Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner (Mini-AC)
Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN
Inhalt
Seite
1. Patchboard-Kopie 3
2. Liste der Bauelemente >
3. Betriebsarten, zentrale Steuerung 6
4, Funktionsweise der analogen Element-
typen 12
4.1 Die Potentiometer 12
4.2 Die Integrierer 13
4,3 Die Summierer 16
4.4 Die Track-Store-Einheiten 17
4,5 Die Multiplizierer 19
4.6 Die Funktionsgeneratoren 21
5. Funktionsweise der digitalanalogen
Elementtypen eu
5.1 Die Komparatoren ou
5.2 Die Schalter 25
6. Funktionsweise der digitalen Element-
tyven 26
6.1 Der digitale Steuerteil 26
6.2 Die Betriebsarten des digitalen
Steuerteils 27
6.3 Der Taktuntersetzer 27
6.4 Der Counter/Timer 28
6.5 Der monostabile Multivibrator 34
6.6 Die Gatter 36
6.7 Die Tastflipflops 38
6.8
Die
e
J-K-Flipflops
38
RWTH AACHEN
Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner
-Kopie
Patchboard
Patchboard-Kopie
1.
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RWTH AACHEN
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H
ifsblatter zum Praktikum Analogrechner
Patchboard-Kopie
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Feldaufteilung des Patchboards
Bild 2
AR-Hb
Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner
RWTH AACHEN
Liste der Bauelemente
2. Liste der Bauelemente
Die analogen Elemente des Praktikumsrechners Mini-AC können
teilweise mehrere Funktionen ausführen. Die Umschaltung zwi-
schen den Funktionen erfolgt durch einen Schalter auf der je-
weiligen Steckkarte.
2.1 Analoge Elemente
Es sind folgende analogen Elemente vorhanden:
a). 6 Integrierer/Sumnierer,
db) 3 Summierer/High-gain-Verstarker,
c) 3 Summierer/Track-Store-Einheiten,
d) 3 Multiplizierer/Dividierer,
e) 2 variable Funktionsgeneratoren,
f) 18 Potentiometer.
2.2 Dieitalanaloge Elemente
Zu den digitalanalogen Elementen gehören
a) 3 Komparatoren,
b) 3 Schalter.
2.3 Digitale Elemente
Zu den digitalen Elementen sind zu zählen
a) 10 Gatter,
b) 4 Flipflops,
ce) 2 Tastflipflops,
a) 1 Zähler,
e) 1 Monoflop,
f) 3 Handschalter,
g) 1 Frequenzuntersetzer.
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Betriebsarten und zentrale Steuerung
3. Betriebsarten, Zertrale Steuerung
Das analoge Kontrollfeld enthält die Schalter und ein Po-
tentiometer für die zentrale Steuerung der analogen Ele-
mente sowie die drei Handschalter (MANual SWitch) und den
Netzschalter und 2 Drehwahlschalter fur die Ausgabe.
Für die Wahl der Betriebsart stehen 6 Schalter zur Verfügung:
IC, HD, OP, PP, SP, SL .
3.1 SL
Der Schalter SL wird bei der Kopplung von zwei Rechnern ver-
wendet. Wird er gedrückt, so wird die zentrale Steuerung von
dem angekoppelten Rechner übernommen (Master-SLave-Betrieb).
3,2 .SP
Der Schalter SP muß zum Abgleich der Potentiometer, die in
einer Rechenschaltung verwendet werden, gedrückt werden (Set
Potentiometer).
Die vorhandenen Rechenverst'rker sind mit FET-Schaltern ver-
sehen, die sehr empfindlich gegen das plötzliche Aufschalten
einer analogen Eingangssröße reagieren bzw. deren Abschalten.
Wichtig: Setzen Sie den Rechner bei sämtlichen Änderungen an
der gesteckten Schaltung und vor allem vor dem Ab-
schalten der Netzversorgung unbedinst zuerst in die
Betriebsart SP!: Dann werden die FET-Schalter geer-
det und sind geschützt!
3.3 IC
Der Schalter IC schaltet auf sämtliche Integrierer und Track-
Store-Einheitendie Anfangsbedingungen auf (Initial Condition).
-7- AH-DD
Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN
3, Betriebsarten (Fortsetzung)
u
3.4 OP
Der Schalter OP ermöglicht einen einmaligen Rechenvorgang, in-
dem die Anfangsbedingungen der Integrierer abgeschaltet und
statt dessen die Sunmenpunkte der Verstärker mit den Eingangs-
widerständen beschaltet werden (OPerate).
3,5 HD
Der Schalter HD bewirkt ein Festhalten der im Schaltzeitpunkt
vorliegenden Rechenwerte durch Abschalten der Eingangswider-
stande bei den Integratoren (HolD).
3.6 PP
Der Schalter PP wird für repetierendes Rechnen benötigt. Bei
dieser Betriebsart werden abwechselnd die Betriebsarten IC
und OP angenommen (Patch Panel).
Die Länge der Phase IC ist abhängig von der Stellung des Schal-
ters FAST! Ist der Schalter nicht gedrückt, so haben die
Rückkopplungskondensatoren der Integratoren einen Wert C=1HuUF
und die rhase IC ist 0,7 s lang, ist FAST gedrückt, s>? haben
die entsprechenden Kondensatoren einen Wert C=2 nF (für 500
mal schnelleres Rechnen) und die Phase IC ist 7 ms lang.
