Резервированное устройство для синхронизации
РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ, содержащее в каждом из трех каналов последовательно соединенные задающий генератор, первый счетчик и первый дешифратор, последовательно соединенные первьй элемент И, второй счетчик, второй дешифратор, а также элемент задержки, элемент ЗИ-НЕ, высокочастотный генератор и одновибратор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и контролепригодности, в каждьй канал введены блок привязки, блок управления, два делителя напряжет ния, элемент развязки, два триггера Шмитта, пять элементов И, шина обнуления , элемент ИЛИ-НЕ и элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом одновибратора , первый вход - с выходом второго элемента И, второй и третий входы - с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым обменными входами, вторые входы - соответственно с третьим и четвертьм обменными входами, а также с первыми входами соответственно пятого и шестого элементов И, выходы которых соедине ны соответственно с первым и вторым входами элемента ШШ-НЕ, третий вход которого соединен с выходом блока управления, выход - с первым входом второго элемента И, первым обменным выходом и первым входом блока привязки , второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, выход с установочным входом первого счетчика и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора, третий вход - с выходом первого дешифратора , вторым пходом второго элемента И и вторым обменным выходом, четвертый вход - с шиной обнуления и выходом элемента развязки, выходы (Л которого соединены соответственно с пятым и шестым обменными входами и входами соответственно первого и второго триггеров Шмитта, выходы которых соединены с вторыми входами соответственно пятого и шестого элементов И, причем выходы первого и ;о ел второго делителей напряжения соединены соответственно с третьим и четвертым обменными выходами, при этом первый и второй обменные выходы пер00 вого канала соединены соответственсо но с третьим и первым обменными входами второго, а также соответственно с четвертым и вторым обменными входами третьего канала, третий и четвертьй обменные выходы - соответственно с пятым и шестым обменными входами соответственно второго и третьего каналов, обменные выходы которых соединены с соответствующиьш обменными входами первого и третьего, а также первого и второго каналов соответственно.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК g 4 H 05 К 10/00,. G 06 F 11/18
КМ; *»:.
ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
re ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О НР1.1ТИЙ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3758308/24-24 (22) 21.06 ° 84 (46) 30.11.85. Бюл. В 44 (72) В.В. Морозов (53) 621.396(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 767764, кл. G 06 F 11/00, 1977.
Авторское свидетельство СССР
Ф 1008931, кл. Н 05 К 10/ОО, 1981. входами элемента ИЛИ-НЕ, третий вход которого соединен с выходом блока управления, выход — с первым входом второго элемента И, первым обменным выходом и первым входом блока привязки, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, выход— с установочным входом первого счетчика и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора, третий вход — с выходом первого дешифратора, вторым эходом второго элемента И и вторым обменным выходом, четвертый вход — с шиной обнуления и выходом элемента развязки, выходы которого соединены соответственно с пятым и шестым обменными входами и входами соответственно первого и второго триггеров Шмитта, выходы которых соединены с вторыми входами соответственно пятого и шестого элементов И, причем выходы первого и второго делителей напряжения соединены соответственно с третьим и четвертым обменными выходами, при этом первый и второй обменные выходы первого канала соединены соответственно с третьим и первым обменными входами второго, а также соответственно с четвертыми вторым обменными входами третьего канала,. третий и четвертый обменные выходы — соответственно с пятым и шестым обменными входами соответственно второго и третьего каналов, обменные выходы которых соединены с соответствующими обменными входами первого и третьего, а также первого и второго каналов соответственно. (54)(57) РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО
ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ, содержащее в каждом из трех каналов последовательно соединенные задающий генератор, первый счетчик и первый дешифратор, последовательно соединенные первый элемент И, второй счетчик, второй дешифратор, а также элемент задержки, . элемент ЗИ-НЕ, высокочастотный генератор и одновибратор, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и контролепригодности, в каждый канал введены блок привязки, блок управления, два делителя напряже-. ния, элемент развязки, два триггера
Шмитта, пять элементов И, шина обнуления, элемент ИЛИ-НЕ и элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом одновибратора, первый вход — с выходом второго элемента И, второй и третий входы — с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым обменными входами, вторые входы — соответственно с третьим и четвертым обменными входами, а также с первыми вхо- дами соответственно пятого и шестого элементов И, выходы которых соедине— ны соответственно с первым и вторым
Л0„„5489 A
9 1l
Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для построения управляющих систем повьппенной надежности.
