DE2835765C2

DE2835765C2 - Schaltung zur Befehlsdekodierung

Info

Publication number: DE2835765C2
Application number: DE2835765A
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl.-Ing. 7101 Oedheim Nutz
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Aumovio Microelectronic GmbH
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE2835765A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Decodierung von Befehlen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beispielsweise bei Lichtdimmern müssen verschiedenartige Befehle über eine vorhandene Zweidrahtleitung übertragen werden. Dies ist nur möglich, wenn die Befehle an der Eingabestelle kodiert und von einer Auswerteschaltung wieder dekodiert werden. Da eine Wechselspannung bei Lichtdimmern, beispielsweise die Netzspannung, vorhanden ist, empfiehlt es sich, aus dieser Netzspannung verschiedene Signale abzuleiten, die definierten Befehlen entsprechen.

In der F i g. 1 ist dargestellt, wie eine derartige Befehlskodierung erfolgen kann. Von der vorhandenen Wechselspannung wird durch Spannungsbegrenzung ein rechteckförmiges oder trapezförmiges Wechselsignal abgeleitet

In der F i g. 1 ist zunächst ein Signal dargestellt, das gleichförmig aus positiven und negativen Impulsen zusammengesetzt ist Diese Signalform, die immer dann vorhanden ist, wenn die Wechselspannung anliegt, bedeutet daß kein Befehl vorhanden ist Werden, wie im zweiten Teil der F i g. 1 dargestellt ist die negativen Teile des Wechselsignals abgetrennt so daß nur noch aus den positiven Halbwellen der Wechselspannung positive Impulse abgeleitet werden, entspricht dies einer ersten Befehlsgruppe. Eine Differenzierung dieser Befehlsgruppe in zwei unterschiedliche Befehle ist beispielsweise dadurch möglich, daß für die fehlenden negativen Halbwellen eine Grenzzahl definiert wird. Wird diese Grenzzahl unterschritten, so handelt es sich um den einen Befehl, wird diese Grenzzahl dagegen überschritten, so handelt es sich um einen zweiten Befehl.

In gleicher Weise wird eine zweite Befehlsgruppe dadurch definiert, daß die aus den positiven Halbwellen der Wechselspannung abgeleiteten Teile des Signals abgeblockt werden, so daß nur noch die negativen Impulsteile über die Signalleitung übertragen werden. Durch Benutzung des Zeitfaktors kann auch diese Signalgruppe beispielsweise in zwei definierte Einzelbefehle aufgeteilt werden.

Werden sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen unterdrückt, wie dies im letzten Teil des Diagramms der F i g. 1 dargestellt ist, entspricht dies einem 5. Befehl, der wiederum durch Einführung eines Zeitfaktors aufgeteilt werden kann. Bei einem Lichtdimmer kann jedem der genannten 5 Befehle, die über die Zweidrahtleitung übertragen werden, eine Bedeutung zugemessen werden, die auch noch vom Zustand des gesteuerten Aggregats abhängig gemacht werden kann.

In der F i g. 2 ist schematisch dargestellt, wie die in der F i g. 1 angedeuteten Befehlsgruppen realisiert werden. Die Netzspannung mit 50 Hz wird dabei als Träger verwendet. Die Wechselspannung kann zunächst über einen Vorwiderstand und ein Zenerdiodenpaar auf einen niedrigeren Wert begrenzt werden, so daß bei nicht

betätigten Tasten ein trapezförmiges, niedervoltiges Signal auf die Logikschaltung gegeben wird. Durch Betätigen eines ersten Tast-Schalters Tl können nun die negativen Halbwellen des Wechselsignals gegen Masse abgeleitet werden, während die Diode D 3 eine Kurzschließung der positiven Halbwellen verhindert In diesem Fall werden der Logik nur die positiven Halbwellen des Wechselsignals zugeführt, was je nach der Zeitdauer der Schalterbetätigung dem Befehl 1 bzw. 2 entspricht In gleicher Weise werden mit Hilfe der Taste TI und der Diode D 4 die positiven Halbwellen des Wechselsignals abgetrennt und so die Befehle 3 und 4 realisiert Die Befehle 5 und gegebenenfalls 6 werden mittels der Taste Γ3, die einen Kurzschluß der Zweidrahtleitung verursacht erzeugt

Bei einem Lichtdimmer können zur Realisierung der angegebenen Befehle zwei- oder dreiflächige Berührungssensoren verwendet werden. Bei einer zweiflächigen Ausführung müssen zur Erzeugung des Befehls 5 beide Flächen gleichzeitig berührt werden, während zur Erzeugung der beiden anderen Befehlsgruppen jeweils eine der Schaltflächen berührt oder betätigt werden.