Die Länge der Phase OP ist stufenlos einstellbar zwischen >ms
und 105 s mit dem Potentiometer TIMER und dem benachbarten 4-
Stufen-Schalter. Mit dem Schalter sind die Sekunden-Dekaden
0,001, 0,01, 0,1 und 1 zu wählen. Mit dem Potentiometer wird
ein Faktor zwischen 5 und 105 eingestellt, wobei der Wert im
Fenster des Drehknopfes mit 10 zu multiplizieren ist.
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3. Betriebsarten (Fortsetzung)
Bei der Betriebsart PP sind die Ein- und Ausgange des Kon-
trollfeldes 'TIMER' und des Mastermode-Feldes wirksam (grün:
Eingänge, rot: Ausgänge).
Digitale Ein- und Ausgänge des Kontrollfeldes 'TIMER' und
des Master-mode-Feldes
Eingänge:
3,61 RUN (TIMER)
Wenn RUN = 1 ist, arbeitet der Timer. Wird RUN = 0, geht
die Sägezahnspannung auf Null und bleibt dort. Wird RUN = 1,
beginnt der repetierende Betrieb mit einer normalen IC-Fhase.
3,62 H (TIMER)
Wenn H = 1 wird, "bleibt die Sägezahnspannung auf dem im Schalt-
zeitpunkt (H: J ) erreichten Wert. Wenn H = O wird, wird die
normale OP-Phase zu Ende geführt.
3,63 H (MASTER MODE)
Wenn H = 1 wird, gehen die zentralgesteuerten Integratoren in
die Betriebsart HOLD.
om.
3,64 IC (MASTER MODE)
Wenn IC = 1 wird, gehen die zentralgesteuerten Integratoren
in die Betriebsart IC.
- I - AR-Hb
Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN
3, Betriebsarten (Fortsetzung)
Eingänge beschaltet Resultierende
mit Betriebsart
IC H
O O OP
O 1 H
1 O IC
1 1 H
Bild 4: Wahrheitstabelle für die Master-Mode-Steuerein-
gange
Im unbeschalteten Zustand sind die Eingänge IC = 1 und H = 0}
Wichtig: Die Beschaltung der Master-Mode-Steuereingänge IC
und H ist nur bei der Betriebsart PP (repetieren-
des Rechnen) wirksam.
Ausgänge:
3.65 PP, IC, OP (MASTER MODE)
Die Ausgänge PP, IC und OP liefern ein Signal logisch "17,
wenn durch die zentrale Steuerung in die entsprechende Be-
triebsart geschaltet wird.
3,66 A, B, EB (TIMER)
Die Signale A, B und EB kennzeichnen die OP-Phase (B = 1) und
die IC-Phase (A = 1) des repetierenden Betriebes, dabei gilt
A = B,
EB liefert einen positiven Puls von 1 us Dauer am Ende der
OP-Phase.
Hilfsblatter zum Praxtixum Analogrechner RWTH AACHEN
3. Betriebsarten (Fortsetzung)
PP
Betriebsart He OP ic I op iC oP ic
4 st .
AS 7 ?
|
700ms |
| Sms-U5s |
ee einstellbar | | | |
|
|
|
B 2 | R
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| | | | | |
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IC, i i
(Ausgang)“ |
|
EB ,
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|
IME ---- - - - r--4-
r
-r — — —
Bild 4 Timer- und Ma’ster-mode-Signale bei repetierendem Be-
trieb
3,7 OL, ORH, OLS (MASTER MODE)
Der Ausgang OL liefert ein Signal logisch "1", wenn ein Rechen-
verstärker übersteuert (OverLoad).
Eine kurzzeitige Übersteuerung kann durch Beschaltung des Ein-
sangs OLS mit dem Signal OL gespeichert werden (OverLoadStore)
Durch die Beschaltung des Eingangs ORH mit einem Signal logisch
"1" wird ein Übergang in die Betriebsart HOLD erzwungen (Over
Ride Hold). Diese Beschaltung hat Priorität gegenüber allen
Betriebsartschaltern außer SP.
- 11-8 AR-Hb
| Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN
3. Betriebsarten (Fortsetzung
3.8 Die Ausgabe
Mit den Drehwahlschaltern im analogen Kontrollfeld konnen
die Ausgänge sämtlicher Verstärker und der analoge Timer-
Ausgang auf die entsprechenden Buchsen (SELECTOR 1 bzw.
SELECTOR 2) im Readout-Feld (Bild 2) geschaltet werden.
Die Buchsen des Display-Feldes sind mit der analogen Pe-
ER ripherie verbunden, und zwar
Buchse Verbindung
1 Y1 Peripherie frei wählbar
2 Yo (Bananenstecker), z.B.
Oszillograph
3 YS
6 x-Ablenkung des x-y-Schreibers
7 y-Ablenkung (fest-verdrahtet)
An der Buchse ‘START' kann durch ein logisches Signal die
Feder des x-y-Schreibers angehoben oder abgesenkt werden.
Mit START = 1 wird die Feder abgesenkt.
im
en
Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN
4, Funktionsweise
4, Funktionsweise der analogen Elementtypen
4.1 Die Potentiometer
Die Potentiometer ermöglichen die Multiplikation einer vari-
ablen Maschinengröße mit einem konstanten Faktor, der klei-
ner als Eins ist. Alle Potentiometer sind nach Bild 5 ver-
schaltbar.
IN oO O
Eingang Ausgang
Bild 5 Beschaltung der Potentiometer
In der Betriebsart SP werden die Potentiometer abgeglichen.
Fur einen korrekten Abgleich müssen die Potentiometer mit
der im Rechenbetrieb vorgesehenen Belastung versehen sein;
das bedeutet, daß sie erst dann richtig abgeglichen werden
können, wenn das Problem fertig gesteckt und das patch-board
auf die Kontakte geschaltet ist!