Цель изобретения — повышение надежности и контролепригодности устройства.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2-4 — структура блока привязки, блока управления, измерителя частоты соответственно; на фиг. 5-7 — эпюры временных диаграмм устройства; на фиг. 8 — передаточная характеристика триггера
Шмитта.
Устройство (фиг. 1) содержит в каждом канале последовательно соединенные первый элемент И 1, счетчик 2, дешифратор 3 и элемент задержки 4, элемент ЗИ-НЕ 5, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки 4, выход — с первым входом элемента И 1, высокочастотный генератор 6, выход которого соединен со вторыми входами элементов И 1 и ЗИ-НЕ 5, одновибратор 7, выход которого соединен с третьим входом элемента ЗИ-НЕ 5, последовательно соединенные задающий генератор 8, счетчики 9 и дешифратор
10, блок управления 11, второй 12, пятый 13, шестой 14, третий 15 и четвертый 16 элементы И, элементы
ИЛИ 17 и ИЛИ-HE 18. Блок привязки
19, первый вход 20 которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 18 первым входом элемента И 12 и обменным выходом 21, второй вход 22 — с выходом элемента задержки 4, выход 23 — с установочным входом счетчика 9 и входом 24 блока управления 11 (при этом выход 59 блока привязки 19 не используется), вход 25 которого соединен с выходом высокочастотного генератора 6, вход 26 — с выходом дешифратора 10, обменным выходом
27 и вторым входом элемента И 12,выход 28 — с третьим входом элемента
ИЛИ-НЕ 18, первый и второй входы которого соединены с выходами элементов И 13 и 14 соответственно, первые входы которых соединены с обменными входами 29 и 30 соответственно, а также со вторыми входами элементов И !5 и 16 соответственно, первые входы которых соединены с обменными входами !! и 32 соответст95489
l5
55 венно, выходы — с первым и вторым входами элемента ИЛИ 17, третий нход которого соединен с выходом элемента И 12, выход — со входом одновибра— тора 7, шину обнуления 33, элемент развязки 34, триггеры Шмитта 35 и 36, входы которых соединены со вторыми входами 37 и 38 канала соответствен1 но, а также с вьгходами элемента 34 развязки, вход которого соединен с шиной обнуления 33 и четвертым входом
39 блока управления 11, а также делители напряжения 40 и 41. При этом обменные выходы 21 и 27 первого канала соединены соответственно с обменными входами 29 и 31 второго, а также соответственно с обменными входами 30 и
32 третьего каналов, обменные выходы
42 и 43 с обменным входом 38 второго и обменным входом 37 третьего каналов соответственно, обменные входы которых соединены аналогично. Выходом 44 устройства является выход любого разряда счетчика 2.
Блок привязки 19 (фиг. 2) содержит сдвиговый регистр 45, содержащий последовательно соединенные 1!х-триггеры 46 — 48, входы С которых соединены между собой и образуют тактовый вход 49 сдвигового регистра 45, а также инвертор 50, выход которого соединен со входом К, нход — со входом 1 триггера 46, образующим сдвиговый вход 51 сдвигового регистра 45, при этом прямые выходы триггеров 46 и 47 образуют соответственно выходы
52 и 53, инверсные выходы триггеров
47 и 48 — соответственно выходы 54 и 55, а вход S триггера 46 — установочный вход 56 сдвигового регистра
45. Кроме того, блок привязки содержит элементы И 57 и 58, выходы которых соединены соответственно с выходами 23 и 59 блока привязки, первые входы — соответственно с вьгходами 52 и 53, вторые входы — соответственно с выходами 54 и 55 сдвигового регистра 45, третьи входы — со входом
22 блока привязки и тактовым входом
49 сдвигового регистра 45, сдвиговый вход 51 которого соединен со входом 20 блока привязки, а также шину "0". соединенную с установочным входом 56 сдвигового регистра 45.
Блок управле ния 1 1 (фи r . 3 ) содержит блок привязки 19-1, ll(. -триггер 61, измерители частоты 62-1 и
62-2„шины "0" 63 и "1" 64, сдвиго-.