Zur Unterdrückung von Fehlinformationen ist es sinnvoll, wenn eine minimale Befehlsdauer definiert wird und Befehle, die diese Minimaldauer unterschreiten, als Störung oder Fehlinformation ausgeblendet werden.

Die abgegebenen Befehle müssen nun auf der Empfängerseite wieder von einer Logikschaltung dekodiert und ausgewertet werden. Hierzu sind analoge Schaltungstechniken bekannt, die das Eingangssignal über ÄC-Glieder integrieren und beispielsweise über Schmitt-Triggerschaltungen dekodieren.

Der vorliegenden Patentanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand an diskreten Bauelementen, beispielsweise an ÄC-GIiedern, die zusätzlich zur eigentlichen monolithisch integrierten Logikschaltung benötigt werden, zu senken bzw. auf ÄC-Gliedern ganz zu verzichten

Die Dekodierschaltung soll ein Teil der Logikschaltung werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Bei diesem neuen Schaltungskonzept, wird auf eine Integration der Eingangssignale verzichtet, und die Signaldekodierung erfolgt nur über Zähler und Logikschaltungen. Zur weiteren Signaldifferenzierung bei mit einem Zeitfaktor behafteten Signalen, wird an jeden Eingangszähler vorzugsweise eine weitere Zählerkette angeschlossen, durch die festgestellt wird, ob die Anzahl der fehlenden Halbwellen einen bestimmten Wert unter- oder überschreitet, wobei jedem der beiden möglichen Fälle eine definierte Signalbedeutung zugeordnet ist.

Den Ausgang3zählern wird vorzugsweise eine Logik nachgeschaltet, die zur Dekodierung des aus fehlenden positiven und negativen Halbwellen im Signal bestehenden Befehls dient. Diese Logikschaltung kann beispielsweise aus einem einfachen UND-Gatter bestehen, dessen Ausgang ein Taktflipflop ansteuert.

Bei einem Lichtdimmer werden beispielsweise 5 Befehle wie folgt definiert:

Befehl 1: es fehlen negative Halbwellen während einer Berührungszeit te i, wobei gilt:

40 ms < f_B ι < 240 ms
Befehl 2: es fehlen negative Halbwellen während einer Berührungszeit iß₂, wobei gilt:

i_fl2 > 240 ms

Befehl 3: es fehlen positive Halbweilen während einer

Berührungszeit ίβ3, wobei gilt:

40 ms < fs3 < 240 ms

Befehl 4: es fehlen positive Halbwellen während einer Berührungszeit rs+, wobei gilt:

fs4 > 240 ms
Befehl 5: es fehlen positive und negative Halbwellen

während einer Berührungszeit tes, wobei gilt:

iss > 60 ms

Die Befehlsbedeutung hängt dabei noch zusätzlich vom Schaltzustand des gesteuerten Gerätes ab. was den Befehlsvorrat im beschriebenen Beispiel verdoppelt. Den genannten Befehlen werden verschiedene Funktio- !5 nen zugeordnet. Diese Funktionen sind beispielsweise bei einer gesteuerten Lampe:

1. Einschalten auf maximale Helligkeit

2. Einschalten auf minimale Helligkeit

3. Einschalten auf einen gespt gierten Helligkeitswert

4. Erhöhen des Speicherwertes um Helligkeitsstufen. Diese Befehle werden beispielsweise aus dem Signal abgeleitet, wenn die Lampe im Ausgangszus:and ausgeschaltet ist Bei einem eingeschalteten Ausgangszustand haben die Befehle beispielsweise folgende Bedeutung.