Zum Abgleich wird jeweils die neben dem Potentiometer befind-
liche Drucktaste betätigt und bei gedrückter Taste die Ein-
stellung des gewünschten Wertes gemäß der Anzeige des Digi-
talvoltmeters vorgenommen.
Dabei wird in der Betriebsart SP durch Betätigung der Druck-
taste der Eingang des jeweiligen Potentiometers mit 1ME be-
schaltet und sämtliche Verstärkereingangswiderstände an den
Eingangssummenpunkten geerdet. |
(
- 13 - AR-Hb
Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN
4, Funktionsweise (Fortsetzung)
4,2 Die Integrierer
Die 6 vorhandenen Integrierer besitzen jeweils 5 Eingänge und
3 Ausgänge sowie einen Eingang zur Aufschaltung der Anfangs-
bedingung (Initial Condition). Der Eingangssummenpunkt ist
für zusätzliche Beschaltungen herausgeführt (Open Junction).
Die Rückkopplungskapazität ist bei normaler Rechengeschwin-
digkeit C = 1 uF und bei gedrückter Taste "FAST" C = 2 nF.
Die Integrierer sind auch als Summierer verwendbar (Umschal-
ter auf Steckkarte). Dann wird die Kapazität in der Rückkopp-
lung durch einen Widerstand R, = 1 MN ersetzt. Zwei Eingänge
—
die mit "10" bezeichnet sind, haben Eingangswiderstände von
100 kn ("10" — Faktor 10); die drei anderen solche von 1 MQ
.c"1" — Faktor 1).
10 k 10 k
IC o—___ ® I —
OnLy » ICSP
OP -
1 1MN + {> 7 —>—_©
| ~“o {IC
ent | |
za |
ıMN C= ipF
1 bzw. C= 2nF (FAST)
100 k
10
100k
10
OJ ©
Bild 6 Interne Beschaltung eines Integrierers (gez. Schal-
terstellung: OP)
ee Oe eS Se rennen
~ {4 _
Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN
4. Funktionsweise (Fortsetzung)
Wird die Buchse IC mit der Anfangsbedingung beschaltet (in
der Betriebsart IC), dann gilt für die Ausgangsspannung Up
mit
@) für tT <O
u. = Ro = 10 ka
IC U, fir t>0 IC
C
Il
Ric
a nn
Ric
o—_{____ ms N e
VU
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Urc
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O
c
Bild 7 Auf schaltung der Anfangsbedingung beim Integrierer
; . 1 1
{yu} =— li}- == © fur} =
va sC+_ 1+s*Ryo°0 IC
, IC
~ s(1+s°Ri, C)
T
a - T, 7 R c 1 mS normal
u = - U -e = =
A 0 Ic 2 us FAST
Steuerfeld vorhanden, durch dessen Beschaltung eine Be-
triebsart gewählt werden kann, die unabhängig von der durch
die Zentralsteuerung vorgegebenen ist, d.h. die lokale Steu-
erung hat Priorität gegenüber der zentralen:
| - 15 - AR-Hb
Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN
4, Funktionsweise (Fortsetzung)
Wird die Buchse F beschaltet, so wird mit F = 1 die Kapazi-
tät C = 1 uF durch C = 2nF ersetzt (Fast).
Die Buchsen 10SW dienen zur digitalen Durchschaltung der
analogen 10-er Eingänge. Mit einem logischen Signal 10 SW= 1
wird der entsprechende 10-er Eingang in der Betriebsart OP
durchgeschaltet. Für die Beschaltung der Steuereingänge IC
und H gilt folgende Wahrheitstabelle:
Eingänge beschaltet | Resultierende
mit Betriebsart
IC H
O 0 OP
O 1 H
1 0 IC
1 1 Zentralgesteu-
ert
Bild 8 Wehrheitstabelle für die lokale Steuerung der Inte-
gratoren r
------ Bei der lokalen Steuerung müssen stets die beiden
Steuereingänge IC und H beschaltet werden: Dabei
ist zu beachten, daß im unbeschalteten Zustand die
Eingänge IC und H den Pegel logisch "1" haben:
- 16. -
Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner
RWTIH AACHEN
4, Funktionsweise (Fortsetzung)
4,3 Die Summierer
Die 3 Summierer können durch Umschaltung auf der Steckkarte
auch als offene Rechenverstärker betrieben werden. In die-
sem Fall wird der Rückkopplungswiderstand von 100 kN abge-
schaltet.
Der Eingangssummenpunkt ist für eine zusätzliche Beschal-
tung herausgeführt (Summing Junction). Für jeden Summierer
sind 5 Eingänge verfügbar, von denen 3 einen Eingangswider-
stand von 100 kN ("1") und 2 einen von 10 kM ("10") besitzen.
100 k
{0
100 k N
oJ
1 ? t > —> —°
100 k bass
1001-4 IL —o
100 k ”
1 o———_{___}—*
10 k
10 o———_{___}--9
10k *
10
so a na
0 —- AKN-
Bild 9 Interne Beschaltung eines Summierers (gezeich-
nete Schalterstellung: OP, IC, H)
- 17 - AR-Hb
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4, Funktionsweise (Fortsetzung)
4,4 Die Track-Store -Einheiten
Die 3 Track-Store-Einheiten sind Standardsummierer mit den
zusätzlichen Eigenschaften, daß durch digitale Steuerung er-
reicht werden kann, daß die Ausgangsspannung mit einem auf-
geschalteten Anfangswert beginnt (IC) und entweder gleichder
negativen Summe der Eingangsspannung ist (Track) oder auf
ein Steuersignal hin den im Schaltzeitpunkt errechneten Wert
beibehält (Store).
