Zähleransteuerung mit Quadratursignalen

[Manf]

Im Bild sind oben rechts die Quadratursignale a und b eines inkrementalen Meßsystems dargestellt wie sie bei einer Maus, bei Längen- oder Winkelmesssystemen vorkommen. Sie bestimmen den Betrag des Messwerts durch die Anzahl der Takte und die Richtung durch ihre Phase zueinander. Links sind die beiden Signale a und b im Zustandsdiagramm dargestellt.

Sollen die Impulse mit einem up/down (u/d) counter gezählt werden, dann könnte man zunächst einfach die Signale a und b an clock und u/d durchschalten. Für jede der beiden Richtungen wird eine korrekte Zählung erfolgen, aber bei Richtungsumkehr können Fehler auftreten. Das kann man sich leicht am Zustandsdiagramm klar machen wenn man die für den Zähler wirksamen Zustandsänderungen betrachtet.

Ziel der Aufgabe ist es, eine möglichst einfache Schaltung einzufügen, die auch bei Richtungsumkehr eine korrekte Zählung sicherstellt. Eine einfache Lösung könnte ein asynchrones Gatternetz sein das beispielsweise mit 4 Gattern oder weniger auskommt.
Manfred

Bild hier  

[churchi]

kann das mit nur 1 Zähler überhaupt funktionieren?
Wenn man von links nach rechts oder rechts nach links geht würde sich b nicht verändern. Somit währe auch keine Änderung am Zähler und der Zähler würde die Änderung nicht bemerken.
Warum nicht einfach einen weiteren Zähler anschließen mit genau den umgekehrten Anschlüssen?
(statt a b und statt b a)
Dann müsste man alle Richtungen erkennen und mitzählen können.

Was mir auch noch unklar ist: wie kann man mit nur einem Zähler x und y Koordinaten bestimmen? - oder ist gerade das der Trick?
Aus nur 1 Zahl 2 Richtungen bestimmen?

Bin schon gespannt auf die Lösung...

edit:
zählt der Zähler wirklich wie auf dem IC gezeichnet nur bei steigender Flanke?
Meine Theorie würde ja nur funktionieren wenn er steigende als auch fallende Flanke registrieren würde?

[Manf]

wie kann man mit nur einem Zähler x und y Koordinaten bestimmen? -

Die Maus als Beipiel ist vielleicht etwas komplex, in der ist jeweils für x und für y ein unabhängiges System dieser Art drin.

Warum nicht einfach einen weiteren Zähler anschließen mit genau den umgekehrten Anschlüssen?
(statt a b und statt b a)

Das klingt irgendwie ganz gut aber das würde das Problem nicht lösen. Es könnten trotzdem Zählfehler auftreten.

Wie bei jedem Zähler hat man es mit der Quantisierung zu tun. Eine volle Umdrehung im Zustandsdiagramm soll gezählt werden. Teile davon können unberücksichtigt bleiben, aber Fehler von Teilen dürfen sich nicht aufsummieren.

Der Zähler zählt nur bei der ansteigenden Flanke ich habe ein praktisches Beispiel gewählt, aber wie gesagt, eine ganze Runde im Zustandsdiagramm soll gezählt werden, eine höhere Auflösung schadet nicht, ist aber zunächst nicht gefordert.
Manfred

[churchi]

Das heißt im prinzip dreht sich dieses "Rad" immer am Untergrund?
Ist das nicht sowas wie ein Drehgeber?

00 - 01 - 11 - 10 -> Drehung nach rechts -> inkrementieren
00 - 10 - 11 - 01 -> Drehung nach links -> dekrementieren

Warum kann dieser Zählfehler entstehen?
Etwa weil der Zähler nur die steigende Flanke registriert und die Fallende nicht? - soweit wie ich das im Bild sehen kann tut er das doch?

Ist dies nicht ein Gray-Code?
Es ändert sich in eine Richtung immer maximal ein Bit

sry - aber ich glaub mir fehlt einfach noch der Ansatz wo das Problem liegt um dann versuchen zu können es zu lösen - wenn du weißt was ich meine

[Manf]

Der Code wird auch bei Drehgebern eingesetzt. Er ist inkremental. Für eine Umdrehung ist es ein Gray-Code.

Da liegt nicht das Problem. Die Umsetzung in den Zähler ist interessant.

In der billigen Grundversion, die ich als Referenz angeboten habe, registriert der Zähler nur eine ansteigende Flanke von b.
Da können sich Fehler akkumulieren wenn immer vor der ansteigenden Flanke nach rechts umgekehrt wird und die Flanke nach links noch einmal hin und zurück durchfahren wird.
Manfred

[churchi]

sollte auch gezählt werden wenn der Zustand von 01 auf 00 wechselt?
wenn ja dann geb ich auf

ich wüsste schon wie ich das anders löse - aber so mit einem Zähler...

[Manf]

sollte auch gezählt werden wenn der Zustand von 01 auf 00 wechselt?

Eine volle Umdrehung im Zustandsdiagramm soll gezählt werden. Teile davon können unberücksichtigt bleiben, aber Fehler von Teilen dürfen sich nicht aufsummieren.

Das ist eigentlich die normale Anforderung an einen Zähler. Wenn die Auflösung höher ist, ist es auch gut. Das ist eine ganz pragmatische Sache.

Man kann grundsätzlich Zustände und Zustandsübergänge erfassen und in Datenzustände und Übergänge umsetzten. Im konkreten Fall ist es manchmal schwierig aus einer Lösungsvielfalt eine effiziente Lösung herauszusuchen.
Manfred

[churchi]

hmm - ich bin gespannt auf die Lösung aber selber komm ich net drauf

[Manf]

Das kann man sich leicht am Zustandsdiagramm klar machen wenn man die für den Zähler wirksamen Zustandsänderungen betrachtet.

Das hatte ich noch als Hinweis angegeben für die vereinfachte Schltung, damit man erkennen kann worin bei ihr das Problem liegt.
Die für den Zähler wirksamen Zustandsänderungen im Zustandsdiagramm, (einfach erstmal ankreuzen).

Ich gebe ja zu dass das Ganze für einen Schritt nicht trivial ist, aber dafür gibt es ja die Beschreibung, in dem Fall mit dem Zustandsdiagramm. Und wenn man später mit der Erfahrung, praktisch aus der Hüfte, ein komplexes kombinatorisches Problem mit ein paar klaren Sätzen analysiert und die Lösung angibt, naja es spart zumindest Zeit und gibt Sicherheit.
Manfred

[churchi]

Also das Problem hab ich mittlerweile erkannt - hoffe ich.

Angehängt hab ich mal ein Bildchen.
blau - Linksdrehung die erkannt wird
rot - Rechtsdrehung dir erkannt wird

Dort bei den Pfeilen wirds richtig erkannt - aber dazwischen gibts ein Problem.

Wenn nun dort wo es nicht erkannt wird würde es bei Richtungsänderungen Probleme geben weil genau dort nicht gezählt wird.

Aber wie man da jetzt mit ein paar Gattern eine Lösung finden könnte weiß ich (noch) nicht.