht gleich 2048 — MA5.
Wenn daher bei der Bildung des Wertes Xo der
Ausdruck MA5 berücksichtigt werden muß, muß MA5
-to gleich 2048 oder kleiner sein. MA5 hat daher 12 oder
weniger bedeutsame Bits. Der Aufbau der Multiplikationsstufe 309 versteht sich für den Fachmann von
selbst.
Subtraktionsschaltungen 310 nehmen die dem Ausdruck MA5 entsprechende Binärzahl über ein zwölfadriges Kabel 313 auf und liefern über ein Kabel 311 eine Ausgangszahl gleich 2048 — MA5 an Torschaltungen 312. Die Torschaltungen 312 geben ein 12 Bit-Ausgangssignal, das die Anfangswiedergabestellung .v0 darstellt, über das zwölfadrige Kabel 28 an den Wiedergabestellungszähler 11 nach Fig. 4. Die Torschaltungen 312 nehmen ein Vorzeichenbitsignal über die Leitung 74 von der Additionsstufe 202 nach Fig. 7 auf. Dieses Vorzeichenbit, das Übertragssignal der Additioncstufe 202, ist positiv, wenn As-4096/2M positiv ist. Wenn dieses Übertragssignal positiv ist, soll xo gleich 0 gemacht werden; anderenfalls muß xo gleich 2048 — MA5 sein. Die Torschaltungen 312 können ohne weiteres so ausgelegt werden, daß sie am Ausgang entweder den Wert 0 oder den Wert 2048 - MA5 liefern.
Subtraktionsschaltungen 310 nehmen die dem Ausdruck MA5 entsprechende Binärzahl über ein zwölfadriges Kabel 313 auf und liefern über ein Kabel 311 eine Ausgangszahl gleich 2048 — MA5 an Torschaltungen 312. Die Torschaltungen 312 geben ein 12 Bit-Ausgangssignal, das die Anfangswiedergabestellung .v0 darstellt, über das zwölfadrige Kabel 28 an den Wiedergabestellungszähler 11 nach Fig. 4. Die Torschaltungen 312 nehmen ein Vorzeichenbitsignal über die Leitung 74 von der Additionsstufe 202 nach Fig. 7 auf. Dieses Vorzeichenbit, das Übertragssignal der Additioncstufe 202, ist positiv, wenn As-4096/2M positiv ist. Wenn dieses Übertragssignal positiv ist, soll xo gleich 0 gemacht werden; anderenfalls muß xo gleich 2048 — MA5 sein. Die Torschaltungen 312 können ohne weiteres so ausgelegt werden, daß sie am Ausgang entweder den Wert 0 oder den Wert 2048 - MA5 liefern.
Aus dem Vorstehenden folgt, wie die Folgen der Ausleseadressenzahlen A1 und der Wiedergabestellungszahlen
χι erzeugt werden. Entsprechend Fig. 4
werden diese Adressenzahlen an Adressenwählerschaltungen 5 gegeben, bei denen es sich um herkömmliche
Datenwählerschaltungen handelt, die Ausleseadressen über das Kabel 61, Meßadressen von dem noch zu
beschreibenden Meßadressenzähler 6 und ein Steuersi-
gnal über eine Leitung 38 von einem Betriebsartschalter
90 aufnehmen. Wenn der Schaltarm in der unteren Stellung liegt, befindet sich die Leitung 38 auf
Massepotential; andernfalls liegt sie an einer positiven Spannung + V. Wenn diese Leitung positiv ist,
erscheinen die Meßadressenzahlen an den Ausgangsklemmen des Wählers 5; andernfalls treten die
Ausleseadressennurnmern A; auf. Die an den Ausgangsklemmen des Wählers 5 erscheinenden Zahlen werden
über ein Kabel 52 an den Speicher 2 weitergeleitet Für die vorliegende Diskussion der Wiedergabevorgänge
sei angenommen, daß sich der Schaltarm des Schalters 90 in der unteren Stellung befindet, so daß vom
Ausleseadressenzähler 14 erzeugte Ausleseadressenzahlen vom Speicher 2 aufgenommen werden.
