DE2602169C2 - Schaltungsanordnung zum zyklischen Erzeugen einer signaltechnisch sicheren Folge von Steuerimpulsen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum zyklischen Erzeugen einer signaltechnisch sicheren Folge von Steuerimpulsen mit einem Quarzgenerator, der eine Reihenschaltung aus Verzögerungsgliedern über eine Steuerschaltung betätigt, die bei zeitlicher Übereinstimmung der Periodendauer der Quarzgeneratorsignale mit der Laufzeit der Reihenschaltung eine Art Selbsthaltekreis bildet.

Derartige Anordnungen werden zur Steuerung von Verarbeitungsabläufen in digital arbeitenden Schaltwerken benötigt. Bei diesen Steuerungen ist es wichtig, daß die Steuersignale in ihrer zeitlichen Dauer und zyklischen Aufeinanderfolge fest vorgegebene Bedingungen erfüllen. Moderne Taktstromversorgungen für digitale Schaltwerke können beispielsweise so aufgebaut werden, daß ein Steuerimpulsgenerator der obengenannten Art als Schrittmacher der gesamten Anlage ein Impulsprograrnm erzeugt und damit eine Vielzahl von Taktgebern synchron steuert. Eine derartige Taktstromversorgung ist für ein zweikanaliges Schaltkreissystem (DT-PS 2135 683) bekannt.

Dieses Sicherheitsschaltkreissystem arbeitet mit antivalenten Schaltvariablen in Form von zwei rechteckförmigen Signalspannungen gleicher vorgegebener Folgefrequenz und Amplitude sowie mit einem Phasenunierschied von 180" zur Unterscheidung der beiden Werte der Schaltvariablen. Außer den genannten Signalspannungen ist ein Überwachungspuls von mindestens der doppelten vorgegebenen Folgefrequenz erforderlich, der außerhalb des Flankenbereiches der Signalspannungen liegt. Ein für Steuerzwecke erforderlicher Phasensteuerpuls sowie ein Flankensteuerpuls müssen eine feste Zuordnung zueinander haben, damit alle .Steuervorgänge ordnungsgerecht ablaufen.

Da der den Flankensteuer-, Überwachungs- und Phasensteuerpuls auslösende Steuerpulserzeuger nicht nach einem besonderen Sicherheitsprinzip aufgebaut ist, sondern beispielsweise aus einer einfachen Frequenzteilerschaltung bestehen kann, sind die Bedingungen im Hinblick auf die zeitliche Dauer und Aufeinanderfolge der ausgegebenen Pulse nicht unbedingt gewährleistet.

Ein weiterer Steuerpulserzeuger ist beschrieben in einem Aufsatz mit dem Titel »Taktstromversorgung und Überwachung im URTL-Schaltkreissystem Ul« (Siemens-Zeitschrift 48 [1974], Heft 7, Seiten 503 bis 506).

Bei diesem bekannten Steuerpulserzeuger gibt ein quarzstabilisierter Generator Impulse ab, die über eine signallechnisch sichere Torschaltung eine inonostabile Kippstufe, also ein Verzögerungsglied, triggern.

Nach dem Zurückfallen in den stabilen Zustand wird von der monostabilen Kippstufe eine weitere monostabile Kippstufe angesteuert, die nach ihrem Zurückfallen in die stabile Lage eine weitere monostabile Kippstufe betätigt und so fort. Die einzelnen monostabilen Kippstufen vorgegebenen Zeiten entsprechen dabei den einzelnen Impulsabständen, entsprechend den Bedürfnissen der durch den Steuerpulserzeuger zu steuernden Taktversorgungen. Die in der Reihenschaltung an letzter Stelle vorgesehene monostabile Kippstufe erzeugt einen sehr schmalen »Fensterimpuls«, in den zeitlich der nächste vom quarzstabilisierten Generator abgegebene Impuls fallen muß, damit die in der Reihenschaltung an erster Stelle vorgesehene monostabile Kippstufe wieder betätigt werden und der ei läuterte Vorgang erneut ablaufen kann.

