DE2512283C2

DE2512283C2 - Analog-Digital-Umsetzer

Info

Publication number: DE2512283C2
Application number: DE2512283A
Authority: DE
Inventors: Reinhardt 8034 Germering Täuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-03-20
Filing date: 1975-03-20
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE2512283A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digital-Umsetzer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Umsetzer sind beispielsweise in Form von Winkelcodierern gebräuchlich.

Bei der Verwendung von Analog-Digital-Umsetzern in eich- und Überwachungspflichtigen Einrichtungen, insbesondere Waagen, müssen die Abnahme und Übertragung der durch Abtastelemente vom Merkmalsträger ausgelesenen Meßwerte in Form von Codemustern nach einem funktionsfehlersicheren Arbeitsschema erfolgen. Die Übertragung eines Meßwertes in eine Registrier- oder Datenverarbeitungsanlage muß im Falle einer erkennbaren einfachen Störung verhindert werden.

Dabei ist es bereits bekannt, Einzelfehler bei der Auswertung eines Meßschrittes dadurch zu erkennen, daß man prüfbare Codes verwendet. Für derartige prüfbare Codes wird eine Hammingdistanz von ä 2 verlangt. Allerdings haben die bekannten prüfbaren Codes den Nachteil, daß sie nicht einschrittig sind. Dies hat zur Folge, daß beim Übergang von einer Codeteilung zur nächsten Zweideutigkeiten in der Ablesung auftreten und zu Fehlermeldungen führen können. Es müßten also zusätzliche Synchronisationseinrichtungen vorhanden sein, um derartige Fehlanzeigen bei den Zwischenzuständen zu vermeiden.

Andererseits ist es auch bekannt, mit einschrittigen

Codes zu arbeiten, wobei die erwähnten Fehlablesungen beim Teilungsübergang nicht vorkommen. Allerdings sind die einschrittigen Codes nicht prüfbar. Deshalb ist es bisher bei der Verwendung einschrittiger Codes üblich, die Fehlererkennung auf andere Weise durchzuführen, beispielsweise durch doppelte Ausführung der Ablese- und Auswerteeinrichtungen. Jeder Meßwert wird also zweimal ermittelt, und am Et. de der Übertragungsstrecke wird durch einen Vergleich der

ίο beiden Ablesungen deren Richtigkeit festgestellt Allerdings bedeutet ein solches Verfahren einen hohen Aufwand, da die gesamte. Meßeinrichtung in doppelter Ausführung vorhanden sein muß.

Aus der DE-AS 23 33 698 ist ein digitaler Positionsgeis ber mit einem einschrittigen Code entsprechend dem eingangs genannten Aufbau bekannt Zur Sicherung gegen Fehler wird dort der einschrittige Code in einen BCD-Code umgewandelt, außerdem werden die Signale über Modulo-2-Addierer zu jeweils einem Sekundärsi gnal umgewandelt und mit Hilfssignalen von zusätzli chen Abtastern verknüpft Die entstehenden Ausgangssignale werden dann daraufhin überprüft, ob es sich um verbotene oder erlaubte Signalkombinationen handelt Diese Art der Fehlerüberprüfung erfordert jedoch ei nen verhältnismäßig hohen Aufwand in der Codeumset zung und auch in derPrüfeinrichtung.

Eine Codeumwandlung mit wechselseitig verriegelten logischen Verknüpfungen ist bei einem Analog-Digital-Wandler bekannt, der in der DE-OS 21 65 243 be- schrieben ist Dort wird die Codeumwandlung jedoch nicht zur Fehlererkennung durchgeführt

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Analog-Digital-Umsetzer, insbesondere einen Winkelcodierer, der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Forderung nach einer fehlererkennenden und irrungsfreien Ablesung erfüllt und der mit geringerem Aufwand als bei dem bekannten Positionsgeber zu verwirklichen ist

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst Der erfindungsgemäße Analog-Digital-Umsetzer besitzt die bekannten Vorteile der prüfbaren Codes und ist außerdem eindeutig. Das abgetastete Ausgangssignal läßt (innerhalb der ersten Dekade) nur einen Ablesefehler von ± einem halben Schritt zu. Ein fehlerhaftes Ar- beiten eines Abtastelementes oder eines anderen Bauteils ist nach außen als Fehler erkennbar. Durch die funktionsfehlersichere Umcodierung macht sich auch die Einschrittigkeit des ursprünglichen Codemusters nicht mehr nachteilig bemerkbar. Ein möglicher Abtast fehler von einem halben Schritt kann zusammen mit einem möglichen fehlerhaften Arbeiten eines Abtastzweiges oder eines Umcodiergatters einen gesamten Fehler von maximal ± einem Schritt hervorrufen, was innerhalb der zulässigen Grenzen liegt Durch die Um codierung in einen gleichgewichtigen Code wird außer dem die Prüfung sehr einfach, da jedes Codewort lediglich auf sein Gewicht überprüft werden muß. Die Prüfeinrichtung kann somit sehr einfach gestaltet werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfin dung ist vorgesehen, daß auf dem Codeträger eine Co demuster als Kombination aus einem 2aus5-Code und einem 3aus5-Code vorhanden ist, welches zweckmäßigerweise durch die Umcodierung über logische Verknüpfungen in einen 2aus5-Code umsetzbar ist In glei- eher Weise könnte aber auch eine Umsetzung in einen 3aus5-Code vorgenommen werden.