Der Speicher 2 gibt auf ein Kabel 53 eine 12 Bit-Ausgangszahl, die fast dauernd die Zahl darstellt, die
zuvor an der Adresse eingespeichert wurde, die der vom Wähler 5 über das Kabel 52 zugeführten Adressenzahl
entspricht. Ausgenommen davon ist eine kurze Unsicherheitsperiode, die unvermeidlicherweise während
einer Änderung der Adressenzahl auftritt. Der Einfluß dieser Erscheinung wird weiter unten diskutiert. Die
Speicherausgangszahlen werden vorliegend als Ordinatenwerte bezeichnet; weiter unten ist geschildert, wie
diese Werte in den Speicher eingebracht werden. Speicherschaltungen entsprechend dem Speicher 2 sind
bekannt. Bei der vorliegenden Ausführungsform hat der Speicher 4096 Adressen; die Ordinaten stellen 12
Bit-Zahlen dar.
Der Digital-Analog-Umsetzer 8 nimmt Ordinatenwerte über das Kabel 53 auf und erzeugt Ausgangsspannungen,
die mit den empfangenen Werten in linearer Verknüpfung stehen. Diese Spannungen werden der als
Kathodenstrahlröhre ausgebildeten Wiedergabeeinheit 10 über eine Leitung 67 zugeführt. Bei der Wiedergabeeinheit
10 handelt es sich um ein Gerät bekannter Ausführung. Beispielsweise kann ein Tektronix-Wiedergabeoszilloskop
Modell 503 verwendet werden, das im sogenannten »xy«- Betrieb eingesetzt wird. Dabei
sorgen an den lotrechten Ablenkeingang angelegte Spannungen, daß der Strahl der Röhre in lotrechter
Richtung abgelenkt wird, während an den waagerechten Ablenkeingang angelegte Spannungen für die Ablenkung
des Strahls in waagrechter Richtung sorgen. Die Größe der Ablenkungen steht in linearer Beziehung zu
den anliegenden Spannungswerten. Es können geeignete Einstellungen vorgenommen werden, die bewirken,
daß eine dem Wert 0 entsprechende Spannung, die an den lotrechten Ablenkeingang angelegt wird, eine
Ablenkung des Strahls zum unteren Rand der Bildfläche zur Folge hat, während eine dem Wert 4095
entsprechende Spannung den Strahl bis zum oberen Rand ablenkt. Wird der Digital-Analog-Umsetzer 8 so
eingestellt, daß Ausgangsspannungen erzeugt werden, die gleich 1 mV je Einheitsgröße der Eingangszahl sind,
wird der Strahl in lotrechter Richtung proportional den Ordinatenwerten abgelenkt, wobei die 0 dem unteren
Rand des Bildschirms entspricht.
Der Digital-Analog-Umsetzer 9 nimmt Wiedergabestellungszahlen vom Stellungszähler 11 auf und gibt an
seinem Ausgang proportionale Spannungswerte ab. Diese Spannungen werden an den waagrechten
Ablenkeingang der Wiedergabeeinheit 10 angelegt und bestimmen die Verstellung des Strahls in waagrechter
Richtung. Der Digital-Analog-Umsetzer 9 und die Ablenkempfindlichkeit der Wiedergabeeinheit 10 werden
so eingestellt, daß bei einer Stellungszahl vom Wert 0 der Strahl bis zum linken Rand der Bildfläche
abgelenkt wird, während die Stellungszahl 4095 eine Ablenkung bis zum rechten Rand bewirkt
Der Taktgeber 15 liefert an seinem Ausgang periodische Impulse, die an die Zähler 11 und 14 gehen
und die bewirken, daß in der beschriebenen Weise der Reihe nach die Adressenzahlen A,- und die Stellungszahlen
Xj erzeugt werden. Der Strahl der Wiedergabeeinheit
10 wird daher veranlaßt, in der gewünschten Weise
ίο eine Wiedergabe der Ordinatenwerte, aufgetragen über
den Adressenzahlen, zu liefern. Mit welchen Adressen gearbeitet wird und welcher waagrechte Wiedergabemaßstab
verwendet wird, hängt von dem jeweiligen Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 23 und
dem jeweils gewählten Wert von M, dem Vergrößerungsfaktor, ab.