10 k 10 k
° —{_ en I
Track ‚Store o [IC SP |
“9—71Store
100k /
1 I {> + + —o
ook NlIC,SP
1 0-1 ++ T Track] |LIrack
= 0
100k 100k
1 + »——{___}——-»
10k |
10 o—{__}-?
Store
10 k $y, (|
10 ot Track] U
IC,SP —_ Speicher-
SJ 0 Kapazitat
Bild 10 Interne Beschaltung einer Track-Store-Einheit (ge-
zeichnete Betriebsart: Track)
Die Steuerung der drei Betriebsarten IC, Track (T) und Store (8)
der Track-Store-Einheiten erfolgt durch die Beschaltung der
Steuereingänge T und IC nach folgender Wahrheitstabelle:
RWTH AACHEN
-Einheit
IC
IC
- 18 -
Resultierende
Betriebsart
IC
ss
meee eee
bee eed
ea
— eee
Wahrheitstabelle fiir die Beschaltung der
Steuereingänge einer Track-Store
Steuereingänge
beschaltet mit
Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner
4, Funktionsweise (Fortsetzung)
Bild 11
Bild 12 Typische Track-Store-Operation
7)
- 19 -
AA mL
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RWTH AACHEN
4, Funktionsweise (Fortsetzung)
4,5 Die Multiplizierer
Die 3 Multiplizierer haben jeweils 4 Eingänge und 2 Ausgän-
ge und sind durch Umschaltung auf der Steckkarte auch als
Dividierer verwendbar.
Der Kern dieser Einheit ist ein bipolarer Parabelmultipli-
zierer, der seinerseits aus vier Summierschaltungen und
zwei quadrierenden Diodenfunktionsgeneratoren besteht.
Die interne Verschaltung beim Betrieb als Multiplizierer und
als Dividierer zeigen die Bilder 13 und 14.
sokn
N
N o——Parabd
L[_ |
multipli =
0 P ? mua
D O——zéerer
| SO kN
| 1 SP
| s0kO =
B 02.2
Z= -{N-D+A+B)
—
33kN
SP
Bild 13 Interner Aufbau der Multiplizierschaltung (gezeich-
nete Schalterstellung: OP,IC,H)
In Bild13 dürfen N und D sowohl positiv als auch negativ
sein, sie müssen jedoch von einer niederohmigen Quelle stan-
men (z.B. Verstärkerausgang; nicht von Potentiometer!!)
- 20--
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RWIH AACHEN
4, Funktionsweise (Fortsetzung)
Parabel- -° D
multipli-
zierer
N 50KkN 2
N Of} en —§ {> + —t
? SP | 7
| SokN 33ko
A o—t_+}+¢ +
| 50kN
B ’ SP
N+A+B
Z =-———
D
Bild 14 Interner Aufbau der Divisionsschaltung (gezeich-
nete Schalterstellung: OP, IC, H)
Bei der Division muß die den Nenner darstellende Größe
(Denominator) ebenso wie bei der Multiplizierschaltung
von einer niederohmigen Quelle stammen.
erfüllt sein. Außerdem muß zur Vermeidung von
Übersteuerungen stets Ix| < D sein:
- 21 -. AKH-ND
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4, Funktionsweise (Fortsetzung)
4.6 Die Funktionsgeneratoren
Die beiden Funktionsgeneratoren konnen sowohl getrennt als
auch gekoppelt betrieben werden.
Im ersten Fall kann jeder der beiden FG eine beliebige Funk-
tion durch maximal 10 aneinandergesetzte Geradenstücke annä-
hern, im zweiten Fall kann eine Funktion durch maximal 20
Geradenstücke approximiert werden. Dabei ist die Wahl der
Stützstellen im Quadrat
x e [-1ME, +1ME], y e [-1ME, +1ME] für || < 30
beliebig.
Den prinzipiellen Aufbau eines Funktionsgenerators zeigt
Bild 15.
© ree
Bk
69 k
Ld
MEO- a + ME
Re= sok GAIN= 1, INV
IN 35k we 150 k ~ 23?
LI = $00 k ~ £10
Le oME _ = 15M “230
Eingänge : D, Cc m
_ 50k
35k MN
SOk LS |
ri } Tr {> © Ausgang
Ausgangsverstcrker
-ME . ” Sk
9 9 ?
\ r wrens U .—. een 4
Sr tate ate fa---i------4
‘ Tue i '
I Ar '
| HD 4 ;
| u.) { !
1 + 1
b-me ! {
| ;
a nn nn
Bild 15 Prinzipieller Aufbau eines Funktionsgenerators
w
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4, Funktionsweise (Fortsetzung)
Die Funktionsweise sei im folgenden kurz erläutert. Wird
die bei 'IN' eingespeiste Eingangsgröße größer als Xoo so
leitet die Diode Di und Y, bestimmt den Strom, der am Ein-
gangssummenpunkt des Ausgangsverstärkers zu dem durch Y,
bestimmten Strom addiert wird, und damit den Anstieg des
ersten Geradensegments. Der analoge Vorgang erfolgt, wenn
die Eingangsgröße größer als X, wird. Mit dem Schalter 'GAIN'
wird dem Ausgangsverstärker ein bestimmter Rückkopplungswi-
derstand aufgeschaltet und damit die im Gesamtbereich maxi-
mal einstellbare Steigung festgelegt.
Durch Einstellen des MODE-Schalters auf 'INV' wirken die
Ausgangsverstärker der beiden Funktionsgeneratoren alsreine
Inverter mit den durch 'I' bezeichneten Eingängen.