1195489
Измеритель частоты 62 (фиг. 4) содержит элементы И 74 — 76, инвертор 77, блок привязки 19-2, счетчик
78, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 74, установоч.ный вход — с выходом 59 блока привязки 19-2, вход 22 которого соединен со входом 66 измерителя частоты и первым входом элемента И 74, второй вход которого соединен со входом 65 измерителя частоты и входом инвертора 77, выход которого соединен со входом 20 блока привязки 19-2, выход 23 которого соединен с первыми входами элементов И 75 и 76, а также цифровой компаратор (типа 533 СП1) 79, запоминающее устройство 80 и элемент ИЛИ 81, выход которого соединен с выходом.73 измерителя частоты, первый вход — с выходом переполнения счетчика 78, второй и третий выходы — с выходами элементов И 75 и 76 соответственно, вторые входы которых соединены соответственно с выходами "A> В" и вый регистр 45 — 1, установочный вход 56 которого соединен со входом 24 блока управления, сдвиговый вход 51 — с шиной "О" 63, тактовый вход 49 — с выходом 23 блока 19-1 и выходом С триггера 61, входы j и К которого соединены с шиной "1"
64, прямой и инверсный выходы — с первыми входами 65 измерителя частоты 62-1 и 62-2 соответственно, вторые входы 66 которых соединены со входом 25 блока управления и входом 22 блока привязки 19-1,вход
20 которого соединен со входом 26 блока управления, а также элементы
И 67 и 68, элемент ИЛИ 69,К $ -триггер 70, элементы И-НЕ 71 и 72, первые входы которых соединены соответственно с выходами 52 и 53, вторые входы — соответственно с выходами 54 и 55 сдвигового регистра
45-1, выходы- соответственно с первыми и вторыми входами элементов И 6 и 68, третьи входы которых соединены с выходами 73 измерителей частоты
62-1 и 62-2 соответственно, выходы— соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 69, выход которого соединен со входом $ установки в единицу, триггера 70, вход
1(установки в нуль которого соединен со входом 40, выход — со входом 28 блока управления.
"А (В" цифрового компаратора 79, первый вход А которого соединен с выходом счетчика 78, второй вход В с выходом запоминающего устройст5 ва 80.
Устройство работает следующим образом. После включения питания на шину "обнуление" 33 каждого канала подается лог. 1, которая устанавли10 вает RS триггер 70 в состояние лог.О, открывает диоды элемента развязки 34 и поднимает уровень входного напряжения триггеров Шмитта до порога их включения (фиг. 8). Триггеры отклю15 чаются и на их Выходах появляется лог. 1, которая сохраняется и при снятии "обнуления" за счет соответствующих делителей напряжения 40 и
41 других каналов. При этом, сни20 мается блокировка элементов И 13 и
14. Делители напряжения рассчитываются так, что во время переходного про7 цесса, связанного с выключением питания в одном из каналов соответствующие триггеры Шмитта других каналов выключаются при таком напряжении питания обесточенного канала, при котором его задающий генератор 8 и логические элементы нормально функ-, 30 ционируют .
Импульсы задающего генератора 8 соответствующего канала поступают на счетчик 9, который вместе с дешифратором 10 формирует тактовые импуль35 сы с частотой f,/, где f, — частота импульсов задающего генератора; и емкость счетчика. Элементы И 13 и
14, а также элемент ИЛИ- Е 18 одного канала через обменные входы 29 и 30
40 и обменный вход 21 образуют с аналогичными элементами других каналов трехстабильный триггер таким образом, что на выходе элемента ИЛИ-НЕ
18 одного (ведущего) канала будет
45 лог. 1, в двух других каналах— лог.О. При этом, открываются элементы И 12 ведущего канала, а также один из элементов И 15 и 16 других каналов и на выход элемента ИЛИ 17
50 каждого канала проходят одни и те же тактовые импульсы. Блок привязки 19 формирует импульс установки счетчика 9 тогда, когда на его входе 20 происходит переход из лог. О в
55 лог. 1. Поскольку в установившемся режиме таких переходов нет, то импульс установки не формируется и коррекция. фазы счетчика 9 не происхо1195489
20
0 (и(1 -К(g jс "((1) которое является условием захвата частоты. Оно означает, что фазовый сдвиг импульсов за один период
40 тактовых импульсов должен быть больше нуля, но меньше периода импульсов высокочастотного генератора 6 °
Таким образом, дрейф приведен к тому, что на выходе элемента ЗИ-НЕ5 появ45 ляются импульсы обратной полярности, перекрывающие импульсы высокочастотного генератора 6 (эпюра. 5 на фиг.5), Длительность этих импульсов увеличивается, а длительность импульсов на выходе элемента И1 уменьшается, и наступает момент, когда счетчик 2 не воспринимает очередной импульс, т.е. произойдет задержка счета на
1/ . В следующем цикле совпадения импульсов,на входах элемента ЗИ-НЕ5 не будет и естественный счет импуль— сов не нарушается. Через некоторое время дрейф вновь сведет импульсы дит. Естественный счет импульсов не нарушается.