Der in F i g. 4 veranschaulichte Vergrößerungswählschalter 41 kann auf jede von sechs möglichen
Stellungen eingestellt werden. Die auf den Leitungen 76, 77 und 78 erscheinenden Ausgangsspannungen Mo, M\
und Mi stellen eine 3 Bit-Binärzahl dar, die der
Konstanten π entspricht, wobei Λ/als 2" definiert wurde.
Die binäre Zahl η wird durch Spannungen auf den Leitungen 76, 77 und 78 dargestellt, wobei ein
Massepotential einer »0« und eine positive Spannung einer »1« entspricht. Das niedrigstwertige Bit erscheint
auf der Leitung 76, das höchstwertige Bit auf der Leitung 78.
Mittels eines Steuerschalters 93 kann η unabhängig
von der Einstellung des Schalters 41 zu 0 gemacht werden, weil alie Kontakte an Masse gelegt werden,
wenn der Schalter 93 in die A t/S-Stellung gebracht
wird. Der Kontaktarm des Schalters 93 steht mit den mit 401, 403, 405, 408, 417, 415 und 416 bezeichneten
Kontakten des Schalters 41 über eine Leitung 94 in Verbindung.
Bei dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 23 handelt es sich um einen herkömmlichen binären Vorwärts-Rückwärts-Zähler.
Er nimmt über Leitungen 30 oder 31 laufende, vom Steuerschalter 79 kommende Impulse auf,
wenn dieser Schalter von dem Meßtechniker so betätigt wird, daß der Kontaktarm 26 mit der Leitung 30 oder
der Leitung 31 in Kontakt kommt. Auf Grund jedes über die Leitung 30 eingehenden Impulses wird der
Zählerstand des Zählers 23 um einen Schritt vergrößert; der Zählerstand nimmt dagegen bei jedem über die
Leitung 31 einlaufenden Impuls um einen Schritt ab. Dem Zähler 23 geht ein Steuersignal vom Schalter 93
über die Leitung 94 zu, das bewirkt, daß die Ausgangszahl des Zählers 23 gleich 2048 wird, wenn die
an dieser Leitung anliegende Spannung gleich 0 ist; andernfalls entspricht das Ausgangssignal des Zählers
23 dem Zählerstand dieses Zählers. Dieser Zählerstand stellt die Zahl As, d. h. die Adressenzahl des gewählten
Datenpunkts dar. Diese Art der Steuerung des Ausgangssignals des Zählers 23 durch das Vorhandensein
von Massepotential oder einer positiven Spannung auf der Leitung 94 bedingt, daß der Zähler 23 mit
bekannten einfachen Datenwählschaltungen ausgestattetwird.
Wenn an der Leitung 94 Massepotential anliegt, ist /7 = 0, so daß M= 1 und die gewählte Adressenzahl As
gleich 2048 ist. Die Zahlenfolgen x,und /4, stimmen dann
überein und reichen in einzelnen Schritten von 0 bis 4097, da dies die Ausgangssignale der oben beschriebenen
Schaltungsanordnungen zur Erzeugung der Adressenfolge und der Stellungszahlenfolge sind. Infolgedessen
ist die Wiedergabe nicht vergrößert; es werden
sämtliche Datenpunkte wiedergegeben.
Liegt die Leitung 94 an einer positiven Spannung, entspricht die gewählte Adressenzahl As dem Zählerstand
des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 23; der Datenpunkt, dessen Adressenzahl gleich A5 ist, wird in der
Bildschirmmitte wiedergegeben. Andere Datenpunkte werden auf dem Bildschirm in der in den F i g. 2b, 2c, 3b
und 3c veranschaulichten Weise wiedergegeben.