Die funktionsfehlersichere Umsetzung des erwähnten abgetasteten kombinierten Codes in einen 2aus5-Code

erfolgt beispielsweise dadurch, daß für jedes Abtastelement ein NAND-Glied vorgesehen ist, an dessen Eingang das Signal des betreffenden Abtastelementes zusammen mit den beiden Signalen der benachbarten Abtastelemente und mit den invertierten Signalen der beiden übrigen Abtastelemente zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des jeweiligen NAND-Gliedes zusammen mit dem invertierten Signal des zugehörigen Abtastelementes über eine Antivalenzverknüpfung geführt wird. Die Prüfung der Ausgangssignale auf Gleichge-Wichtigkeit kann in bekannter Weise vorgenommen werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen einschrittigen Code für einen erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzer,

F i g. 2 einen aus dem Code der F i g. 1 erzeugten zweischrittigen 2aus5-Code.

F i g. 3 eine funktionsfehlersichere Logik zum Umcodieren des Codes von F i g. 1 in den Code von F i g. 2,

Fig.4 eine funktionsfehiersichere Auswerteschaitung für eine Dekade bei einem erfindun&agemäßen Analog-Digital-Umsetzer.

In der F i g. 1 ist ein Code dargestellt, wie er für einen erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzer, beispielsweise einen Winkelcodierer, verwendet werden kann. Dieser einschrittige Code wird auf den Codeträger mit den Codespuren A... £ aufgebracht, so daß also Zweideutigkeiten am Teilungsübergang bei eier Abtastung ausgeschaltet werden bzw. höchstens einen Fehler von ± einem halben Schritt verursachen können. Das Codemuster ist eine Auswahl von Bit-Kombinationen aus dem 2aus5-Code und dem 3aus5-Code, wobei allen ungeraden Zahlen eine Bit-Kombination aus dem 2aus5-Code (schraffierte Felder) und allen geraden Zahlen eine Kombination aus dem 3aus5-Code (durchkreuzte Felder) zugeordnet ist

In der F i g. 2 ist ein zweischrittiger 2aus5-Code gezeigt der in einfacher Weise aus dem einschrittigen Code der Fig. I gewonnen werden kann. Die Umcodierung erfcigi dabei so, daß die Bit-Kombinationen des 2aus5-Codes, also die ungeraden Zahlen, bectehen bleiben, während die Bit-Kombinaiionen aus dem 3aus5-Code jeweils in eine 2aus5-Kombination umgewandelt werden. Die Signale A ... E von den Codespuren der F i g. 1 werden in die Signale A'... ^'umgewandelt

Eine funktionsfehlersichere Verknüpfung für die Urncodierung von F i g. 1 auf F i g. 2 wird in F i g. 3 gezeigt. Dabei ist für jede Abtastspur zunächst ein NAND-Glied NA ... NE vorgesehen, an dessen Eingängen jeweils das Signal des betreffenden Abtastelementes und der beiden benachbarten Abtastelemente sowie die invertierten Signale der beiden übrigen Abtastelemente zugeführt werden, wobei auch das erste Abtastelement A gegenüber dem letzten £als benachbart anzusehen ist. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters einer jeden Abtastspur wird mit dem invertierten Signal des betreffenden Abtastelementes über eine Antivalenzverknüpfung geführt, so daß an deren Ausgang das Signal für den 2aus5-Code der F i g. 2 erscheint.

Anstelle der beschriebenen Umcodierung in einen 2aus5-Code wäre ebenso einfach eine Umcodierung in einen 3aus5-Code möglich. In jedem Fall wird durch Umcodierung des ursprünglich gegen Fehlauslesungen wichtigen einschrauben Codes ein neuer Code mit Prüfbarkeit gewonnen. Die Einschrittigkeit kann sich somit nicht mehr nachteilig auswirken, da die Umwandlung in den prüfbaren Code von Abtastungenauigkeiten unabhängig ist Ein Fehler bei der Codeumwandlung wird durch die Prüfung auf 2aus5 erkennbar.

