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Analog-Digital-Umsetzer Die Erfindung bezieht sich auf einen .4nalog-Dlgital-Umsetzer
mit einem relativ zu einer Abtasteinrichtung bewegbaren CodeträgerX der mit Teilungen
gemäß einem Code versehen ist und dessen Relativstellung gegenüber der Abtasteinrichtung
mittels e.inzel-ner Abtastelemente ablesbar und in Form codierter Signale auswertDar
ist. Derartige Umsetzer sind beispielsweise in Form von Winke7.codierern gebräuchlich.
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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 erfolgten. Die Übertragung eines
Meßwertes in eine Registrier- oder Datenverarbeitungsanlage muß im Falle einer erkennbaren
einfachen Störung verhindert werden.
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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 # 2 verlangt. Allerdings haben die bekannten
pruibaren Codes den Nachteils 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 fUhren können.
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Es müßten also zusätzliche Synchronisationseinrichtungen vorhanden
sein, um derartige Fehlanzeigen bei den Zwischenzuständen zu vermeiden.
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Andererseits ist es auch bekannt, mit einshrittigen Codes zu arbeiten,
wobei die erwähnten Fehlablesungen beim Teilungsübergang nicht vorkomlmen. 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 zweig mal ermittelt1 und am Ende der Übertragungsstrecke wird
durch einen Vergleich der beiden Ablesungen deren Richtigkeit festgestellt. Allerdings
bedeutet ein solches Verfahren einen hohen Aufwand, da die gesamte Meßeinrichtung
in doppelter Ausführung vorhanden sein muß Aufgabe der Erfindung ist es, einen Analog-Digital-Umsetzer,
insbesondere einen Winkelcodierer, zu schaffen, der die Forderung nach einer fehlererkennenden
und irrungsfrien Ablesung erfüllt und trotzdem mit geringem Aufwand zu verwirklichen
ist Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Codierung auf dem Codeträger
in einem einschrittgen Code aufgebracht ist, und daß die Abtastsignale über wechselseitig
verriegelte logische Verknüpfungen in einen Code mit einer Hammingdistanz L 2 umsetzbar
sind, wobei über eine Prüfeinrichtung jedes am Ausgang erscheinende Codewort prüfbar
ist.
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Durch die Erfindung wird somit ein tr.alog-Digital-Umsetzer konzipiert,
der die bekannten Vorteile der prüfbaren Codes besitzt und außerdem eindeutig ist.
Das abgetastete
Ausgangssignal läßt (innerhalb der ersten Dekade)
nur einen Ablesefehler von + einem halben Schritt zu. Ein fehlerhaftes Arbeiten
eines Abtastelements oder eines anderen Bauteils ist nach außen als Fehler erke-nnbar.
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Auf dem Umweg der Umcodierung des ursprünglich gegen Fehlabtastungen
wichtigen einschrittigen Codes entsteht ein neuer Code, welcher prüfbar ist. Durch
die funktionsfehlersichere Umcodierung ist die Einschrittigkeit des ursprünglichen
Codemusters kein Nachteil mehr. Ein möglicher Abtastfehler von einem halben Schritt
kann zusammen mit einem möglichen fehlerhaften Arbeiten eines hbtastzweiges oder
eines Umcodiergatters einen Gesamtfehler von maximal + 1 Schritt hervorrufen, was
innerhalb der zulässigen Grenzen liegt.
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Zweckmäßigerweise wird das ursnzünglich vorhandene einschrittige Codemuster
in einen gleichgewichtigen Code umcodiert, so daß die nachfolgende Prüfeinrichtung
durch eine Prüfung des Gewichts jedes einzelnen Codewortes Fehler erkennen kann.
In einer vorteilhaften Ausführlzlgsform der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß
auf dem Codeträger ein Codemuster 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 gleicher Weise könnte aber auch
eine Umsetzung in einen 3aus5-Code vorgenommen werden.
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Die funktionsfehlersichere Umsetzung des erwähnten abgetasteten kombinierten
Codes in einen 2-aus 5-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.
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Die Prüfung der Ausgangssignale auf Gleichgewichtigkeit kann in bekannter
Weise vorgenommen werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt Fig. 1 einen einschrittigen Code
für einen erfindungsgemäßen nalog-Digital-Umsetzer, Fig. 2 einen aus dem Code der
Figç1 erzeugbaren zweischrittigen 2aus5-Code, Fig. 3 eine funltionsfehlersichere
Logik zum Umcodieren des Codes von Fig.1 in den Code von Fig.2, Fig. 4 eie funktionsfehlersichere
Auswerteschaltung für eine Dekade bei einem erfindungsgemäßen Analog-Digital-Umsetzer.
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In der Fig.1 ist ein Code dargestellt, wie er für einen erfindungsgemäßen
Analog-Digital-Umsetzer, beispielsweise einem Winkelcodierer, verwendet werden kann.
Dieser einschrittige Code wird auf den Codeträger mit den Codespuren A...E aufgebracht,
so daß also Zweideutigkeiten am Teillmgsübergang bei der Abtastung ausgeschalte-t
werden bzw.