Bei Einstellen dieses Schalters auf '20 PT'(20 PoinTs) sind
am Funktionsgenerator 36 20 Knickpunkte einstellbar, das
Element 37 wirkt ‚als reiner Inverter mit dem durch 'I' ge-
kennzeichneten Eingang. Der Startpunkt der generierten Funk-
tion muß ihr am weitesten links liegender Punkt sein, außer-
dem darf die Funktion nicht mehrdeutig sein.
Das Einstellen der Knickpunkte geschieht folgendermaßen:
1.) Betriebsart IC wählen
2.) Schalter 'MODE' in Stellung '11PT'(11 PoinTs) bzw.
‘"20PT' drehen.
3.) Schalter 'SET-OPER' (SET-OPERate) in Stellung 'SET'
bringen.
4,) Schalter 'GAIN'auf ‚gewünschten maximalen Anstieg ein-
stellen (1, 3, 10 oder 30).
5.) Schalter 'POINT' auf O stellen.
6.) Alle X-Potentiometer (X0-X10) ganz nach rechts drehen.
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4, Funktionsweise (Fortsetzung)
7.) Mit dem Drehschalter 'SELECTOR-1' den einzustellen-
den Funktionsgenerator (36 oder 37) anwählen.
8.) Anfangswert für X (XO) einstellen gemäß Anzeige des
Digitalvoltmeters.
9.) Drücken der Taste 'Y-SET' und Einstellen des gewünsch-
ten Anfangswertes für Y während des Drückens gemäß An-
zeige des DVM. Taste loslassen.
10.) Schritte 8.) und 9.) für die anderen Knickpunkte ana-
log durchführen, dabei jeweils vor dem Schritt 8.)
Schalter 'POINT' auf entsprechende Zahl stellen.
11.) Korrektur der eingestellten Funktion durch Wiederholen
der Schritte 8.) bis 10.).
12.) Nach dem Einstellen des letzten Knickpunktes Schalter
‘POINT' auf ‘OFF' stellen, Schalter 'SET-OPER' auf
'0oPER' und Kontrolle der eingestellten Funktion mit
Oszillograph.
Der Schritt 11 ist erforderlich, weil die verwendeten Dioden
keine idealen Elemente sind und beim Einstellen der Knick-
punkte gegenseitige Beeinflussungen stattfinden. Wenn sich
die eingestellte maximale Steigung als zu gering erweist, muß
eine höhere eingestellt werden und der Einstellungsvorgang
mit Schritt 5 neu begonnen werden. Beim Einstellen einer Funk-
tion mit 20 Knickpunkten werden folgende Schalter und Potentio-
meter nicht verwendet:
a) X10 von FG36,
b) XO, YO, Y1 und GAIN von FG37.
X1 von 37 korrespondiert mit Y10O von 36.
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5, Funktionsweise
5, Funktionsweise der digitalanalogen Elementtypen
5.1 Die Komparatoren
Die Komparatoren liefern komplementäre logische Ausgangs-
signale als Funktion der Polarität der Summe zweier analo-
ger Eingänge.
L
analoge ~o———
COMP
Eingange LO yy pe oe
oC
Bild 16 Schaltungssymbol eines Komparators
Fiir einen Komparator nach Bild16 gilt folgende Wahrheits-
tabelle: "
Summe der Eingänge C Cc
positiv 1 6)
negativ, OÖ 1
Bild 17 Wahrheitstabelle für die Beschaltung eines Kompara-
tors
Ist der logische Eingang L (latch) mit logisch "1" beschal-
tet, wird der Komparator in dem im Schaltzeitpunkt vorliegen-
den Zustand verriegelt.
Durch Drücken des im analogen Steuerfeld liegenden Tasters
wird der Übergang in den logisch komplementären Zustand er-
zwungen.
Die Lampe in diesem Taster leuchtet, wenn C = 1 ist.
- 25 - AR-Hb
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5. Funktionsweise (Fortsetzung)
5.2 Die D/A-Schalter
Ein D/A-Schalter schaltet einen analogen Eingang in Abhän-
gigkeit von einem logischen Signal ab oder auf. Mit einer
logischen "1" wird der analoge Eingang zum Ausgang durch-
geschaltet.
logischer
Eingang °
analoger 10 k analoger
Eingang 2 iL ae © Ausgang
Bild 18 Prinzipschaltbild eines D/A-Schalters
Mit den D/A-Schaltern können auf die herausgeführten Ein-
gangssummenpunkte der Integrierer und Summierer zusätzlich
analoge Größen geschaltet werden (Verbindung SI-SJ bzw.
SJ-OJ).
Wichtig: Wird der Summenpunkt eines Summierers oder einer
Track-Store-Einheit beschaltet, hat der zusätzli-
che analoge Eingang die Wichtung 10 (R = 100 kn),
bei einem Integrierer jedoch die Wichtung
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6. Funktionsweise
6. Funktionsweise der digitalen Elementtypen
6.1 Der digitale Steuerteil
=22=22- Bei den digitalen Signalen (logische Ein- und Aus-
gänge) entspricht ein Signal logisch "i" einem TTL-
— — - —
einem solchen von O_ V ! Diese Pegel sind streng zu
unterscheiden von den analogen Pegeln + 1ME (= + 10V)
und O (= OV).
