DE3312914A1 - Diskriminatorschaltung - Google Patents

Description

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Be schre j b u η κ DlskriminatorschaltunK

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Vierfachauswertung zweier von einem inkrementalen Digitalgeber erzeugten gegeneinander phasenverschobenen Impulsreihen gleicher Periodenlänge.

Aus dem DD-WP 80 465 ist eine Schaltungsanordnung für einen Richtungsdiskriminator für zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsreihen gleicher Frequenz unter Verwendung von bistabilen Kippschaltungen bekannt. Der Nachteil dieser Diskriminatorschaltung besteht darin, daß man mit einem Aufwand von drei Flipflops und sieben Gattern sowie einem achten nicht gezeigten Gatter zur Negation des Eingangs a nur eine Zweifachauswertung erreicht. Nachteilig ist außerdem, daß der notwendige Takt die Abtastgeschwindigkeit um seine Taktzeit verzögert.

Zweck der Erfindung ist es, das Auflösβvermögeη des Digitalgebers zu verdoppeln, sowie den Bert eileaufwand der Schaltung zu minimieren und zu unifizieren, indem für die Diskriminatorschaltung nur ein NAND-Gattertyp verwendet wird und die Zählgeschwindigkeit des Digitalgebers bis nahezu der maximalen Zählfrequenz der Schaltkreise möglich ist.

Erfindungsgemäß werden dazu die Eingangssignale A und B an einen Plankendiskriminator gelegt. Dieser erzeugt bei jeder Änderung der Gebersignale einen Nadelimpuls· Der Richtungsdiskriminator vergleicht den Zustand vor der Änderung mit dem nach der Änderung und stellt ein Richtungssignal zur Verfügung. Der durch den Plankendiskriminator bereitgestellte Nadelimpuls zählt entsprechend dem Richtungssignal einen Binärzähler vor- oder rückwärts. Das wesentlichste Merkmal der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß aus den Signalen zweier phasenverschobener Impulsreihen (gleicher Periodenlänge) bei jeder Veränderung der Zustände dieser Impulsreihen ein Zählimpuls entsprechend der Bewegungsrichtung des

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inkrementalen Digitalgebers zu einem Zähler geliefert und damit eine Vierfachaaswertung der Impulsreihen erreicht wird. Ein zweites Merkmal der Erfindung besteht darin, daß nur die Impulsfolgen A und B zur Auswertung benötigt werden, nicht aber die negierten Signalfolgen Ä und B. Um einen.quasiabsoluten Binärwert am Ausgang des Zählers zu erhalten, kann in beschriebener Art und Weise ein Synchronimpuls C den Vor- und Rückwärtszähler synchronisieren, d. h. auf einen gewünschten Wert stellen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Modifizierung des Synchronimpulses, um die optisch-geometrisch mögliche Auflösung zu verdoppeln. Damit wird gleichzeitig eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des gesamten inkrementalen Digitalgebers erreicht.

Ein letztes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die erfindungsgemäße Schaltung nahezu ohne analoge Verzögerungsschaltungen, die die obere Grenzfrequenz stark herabsetzen und die Störanfälligkeit erhöhen würden, arbeitet.

Mit den von einem inkrementalen Digitalgeber generierten Signalen können Binärzähler entsprechend der Bewegungsrichtung des Gebers vor- oder rückwärts gezählt werden, wobei jede Änderung erfaßt und ausgewertet wird. Die erfindungsgemäße Schaltung kann also verwendet werden um über Digitalgeber Positionieraufgaben an verschiedenen Maschinen und Apparaten mit der höchstmöglichen Auflösung zu erledigen. Durch die zusätzliche Verwendung eines Synohronlmpulses stellt die Schaltung einen Quasiabsolutwertgeber dar.

Anhand der Fifcuren 1 bis 5 soll die Erfindung näher erläutert werden: Es zeigen: Figur 1 Schaltung eines 1. Ausführungsbeispiels Figur 2 a-d Impulsschemata zu Figur 1 und 3 Figur 3 Schaltung eines 2. Ausführungsbeispiels Figur 4 Schaltung nach Figur 3 mit verringertem " RUckstellimpuls Figur 5 a, b Impulsschemata zu Figur 4

Eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltung wird anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben. Mit den Anschlüssen A und B ist der Eingang für zwei gegeneinander phasenverschobene Signale A und B bezeichnet.