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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 3aus5-Code
(schraffierte Felder) und allen geraden Zahlen eine Kombination aus dem 2aus5-Code
(durchkreuzte Felder) zugeordnet ist.
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In der Fig. 2 ist ein zweischrittiger 2aus5-Code gezeigt, der in einfacher
Weise aus dem einschrittigen Code der Fig. 1 gewonnen werden kann. Die Umcodierung
erfolgt dabei so, daß die Bit-Kombinationen des 2aus5-Codes, also die ungeraden
Zahlen, bestehen bleiben, während die Bit-Kombinationen aus dem 3aus5-Code jeweils
in eine 2aus5-iÇombination umgewandelt werden. Die Signale A...E von den Codespuren
der Fig.1 werden in die Signale A'. .E1 umgewandelt.
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Eine funktionsfehlersichere Verknüpfung für die Umcodierung von Fig.1
auf Fig.2 wird in Fig.3 geryeigt. Dabei ist für jede Abtastspur zunächst ein Nand-Glied
NA...NE vorgesehen, an dessen Eingängen Jeweils das Signal des betreffenden Abtastelemen-tes
und der beiden benachbarten Abtastelemente sowie die irivertierten Signale der beiden
übrigen Abtastelemente ugefwflrt werden, wobei auch das erste Abtastelement A gegenüber
dem letzten E als benachbart anzusehen ist. Das Ausgangssignal des Nand-Gatters
einer jeden Abtastspur wird mit dem invertierten Signal des betreffenden Abtastelementes
über eine Antivalenzverknufung geführt, so daß an deren Ausgang das Signal für den
2aus5-Code der Fig.2 erscheint.
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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 einschrittigen Codes ein neuer
Code mit Prüfbarkeit gewonnen. Die Einschrittigkeit kann sich somit nicht mehr nachteilig
auswirken, da die Umwandlung in den prXifbaren Code von Abtastungenauigkeiten unabhängig
ist. Ein Fehler bei der Codeumwandlung wird durch die Prüfung auf 2aus5- erkennbar.
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Durch die gewählten Bit-Kombinationen in Verbindung mit der Umcodierung
von Fig.3 ist gewährleistet, daß bei Ausfall
eines Abtastelementes,
wodurch für die betreffende Spur ein ständiger H-Pegel oder L-Pegel vorgetäuscht
werden kann, am Ausgang höchstens ein Fehler von + einem Bit entstehen kann. Ist
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.
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Der in Bild 1 dargestellte Code besitzt neben den bereits beschriebenen
Eigenschaften außerdem noch eine Symmetrie zur mittleren Spur. Durch symmetrisches
Vertauschen der Abtastelemente oder Code spuren wird der gespiegelte Code erzeugt.
Dadurch wird auf einfache Weise eine Zählrichtungsumkehr ermöglicht.
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Die Fig. 4 zeigt etwas ausführlicher die Abtastung und Umcodierung
für eine Dekade bei einem Wirikelcodierer mit Hallgenerator-Abtastung. Es wird vorausgesetzt,
daß wieder der Code von Fig.1 auf dem Winkelcodierer aufgebracht ist. Die fünf Codespuren
A bis E werden durch Hallgeneratoren HA, HB...
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tE abgetastet. Über einen Verstär-ker VA, VE ...VE wird das Abtastsignal
jeder Spur einmal direkt auf ein Nandgatter NA, N3...t gegeben und daneben in einem
Negationsglied INA, INB...I'j invertiert. Die Nand-Glieder NA bis NE mit den nachgeschalteten
Antivalenzverknüpfungen sind in derselben Weise wie in Fig.3 geschaltet. Deshalb
erscheint an den Ausgängen A', B',...E' das umcodierte Abtastsignal im 2aus5-Code
der Fig. 2.
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Dieses Ausgangssignal A', B'...E' wird anschlie3end einer Prüfung
auf 2aus5 unterzogen, wobei rnit den ;Tand-Gattern N1...NlO alle erlaubten Möglichkeiten
des 2aus5-Codes geprüft werden. Zu diesem Zweck liegen an jedem der Prüfgatter NI
bis N10 jeweils zwei der korrigierten Signale A', B'...E' sowie die drei übrigen
dieser korrigierten Abtastsignale in invertierter Form. Diese invertierten Signale
werden in den Negationsgliedern IN1...Ii5 erzeugt. Die Ausgänge der Prüfgatter NI...NiO
liegen alle an dem Und-Gatter NP. Zeigt keines der zehn Prüfgatter N1..N1O einen
erlaubten 2aus5-Code an, so wird über das Und-Gatter iTP ein Fehlersignal gegeben,
welches über das Flip-Flop EF und den Transistor T die Fehlerlampe L zur Anzeige
aufleuchten la3t.
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Durch das Flip-Flop ru. wird die Fehlerinformation gespeichert; es
kann nur durch den Taster RS rückgesetzt werden Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung
enthält lediglich eine Dekade eines Winkelcodierers. 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.
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5 Patentansprüche 4 Figuren