Durch eine zusätzliche, ebenfalls signaltechnisch sichere Torschaltung ist dafür gesorgt, daß sich der genannte Fensterimpuls nicht unbemerkt verbreitern kann. In der Wirkungsweise dieser bekannten Steuerpulserzeugerschaltung ist noch wesentlich, daß diese Schaltung nur so lange dynamische Signale ausgibt, wie die in Reihe geschalteten monostabilen Kippstufen eine Art Selbsthallekreis bilden. Sobald die Periodendauer des quarzstabilisierten Generators infolge eines Defektes nicht mehr mit der Gesamtlaufzeit der in Reihe geschalteten monostabilen Kippstufen übereinstimmt, bricht der genannte Selbsthaltekreis zusammen, und der Steuerpulserzeuger gibt nur noch statische Signale aus, die aber von den nachgeordneten Einrichtungen nicht für Datenverarbeitungszwecke brauchbar sind. Somit kann das durch den Steuerpulserzeuger geleitete Schaltwerk im Störungsfall keine für den Betrieb gefährlichen Informationen ausgeben.

Nachteilig ist bei der oben beschriebenen Steuerpulserzeugersehaltung, daß diese offensichtlich nur mil

6s signaitechnisch sicheren Torsthaltungen aufgebaut werden kann. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuerpulserzeugerschaltung der obengenannten Art anzugeben, bei der keine

signaltechnisch sicheren Schaltglieder erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung aus einem ersten mit seinem Takleingang an den Quarzgenerator angeschlossenen taktflankcngesteuerten D-Flipflop mit einem direkt wirkenden Rückstelleingang besteht, der mit einem an letzter Stellle der Reihenschaltung zu;-Stzlich vorhandenen Verzögerungsglied verbunden ist, derart, daß eine Sperrung außerhalb von dessen Laufzeit erfolgt, daß ferner der Ausgang des ersten D-Flipflops mit eiiem dynamischer. Eingang einer monostabilen Kippstufe verbunden ist, deren Grundstellungsausgang an den Takteingang eines zweiten taktflankirngesteuerten D-Flipflops angeschlossen ist, dessen D-Eingang auf den Ausgang des genannten Verzögerungsgliedes geführt ist und dessen direkt wirkender Sperreingang mit dem Quarzgenerator verbunden ist und dessen Grundstellungsausgang den Ausgang der Steuerschaltung bildet.

Da alle Schaltglieder dieser Steuerschaltung in vorteilhafter Weise in jedem Zyklus folgeabhängig betätigt werden, machen sich Zeitabweichungen sowie ein Schaltversagen infolge etwaiger Störungen unverzüglich bemerkbar, indem kein weiterer Zyklus mehr ausgelöst wird. Durch den besonderen Schaltungsaufbau und die gewählten Abhängigkeiten ist es möglich, den Steuerpulserzeuger ohne signaltechnisch sichere Torschaltungen auf ibauen, so daß also handelsübliche Bauteile verwendet werden können.

Durch Verwirklichung des Prinzips eines Selbsthaltekreises läuft der Steuerpulserzeuger nicht von selbst an, sondern muß nach einer Stillegung gestartet werden.

Zu diesem Zweck sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß in der Steuerschaltung ein drittes taktflankengesteuertes D-Flipflop vorgesehen ist, dessen Takteingang an den Quarzgenerator angeschlossen ist, und dessen direkt wirkender Sperreingang über einen Tastenkontakt für einen Startvorgang mit Massepotential verbindbar ist und dessen Ausgang auf einen zweiten dynamischen Eingang der monostabilcn Kippstufe in der Steuerschaltung geführt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.

Der Steuerpulserzeuger besteht aus einem Quarzgenerator C, der über eine Steuerschaltung STG eine Reihenschaltung RG aus Verzögerungsgliedern, z. B. monostabilen Kippstufen MPi, MP2 bis MPN, sowie die an die Reihenschaltung RG zusätzlich anyeschlossene, besondere monostabile Kippstufe MPZ mit gegenüber den anderen monostabilen Kippstufen besonders kurzer Rückfallzeit steuert. Über die Ausgänge A i, A 2 bis AN werden die für die Steuerung des Verarbeitungsablaufes eines digital arbeitenden Schaltwerks erforderlichen Signale ausgegeben. Die einzelnen monostabilen Kippstufen MPX, MP2 bis MPN der Reihenschaltung RG sind so zusammengeschaltet, daß jeweils mit dem Zurückfallen einer monostabilen Kippstufe, z. B. der Kippstufe MPl, aus dem instabilen Zustand in die Grundstellung die jeweils nachfolgende monostabile Kippstufe, demnach die Kippstufe MP2, über deren dynamischen Eingang in die instabile Lage gesteuert wird. Durch Wahl unterschiedlicher Rückfallzeiten in den jeweils stabilen Zustand können die über die Ausgänge A 1, A 2 bis AN gegebenen Signale in ihrer Impulsbreite festgelegt werden. Diese Reihenschaltung RG stellt sicher, daß sich zu jedem Zeitpunkt nur eine einzige der monostabilen Kippstufen im instabilen Zustand befindet. Ferner werden die einzelnen mono stabilen Kippstufen in einer fest vorgegebenen Reihenfolge nacheinander geschaltet. Hierdurch werden die über die Ausgange A 1. A 2 bis /!/^gegebenen Signale in einer durch die Reihenschaltung RG festgelegten Reihenfolge überlappungsfrei erzeugt. Die sich durch Addition der Ablauf/eiten während der instabilen Zustände der ein/einen monostabilen Kippstufen MP 1. MP2 bis MPN ergebende Gesamtiaufzeit der Reihenschaltung RG isi so gewählt, daß sie mit der Periodendauer des Quarzgenerators G übereinstimmt. Die von diesem erzeugten Impulse werden jeweils /um Triggern der ersten monostabilen Kippstufe MPi über die Steuerschaltung .STG benut/t. Bei Fehlerfreiheit der gesamten Schaltung muß die letzte monostabile Kippstufe Λ/P/Vder Reihenschaltung RGgerade in ihre Grundstellung zurückgefallen und die anschließende monostabile Kippstufe MPZ mn kurzer Rückfall/.eit 111 der instabilen Lage sein, bevor der nächste Impuls des

