Analog Computers

Manual / Guide

Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner (Mini-AC)

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A German-language laboratory reference handbook produced by RWTH Aachen (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen) for use with the EAI Mini-AC hybrid analog computer. The 40-page document covers the patchboard layout, component inventory (6 integrators, 3 summers, 3 track-store units, 3 multipliers/dividers, 2 function generators, 18 potentiometers, 3 comparators, and a full digital logic section with 10 AND-gates, 4 J-K flip-flops, counter/timer, and monoflop), and detailed operating principles for all analog, digital-analog, and digital element types including the IC/OP/HD/PP/SP/SL operating modes and repetitive computation timing.

Manufacturer
EAI
System
Mini-AC
Author
RWTH Aachen
Type
Manual / Guide
Language
German
Learning track
machine reference
Pages
40
Credit
RWTH Aachen analog computer laboratory course materials
  • Mini-AC
  • EAI
  • analog computer operation
  • patchboard programming
  • hybrid analog-digital computing
  • laboratory reference

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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. OV-TUTW sap pawoqyogeg *L PTT € 01313 SOIVNY nu aiitd anna Q1313 JOULNOS (ond ( 01314 DOIVNY g1314 21901 | 1313 1081NO> + T O1214 OOIWNY oz SZ vz cz zz 94 aıarıınw| sı/7 7 s/t fia o.le+8s @:11001S O12! ©: (Ox Ox/O« @xulOn Ou -.. cms} f[ tc wo ] . ; . eo CO: 070 & 19. jo. ]o:j® je: eo f@ 1e ptsT] 1 i - } yr 4 4 OT OTOH Or O+h iamf. « {elo Jere leis je: [av] Loch Lan bas, } q “oo: (9 jerfe jc je:je |e:jo (©: ja je: =. _en | | SE eed Ki Ku eo+9 O11008 je.ler|a»|o>|e je (9 |@>1e |0-|® . 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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. Hilfsblatter zum Praktixum Analogrechner RWTH AACHEN 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. Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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 | N | ) | ! | | | | | | { IC, i i (Ausgang)“ | | EB , ~ I IC | 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 i Urc te 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 Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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 Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner 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-- Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner 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 Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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 Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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. Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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. Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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 Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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 Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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. Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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 Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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 Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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 °- Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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 Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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) Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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 Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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 Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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 - Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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. Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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.- Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWIH AACHEN 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 Hilfsblätter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 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 - Hilfsblatter zum Praktikum Analogrechner RWTH AACHEN 6. Funktionsweise (Fortsetzung)