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Impulsuntersetzer
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Die Erfindung betrifft einen Impulsuntersetzer mit einem rückgekoppelten
n-stufigen Schieberegister, der besonders einfach zu einer Schaltungsanordnung zu
erweitern ist, die die Veränderung des Tastverhältnisses p der untersetzten Impulsfolge
bei gleichzeitiger Änderung ihrer Periodendauer oder bei konstanter Periodendauer
erm;glicht.
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Aus der Literatur sind programmierbare Zähler bekannt, die nach jeweils
N Taktimpulsen einen Ausgangsimpuls liefern.
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Durch Voreinstellung des Zählers kann die Zahl N bestimmt werden.
Der Ifachteil für einige Anwendungen liegt hierbei darin, daß für beliebige Zahlen
N am Ende des Zählzyklus jeweils nur ein Impuls der zeitlichen Dauer entsprechend
der Periodendauer T des angelegten Zähltaktes erzeugt wird (Texas Instruments: Applikationsbuch,
Band 1, Seite 82, Abb. 58).
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Weiterhin sind Zähler bekannt, die durch Rückkopplungen Teilerverhältnisse
von nicht binären ganzen Zahlen erlauben (Texas Instruments: Applikationsbuch, Band
1, Seiten 65 bis 69, Abb. 29 bis Abb. 37). Hierbei ergibt sich für die Ausgangsimpulsfolge
ein Tastverhältnis -9-
Diese Zähler lassen sich Jedoch während des
Betriebes nicht ohne weiteres umschalten.
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Es ist weiter bekannt, daß ein rückgekoppeltes Schieberegister ebenfalls
als Teiler wirkt.Selbstverständlich können hierbei nur kleinere Teilenverhältnisse
realisiert werden, wenn der technische Aufwand in Grenzen gehalten werden soll.
Als einfachste Ausführung eines derartigen Teiler ergibt sich der Johnson-Zähler
(Texas Instruments: Das TTL Kochbuch, Abschnitt 6.2.8, Seiten 142 bis 144), bei
dem das inverse Signal des Ausganges auf den Eingang rUckgekoppelt wird. Der Nachteil
dieses Zählers liegt in der Tatsache, daß es beim Betrieb verbotene Zustände gibt,
die sich nach dem Einschalten oder durch äußere Einwirkung einstellen können.
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Auch der Impulsuntersetzer nach der Erfindung geht von einem rückgekoppelten
n-stufigen Schieberegister aus. Im Unterschied zum johnson-Zähler sind hier jedoch
die Ausgänge von k# 2 Stufen des Schieberegisters an die Eingänge eines NAND-Tores
gelegt, dessen Ausgang auf den Eingang der ersten Stufe des Schieberegisters rUckgekoppelt
ist, wobei dessen erst bis (n-k)-te Stufen nicht rückgekoppelt sind und die untersetzte
Impulsfolge am Ausgang einer einzigen Stufe abnehmbar ist.
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Als Teilerverhältnis Z ergibt sich bei dem Impulsuntersetzer nach
der Erfindung 1 Z = 2n-k+1 und das Tastverhältnis p des Ausgangsaignales zu = 1
# - 2n-k+1
wenn p als Verhältnis der Zeitdauer der logischen "L"
zur Periodendauer der Impulsfolge am Ausgang der Schaltung definiert wird.
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Die Logische "0" steht dabei für eine Zeit t0 = E(n-k) +1] T zur Verfügung,
während die logische "L" für die Zeit tL = n T (T Periodendauer des angelegten Zähltaktes)
ansteht.
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Durch die Rückkopplung von mehr als einer Stufe gibt es für den angegebenen
Zähler keine verbotenen Zustände bei mit vernünftigem Aufwand zu realisierenden
Xeilerverhältnissen.
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Will man den Impulsuntersetzer nach der Erfindung zur Erzeugung von
Impulsfolgen mit variablem Tastverhältnis und/oder variabler Periodendauer verwenden,
dann ist zwischen die Ausgänge der zweiten und der n-ten Stufe des Schieberegisters
und die zugehörigen Eingänge des NAND-Tores je ein Inverter in Reihe mit einem weiteren
NAND-Tor mit jeweils zwei Eingangen geschaltet. Die Jeweils freien Eingänge der
zwischengeschalteten NAND-Tore liegen an Steuerspannungen, die eine Veränderung
der Zahl k der rückgekoppelten Stufen und/oder der Zahl der wirksamen Stufen ermöglichen.
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Eine vorteilhafte Schaltungsvereinfachung ergibt sich, wenn die zwischen
die Ausgang der jeweils rückgekoppelten Stufen und den Eingang der ersten Stufe
des Schieberegisters geschaltete Logik durch ein UND-ODER-Umkehr-Tor mit
2
n Eingängen ersetzt ist, wobei n Eingänge zur Riickkopplung und weitere n Eingänge
zur wahlweisen Veränderung der Zahl k der rückgekoppelten Stufen und/oder der Zahl
der wirksamen Stufen dienen und ein Eingang am Ausgang der ersten Stufe des Schieberegisters
liegt.
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anhand Im folgenden wird , von Fig. 1 bis 5 und drei Tabellen die
Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt das einfachste Ausführungsbeispiel, Fig. 2 das Impulsdiagramm
zur Ausführung nach Fig. 1, Fig. 3 als Beispiel die Ausführung mit einem 5-bit-Schieberegister,
Fig. 4 die Impuladiagramme der Ausführung nach Fig. 3, und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel
mit einem 4-bit-Schbberegister und Rückkopplung über ein UND-ODER-Umkehr-Tor.