5. Hochdimmen des Lichtes in einer definierten Anzahl von Schritten.

6. Ausschalten mit Speichern des Helligkeitswertes.

7. Abdimmen des Lichtes zur Minimalhelligkeit

8. Automatisches Abdimmen während einer relativ langen Zeitspanne mit nachfolgendem Ausschalten.

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren anhand eines Ausführungsbeispieles unter Hinweis auf die F i g. 3 und 4 noch näher erläutert werden.
Gemäß F i g. 3 ist die Wechselspannungsquelle über ein Widerstandsnetzwerk R\ und A₂ einmal an den Signaleingang E und zum anderen an einen Null-Durchgangsdetektor Tv* angeschlossen. Der Null-Durchgangsdetektor N gibt bei jedem Null-Durchgang der anliegenden Wechselspannung einen Impuls ab. Diese Impulse werden von beiden Zählern Z\ und Z₂, sofern keine Rückstellung erfolgt, aufsummiert. Am Signaleingang können nun mit Hilfe einer in Fig.2 dargestellten Schalteranordnung positive bzw. negative Halbwellen des Eingangswechselsignals unterdrückt werden.

Die im Signal enthaltenen positiven Halbwellen werden über die Diode D₂ auf eine Schmitt-Triggerschaltung S₂ gegeben, deren Ausgangsrechteckimpulse, die den positiven Halbwellen im Signal entsprechen, dem Rücksetzeingang R des Eingangszählers Z₂ zugeführt werden. In gleicher Weise gelangen die negativen Halbwellen im Signal über die Diode D\ und eine Schmitt-Triggerschaltung S\ in Form von Rechteckimpulsen zum Rücksetzeingang R des Eingangszählers Z\.
Die Zählerketten Z\ und Z₂ werden beispielsweise aus hintereinander geschalteten Taktflipflops aufgebaut und bestehen im Ausführungsbeispiel aus sogenannten 2³-Zählern, die nach 4 Eingangsimpulsen am Ausgang auf »High«-Potential umschalten, sofern in dieser Zeit kein Rücksetzimp' ils am Eingang R auftritt.

Geht man von der 50 Hz-Frequenz der zur Verfügung stehenden Wechselspannung aus, so gibt der Null-Durchgangsdetektor bei jedem Null-Durchgang und somit nach jeweils 10 msec einen Impuls ab. Wenn beim

Wechsdeingangssignal weder positive noch negative Halbwollen unterdrückt werden, erhält der Rücksetzeingan;; der Zählerketten Z\ und Zj auf jeweils 20 msec einen Rücksetzimpuls. Fehlen wenigstens 2 derartige Rücksetzimpulse bei einem der beiden Zählerketten Z\ und Z₂, was einer Mindestzeitspanne von 40 msec entspricht, so schaltet die Zählerkette um und am Ausgang erscheint »High«-Potential bzw. eine logische 1. Fehlt nur ein Rücksetzimpuls, so wird diese Information als Störung ausgeblendet.

Daraus ergibt sich, daß nach zwei fehlenden negativen Halbwellen die Zählerkette Z\ umschaltet und falls wenigstens zwei positive Halbwellen im Signal fehlen, schalte: die Zählerkette Z₁ um. Der Zählerkette Z\ sind weitere Zählerketten nachgeschaltet, durch die festgestellt wird, ob eine definierte Anzahl fehlender negativer Halbwollen im Signal unter- oder überschritten wird, was entweder dem Befehi i oder dem Befehi 2 ergibt.

Die seitliche Befehlsgrenze liegt beim Ausführungsbeispieii bei 240 msec. Dies bedeutet, da alle 20 msec eine negative Halbwelle auftreten kann, daß bei 2 bis 12 fehlenden negativen Halbwellen das Signal als Befehl 1 dekodiert wird und bei mehr als 12 fehlenden negativen Haibwcllen der Befehl 2 dekodiert wird. In gleicher Weise wird bei fehlenden positiven Halbwellen über die an die Zählerkette Z₂ angeschlossenen Zählerketten Z₄ eine zeitabhängige Differenzierung des Signals vorgenommen und entweder der Befehl 3 oder der Befehl 4 dekodiert.

FehU:n im Signal sowohl positive als auch negative Halbwellen, so schalten beide Zählerketten Z\ und Z₂ nach 40 msec auf »High«-Potential um. Beide Ausgänge sind üb;r eine Logik G\ miteinander verknüpft, die nur dann zur Umschaltung eines Taktflipflops Tff\ führt, wenn während einer Rücksetzimpulsfreien Abfrageperiode au beiden Ausgängen dzr Zähicrkcttcn Z\ und Zi eine logische »I« erscheint. In diesem Fall wird durch den Ausgang des Taktflipflops Tm der Befehl 5 dekodiert, de r wiederum in zwei verschiedene Befehle aufgeteilt we-den kann, wenn in nachgeschalteten Zählerketten die Zeitdauer des Signals in der dargestellten Weise festgestellt wird.