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Am ersten Eingang eines Antivalenzgatters 1 liegt die Impuls·* folge A und an seinem zweiten Eingang die Impulsfolge B gemäß Figur 2. Der Ausgang D des Antivalenzgatters 1 liegt an dem ersten Eingang eines zweiten Antivalenzgatters 2 und am Eingang D des Flipflops 3, dessen Ausgang F am zweiten Eingang des Antivalenzgatters 2 liegt. Der Ausgang E des Antivalenzgatters 2 liefert die Nadalimpulsa E gemäß Figur 2, die an den Takteingängen T der Flipflops 3 und 4 sowie des Zählers 6 liegen· Der Eingang D de* Flipflops 4 ist mit dem ersten Eingang des Antivalenzgatters 1 verbunden. Der Ausgang G des Flipflops 4 liegt am ersten Eingang eines dritten Antivalenzgatters 5» an dessen zweiten Eingang eine Verbindung zum zweiten Eingang des Antivalenzgatters 1 liegt. Der Ausgang H des Antivalenzgatters 5 liegt am Vor- und Rückwärtssteuereingang u/d des Zählers 6. Die Synchronimpulsleitung C liegt am Setzeingang S des Zählers 6· Der Zähler 6 besitzt Iadeeingänge I_Q ... I , die mit einer gewünschten Binärziffer (beispielsweise ooo ··· 0) etatisch belegt sind. An den Ausgängen 0_Q ... 0 kann der eingezählte absolute Binärwert abgegriffen werden.

Wirkungsweise _

Im statischen Zustand liegen an den Eingängen A und B logisch LOW, womit dann der Ausgang D des Ex-OR 1 LOW an den ersten Eingang des Ex-OR 2 legt. Das Flipflop 3 lege mit seinem Q-Ausgang F LOW an den zweiten Eingang des zweiten Ex-OR, womit dann dessen Ausgang E ebenfalls LOW ist. Dieses Signal liegt an den Takteingängen I der D-Flipflops 3 und 4 sowie des Zählers 6* Der Ausgang G des D-Flipflops 4 lege LOW an den ersten Eingang des Ex-OR 5, mit dem vereinbarten LOW von B am zweiten Eingang des Ex-OR 5 liegt dann LOW an seinem Ausgang H.

Jede auftretende Flanke muß durch den Flankendiskriminator ausgewertet werden, der Riehtungsdiskriminator stellt aus dem aufgetretenen Flankenwechsel die Richtung fest und führt dem Binärzähler die Richtungsinformation zu, bevor der eintreffende Zählimpuls den

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Binärzähler in die entsprechende Richtung zählt. Aus dem Ciagramm der Figur 2a wird der statische Zustand mit dem Wechsel der Geberinformation A von LOW auf HIGH verlassen. Der D-JBingang des D-Flipflops erhält diese Information gleichzeitig und bereitet das D-Flipflop 4 zum Kippen (G wird HIGH) vor. Aus dem Wechsel der Flanke A erzeugt der Flankendiskriminator einen Zählimpuls derart, daß das Signal D auf HIGH geht. Signal E wird entsprechend der logischen Funktion eines Bx-OR dann HIGH. Dieser positive Sprung zählt den Zähler 6 entsprechend dem Signal H « LOW in Vorwärtsrichtung. Mit diesem Sprung werden die beiden D-Flipflops 3 und 4 an ihren Ausgängen F und G die Informationen D bzw· A übernehmen. Durch F ■ HIGH wird E nach der Gatterlaufzeit wieder LOW, der Zählimpuls befindet sich in Ausgangslage. Mit dem Wechsel von G auf HIGH wird auch H logisch HIGH. Ändert nun auch B seinen Pegel auf HIGH, entsteht am EX-OR 5 Ausgang wieder LOW noch bevor der über 2 Gatterlaufzeiten entstehende Zählimpuls E am Zähler eintrifft. Es wird also wieder