Durch die gewählten Bit-Kombinationen in Verbindung mit der Umcodierung von F i g. 3 ist gewährleistet, daß bei Ausfall eines Abtastelementes, wodurch für die betreffende Spur ein ständiger Η-Pegel oder L-Pegel vorgetäuscht werden kann, am Ausgang höchstens ein Fehler von ± einem Bit entstehen kann. 1st der Fehler größer, so wird er durch die Prüfung auf 2aus5 erkannt und angezeigt Dies läßt sich anhand willkürlich gewählter Zahlen nachprüfen. Auch wenn bei der Umcodierung ein Logikelement ausfällt wird dies durch die Prüfung auf 2aus5 erkannt soweit sich der Fehler nicht innerhalb der zulässigen Grenzen von ± einem Schritt bewegt Aufgrund der gleichmäßigen Schrittlängen in den Codespuren läßt sich durch phasenversetztes Anordnen der Abtastelemente die notwendige Spurenzahl von fünf auf eine Spur reduzieren, was in einem anderen Zusammenhang bereits bekannt ist

Der in Bild 1 dargestellte Code bfiizt neben den bereits beschriebenen Eigenschaften außerdem noch eine Symmetrie zur mittleren Spur. Durch symmetrisches Vertauschen der Abtastelemente oder Codespuren wird der gespiegelte Code erzeugt Dadurch wird auf einfache Weise eine Zählrichtungsumkehr ermöglicht

Die F i g. 4 zeigt etwas ausführlicher die Abtastung und Umcodierung für eine Dekade bei einem Winkelcodierer mit Haligenerator-Abtastung. Es wird vorausgesetzt daß wieder der Code von Fi g. 1 auf dem Winkelcodierer aufgebracht ist. Die fünf Codespuren A bis E werden durch Hallgeneratoren HA, HB... HE abgetastet Ober einen Verstärker VA, VE ... VE wird das Abtastsignal jeder Spur einmal direkt auf ein NAND-Gatter NA, NB ... NE gegeben und daneben in einem Negationsglied INA, INB ... INE invertiert. Die NAND-Glieder NA bis NE mit den nachgeschalteten Antivalenzverknüpfungen sind in derselben Weise wie in F i g. 3 geschaltet. Deshalb erscheint an den Ausgängen A', B' ... E' das umcodierte Abtastsignal im 2aus5-Code der F i g. 2.

Lieses Ausgangssignal Α',Β'... fwird anschließend einer Prüfung auf 2aus5 unterzogen, wobei mit den NAND-Gattern N 1.,.NlO alle erlaubten Möglichkeiten des 2aus5-Codes geprüft werden. Za diesem Zweck liegen an jedem der Prüfgatter N1 bis N10 jeweils zwei der korrigierten Signale Α',Β'... E' sowie die drei übrigen dieser korrigierten Abtastsignale in invertierter Form. Diese invertierten Signale werden in den Negationsgliedern IN 1 ... INS erzeugt. Die Ausgänge der Prüfgatter N1... N10 liegen alle an dem UND-Gatter NP. Zeigt keines der zehn Prüfgatter N1... N10 einen erlaubten 2aus5-Code an. so wird über das UND-Gatter .VP e^::i Fehlersignal gegeben, welches über das Flip-Flop FF und den Transistor T die Fehlerlampe L zur Anzeige aufleuchten läßt. Durch das Flip-Flop FFwild die Fehlerinformation gespeichert; es kann nur durch den Taster RSzurückgesetzt werden.

Die in Fig.4 dargestellte Schaltung enthält lediglich eine Dekade eines Winkelcodierer. Die übrigen Dekaden sind jedoch in gleicher Weise aufgebaut, wobei die Anknüpfung und der evtl. Übertrag in bekannter Weise durchgeführt werden. Die mit Hallgeneratoren dargestellte Abtastung kann ebenso gut auf optische oder andere Weise erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Umsetzer mit einem relativ zu einer Abtasteinrichtung bewegbaren" Codeträger, der mit Teilungen gemäß einem einschrittigen Code versehen ist und dessen Relativstellung gegenüber der Abtasteinrichtung mittels einzelner Abtastelemente ablesbar und in Form codierter Signale auswertbar ist, mit einem Codeumsetzer, der die abgetasteten Signale in einen prüfbaren Code umsetzt und mit einer Prüfeinrichtung zur Erkennung von Fehlern, der die umgesetzten Signale zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß wechselseitig verriegelte logische Verknüpfungen (NA, NB... NE;AA, AB...AE)die abgetasteten Signale (A ... E)in Signale mit einem gleichgewichtigen Code (A'... E') umsetzen und daß die Prüfeinrichtung (N 1... N tQ\ das Gewicht eines jeden aus den umeesetzten Signalen bestehenden Codewortes (A', B', C', D', E') überprüft

2. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung (A ... E) auf dem Codeträger als Kombination aus einem 2aus5-Code und einem 3aus5-Code gebildet ist

3. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der prüfbare Code (A'. .. E') ein 2aus5-Code ist

4. Analog-Digital-Umsetzer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Codeumsetzung für jede Abtastspur (A, B... E) eine NAND-Verknüpfung (NA, NB... Nil besitzt, deren Ausgang zusammen mit deir. invertierten Abtastsignal über eine Antivalenzverknüpfuc.,- (AA, AB ... AE) geführt ist, wobei dem Eingang des NAND-Gliedes jeweils das Signal der betreffenden Abtastspur und die direkten Signale der beiden benachbarten Spuren sowie die invertierten Signale der beiden übrigen Spuren zugeführt werden.