Anhand der F i g. 4 wird dargestellt, wie die vom Eingangszähler Z\ erkannte Befehlsgruppe durch nachgeschaitete Zählerketten in die Befehle 1 und 2 aufgeteilt wird. Der Übersichtlichkeit halber wird auf die Darstellung dei Zählerkette Z₄ (F i g. 3) verzichtet

Bei d:r Schaltung nach der F i g. 4 gelangen, wie bereits erläutert, die vom Null-Durchgangsdetektor N abgegebenen Taktimpuise zum Summiereingang 7" der Zählerkette Z₁, während die negativen Halbwellen im Signa! über die Diode D, und die Schmitt-Triggerschaltung S1 auf den Rücksetzeingang R der Zählerkette Z gelangen. Fehlen beispielsweise mindestens zwei negative Ha'bwellen im Eingangssignal, so schaltet die Zählerkette Z_x um, wodurch ein Set-Reset-Flipflop FF₂ gleichfalls auf »High«-Potential am Ausgang gesetzt wird.

Der Ausgang des R-S-Flipflops FF₂ geht auf ein UND-G atter G₂, dessen Ausgang mit dem Takteingang der Zählerkeite Zz₃ verbunden ist Am Ausgang Q der Zählerkette Zj₃ steht zunächst_eine logische »0«, während am invertierten Ausgang Q eine logische »1« steht Dieser Ausgang ζ) der Zähierkette Z₃* ist wiederum mit dem UND-Gatter G₂ verbunden. Der Ausgang der Zählerkette Zi wird direkt mit der UND-Schaltung H₂ verknüpft, so daß nach 40 msec oder nach zwei fehlenden negativen Halbwellen im Eingangssignal die Gatterschaltung G₂ durchgeschaltet wird und einen Impuls an den Takteingang T der Zählerkette Z₃, abgibt. Nach insgesamt 240 msec oder bei 12 fehlenden negativen Halbwellen im Eingangssignal wird auf die Zählerkette Ζ), der dritte Eingangsimpuls gegeben, durch den infolge der Auslegung dieser Zählerkette (2³) eine Umschaltung am Ausgang erfolgt. Am Ausgang Q erscheint eine logische »1«, die die nachgeschaltete Gatterschaltung G₃, bei der es sich beispielsweise gleichfalls um ein UND-Gatter handelt, freigibt. Am Eingang.Q entsteht eine logische »0«, durch die sowohl das UND-Gatter G$ als auch das UND-Gatter G₂ gesperrt wird.

Der zweite Eingang des UND-Gatters G₃ ist mit dem Taktgeber bzw. Null-Durchgangsdetektor verbunden, so daß diese Gatterschaltung Gj nach der Freigabe durch die Zählerkette Zj₃ beim nächsten erscheinenden Taktimpuls ein Ausgangssignal abgibt, das dem Befehl 1 entspricht.

Wenn im Signal weniger als 12 negative Halbwellen fehlen, so bleiben die Ausgänge der Zählerkette Zu in ihrem Ausgangszustand und die Gatterschaltung G₃ wird nicht freigeben.

In diesem Fall kann jedoch die Zählerkette Zh, voll gezählt werden, da die dieser Zählerkette Z₃* vorgeschaltete UND-Verknüpfung G* über den Ausgang des R-S-Flipflops FF₂ durchgeschaltet bleibt, so daß die vom Null-Durc'^angsdetektor Nabgegebenen Signale vom Zähler Z₃* aufsummiert werden können. Dem Zähler ZiB ist wiederum ein UND-Gatter G5 nachgeschaltet, das mit dem invertierenden Ausgang des Zählers Z₃, und dem Taktgeber verbunden ist und freigegeben wird, sobald der Zähler Z₃*, voll gezählt ist. Dies ist beispielsweise der Fall nach 32 Taktimpulsen, also nach 320 msec, sofern im Signal weniger als 12 negative Halbwellen, jedoch mehr als 2 negative Halbwellen fehlen. Sobald der Zähler Z₃₆ voll gezählt ist, passiert der nächste Taktimpuls das UND-Gatter G₅ und der Befehl 2 wird am Ausgang des UND-Gatters G5 abgegeben, während das Gatter G3 gesperrt bleibt.

