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DE2162486A1 - Digital gesteuerter Impulsgenerator - Google Patents

Digital gesteuerter Impulsgenerator

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Publication number
DE2162486A1
DE2162486A1 DE19712162486 DE2162486A DE2162486A1 DE 2162486 A1 DE2162486 A1 DE 2162486A1 DE 19712162486 DE19712162486 DE 19712162486 DE 2162486 A DE2162486 A DE 2162486A DE 2162486 A1 DE2162486 A1 DE 2162486A1
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DE
Germany
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counter
pulse generator
pulse
bistable
circulation
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Application number
DE19712162486
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DE2162486B2 (de
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D H Durland
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Beckman Coulter Inc
Original Assignee
Beckman Instruments Inc
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Publication date
Application filed by Beckman Instruments Inc filed Critical Beckman Instruments Inc
Publication of DE2162486A1 publication Critical patent/DE2162486A1/de
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/01—Shaping pulses
    • H03K5/04—Shaping pulses by increasing duration; by decreasing duration
    • H03K5/05—Shaping pulses by increasing duration; by decreasing duration by the use of clock signals or other time reference signals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/66—Digital/analogue converters
    • H03M1/82—Digital/analogue converters with intermediate conversion to time interval
    • H03M1/822—Digital/analogue converters with intermediate conversion to time interval using pulse width modulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Pulse Circuits (AREA)

Description

Patentanwalts
Dipl. Ing. C. Wallach
Dipl. Ing. G. Koch
Dr. T. Haibach !6. Dezember 1971
Kaufingerstr.8,Tel.24027Ö IJ 44} - Fk/Hi
Beckman Instruments, Inc.« Fullerton, Calif./USA
Digital gesteuerter Impulsgenerator
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Impulsgeneratoren und Insbesondere auf einen digital gesteuerten Impulsgenerator, dessen Tastverhältnis sohneil und genau über einen Bereich von 0 bis 100 % geändert werden kann« um die Größe der einer ausgewählten Belastung zugeführten Leistung zu steuern»
Im Bereich der heutigen Elektronik und in der Techniologie der integrierten Schaltungen liegt die Betonung auf sehr schnellen« zuverlässigen« billigen und genauen Vorrichtungen zur Ableitung eines Impulssignals, dessen Zeltdauer in bezug auf ein selektives Zeitintervall in einfacher Weise und genau geändert werden kann. Der allgemeine Grundgedanke dee Vergleiohs einer digital dargstellten und in einer geeigneten Spelohereinheit gespeicherten Zahl mit einer kontinuierlichen« von einem Zähler wiedergegebenen Zählung wurde in vielen Digltal/Analog-Konvertern verwendet. Dieses Konzept oder dieser Grundgedanke wurde Jedoch bisher nicht in einem digital gesteuerten Impulsgenerator verwendet« um die einfache und
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schnelle Einstellung des Tastverhältnisses des Impulsgenerators und damit die genaue Steuerung der Größe der an eine geeignete Last gelieferten Leistung zu ermöglichen. Bisher war es bei der Umwandlung eines digital dargestellten Signals in ein zeitproportionales Steuersignal allgemein üblich, zunächst einen normalen Digital/Analog-Urawandlungsschritt, beispielsweise mit Hilfe eines üblichen spannungsgesohalteten Widerstands-Kettermetzwerkes durchzuführen, worauf eine Umwandlung des sich ergebenden Analogsignals in das gewünschte zeltproportionale Signal mit Hilfe eines gesteuerten Silizitungleichrichter oder mit einem anderen geeigneten zeitproportionierenden Umwandlungselement folgt« Ein derartiges Verfahren trug wesentlich zur Kompliziertheit der Umwandlungsvorriohtung bei, wodurch sich eine Vorrichtung mit höheren Kosten und niedrigeren Geschwindigkeiten ergab.