, mit H ■ LOW in Vorwärtsrichtung gezählt. Die weiteren Änderungen an A und B wiederholen die hier dargestellten Schaltfunktionen· In Figur 2b ist die Funktion der Schaltung abzulesen, wenn Signal B vor dem Signal A seinen Zustand auf HIGH wechselt. Abschließend sei noch darauf verwiesen, daß das Signal H beim Eintreffen des Zählimpulses immer den aktuellen Stand vom Signal B sowie den vorhergehenden Stand G vom Signal A (verzögert durch das D-Flipflop λ) exklusivodert. Aus der Praxis sind verschiedene Zähler bekannt· So kann der nach Figur 1 beschriebene Zähler 6 beispielsweise ein Typ mit der Bezeichnung 74191 sein. In Figur 3 wird eine Schaltung gezeigt, die einen Zähler 10 beispielsweise 74193 mit zwei Takteingängen aufweist. Eine Torschaltung mit den NAND-Gattern 7, θ und 9 wird durch das Signal H gesteuert, so daß entsprechend der Richtungsinformation die Taktimpulse auf den Eingang Tu oder Td gelangen. Da nach Kurve I in Figur 2b durch die zusätzlichen Gatter 7, 8 und 9 Verzögerungen auftreten, wird der Zählimpuls durch einen Kondensator 14 am Ausgang D des Ex-OR 1 um 20 ns

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(entspricht etwa einer Gatterlaufzeit) verzögert, so daß beim Eintreffen dieses Impulses E alle Gatter in einer stabilen lage aus dem Richtungsdiskriminator gesteuert sind. Aus der Schaltung nach Figur 1 und 3 geht hervor, daß das Signal B unmittelbar am Ex-OR 5 des Richtungsdiskriminator wirkt und nur eine Gatterlaufzeit vor dem Zählimpuls den Richtungsentscheid beeinflußt. Um einen nachteiligen Einfluß möglicher größerer Streuungen der Gatterlaufzeiten auf die Schaltungsanordnung zu vermeiden, wird vorgeschlagen, den Kondensator 14 in Pigur 3 anzuschalten (Figur 2c, d). Die Verzögerung des Zählimpulses E um etwa fünfzig Nanosekünden ist für die praktische Anwendung einerseits unerheblich, sichert aber andererseits volle Funktionsfähigkeit bei größeren Toleranzschwankungen der Schaltkreise.

Ein zweites Ausführungsbeispiel wird anhand der Figur 3 beschriebt 5 ben. Es unterscheidet sich zum ersten Ausführungebeispiel dadurch, daß die Schaltung mit getrennten !Takteingängen für Vor- und Rückwärts zählung versehen ist· Um diese bekannten Zähler verwenden zu können, ist es erforderlich, daß eine Gatterschaltung, die aus drei NAND-Gattern mit je 2 Eingängen besteht, zur Aktivierung des entsprechenden Zähleinganges vorgeschaltet wird· Somit liegt der Ausgang H des Antivalenzgatters 5 an beiden Eingängen des NAKD-Gatters 7 sowie am ersten Eingang des NAND-Gattβrs Die zweiten Eingänge der NAND-Gatter 8 und 9 sind miteinander verbunden und werden von der Nadelimpulsreihe E des Ausgangs der Antivalenzschaltung 2 gespeist. Der Ausgang J des NAND-Gatters 8 ist mit dem Vorwärtszähleingang Iu und der Ausgang K des Gatters 9 am Rückwärts zähle ingang Td des Zählers 10 angeklemmt.

Ein drittes Asuführungsbeispiel zeigt Figur 4. Das Signal C (Synchronimpuls) liegt am ersten Eingang eines Antivalenzgatters 12 sowie am D-Eingang eines D-Flipflops 11, dessen Ausgang am zweiten

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Eingang des Antivalenzgatters 12 liegt. Der Ausgang 2 des Antivalenzgatters 12 ist an den zweiten Eingang eines NAND-Gatters 13 geschaltet, wobei sein erster Eingang mit dem exklusivgeoderten Signal D (aus den Signalen A und B) verknüpft ist. Der Ausgang M des NAND-Gatters 13 ist an den Setzeingang S des Zählers 10 angeschlossen· Die Schaltungsanordnung aus den Bauteilen 11» 12 und 13 ist natürlich auch in Verbindung mit Figur 1 anwendbar.