Der Teilerstufe 25 wird die dem Wert von η
entsprechende Zahl über die Leitungen 76, 77 und 78 zugeführt Ferner geht über die Leitung 13 eine
kontinuierliche Folge von Impulsen mit einer Frequenz von 100 kHz vom Taktgeber 15 aus an die Teilerstufe 25.
Die Teilerstufe 25 liefert über eine Leitung 32 Ausgangsimpulse an den Kontaktarm 26 des Schalters
79. Die Folgefrequenz der Ausgangsimpuise ändert sich
umgekehrt proportional zu 2", wobei die Frequenz für /3=0 bei 400Hz und für /3=5 bei 12,5Hz liegt
Entsprechende Teilerschaltungen sind bekannt und eine
Teilerschaltung, die Ausgangsimpulse mit änderbarer 20 len werden dem Speicher 2 über ein Kabefsi zugeführt.
Folgefrequenz in Abhängigkeit von der Größe des Diese Zahlen werden in eine bestimmte Adressenstelle
Wertes η liefert steht dem Fachmann ohne weiteres zur des Speichers 2 immer dann eingeschrieben, wenn ein
Verfügung. Impuls auf einer Leitung 49 erscheint, die mit dem
Die variable Schrittfrequenz stellt sicher, daß dann, SCH REIB- Befehlseingang des Speichers verbunden ist.
wenn mit einer hohen Wiedergabevergrößerung gear- 25 Der Impuls wird von dem Analog-Digital-Umsetzer
beitet wird, die bei einer Betätigung des Schalters 79 erzeugt, nachdem jede Umwandlung abgeschlossen ist.
Die Adresse, in welche diese Information eingeschrieben wird, v/ird durch den binären
Ordinatenwert numerisch wiedergegeben werden. Wenn der Dehnungs-fMMi/S-Schalter 93 (Fig.4) in
der /li/S-Stellung, d.h. unten, steht kennzeichnet der
aufgehellt wiedergegebene Punkt die Mitte des Bereichs, der dargestellt wird, wenn der Schalter 93
anschließend nach oben umgelegt wird, um für eine Vergrößerung des waagerechten Wiedergabemaßstabes
zn sorgen.
Die Daten können auf die verschiedenartigste Weise gemessen und in den Speicher eingegeben werden. Das
bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform angewendete Verfahren soll nur als Beispiel dienen. Der
Analog-Digital-Umsetzer 1 ist ein herkömmlicher Analog-Digital-Umsetzer, der auf Grund von Impulsen,
die über die Leitung 27 vom Taktgeber 3 angelegt werden, 12 Bit-Binärzahlen erzeugt die proportional
der in dem betreffenden Augenblick vorhandenen, an einer Klemme 39 anliegenden Signalspannung sind. Die
von dem Analog-Digital-Umsetzer abgegebenen Zah-
erfolgende Änderung des Wertes von As nicht so rasch
vor sich geht, daß die scheinbare Bewegung der wiedergegebenen Informationen über den Bildschirm
derart rasch ist, daß es unmöglich wird, eine bestimmte Stelle des Kurvenverlaufs ausreichend genau auf den
Bildschirm einzustellen. Die maximale Änderungsgeschwindigkeit von 400 Schritten je Sekunde erlaubt es,
As in weniger als 10 Sekunden von jedem beliebigen
Wert auf jeden beliebigen anderen Wert zu ändern.
Der numerischen Wiedergabeeinheit 72 wird die Zahl As über das Kabel 71 zugeführt; die Wiedergabeeinheit
liefert eine numerische optische Anzeige des Wertes dieser Zahl. Derartige Wiedergabeeinheiten sind
bekannt. Sie können Binär-Dezimal-Umsetzerschaltungen
enthalten, wenn eine Dezimalwiedergabe einer binären oder oktalen Wiedergabe vorgezogen wird.