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sehr schnellen, zuverlässigen, billigen, digital gesteuerten Impulsgenerator zu schaffen, der aus einer begrenzten Anzahl von Bauteilen besteht und dessen Tastverhältnis schnell und genau geändert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen digital gesteuerten Impulsgenerator gelöst, der eine Datenregister- oder Speichere Inhalt, einen Umlauf zähler, einen Koinzidenzdetektor zur Überwachung der Ausgänge von der Speichereinheit und dem Umlaufzähler und zur Lieferung eines Ausgangssignals zu jedem Zeitpunkt, an dem die Zählung in der Speiohereinhelt und in dem Umlaufzähler übereinstimmt, und ein bistabiles Speicherelement mit zwei Eingängen umfaßt, von denen einer mit dem Koinzidenz-Zähler und der andere direkt mit dem Umlaufzähler verbunden ist· Das bistabile Element wird bei Auftreten eines Impulses von dem Koinzidenzdetektor in einen seiner Zustände eingestellt und jedesmal dann in seinen Ausgangszustand su-
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rttckgeetellt« wenn der Umlaufzähler die Zählung Hull erreicht« um ein Impulsausgangssignal zu liefern« dessen Zeitdauer ein beetlOBter Prozentsatz eines ausgewählten Zeitintervalle ist» wobei dieser Prozentsatz eine Funktion des Verhältnisses des Wertes der in der Speiehereinheit gespeicherten Ziffer zu der die volle Kapazität des Umlaufzählers darstellenden Ziffer«
Entsprechend besteht ein hauptsäohlioher Vorteil der vorliegenden Erfindung darin« daß ein verbesserter Impulsgenerator geschaffen wird« dessen Tastverhältnis schnell und genau geändert werden kann«
Sin weiterer Vorteil besteht darin« daß sich ein sehr schneller zuverlässiger und billiger Impulsgenerator ergibt« der weiterhin eine begrenzte Anzahl von Bauteilen aufweist»
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Ansprüchen«
Die Erfindung wird im folgenden anband eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels noch näher erläutert·
Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines- erfindungsgemäß aufgebauten digital gesteuerten Impulsgenerators·
Aus der Zeichnung 1st zu erkennen« daß der Impulsgenerator allgemein ein Datenregister oder eine Speichereinheit 10« einen Umlauf zähler 11« einen Koinzidenzdetektor 12 und ein bistabiles Speicherelement 14 umfaßt·
Die Speichereinheit 10 dient als Eingangsquelle der digitalen Information und umfaßt ein Vier-Bit-Datenreglster mit vier parallelen binäroodierten Ausgangsleitungen« die jeweils mit 1« 2g 4 und 8 entsprechend dem üblichen binär bewerteten Code bezeichnet sind· Die Speichereinheit 10 kann typisoherwelse
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eine Anzahl von in geeigneter Weise in Kaskade geschalteten bistabilen Elementen umfassen» wie z.B. Flip-Flops oder Magnetkernelemente mit quadratischer Hystereseschleife» Das digital dargestellte Eingangssignal kann in die Speichereinheit 10 In Serie oder parallel entsprechend der Wahl der Bedienungsperson eingeführt werden«
Der Umlauf zähler 11 umf aSt wie die Speiohereinheit 10 eine Anzahl von üblichen bistabilen Elementen» wie z.B. Flip-« Flop-Sehaltungen oder Magnetkernelemente mit quadratischer
Hystereseschleife, die in Kaskade geschaltet sind» und In
dem dargestellten Aueführungsbeispiel besteht dieser Umlaufzähler 11 aus einem Vier-Bit-Umlauf zähler mit vier parallelen binären Ausgangsleitungen» die jeweils mit 1, Q, k und 8 be« zeichnet sind. Der Umlaufzähler 11 wird durch das Weehselspannungs-Netzfrequenzsignal, typischerweise von 60 Hz angesteuert» das dem Zähler 11 über ein übliches Impulsformer· element 15 zugeführt wird« Anstelle der Ansteuerung des Zählers direkt von der Netzleitung kann eine übliche Taktsteuer-Impuls quelle verwendet werden, deren Frequenz über einen weiten Bereich geändert werden kann· In jedem Fall wird der Zähler 11 um einen Sohritt für jeden Impulseingang weiterge-Behaltet und wird bei Erreichen seiner maximalen Zählung,