Wirkungsweise

Figur 4 zeigt eine erweiterte Schaltungsanordnung mit einer Taktaufbereitung des Synchronimpulses C. Für sehr schnelle Geberinformationen werden äußerst läsine Schrittschablonen benötigt und angewandt. Soll nun der Zähler 6 an einer definierten Stelle des Gebersysteme synchronisiert werden, um einen quasiabsolutan Digitalwert zu erhalten, muß dieser Synchronimpuls C zwischen zwei Zählimpulsen den Zähler 10 stellen (Figur 5a, Kurve C). Die mechanische Einrichtung des Synchronimpulsgebers bereitet demnach Schwierigkeiten, da die Schrittweite etwa ein Viertel der Zählimpulsfolgen sein muß. Die Auflösung des Gebers wird also durch den Synchronimpulsgeber bestimmt. Um die so stark verringerte Auflösung wieder zu beseitigen, wird erfindungsgemäß der Synchronimpuls C symmetrisch über eine der Flanken der Signale A oder B gelegt (Figur 5b, Kurve C). Die Breite diesis Impulses kann jetzt mindestens doppelt so breit sein wie bei einer herkömmlichen Lösung. Erfindungsgemäß wird der Flankendetektor zur Modifizierung des Synchronimpulses C verwendet, indem daraus zwei Einzelimpulse L erzeugt werden. Der Aufbau und die Funktionsweise entsprechen der Erläuterung zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 3· Die beiden entstandenen Nadelimpulse L werden dem zweiten Eingang des NAND-Gatters 13 zugeführt, an seinem ersten iäingang liegt die Ex-OR-Kurve der Signale A und B. Nur wenn diese HIGH-Signale an den ersten Eingang von Gatter 13 legt, kann der Nadelimpuls passieren. Der zweite Impuls wird demnach unterdrückt.

Aufstellung über die verwendeten Bezuftszeichen

1 - Antivalenzgatter, Ex-OR

2 - Antivalenzgatter, Ex-OR

3 - Flipflop .

4 - Flipflop

5 - Antivalenzgatter, Ex-OR

6 - Zähler

7 - NAND-Gatter

8 - NAND-Gatter

9 - NAND-Gatter

10 - Zähler

11 - Flipflop ;

12 - Antivalenzgatter, Bx-OR i

13 - NAND-Gatter j

14 - Kondensator i

A - Eingangssignal, Impulsfolgen

B - Eingangssignal, Impulsfolgen

C - Synchronimpulsleitung

D - Ausgang Bx-OR 1, Eingang der Flipflops 3 und

E - Ausgang Ex-OR 2, Nadelimpuls·

F - Ausgang des Flipflops 3

G - Ausgang des Flipflops 4

H - Ausgang des Ex-OR 5

I₀-I_n - Ladeeingänge des Zählers 6

J - Ausgang !{AND-Gatter θ

K - Ausgang NAND-Gatter 9

L - Ausgang des Ex-OR 12, Nadelimpuls·

M - Ausgang des NAND-Gattera 13

Oq-O - Ausgänge des Zählers 6

S - Setzeingänge des Zählers 6 bzw; 10

T - Takteingänge der Flipflops 3 und 4

Tu - Vorwärtszähleingang des Zählers 10

Td - RUokwärtseingang des Zählire 10

Claims (1)

1. VEB Kombinat Textima

   9010 Karl-Marx-Stadt Altchemnitzer Str. 46

   Patentansprüche

   (ly Diskriminatorschaltung zur Bildung des Richtungsentscheides aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Impulsreihen gleicher Frequenz unter Verwendung von bistabilen Kippstufen, dadurch ge kenn zeichnet , daß-aus den Signalen zweier phasenverschobener Impulsreihen (A{ B) bei jeder Veränderung der Zustände dieser Impulsreihen (A; B) ein Zählimpuls entsprechend der Bewegungsrichtung des inkrementalen Digitalgebers zu einem Zähler 6 geliefert und damit eine Vierfachauswertung der Impulsreihen (A| B) erreicht wird.

   2· Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge- — kennzeichnet, daß der Synchronimpuls (C) den Vor- und Rückwärtssteuereingang (u/d) des Zählers (6) synchronisieren, d. h. auf einen gewünschten Wert stellen kann und damit ein quasiabsoluter Binärwert cm Ausgang des Zählars (6) erreicht wird.

   3· Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß durch die Modifizierung des Synchronimpulses (C) eine Verdopplung der optisch-geometrisch möglichen Auflösung und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des genannten inkrementalen Digitalgebers erreicht wird.

   4· Diskriminatorschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erfindungsgemäße Schaltung nahezu ohne analoge Verzögerungsschaltungen, die die obere Grenzfrequena stark herabsetzen würden, arbeitet.