Schließlich ist noch eine »Reset-Logik« vorgesehen, die ihre Eingangsinformation von der die Befehle auswertenden Logik erhält Sobald diese Auswertelogik, die im einzelnen nicht dargstellt ist, den Befehl erkannt und ausgewertet hat, wird die Befehlserkennung quittiert, und die »Reset-Logik« setzt die Zählerketten Z₃* und Z₃J, sowie das R-S-Flipflop FF₂ in den Ausgangszustand zurück.

Bei den einzelnen Bausteinen der Schaltung gemäß den F i g. 3 und 4 handelt es sich um bekannte und in Her Logiktechnik häufig verwendete Baueinheiten. Insofern erübrigt es sich, auf den Aufbau der Zählerketten, die vorzugsweise aus Taktflipflops bestehen, und die Schmitt-Triggerschaltungen im einzelnen einzugehen. Es ist auch bekannt, wie ein Null-Durchgangsdetektor und logische UND-Verknüpfungen zu realisieren sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Decodierung von Befehlen, die über eine Leitung der Schaltung zugeführt werden und durch fehlende positive und negative Halbwellen in einem von einer Wechselspannung abgeleiteten Wechselsignal definiert sind, wobei die Wechselspannung einer ohnehin der Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern dienenden Wechsel-Stromversorgungsquelle ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Eingangszähler (Z\, Z₂) vorgesehen sind, die zur Aufsummierung der Nulldurchgänge der Wechselspannung dienen, daß diese Zähler so an den Signal-Eingang (E) angeschlossen sind, daß sie von jeder vorhandenen negativen bzw. positiven Halbwelle im Signal zurückgesetzt werden, so daß eine Fortzählung in einem einer Halbwellenart zugeordneten Zähler und damit eine Signalabgabe durch diesen Zähler nur beim Fehlen e??er bestimmten Anzahl entsprechender Halbwellen erfolgt

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Signaldifferenzierung an jeden Eingangszähler eine weitere Zählerkette (Z₃) angeschlossen ist, durch die festgestellt wird, ob die Anzahl der fehlenden Halbweller; einen bestimmten Wert unter- oder überschreitet, wobei jedem der beiden möglichen Fälle eine definierte Signalbedeutung zugeordnet ist

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, liaß eine Logik (Gi) vorgesehen ist, durch die die Ausgänge der Ein^angszähler (Z_x, Z₂) miteinander zur Dekodierung des sowohl aus fehlenden positiven wie fehlenden negf-jven Halbwellen bestehenden Befehls verknüpft sind.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik (Gi) ein Taktflipflop (T_Ff\) steuert.

5. Schaltung nach einem der vorangehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselspannungsquelle, deren positive und/oder negative Halbwellen abgeblockt werden können, über ein Widerstandsnetzwerk (R\) an den Signaleingang (E) angeschlossen ist, daß der Signaleingang (E) über eine die positiven und die negativen Halbwellen trennende Schaltung (Du D₂) an die Rückstelleingänge (R) der Eingangszähler (Zi, Z₂) angeschlossen ist, während der Ausgang eines über ein weiteres Widerstandsnetzwerk (R₂) an derselben Wechsel-Spannungsquelle liegenden Nulldetektors (N) an den Summiereingang (T) der beiden Eingangszähler (Zs, Z₂) angeschlossen ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Eingangszähle.r (Zi, Zi) eine Diode und ein Schmitt-Trigger (D_u S_x bzw. D₂, S₂) vorgeschaltet ist.

7. Schaltung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Eingangszähler (z. B. Z\) zwei Zählerketten (Z₃₁, Zu) nachgeschaltet sind, wobei die eine Zählerkette (Z%_a) beim Überschreiten einer definierten Zahl fehlender Halbwellen ein erstes Ausgangsgatter (G3) für den zugehörigen Befehl freigibt und ein zweites Ausgangsgatter (Gs) sperrt, während beim Unterschreiten der definierten Zahl fehlender Halbwellen das erste Ausgangsgatter (Gi) blockiert bleibt und die andere Zählerkette (Zzb) bis zur Abgabe eines Ausgangsimpulses, durch den das zweite Ausgangsgatter (G5) freigegeben wird, eine bestimmte Anzahl der vom Nulldurchgangsdetektor abgegebenen Impulse aufaddiert

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rücksetzgatter (Reset) vorgesehen ist, durch das nach der Befehlsauswertung in einer nachgeschalteten Logik die Zählerketten (Zz₃, Zy) in den Ausgangszustand zurückgesetzt werden.