Импульсы высокочастотного генератора 6 поступают через элемент
2И1 на счетчик 2. Начинается счет импульсов. Когда счетчик 2 насчитает (К-1) импульсов, где К вЂ” емкость счетчика, на выходе дешифратора 3 появляется лог. 1. К-м импульсом счетчика 2 переполнится и на выходе дешифратора 3 появится лог. О, через
К импульсов — вновь лог. О и т.д.
Таким образом,на выходе дешифратора
3 формируются импульсы с периодом 15
К/, где — частота импульсов высокочастотного генератора (эпюра 3 на фиг. 5). На выходе элемента задержки 4 формируются задержанные на
1/ импульсы (эпюра 4 на фиг. 5), которые поступают на первый вход и стробируются по второму входу элемента ЗИ вЂ” НЕ 5 импульсами высокочастотного генератора 6. На вход одновибратора 7 поступают тактовые им пульсы. Он формирует из них импуль-. сы длительностью 0,5/f (эпюра 7 на фиг. 5), которые поступают на третий вход элемента ЗИ-НЕ5. Для совпадения импульсов на входах этого З< элемента необходимо обеспечить дрейф импульсов элемента задержки 4 относительно тактовых импульсов, т.е. выполнить неравенство. вместе и произойдет очередная коррекция фазы счетчика 2 и т.д. Таким образом, происходит периодическое удлинение всех импульсов счетчика
2 на 1/ ., за счет этого частоты импульсов на выходе каждого канала устройства становятся кратными час- . тоте тактовых импульсов. Точность привязки выходных импульсов к такто- вым не превышает 1/g, значит, и несинфазность одноименных импульсов разных каналов не превышает этой величины.
Тактовые импульсы каждого канала поступают на вход 26 блока управления 11 и на блок привязки 19-1, который привязывает их к импульсам высокочастотного генератора,6 так, что на выходе 23 блока привязки 19-1 формируются импульсы, длительность которых равна 0,5/, а частота частоте тактовых импульсов. Равенство частот обеспечивается эа счет периодического удлинения периода этих импульсов на 1/, т.е. аналогично тому, как и в счетчике 2. Импульсы блока привязки 19-1 поступают на тактовый вход 49 сдвигового регистра
45-1 и на счетный вход С триггера
61, который работает в режиме деления частоты на два. В первый полупериод, когда на прямом выходе триггера 61, имеется лог. 1, открывается элемент И 74 измерителя частоты 62-1 и его счетчик 78 начинает счет импульсов высокочастотного генератора
6. Во второй полупериод счет импульсов начинается в измерителе частоты 62-2, а в измерителе частоты
62 — 1 прекращается. При этом, в его счетчике 78 записывается код, соответствующий числам К или К+1, который подается на первый вход А цифрового компаратора 79, на второй вход
В которого с запоминающего устройства 80 подается код эталона частоты.
Младший разряд счетчика 78 на цифровой компаратор 79 не подается, т.к. его значение меняется во времени и образует погрешность счета. Сравнение кодов начинается со старшего разряда. Если условие захвата частоты выполняется, то на обоих выходах цифрового компаратора 79 формируется лог. О. После того, как на прямом выходе триггера 61 образовался лог.О и счет импульсов прекратился, блок привязки 19-2 формирует два не пере1 195489 крывающихся импульса, первый из ко1 торых производит опрос состояния выходов цифрового компаратора 79, который сбрасывает счетчик 78. В следующий полупериод прекращается счет импульсов в измерителе частоты
62-2 и вновь начинается в измерителе частоты 62-1 и т.д. Таким образом, осуществляется непрерывный контроль частотьГ тактовых импульсов каждого канала (эпюры 6, 10, 19-1, 62-1, 62-2 на фиг. 6). !