Die numerische Wiedergabeeinheit 70 ist ein ähnliches Gerät, das Ordinateninformationen über ein
Kabel 24 vom Zwischenspeicher 64 aufnimmt. Der Zwischenspeicher 64 stellt ein 12 Bit-Register dar, dem
seinerseits Ordinateninformationen vom Speicher 2 über das Kabel 53 zugeführt werden. An den
Zwischenspeicher 64 geht über eine Leitung 60 ein Steuerimpuls vom Vergleicher 7. Für die Dauer der
Zeitspanne, während der der Impuls positiv ist, nimmt der Zwischenspeicher 64 die 12 Bit-Ordinatenzahl auf,
und er speichert sie dann bis zum nächsten Impuls. Der vom Vergleicher 7 kommende Steuerimpuls liegt für die
gesamte Zeitdauer vor, während deren die über das Kabel 71 eingehende Adressenzahl As mit der gerade
vorhandenen Ausleseadresse A, übereinstimmt, die über das Kabel 61 läuft. Das Vorhandensein des Steuerimpulses
veranlaßt den Zwischenspeicher 64 daher, die Ordinateninformation für die Speicheradresse, deren
Zahl von der numerischen Wiedergabeeinheit 72 angezeigt wird, aufzunehmen und festzuhalten.
Die Ausgangsspannung des Vergleichers 7 geht außerdem an die Strahlaufhellungsklemme der Wiedergabeeinheit
10. Der Strahlstrom wird daher immer dann erhöht, wenn die Ausleseadressenzahl mit der Zahl As
übereinstimmt. Der aufgehellte Punkt kennzeichnet denjenigen Datenpunkt, dessen Adressenzahl und
Adressenzähler 6
bestimmt, dessen Ausgangszahlen dem Adressenwähler 5 über ein Kabel 63 zugeführt werden. Der Betriebsartschalter
90 wird in die obere Schaltstellung gebracht, wenn eine Variable gemessen und eingespeichert
werden soll. In dieser Stellung liegt die Leitung 38 an positiver Spannung, was dafür sorgt, daß der Adressenwähler
5 auf das Ausgangssignal des Adressenzählers 6 und nicht auf das Ausgangssignal des Adressenzählers
14 anspricht.
Der Taktgeber 3 ist derart aufgebaut, daß er eine Folge van Impulsen erzeugt, die dem Analog-Digital-Umsetzer
1 zugeführt werden. Die Impulsfolgefrequenz istwillkürSich gewählt, beispielsweise werden Impulse in
einem Abstand von 1 ms geliefert. Dieser Taktgeber erzeugt Ausgangsimpulse nur, wenn er durch eine
positive Spannung auf der Leitung 28 entsperrt wird und wenn ein Startimpuls an einer Klemme 40 von externen
Geräten eingeht. Sobald der Startimpuls empfangen wird, treten die Ausgangsimpuise des Taktgebers 3 auf,
wodurch der Umsetzer 1 zu Messungen veranlaßt wird. Nach jeder Messung wird das Ende der Umsetzung
mittels eines Ausgangsimpulses auf der Leitung 49 angezeigt, die mit dem Adressenzähler 6 und dem
Speicher 2 verbunden ist. Jeder derartige Umsetzungsendeimpuls bewirkt daß das Meßwert-Ausgangssignal
des Umsetzers 1 in den Speicher eingespeichert wird. Nach jedem Umsetzungsendeimpuls wird der Adressenzähler
6 um einen Schritt weitergeschaltet.
Massepotential an der Leitung 38 bewirkt, daß der Adressenzähler auf 0 zurückgestellt wird. Der dem
ersten Meßsignal entsprechende Spannungswert wird daher in der Speicheradresse 0 eingespeichert, der
nächste in der Adresse 1 usw. bis die Adresse 4095 erreicht ist. Der nächste Umsetzungsendeimpuls, der
den Umsetzer 1 vom Zähler 6 erreicht, bewirkt, daß ein Ausgangsstopimpuls erscheint, der vom Zähler 6 über
eine Leitung 47 zum Taktgeber 3 läuft. Dies bewirkt, daß der Taktgeber 3 /keine weiteren Ausgangsimpulse
erzeugt, bis an der;'Klemme 40 der nächste Startimpuls
empfangen wird. '
er Taktgeber 3, der Adressenzahler 6 und der log-Digital-Umsetzer 1 können in vielgestaltiger
innter Weise ausgelegt sein.