Eine Beschaltung der digitalen Eingänge mit analogen
Größen kann zu falschen Rechenergebnissen führen:
Mit Hilfe des digitalen Steuerteils ist es möglich, direkt in
den laufenden Rechengang einzugreifen, sei es ihn zu kontrol-
lieren und gegebenenfalls zu stoppen oder wenn nötig, Einfluß
auf einzelne Rechenelemente zu nehmen. Der digitale Steuerteil
setzt sich zusammen aus 10 UND-Gattern, 4 J-K-Flip-Flops (FFn),
2 Tast-Flip-Flops (Push-Button), einem CounTeR (CTR/TMR), einem
monostabilen Multivibrator und einem Frequenzuntersetzer sowie
einer Tastatur fiir die Wahl der logischen Betriebsarten.
Zur Synchronisation aller Bauelemente des Digitalteiles sowie
der zeitrichtigen Verkniipfung der digitalen Elemente mit den
analogen Elementen dient ein im Mini-AC vorhandener quarzsta-
bilisierter Taktgenerator mit einer Frequenz von 1 MHz.
Die Tastatur des digitalen Steuerteils sowie die Lampenanzeige
der einzelnen Gatter befindet sich im logischen Kontrollfeld,
Ein- und Ausgänge auf dem patchboard.
6.2 Die Betriebsarten des digitalen Steuerteils
Die.drei Betriebsarten RUN, STOP/STEP und CLEAR werden mit
den entsprechenden Tastern auf der Frontplatte eingeschal-
tet.
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
6.2.1 RUN
In der Betriebsart RUN liegt an allen Takteingängen der logi-
schen Elemente des Rechners der interne Maschinentakt (1 MHz).
Die Synchronisation mit diesen Takt gleicht die verschiedenen
Verzögerungen aus, die als Laufzeiten der digitalen Elemente
auftreten. In der Betriebsart RUN ist der Taster RUN erleuch-
tet.
6.2.2 STOP/STEP (STP)
Durch Betätigen des Tasters STP in der Betriebsart RUN wird
der Maschinentakt von den Takteingängen abgeschaltet (STOP).
Mit jedem Drücken des Tasters wird jeweils ein Taktpuls auf
die Takteingänge durchgeschaltet (STEP). Damit besteht die
Möglichkeit, eine digitale Schaltung von Hand zu takten, um
einen Test durchführen zu können.
6.2.3 CLEAR (CLR)
Mit der Betätigung des Tasters CLR werden alle Flipflops zu-
rückgesetzt sowie der CIR/TMR auf Null gesetzt. Durch Drük-
ken des Tasters RUN oder STP wird in die dazugehörige Betriebs-
art geschaltet.
6.3 Der Taktuntersetzer (PULSES)
Der Taktuntersetzer ist ein wichtiger Teil des logischen Takt-
systems, denn er erhöht die Programmflexibilität durch zusätz-
lich zum Maschinentakt zur Verfügung stehende Frequenzen, und
zwar 10°, 10*, 10° und 10° Hz. Die Ausgänge des Taktunterset-
zers, bezeichnet mit PULSES, befinden sich auf dem patchboard
im Logikfeld. Links daneben liegt der C-(Clear) Eingang des
Maktuntersetzers. Er arbeitet dann, wenn C mit einem Signal
as
- 28 - 7
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
logisch "O" beschaltet und der Taster RUN gedrückt worden
ist. Die FF's der Untersetzerschaltung werden zurückgesetzt
entweder durch Drücken der Taste CLEAR oder durch Anlegen
einer logischen "1" an den Eingang C (unbeschalteter Zustand).
Ausgang Frequenz Perioden- Puls-
dauer dauer
10° 100 Hz 10 ms 1 us
10? 1 kHz 1 ms 1 us
10” 10 kHz 0,1 ms. 1 us
10? 100 kHz 10 us 1 Us
Bild 19 Frequenz- und Periodendauer der Ausgänge. des
Taktuntersetzers
6.4 Der Counter/Timer (CTR/TMR)
Mit Hilfe der Tastatur des CTR/TMR im logischen Kontrollfeld
ist es möglich, eine Zahl vorzuwählen, die durch Drücken der
Taster an den CTR/TMR weitergegeben wird.
Die Wahltastatur des Zählers ist beleuchtet, und es brennt
jeweils das Lämpchen der Taste, deren entsprechendes FF ge-
rade gesetzt wird. Der augenblickliche Zählerstand ist aus
der Addition der Werte der beleuchteten Tasten zu ersehen.
Solange der CTR/TMR zählt, liegt am Zählerausgang (TRUE) eine
logische"1", am negierten Ausgang (FALSE) entsprechend eine
logische"O". Außer diesen beiden Ausgängen hat der Zähler auf
dem patchboard drei Eingänge, bezeichnet mit CI (Carry In),
S (Set) und C (Clear). Am CI-Eingang liegt das zu zählende
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
Signal. An den beiden anderen Eingängen liegt zunächst eine
logische "0" (unbeschalteter Zustand). Durch ein kurzes Si-
gnal am Eingang S, dessen Dauer wenigstens 1 us betragen muß,
wird der Zähler in Bereitschaft gesetzt und beginnt zu zäh-
len, sobald an CI ein Signal anliegt und mindestens einer der
7 Raster gedrückt ist. Dabei ist zu beachten, daß vorher durch
Drücken des Rasters RUN der interne Takt angeschaltet sein muß.
Durch die unterschiedliche Beschaltungen der Eingänge S und ©
ergeben sich verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Der CTR/TMR
kann ein Programm des Analogrechners zu einem bestimmten Zeit-
punkt stoppen, oder aber es in bestimmten Intervallen repetie-
rend wiederholen lassen. Er ist ebenfalls in der Lage, kurze
Signale auszusenden, um ein laufendes Programm zu steuern
oder zu kontrollieren.