Пусть в ведущем канале произошло отклонение частоты тактовых импуль15 сов на величину, при которой условие (1) не выполняется. Это отклонение может быть вызвано, например, отка- . зом задающего генератора 8, отказом счетчика 9 (какой-то разряд не делит частоту, а пропускает), отказом
20 дешифратора 10 (ча выходе его нет тактовых импульсов, или очи есть, но с удвоенной частотой) или отказом блока привязки 19 (на счетчик 9
25 периодически подаются импульсы установки) и т.д. Если отклонение частоты тактовых импульсов произошло так, что
+/К вЂ” К/ О, то измерители частоты
62-1 и 62-2 насчитывают число импульсов меньше К. Если / — К/$ > 1/ то измерители частоты насчитывают число импульсов больше К+1. В любом случае при опросе цифрового компаратора 79 произойдет установка RS триггера 70 в состояние лог, 1 и трех- 35 стабильный триггер переключается. Be дущим становится любой иэ резервных каналов. Если отклонение тактовых импульсов произошло в резервных каналах, то срабатывают их RS триггеры 40
70, но трехстабильный триггер не переключается. Наличие лог. 1 на выходе RS триггера 70 свидетельствует о неисправности канала, т.е. данное устройство обеспечивает диаг- 45 ,ностику состояния резерва. Если формирование тактовых импульсов прекратилось совсем (частота равна нулю), то один иэ измерителей частоты будет непрерывно считать импульсы, пока 50
его счетчик 78 не переполнится. В этом случае установка RS триггера 70 в состояние лог. 1 производится импульсом переполнения через элемент
ИЛИ 81. Поскольку положение тактовых 55 импульсов ведущего канала в первый момент после переключеиия трехстабильного триггера случайно по отношению к одноименным импульсам счетчика 2 разных каналов, то может быть так, что в одном канале импульс одновибратора 7 опережает, а в других каналах отстает от импульса элемента задержки 4, или наоборот, в одном канале отстает, а в других каналах опережает. В обоих случаях синфазная работа одного канала по отношению к другим каналам нарушается. Чтобы исключить это, после переключения трехстабильного триггера в ведущем канале на выходе 23 блока привязки 19 формируется импульс, привязанный к импульсам элемента задержки 4; который корректирует фазу счетчика 9, таким образом, чтобы следующий тактовый импульс занял однозначное фазовое положение по отношению к импульсам элемента эадер ки 4 каждого канала.
Поскольку при коррекции фазы счетчика 9 происходит изменение частоты тактовых импульсов, может произойти ложный контроль частоты и ложное переключение трехстабильного триггера.
Чтобы исключить это, импульс блока привязки 19 через вход 24 блока управления 11 записывается лог.1 в первый разряд сдвигового регистра
45-1, которая сдвигается тактовыми импульсами блока привязки 19-1. При этом, на выходах элементов И-НЕ 71 и
72 формируются импульсы отрицательной полярности, которые по вторым и третьим входам элементов И67 и 68 блокируют выходы измерительной частоты 62.-1 и 62-2 на время, за которое происходит восстановление частоты тактовых импульсов (на это уходит 2-3 тактовых импульсов).
После коррекции фазы счетчика 9 ведущего канала во всех каналах начинается переходный процесс поиска фазы тактовых импульсов. При этом несинфазность одноименных выходных импульсов разных каналов увеличивается. Величина несинфазности зависит как от скорости расхождения каналов, так и от времени поиска фазы тактовых импульсов, которое в свою очередь зависит от того, какое число будет записано в счетчик
9 ведущего канала. Для расчета несинфазности рассмотрим двухканальный режим работы устройства, т.к. критерием его работоспособности является синфазная работа минимум двух каналов при любой возможной
1195489 неисправности. Пусть напряжение питания ведущего канала снимается.
Поскольку триггеры Шмитта 35 и 36
- других каналов„выключаются при напряжении, при котором ведущий канал в переходном режиме еще работает устойчиво, то синфаэная работа каналов в этот момент не нарушается.
После того, как обменные связи,идущие с обесточенного канала и работающие каналы, будут заблокированы соответствующими триггерами Шмитта, ведущим станет один из двух оставшихся каналов. Возьмем худший слу-, чай, когда счетчик 9 ведущего канала устанавливается в такое состояние,при котором поиск фазы тактовых импульсов происходит максимальное время (эпюры б,j 4;, 7jj на фиг.7).
В этом случае максимальная несинфаз- ность
2. 8 (к О. 5) (2)
f(l 8t) е/ К4 ü"eon где & — относительное отклонение частоты f от номинала;
5 .,„- допустимая величина несинфаэности.
Выражения (1) и (2) определяют функциональную связь параметров устройства (л, к,, „Я ) при которой оно надежно функционирует при всех возможных видах отказов. Чтобы ВВВс. ти обесточенный канал в работу необходимо подать на него напряжение питания, а. затем в каждый канал подать
15 команду "обнуление".
Изобретение позволяет обеспечить синфазную работу двух каналов при любой возможной неисправности третьего канала, в том числе и при сня20 тии напряжения питания, а также контроль неисправности каналов.
1195489
1195489
° Э
° ° °
Фи.б а-1 к
Ъ
6i
° ° °
К-1 ф7иа. 7
Фиг 1
Составитель В. Максимов
Редактор Ю. Петрушко Техред И.Асталош Корректор Л Патай
Заказ 8286 Тираж 793 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