zo Quarzgenerators G einen weiteren Z) klus auslöst

Die Steuerschaltung STG erlaubt einen signaltechnisch sicheren Vergleich der Quar/generator-Periodendauer und der Gesamtlaufzeit der Reihenschaltung RG einschließlich derjenigen der munostubilen Kippstufe MPZ. Eine derartige Überwachung ist aus folgendem Grund wichtig:

Die Zeit, über die eine monostabil Kippstufe im instabilen Zustand gehalten wird, wird durch die Zeitkonstante eines Widerstand-Kondensator-Gliedes und die Schwelle der betreffenden Kippstufe bestimmt. Durch Drift- und Totalausfälle der /.eilbestimmenden Bauelemente kann sich die Ablaufzeit einer monostabilen Kippstufe, also die Zeit, in welcher sich die Stufe im instabilen Zustand befindet, in weiten Grenzen verlärigern oder verkürzen. Durch Bauteildefekte innerhalb der Kippstufe kann außerdem Schaltunfähigkeil eintreten, so daß der Ausgang dauernd auf einem Potential verharrt, das zwischen den beiden Versorgungspotentialen der Schaltung liegt.

Die Steuerschaltung STG besteht nun im wesentlichen aus einem ersten taktflankengesteuerien D-Flipflop FPi, das eine monostabil Kippstufe MPU steuert, an welche ein zweites taktflankengesteuertes D-Flipflop FP2 angeschlossen ist. Der Ausgang AFP2 dieses letztgenannte.i Flipflops steuert die Reihenschaltung RG. Ein weiteres drittes taktflankengesteuertes D-Flipflop FPi dient in Verbindung mit einem Tastenkontakt 7T(Arbeitskontakt) zum Starten des .Steuerpulsgenerators. Der ständig eingeschaltete Quarzgenerator G ist mit den Takteingängen TFPi und TFPZ der beiden D-Flipflops FPl und FP3 verbunden. Der direkt wirkende Sperreingang RFP2 des zweiten D-Flipflops FP2 ist mit dem Quarzgenerator G verbunden. Die Eingänge DfPl und DFP3 der beiden D-Flipflops FPl und FP3 sind nicht beschaltet; dies wird so verarbeitet, als wenn die Eingänge mit dem Binärwert I belegt wären.

Die Steuerpulserzeugerschaltung arbeitet folgendermaßen: Solange sich die monostabile Kippstufe MPZ

fto noch in ihrer Grundstellung befindet, gibt sie an ihrem Ausgang MPZi ein Signal mit dem Binärwert 0. Hierdurch wird das D-Flipflop FPl über seinen direkt wirkenden RücksleJleingang RFPi in die Grundstellung gesetzt und in dieser festgehalten. Das von der monostabilen Kippstufe MPZ abgegebene Signal liegt ebenfalls am D-Eingang DFP2 des Flipflops FP2. Das Signal wird jedoch nicht übernommen, da am Taktein gang TFP2 noch kein Impuls vorhanden ist. Bei diesem