die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 15 1st» auf Null zurüokgesteilt» worauf eine neue Zählung beginnt« Es 1st für den Fachmann verständlich» daß» obwohl die Speichereinheit und der Umlauf Zähler 11 als binär codierte Vier-Bit-Elemente dargestellt sind» andere übliche Codes verwendet werden könnun» und daß die Anzahl der Bits lediglich von dem gewünschten Auflösungegrad abhängt*
Die in dem Datenregister 10 und dem Umlauf zähler 11 gespeicherten Zählungen werden kontinuierlich durch den Koinzidenzdetektor 12 überwacht» der jedesmal dann einen Auegangsimpuls an der Leitung 13 erzeugt» wenn die in der Speiohereinheit
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gespeicherte Zählung mit der in dem Umlauf zähler 11 übereinstimmt oder dieser entspricht« Der Koinzidenzdetektor 12 kann typischerweise eine Anzahl von NOR- oder NAND-Gattern oder exclusive ODER-Schaltungen (eine für Jede Stufe in dem Datenregister 10) umfassen» die jeweils zwei Eingangsleitungen aufweisen, von denen eine mit dem Ausgang einer Stufe in dem Datenregister 10 und die andere mit dem Ausgang einer entsprechenden Stufe in dem Umlauf zähler 11 verbunden ist σ
Das bistabile Speicherelement 14 umfaßt einen üblichen Rüekstell-Stell-Flip-Flop (R-S Flip-Flop), dessen Stell-Eingangs» leitung (S) direkt mit dem Ausgang des Koinzidenzdetektors 12 und dessen Rückstell-Eingangsieitung (R) mit dem Ausgang der letzten Stufe des UmlaufZählers 11 über eine Differenzier, und Formerschaltung 16 verbunden ist. Der Flip-Flop 14 spricht auf den von dem Koinzidenzdetektor 12 abgeleiteten Impulsausgang an, um den Flip-Flop in seinen hohen Zustand zu bringen», wobei der Flip-Flop in diesem hohen Zustand verbleibt, bis der Zähler 11 seine maximale Zählung erreicht« worauf ein Impuls auf den Rüokstell-Eingang (R) des Flip-Flops 14 aufgebracht wird« um den Flip-Flop auf seinen ursprünglichen niedrigen Zustand zurückzubringen«
Zur Erleichterung eines vollständigen Verständnisses der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß eine kurze Betrachtung der Bedeutung des Begriffes "Tastverhältnis" hilfreich 1st* Das "Tastverhältnis1* einer elektrischen Vorrichtung ist klassischerweise als das Verhältnis ihres Einsohalt-Zeitintervalls zu der Gesamtzeit eines vollständigen Zyklus definiert; In dem dargestellten Ausführungsbeispiel würde dies bedeuten, daß das Tastverhältnis der Flip-Flop-Schaltung 14 als das Verhältnis der Dauer (t) des an ihrem Ausgang gelieferten Impulses zum Zeltintervall (tQ) definiert ist« währendddssen
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der Impuls auftritt« wobei dieses Zeitintervall die Zeit darstellt, die die Flip-Flop-Sohaltung benötigt, um einen Zyklus vom ursprünglichen Rückatell-Zustand zum Einstell-Zustand und zurück zum Rückstell-Zustand zu durchlaufen. Entsprechend wird, wenn das Verhältnis (t/tQ) anwächst, das Tastverhältnis der Flip-Flop-Sohaltung 14 größer* Umgekehrt wird das Tastverhältnis verkleinert, wenn das Verhältnis (t/tQ) abnimmt»
Bei der nun folgenden Betrachtung der Betriebsweise des erfindungsgemäfien Impulsgenerators sei für die Zwecke der Be- Schreibung angenommen« daß zu Anfang ein der Zahl 8 entsprechender Wert in das Datenregister 10 eingeführt wurde. Dies bedeutet» daß die parallelen binärcodierten Ausgangsleitungen 1, 2, 4 und δ des Datenregisters 10 Jeweils 0* 0, 0 und 1 wiedergeben. (Darstellung des Wertes 8 im Binärcode), Der umlauf zähler 11 wird dann dadurch in Betrieb gesetzt» daß er mit der Leistungsquelle verbunden wird. Wenn der Umlauf sanier die Zählung 8 erreicht, liefert die Koinzidenzdetektor 12 einen Impulsausgang, der dem Stell-Eingang (S) der Flip-Flop-Sohaltung 14 eingeprägt wird, wodurch die Flip-Flop-Schaltung 14 in den hohen Zustand geschaltet wird« Die Flip-Flop-Schaltung 14 verbleibt dann in diesem hohen Zustand, bis der
. Umlaufzähler 11, der kontinuierlich mit der Netzfrequenz angesteuert wird, seine maximale Zählung, in diesem Fall 15 erreicht, und dann auf Null zurückspringt, wobei zu dieser Zeit ein Impuls von der letzten Stufe des Umlauf Zählers 11 . an den Ruckstell-Eingang (R) der Flip-Flop-Schaltung 14 angegeben wird, der die Flip-Flop-Sohaltung in ihren ursprünglichen niedrigen Zustand zurückstellt.