6.4.1 Der CTR/TMR als Zähler
An den Eingängen S und C liegt jeweils eine logische "Oo"
(S = 0, C = 0). Das zu zählende Signal wird auf den CI-Eingang
gegeben (z.B. Nulldusrchgänge einer Funktion, die durch einen
Komparator in ein logisches Signal verwandelt werden). Unter
der Voraussetzung, daß am Eingang S ein kurzer Impuls angelegt
worden ist, zählt der Zähler solange, bis der Rechenablauf
stoppt. Durch Addition der Werte der beleuchteten Taster er-
hält man die Anzahl der aufgetretenen Ereignisse. Der Zähl-
vorgang kann auch vor Ende des Rechenablaufes gestoppt werden,
wenn an den Eingang C eine logische "1" angelegt wird (S = O,
C = 1). Dieses Signal bewirkt ein Zurücksetzen aller Flip-
flops. Hierbei werden die Ausgänge umgeschaltet:
TRUE —= "0", FALSE —— "1" ,
- 30 °-
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
|
S T= Ips
RUN
|
eo
|
| 2]
CI 1 2 —_ n a? N +14
TRUE
FALSE
ae} ji Ende des Zahlvorganges| Neuer Start (S=1)
Zahl)
Bild 20 Impulsdiagramm des CTR/TMR als Zähler
{Erreichen der eingestellten | Ende bei (S=0,C=1)
Wichtig: Als Eingangssignale können die Ausgänge aller logi-
schen Bauelemente sowie die Ausgange der Komparato-
ren verwendet werden. Das Signal S kann jede belie-
bige Länge haben, jedoch nicht kleiner als 1 us,
und muß beim Betrieb als Zähler entweder vor Errei-
chen der eingestellten Zahl oder vor Ende des Rechen-
ablaufes zurückgesetzt worden sein.
6.4.2 Der CTR/TMR als repetierender Zähler
Am Eingang S liegt jetzt eine logische "1", an C eine logi-
sche "0" (S = 1, C = 0), an CI das zu zählende Ereignis. Der
Zähler zählt nun bis zu einer vorgegebenen Zahl. Danach wird
der Zählerausgang umgeschaltet: FALSE —m log. "i" ,
TRUE —m log. "O" .
- 31 - AR-Hb
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
Zugleich werden mit der Rückflanke des nächsten Maschinen-
taktes die Flipflops des Binärzählers zurückgesetzt.
Der Zähler beginnt nun von neuem hochzuzählen. Mit derselben
Taktrückflanke, die den neuen Zählvorgang bewirkt, wird auch
der Zählerausgang wieder in den alten Zustand geschaltet:
FALSE — log. "0", TRUE — log. "1". (Der Zustand TRUE =
log."O" besteht also nur für die Dauer eines Taktimpulses
(1 us)).
Wird nun gleichzeitig mit S auch C beschaltet, so erzwingt
ein kurzer Impuls an C, daß der Zählvorgang sofort gestoppt
wird. Dasselbe geschieht durch Drücken des Tasters CLEAR.
Liegt an S und C dauernd eine log. "1" (S = 1, C = 1), liegt
ein undefinierter Zustand vor.
RUN
Cl
_
NO
D
—
TRUE Ä
—_
FALSE |
7
lps
Bild 21 Impulsdiagramm des CTR/TMR als repetierender Zähler
(n = eingestellte Zahl)
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
6.4.3 Der CTR/TMR als ONE-SHOT
Manche Probleme erfordern ein Eingangs- oder Kontrollsignal
von bestimmter Dauer. Auch diese lassen sich mit dem CTR/TMR
erzeugen. Gibt man eine der vier Frequenzen des Taktunterset-
zers auf den Eingang CI, so erhöht man nach Start des Zähl-
vorganges (kurzer Impuls auf Setz-Eingang S) und Vorgabe einer
bestimmten Zahl n zu zählender Impulse ein Signal von definier-
ter Länge.
Benötigt man z.B. ein Signal der Dauer 1 s, so gibt man den
Takt mit der Frequenz 10° Hz auf den CI-Eingang. Läßt man
den Zähler bis 100 zählen und berücksichtigt, daß für die
Periodendauer der anliegenden Pulse gilt: T = + = 0,01 s,
so dauert der Zählvorgang 100 +» 0,01 s = 1 s. Für diese Zeit
hat der Ausgang TRUE eine logische "1".
Cl n | ONE-SHOT-Zeit
102 (T = 0,01 s) | 100 1 s
10 0,1 8s
10°? (T = 1ms) | 100 0,1 s
- 10 10 ms
4
107 (T = 100 us) | 100 10 ms
10 1 ms
10° (T = 10 us) | 100 1 ms
10 0,1 ms
Bild 22 Beziehung zwischen anliegenden Pulsen und der
Dauer des Ausgangssignals
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
S C Betriebsart des Zahlers
O |; O Zähler bleibt zurückgesetzt
1 O Zähler wird gesetzt und arbeitet repetie-
rend. Liegt an S nur ein kurzer, einmali-
ser Impuls, zählt der Zähler bis zur vor-
gewählten Zahl und stoppt.
O 1 Zahler stoppt, falls er vorher aktiviert
war, anderenfalls bleibt der Zahler zu-
rückgesetzt
1 1 undefinierter Zustand
Bild 24 Wahrheitstabelle des CTR/TMR
In Bild 24 wird vorausgesetzt, daß am Eingang CI ständig
ein Zählimpuls anliegt.