Schaltzustand kann eine eventuell zu früh eintreffende positive Hanke eines vom Quarzgencrator G ausgegebenen Signals das Flipflop FP t nicht aus der Grundstellung in die andere Lage steuern und somit dieses Flipflop passieren, da dieses Flipflop in seiner j Grundstellung festgehalten wird. F.rst wenn die letzte monosiabilc Kippstufe MPN der Reihenschaltung RG in ihre Grundstellung zurückkehrt, wird die monostabile Kippstufe MPZ getriggcrt. Dadurch wird ein schmales, durch die gewählte sehr kurze Rückfallzeit der monostabilcn Kippstufe MlZ vorgegebenes »Zeilfenster« geöffnet. Dabei gibt die monostabile Kippstufe MPZ über ihren Ausgang MPZ I das Ausgangssigtial mit dem Wert 1 ab. das das D-Flipflop FP1 für den kurzen Zeitraum des Zeitfensters freigibt. Trifft während dieses Zeitraumes die Vordcrflanke eines vom Quarzgenerator G abgegebenen Signals am Takteingang TFPX des öl lipflops FPX ein, so wird dieses Flipflop aus der Grundstellung in die andere Lage gekippt und erzeugt dabei eine positive Ausgangsflanke, mit der die monostabile Kippstufe MPO über deren dynamischen Fingang MPO X getriggcrt wird.

Trifft die positive Flanke des vom Quarzgenerator G abgegebenen Ausgangssignals jedoch erst dann ein, nachdem die monostabile Kippstufe MPZ im Anschluß an das genannte Zeitfenster wieder in seine Grundstellung zurückgefallen ist, so kann das D-Flipflop FPl nicht umgeschaltet werden, da dann bereits wieder der Sperrz.ustand vorhanden ist. In dem Fall bleibt das vom Quarz.generator G ausgegebene Signal wirkungslos. Demzufolge bleibt auch die monostabile Kippstufe MPOm der dargestellten Grundstellung.

Wenn also die vom Quarzgenerator G abgegebenen Signale nicht während der durch die monostabile Kippstufe MPZ vorgegebenen Zeitfenster vorhanden sind, wenn also Quarz.generator-Periodendauer nicht mit der Laufzeit der Reihenschaltung RG übereinstimmt, erlangt die Reihenschaltung RG in Verbindung mit der Steuerschaltung .STG nicht die Eigenschaft eines Selbsihaliekreises. bei dem über die Ausgänge A I. A 2 bis ·;/V/vkusch Impulse abgegeben werden.

I ui einen Startvorgang des Stcuerpulserzeugers. bei welchem der Selbsthaltekreis erstmals zustandekomnit, dient der Tastenkontakt TT. der dabei den direkt wirkenden Rückstelleingang RFP3 des D-Flipflops /7'3 mit Massepotential verbindet. Hierdurch wird es in seine Grundstellung geschaltet und dort für die Zeitdauer der Tastenbetätigung festgehalten. Die erste nach dem Öffnen des Tastenkontaktes TTeintreffende positive Impulsflanke vom Quarzgenerator G kippt das D-Flipflop FP3 aus der Grundstellung in die andere Lage. Die dadurch erzeugte positive Ausgangssignalflanke dieses D-Flipflops triggert über den dynamischen Eingang MPO 2 die monostabile Kippstufe MPO und ersetzt dadurch die noch nicht vorhandene Ausgangssignalflanke vom D-Flipflop FPl. Anschließend verharrt das Ü-Flipflop FPZ in der eingenommenen Lage, die jedoch für den weiteren Schaltablauf keinen Einfluß mehr hat. Die monostabile Kippstufe MPO wird für die nachfolgende Zeit bei ordnungsgerechtem Arbeiten der Schaltung nur noch durch das D-Flipflop FPX getriggcrt, da voraussetzungsgemäß das Flipflop FP3 nicht ohne Tastenbedienung in die Grundstellung zurückkehren und damit auch keine weitere positive Flanke für die monostabile Kippstufe MPO erzeugen kann.