ie Anwendung des Vonvärts-Rückwärts-Zählers 23 die Vorgabe der Auswahl des Mittelpunktes der dergabe stellt nur eine von verschiedenen Möglichin dar, eine solche Wahl zu treffen. Statt dessen ien beispielsweise mechanische Schalter eingesetzt
ie Anwendung des Vonvärts-Rückwärts-Zählers 23 die Vorgabe der Auswahl des Mittelpunktes der dergabe stellt nur eine von verschiedenen Möglichin dar, eine solche Wahl zu treffen. Statt dessen ien beispielsweise mechanische Schalter eingesetzt
werden, oder es kann eine Steuerung mit einem Winkelverschlüßier verwendet werden. Der gewählte
Datenpunkt kann auch in anderer Weise als durch Aufhellen markiert werden. Statt des Mittelpunktes
kann ein beliebiger anderer Punkt, beispielsweise der jeweils am weitesten links liegende Punkt des bei der
Wiedergabe erwünschten Bereiches, vorgesehen werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen .
Claims (5)
1. Digitale Meßvorrichtung zur maßstabsgedehnten optischen Wiedergabe eines Meßsignals mit
einer Eingangsstufe, die das Meßsignal aufnimmt und eine Mehrzahl von dieses Meßsignal darstellenden
Datenpunkten liefert, einem an die Eingangsstufe angeschlossenen Speicher zum Einspeichern der
Datenpunkte in Speicheradressen und einer an den Speicher angeschlossenen Wiedergabeeinheit für
die optische Wiedergabe von Datenpunkten, gekennzeichnet durch eine an den Speicher (2)
und die Wiedergabeeinheit (10) angeschlossene Gebereinrichtung (7,11,14,22,23) zur Auswahl und
Markierung eines beliebigen Datenpunktes (A5), und
eine mit der Gebereinrichtung und der Wiedergabeeinheit verbundene Stelleinrichtung (41, 93), die an
die Gebereinrichtung und.die Wiedergabeeinheit einen vorwählbaren Vergrößerungsfaktor liefert,
wobei die Gebereinrichtung mit einer Steuereinrichtung (11, 14, 22) versehen ist, die aufgrund des
ausgewählten Datenpunktes und des vorgewählten · Vergrößerungsfaktors die Adressen und Wiedergabestellungen
derjenigen Datenpunkte bestimmt, die auf der Wiedergabeeinheit darzustellen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebereinrichtung (7,11,14, 22, 23)
eine Wählstufe (23, 79) zum Ändern des gewählten und markierten Datenpunkts in einen anderen
wiedergegebenen Datenpunkt aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gebereinrichtung (7, 11, 14, 22,
23) und die Stelleinrichtung (41,93) eine Steuerstufe (15, 25, 79) angeschlossen ist, mittels deren die
Änderungsgeschwindigkeit, mit der von einem ausgewählten Datenpunkt zu tinem anderen übergegangen
wird, um einen Faktor änderbar ist, der dem ausgewählten Vergrößerungsfaktor umgekehrt
proportional ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberund
die Steuereinrichtung mit Steuerstufen (11, 14, 22) ausgestattet sind, die bewirken, daß der
ausgewählte Datenpunkt in waagerechter Richtung stets in der Mitte der optischen Wiedergabe der
Wiedergabeeinheit (10) liegt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebereinrichtung
(7,11,14,22,23) mit einer Steuerstufe (7)
zum Aufhellen des ausgewählten Datenpunktes auf der Wiedergabeeinheit (10) ausgestattet ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US306907A US3859556A (en) | 1972-11-15 | 1972-11-15 | Digital measurement apparatus with improved expanded display |
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DE2356833C2 true DE2356833C2 (de) | 1983-10-27 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2356833A Expired DE2356833C2 (de) | 1972-11-15 | 1973-11-14 | Digitale Meßvorrichtung |
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- 1973-11-14 DE DE2356833A patent/DE2356833C2/de not_active Expired
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