Somit liefert die Flip-Flop-Schaltung 14 einen Impulsausgang, dessen Tastverhältnis (t/tQ) eine Funktion des Verhältnisses der in das Datenregiater 10 eingeführten Ziffer zur maximalen Zählung des Umlaufzählere ist. In mathematischer Form kann dme Tastvertnis des Impulsgenerator^ wie folgt ausgeführt werden*
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Y-X
wobei Z gleich dem prozentual ausgedruckten Tastverhältnis, X gleioh der in das Datenregieter IO eingeführten Ziffer und Y gleioh der die volle Kapazität oder die maximale Zählung des Umlauf Zählers 11 darstellende Ziffer Isto
Es 1st verständlich« daß das Tastverhältnis des Impulsgenerator» durch einfaches Ändern der in das Datenregister 10 eingeführten Ziffer (X) oder durch Vergrößern oder Verkleinern der maximalen Zählung (Y) des Umlauf zählere 11 geändert werden kann. Während das Impuls-Tastverhältnis konstant bleibt« wenn X und Y nicht geändert werden« ist weiterhin die Impulsdauer (t) jedes erzeugten Impulses sowie das gesamte Zeitintervall (t0), das der Umlaufzähler 11 benötigt« um seine maximale Zahlung zu erreichen und auf Null zurückzuspringen« eine direkte Funktion der Frequenz des Taktsteuer-Irapulssignals» das den Zähler 11 ansteuert· Baraus folgt« daß die Zeltdauer (t) jedes Impulsausgangssignals durch Einstellung der Frequenz dieser Taktsteuer-Quelle geändert werden kann· Schließlich hängt» wie es weiter oben erwähnt wurde« die Auflösung des Impulsgenerators von der Anzahl der Stufen in dem Umlaufzähler 11 ab« d.h* je größer die Anzahl der Stufen ist« desto höher ist die Auflösung»
Für den Fachmann sind viele Abänderungen und Abweichungen von der speziellen vorstehend beschriebenen Vorrichtung ohne weiteres erkennbar und durchführbar« ohne von dem erfinderischen Grundgedanken der Erfindung abzuweichen« Beispielsweise können die komplementären Ausgänge des Patenregisters anstelle der direkten Ausgänge verwendet werden« wenn dies erwünscht ist«
Patentansprüche t 209829/1074 ·/*

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    l) Digital gesteuerter Impulsgenerator, gekennzeichnet durch eine digitale Speichereinrichtung (10) zur Speicherung einer vorgegebenen Ziffer* einen Umlauf zähler (11), eine Einrichtung (15) zur aufeinanderfolgenden Änderung des Zustandes des Zählers mit einer ausgewählten Frequenz» wobei der Umlaufzähler (11) ein erstes Ausgangs»ignal Jedesmal dann erzeugt, wenn der Zähler auf die Zählung KuIl zurückspringt« mit den digitalen Speichereinrichtungen (10) und dem Umlaufzähler (11) verbundene Koinzidenz-Detektoreinriohtungen (12) zur Lieferung eines zweiten Ausgangseignais, wenn die Zählung in dem Zähler (11) mit der In der digitalen Speichereinrichtung (10) enthaltenen Zahl übereinstimmt« und eine bistabile Schaltung mit einem ersten« mit der Koinzidenz-Detektoreinriehtung (12) verbundenen Eingang und einem zweiten» mit dem Umlaufzähler (11) verbundenen Eingang, wobei die bistabile Schaltung auf jedes erste Ausgangesignal von dem Umlaufzähler (11) anspricht, um In ihren ersten bistabilen. Zustand zu schalten, und auf jedes zweite Ausgangssignal von der Koinzidenz-Detektoreinrichtung anspricht, um in ihren zweiten bistabilen Zustand zu schalten, so daS ein Impulsausgangssignal geliefert wird, dessen Tastverhältnis sich als Funktion des Verhältnisses der Zahl In der digitalen Speichereinrichtung (10) zur maximalen Zählung des UmlaufZählers (11) ändert.