Die Genauigkeit beim Vergleich der Periodendauer des Quarzgenerators G mit der Gcsamllaufzcit der Reihenschaltung RG ist vom Zeitfenster, also von der Laufzeit der zusätzlichen monostabilen Kippstufe MPZ abhängig. Je geringer diese Zeitdauer ist. desto genauer wird der genannte Zeitvergleich und um so eher kann eine Divergenz festgestellt werden. ]ede unbemerkte Vergrößerung der Laufzeit der monostabilen Kippstufe MPZ bedeutet deshalb zugleich eine unbemerkte Verringerung der Genauigkeit. Das rechtzeitige Zurückfallen der monostabilen Kippstufe MPZ in seine Grundstellung wird deshalb kontrolliert. Dies erfolgt durch das D-Flipflop FP2, das mit seinem Takteingang TFP2 an den Grundstellungsausgang MPO3 der monostabilen Kippstufe MPO angeschlossen ist. Das D-Flipflop FP2 wird während jedes Zyklus aus der Grundstellung in die andere Lage gekippt und dann vorbereitet, wenn der Quarzgenerator G ein Signal mit dem Binärwert 0 abgibt. Nach der positiven Flanke des Quarz.gencraiorsignals ist das D-Flipflop FP2 freigegeben und wird von der monostabilen Kippstufe MPO getriggcrt. wenn diese in ihre Grundstellung wieder zurückfällt. Das D-Flipflop FP2 kann nur dann in die Grundstellung gesetzt werden, wenn das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe MPZ zu diesem Zeitpunkt den Binärwert 0 hat, wenn also die monosiabilc Kippstufe MPZ zuvor in die Grundstellung zurückgefallen ist. Nur wenn das D-Flipflop FP2 in die Grundstellung zurückgekippt wird, entsteht die zum Triggern der ersten monostabilen Kippstufe MPi der Reihenschaltung RG erforderliche positive Flanke. Im nachfolgenden Zeitraum schalten die einzelnen monostabilen Kippstufen der Reihenschaltung RG nacheinander, bis schließlich wieder die monostabile Kippstufe MPZzum Vorgeben des Zeitfensters betätigt wird.

Da die Flipflops FPX und FP2 bei ordnungsgerechtem Betrieb abwechselnd geschaltet werden und die Ablaufzeit der monostabilen Kippstufe MPO im Rahmen der Gesamtlaufzeit der Reihenschaltung RG mit überwacht wird, wird eine signalteehnisch sichere Kontrolle des von der monostabilen Kippstufe MPZ erzeugten Zeitfensters zum Durchführen des Zeitvergleichs erzielt.

Alle Schaltglieder des Steuerpulserzeugers sowie der Quarzgenerator G selbst werden während eines Zyklus geschaltet und damit auf deren Funktionsfähigkeit überprüft. Unzulässige Zeitabweichungen sowie ein etwaiges Schaltversagen machen sich in vorteilhafter Weise sofort bemerkbar, indem kein weiterer Zyklus mehr ausgelöst wird. Diese Eigenschaft der Schaltung bringt den Vorteil, daß beispielsweise keine Verdoppelung der Reihenschaltung im Sinne einer erhöhter Sicherheit erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Palentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum zyklischen Erzeugen einer signaltechnisch sicheren Folge von Steuerimpulsen mit einem Quarzgenerator, der eine Reihenschaltung aus Verzögerungsgliedern über eine Steuerschaltung betätigt, die bei zeitlicher Übereinstimmung der Periodendauer der Quarzgeneratorsignale mit der Laufzeit der Reihenschaltung eine Art Selbsthaltekreis bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (STC) aus einem mit seinem Takteingang (TFPt) an den Quarzgenerator (C) angeschlossenen ersten tastflankengesteuerten D-Flipflop (FPX) mit einem direkt wirkenden Rückstelleingang (RSPi) besteht, der mit einem an letzter Stelle der Reihenschaltung (RC) zusätzlich vorhandenen Verzögerungsglied (MPZ) verbunden ist, derart, daß eine Sperrung außerhalb von dessen Laufzeit erfolgt, daß ferner der Ausgang des ersten D-Flipflops (FPX) mit einem dynamischen Eingang (MPO X) einer monostabilen Kippstufe (MPO) verbunden ist, deren Grundstellungsausgang (MPO3) an den Takteingang (TFP2) eines zweiten taktflankengesteuerten D-Flipflops (FP2) angeschlossen ist, dessen D-Eingang (DFP2) auf den Ausgang (MPZX) des genannten Verzögerungsgliedes (MPZ) geführt ist und dessen direkt wirkender Sperreingang (RFP2) mit dem Quarzgenerator (G) verbunden ist und dessen Grundstellungsausgang (AFP2) den Ausgang der Steuerschaltung (STG) bildet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung (STG) ein drittes taktflankengesteuertes D-Flipflop (DFPi) vorgesehen ist, dessen Takteingang (TFPi) an den Quarzgenerator (G) angeschlossen ist und dessen direkt wirkender Sperreingang (RFPi) über einen Tastenkontakt (TT)iür einen Startvorgang mit Massepotential verbindbar ist und dessen Ausgang auf einen zweiten dynamischen Eingang (MPO2) der monostabilen Kippstufe (MPO) in der Steuerschaltung (STG^geführt ist.