6.5 Der monostabile Multivibrator (MONO)
Mit dem Monoflop kann ein Ausgangspuls vorgegebener Dauer er-
zeugt werden, wenn der Eingang durch eine Rückflanke aktiviert
worden ist. Die Zeit, nach der das in Bild 25 gezeichnete Mono-
flop zurücksetzt, läßt sich durch das externe Potentiometer
(25 kQ) sowie durch die extern verschalteten Kondensatoren
variieren und damit auch die Impulsbreite des Ausgangssignals.
Die Zeit wird bestimmt durch:
toyp = In2R-C»0,7R-«-(C
- 35> - AR-Hb
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
1000 pF
100, F®
10pFe@
1pFe
0,1 pre
00000
j
0,0 1pF
MONO INO OMONO OUT
25k
-
Bild 25 Monostabiler Multivibrator (Texas Instruments SN
74121 N) mit variabler Impulsbreite des Ausgangs-
signals
Die Wahl der Kondensatoren sowie die Einstellung des Poten-
tiometers erfolgt von außen durch einen kontinuierlichen und
einen diskontinuierlichen Drehschalter im logischen Kon-
trollteil. Ein- und Ausgang befinden sich auf dem patch-
board.
- 36 -
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
6.6 Die Gatter
6.6.1 Aufbau und Funktion der UND-Gatter
Der logische Steuerteil des Analogrechners besitzt 10 UND-
Gatter. Ihre Ein- und Ausgänge befinden sich ebenfalls auf
dem patchboard. Sechs dieser Gatter haben. zwei Eingänge,
die restlichen Gatter haben vier Eingänge.
en
B o——_J
>
| Bild 26 Aufbau der Gatter 1 bis 6
on >
0000
Bild 27 Aufbau der Gatter 7 bis 10
Hat der UND-Ausgang ein Signal logisch "0", leuchtet das ent-
—)
O
<I x
i] I
| >
) * © X=A-B-C-D
N _KRT-
L> OX-ABCD
sprechende Lämpchen im logischen Kontrollfeld auf. Die Ein-
gänge der Gatter sind so konzipiert, daß bei Nichtbeschalten
ein Signal logisch "1" anliegt.
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
6.6.2 Anwendung der UND-Gatter
Neben der Anwendung als UND- bzw. NAND-Gatter, wie sie in
Bild 26 und in Bild 27 erklärt wird, können die Ausgangs-
pegel der Gatter als logische Signale für Steuereingänge
verwendet werden. Weitere Verschaltungsmöglichkeiten:
A o —O
O O
Bild 28 Logischer Inverter
>|
Ao ©
O
B o—- ® \
O
ft
Bild 29 ODER-Schaltung
A
0 X=ABCDEF-GH
B a“
UN
D 7 BER
- In | EE Ä
G ® Fa 5
7 /
Bild 30 Kaskadenschaltung
- 38.-
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
6.7 Tastflipflops (PBFF —— Push -Button-Flip-Flop)
Im logischen Kontrollfeld befindien sich zwei Tastergruppen,
bezeichnet mit PB1 und PB2. Sie dienen zur Steuerung der bei-
den vorhandenen Tastflipflops (PBFF). Nach Drücken der Taste S
wird mit der Rückflanke des nächsten Maschinentaktes das ent-
sprechend PBFF gesetzt, und die Tastenbeleuchtung brennt. Ein
Druck auf die Taste C setzt, wieder mit der nächsten Taktrück-
flanke, das PBFF zurück, die Beleuchtung der Taste S erlischt.
Die Ausgänge der PBFF liegen auf dem patchboard. Ist eines der
Flipflops gesetzt, hat sein Ausgang TRUE eine logische man,
jin generelles Rücksetzen beider PBFF erfolgt durch Drücken
der Taste CLR.
6.8 Die J-K-Flipflops (GPFF —~ General-Purpose-Flip-Flop)
Der digitale Steuerteil des Mini-AC besitzt vier GPFF. Ihre
Steuertasten, bezeichnet mit FF1, FF2, FF3 u. FF4, befinden
sich im logischen Kontrollfeld, ihre Ein- und Ausgänge auf
dem patchboard. Die GPFF können manuell über die Steuertaster
bedient werden. Durch Drücken der Leuchttaste S wird das
entsprechende GPFF gesetzt, entsprechend durch Drücken der
Leuchttaste C bzw. generell durch CLR zurückgesetzt. Die
Signale der Taster wirken auf die statischen Setz- bzw.
Rücksetzeingänge der J-K-Flipflops und haben Vorrang vor
den Signalen an den dynamischen Eingängen.
Über die Eingänge sind die GPFF zusätzlich vom patchboard
aus steuerbar. Jedes FF hat drei Eingänge S (Set), C (Clear)
und FF ENABLE (EBL). Mit der Rückflanke des Signales, das
an EBL anliegt, wird das FF getaktet. An den Eingängen liegt
im unbeschalteten Zustand ein Pegel von logisch "1" an.
AR-Hb
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)
y? K" a” art
EBLo——-o> C-- --- _ o . I ,
00
Co———K 01791 0
1 oO oO 1
ee 1 Oo 1 1
ant. na”, Kran 1 1 #0 1
1 1 1 0
Bild 31 Schaltzeichen (DIN 40700), Zustandstabelle und
charakteristische Gleichung des GPFF-JK-Flipflop
Anwendung des GPFF
Gatter = GPFF EBL
"Te | eS ie |
fe)
—eC}-
Bild 32 Verzögerung des Signals X um eine Impulsbreite
des Taktsignals EBL
Gatter Gatter
xX O-———_+-® e | e+—oyY
° @|o
| LJ
Y ml ml 1
GPFF
a
eC
Bild 33 ‘Differentiations'-Schaltung
- 40 -
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6. Funktionsweise (Fortsetzung)