    2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi das Tastverhältnis des Impulsausgangssignals die Gleichung
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    erfüllt« wobei Z das Tastverhältnis, X die In der digitalen Speichereinrichtung (10) gespeicherte Zahl und Y die die maximale Zählung des Umlauf Zählers (11) darstellende Zahl 1st.
    3· Impulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet« daß die bistabile Speicherschaltung (l4) eine R-S-(RÜckstell-Steil-)Flip-Flop-Schaltung umfaßt« deren RUckstelleingang mit dem Ausgang des UmlaufZählers (11) und deren Stelleingang mit der Koinzidenz-Detektoreinrichtung (12) verbunden ist.
    4« Impulsgenerator nach Anspruch >, dadurch gekennzeichnet« daß die Einrichtung (15) zur aufeinanderfolgenden Veränderung des Zustandes des Umlaufzählers (11) eine Taktsteuer-Impulsquelle umfaßt.
    5· Impulsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche« dadurch gekennz e 1 ohne t « daß der Umlaufzähler (11) eine Anzahl von Stufen mit einem Parallel-Zahlenausgang einschließt und daß die Speicherschaltung eine der Zahl der Stufen In dem Umlaufzähler (11) entsprechende Anzahl von Stufen aufweist« die einen Parallel-Zahlenausgang aufweisen« wobei jede der Zählerstufen einen komplementären Zahlenausgang ergibt.
    6. Digital gesteuerter Impulsgenerator naoh einem der vorhergehenden Ansprüche« dessen Tastverhältnis in einfacher Weise und genau geändert werden kann« gekennzeichnet durch einen Umlaufzähler (11) mit einer Anzahl von binären Parallel-Zahlenausgängen B,, Bg, B, «.. B^, wobei die Indizes die Wertigkeit des Bits der Binärzahl darstellen« Einrichtungen zur aufeinanderfolgenden Änderung der Zählung des Zählers (11) mit einer ausgewählten Frequenz« wobei der Zähler (11) jedesmal dann ein erstes Ausgangssignal
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    liefert, wenn der Zähler auf die Zahl Null zurückspringt« eine Speicherschaltung (10) mit einer Anzahl von parallelen Binär· Zahlenausgängen B1* Bg, B, ,.. Bn, eine mit dem Umlauf zähler (11) und der Speicherschaltung (10) verbundene Koinzidenzdetektoreinrichtung zur kontinuierlichen überwachung der durch den Zähler (11) und die Speicherschaltung (10) angezeigten parallelen Zahlenausgänge und zur Lieferung eines zweiten Ausgangssignals» wenn diese Zahlenausgänge übereinstimmen, und eine bistabile Speichereinrichtung (14) mit ersten und zweiten stabilen Zuständen« die mit dem Umlauf zähl er (11) und der Koinzidenz-Detektoreinrichtung (12) verbunden ist, wobei die bistabile Speichereinrichtung (14) in ihren ersten stabilen Zustand in Abhängigkeit von jedem ersten von dem Umlaufzähler (11) erzeugten Ausgangssignal eingestellt wird und wobei die bistabile Speichereinrichtung (14) Jedesmal dann in den zweiten stabilen Zustand eingestellt wird, wenn die Koinzidenzdetektor (12) ein zweites Ausgangssignal liefert, um einen Impulsausgang zu liefern, dessen Tastverhältnis die Gleichung»
    X-Y
    erfüllt« wobei Z das Tastverhältnis, X die in der Speicherschaltung (10) gespeicherte Zahl und Y die die maximale Zäh lung des Umlauf Zählers (11) darstellende Zahl ist.
    7· Impulsgenerator nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß die bistabile Speichereinrichtung (14) eine R-S- (RUekstell-Stell-) Flip-Flop-Sohaltung umfaßt, deren Stelleingang mit dem Koinzidenzdetektor (12) und deren Rückstelleingang mit der letzten Stufe des Umlaufzählere (11) verbunden ist.
    8· Impulsgenerator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dafi die Einrichtungen zur aufeinanderfolgenden Änderung des Zustandes des Zählers (11) eine
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    TaktBteuer-Impulsquelle mit einstellbarer Frequenz umfassen*
    9. Impulsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Speicherschaltung (10) und der Umlauf zähler (11) Jeweils eine Anzahl von parallelen Binärzahlenausgängen liefern.
    10. Impulsgenerator nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet* daS eine der Anzahl von Binärzahlenausgängen das Komplement des direkten Ausganges ist.
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    Leerseite
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