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Bei der Schaltung gemäß Fig. 1 sind zwei D-Flip-Flops FF1 und FF2
als zweistufiges Schiebergister geschaltet (n=2).
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Die Rückkopplung der beiden Ausgänge Q (k = 2) erfolgt über ein NAND-Tor
T3 auf den D-Eingang des ersten Flip-Flops. Bei einem Eingangstakt am Eingang E
ergibt sich eine untersetzte Ausgangsimpulafolge am Ausgang A gemäß Fig. 2.
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Das Teilerverhältnis Z beträgt in diesem Fall Z = 1/3 2n-k+1 Die Wahrheitstabelle
Tab. 1 gibt den Zählmodus für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit dem übertrag
tt an, der identisch ist mit dem dem Eingang D des Flip-Flops FF1 angebotenen Rückkopplungssignal.
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Tabelle 1
| n ü |
| 1 "2 |
| L L O |
| O L L |
| L O L |
| L L 0 |
Die Schaltung gemäß Fig. 3 erlaubt eine Variation des Teilerverhältnisses Z bei
gleichzeitig verändertem Tastverhältnis p sowie eine Variation des Tastverhältnisses
p bei konstantern Teilerverhciltnis Z durch Anlegen von logisch "0" und "L"an die
Eingänge B und C. Die Rückkopplung erfolgt hier über ein Vierfach-NAND-Tor T5. Zusätzlich
ist zwischen die Stufe 2 des Schieberegisters SR und den zugehörigen Eingang des
NAND-Tors T3 ein Inverter I1 und in Reihe ein NAND-Tor T1 geschaltet, und zwischen
die Stufe 5 des Schieberegisters SR und den zugehörigen Eingang des NAND-Tores T3
sind ein weiterer Inverter T2 und in Reihe ein weiteres NAND-Tor T2 geschaltet.
Die Kombination des Inverters I1 mit dem Nand-Tor T1 erlaubt eine Veränderung der
Zahl k der angezapften und damit rückgekoppelten Stufen und der Inverter I2 mit
dem NAND-Tor T2 erlauben eine Veränderung der für das Schieberegister SR maßgebenden
Zahl der wirksamen Stufen, also der Registerlänge. Die zur jeweiligen Veränderung
notwendigen Steuerspannungen liegen an dem jeweils freien Eingang B und/oder C der
beiden zwischengeschalteten NAND-Tore T1, T2 an. Die Tabellen 2a bis 2d geben den
Zählmodus dieses Schieberegisters SR in Abhängigkeit von den Eingangsgrößen an den
Eingängen B und C an.
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Aus Fig. 4 und den folgenden Tabellen 2a bis 2d ist zu ersehen, daß
die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 auf drei verschiedene Teilerverhältnisse Za
# Zb # Zc # Zd und bei konstantem Teilerverhältnis auf zwei verschiedene Tastverhältnisse
p des Ausgangssignals am Ausgang A pc # pd für Zc = Zd einstellbar ist.
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Tabelle 2a: B = L ; C = 0
| Q1 .Q2 Q3 Q4 Q5 2 |
| L L L L (L) O |
| o L L L (L) 0 |
| O O L L (L) L |
| L O O L (L) L |
| L L O O (L) # L |
| L L L O (O) L |
| X L L L (O) 0 |
Tabelle 2b: B = 0 ; C = L
| Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 |
| L L L L L O |
| O L L L L 0 |
| O O L L L 0 |
| O O O L L L |
| L O 0 O L L |
| L L O 0 0 L |
| L L L 0 O L |
| L L L L O L |
| L L L L L O |
Z=1/6, p=2/3 Z=1/8, p=5/8
Tabelle 2c: B = 0 ; C = 0
| Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 U |
| L L L L (L) 0 |
| 0 L L L (L) 0 |
| 0 0 L L (L) 0 |
| 0 0 0 L (L) L |
| L 0 0 0 (L) L |
| L L 0 0 (0) L |
| L L L O (O) L |
| L lt lt lt (O) 0 |
labelle 2d: B = L ; C = L
| Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 U |
| L L L L L 0 |
| O L lt lt lt O |
| 0 0 L L L L |
| L 0 0 L L L |
| L L O O L L |
| L L L 0 0 L |
| L L L L O L |
| L L L L L 0 |
Z=1/7, p=4/7 Z=1/7, p=5/7 Eine Umschaltung des Schieberegisters SR während des Betriebes
sollte zweckmäßigerweise zu Zeitpunkten geschehen, bei denen die Rückkopplungssignale
der alten und neuen Einstellung identisch sind.
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Eine wesentliche Schaltungsvereinfachung ergibt sich bei Verwendung
eines UND-ODER-Umkehr-Tors im Rückkopplungszweig gemäß Fig. 5. Das hier dargestellte
vierstufige Schieberegister SR ermöglicht in der Zusammenschaltung mit einem derartigen
Tor M eine Variation bei entsprechender Beschaltung der Eingänge 1 bis 4 gemäß Tabelle
3.
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Dabei muß die in Fig. 5 dargestellte Zuordnung der Ausgänge des Schieberegisters
SR zu den Eingängen 1 bis 4 des UND-ODER-Umkehr-Tores M gewählt werden.
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Tabelle 3: 1 2 3 4 Z p 0 0 0 0 1 -L O 0 0 1/! 1/2 L L O O 1/3 2/3
L t L 0 1/4 3/4 L lt L L 1/5 4/5 O L L L 1/6 2/3 O O L L 1/7 4/7 * 0 0 O L 1/8 1/2
* 0 O L 0 1/6 1/2 O L L 0 1/5 3/5 * O L O 0 1/4 1/2 * = Johnson-Zähler (3) Ansprüche: