Устройство для формирования импульсов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

151) 4

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3769115/24-21 (22) 09.07.84 (46) 15.01.86. Бюл. № 2

{7 1) Институт технической кибернетики АН БССР (72) А .Г.Мачнев, Г.Г. Ианьшин, Г.Д.Салогуб и В.И.Левашов (53) 621,374(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 744944, кл. Н 03 К 5/04, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1064443, кл. Н 03 К 5/04, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

ИМПУЛЬСОВ, содержащее генератор импульсов, первый элемент И, первый вход которого соединен с первой шиной управления, а выход подключен к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с вто-. рой шиной управления, второй элемент И, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому выходу первого триггера .и к входной шине, а выход соединен с входом первого формирователя импульсов и с первым входом элемента ИЛИ, второй триггер, первый вход которого подключен к первому выходу первого формирователя импульсов, а выход соединен с вторым входом элемента

ИЛИ, выход которого подключен к выходной шине, первый счетчик импульсов, суммирующий и вычитающий входы, которого соединены соответственно с первым и вторым выходами коммутатора, второй счетчик импульсов, третий элемент И, первый вход которого подключен к третьей шине управления, элемент задержки, четвертый элемент

И и четвертую шину управления,. о т„„SU„„1205273 А л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности регулирования крутизны изменения частоты импульсов по любому закону, в него введены второй формирователь импульсов, сумматор, блок . сложения по модулю 2, формирователь логической единицы и дополнительная шина управления, при этом первый, второй и третий входы коммутатора соответственно соединены с выходом генератора импульсов и с первым и вторым выходами первого триггера, а первый выход подключен к суммирующему входу второго счетчика импульсов, первый вход которого соединен с первым входом первого счетчика импульсов и подключен к первому выходу первого формирователя импульсов, второй выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, вход второго формирователя импульсов подключен к выходу первого счетчика импульсов, а выход соединен с вторыми входами первого счетчика импульсов, второго триггера и третьего элемента И, выход которого подключен к входу элемента задержки, первый, второй и третий входы сумматора соответственно соединены с выходом второго счетчика импульсов, второй вход которого подключен к выходу элемента задержки, с выходом блока сложения по модулю

2, первый вход которого подключен к дополнительной шине управления, и с выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу формирователя логической единицы, а второй вход соединен с вто-рым входом блока сложения по модулю 2 и подключен к четвертой шине управления, выход сумматора соеди. 1205273 нен .с третьими входами первого и второго счетчиков импуль— сов.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования.

Целью изобретения является расширение фу-нкциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности регулирования крутизны изменения частоты импульсов по любому закону.

На фиг. 1 представлена структур-. ная схема устройства, на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг. 3 и 4 — соответственно структура сумматора и блока сложения по модулю 2; на фиг. 5 и 6 — кривые изменения (увеличения) частоты с различной крутизной.

Устройство для формирования импульсов (фиг. 1) содержит генератор

1 импульсов, первый элемент 2 И, первый триггер 3, второй элемент

4 И, коммутатор 5, третий элемент

6 И, первый формирователь 7 импульсов, элемент 8 задержки, первый счетчик 9 импульсов, второй счетчик

10 импульсов, второй триггер 11, второй формирователь 12 импульсов, сумматор 13, формирователь 14 логической единицы, элемент 15 ИЛИ, четвертый элемент 16 И, блок 17 сложения по модулю 2, входную шину

18, первую, вторую, третью и четвертую шины 19, 20, 21 и 22 управления, дополнительную шину 23 управления и выходную шину 24.

В устройстве для формирования импульсов первый вход коммутатора

5 соединен с выходом генератора 1 импульсов, а второй и третий входы подключены соответственно к первому и второму выходам первого триггера

3, первый и второй выходы коммутагора 5 соединены соответственно с суммирующими входами первого и второго счетчиков 9 и 10 импульсов и с вычитающим входом первого счетчика 9 импульсов, первый вход перS

45 вого элемента 2 И подключен к первой шине 19 управления, а выход соединен с первым входом первого триггера 3, второй вход которого подключен к второй шине 20 управления, первый вход второго элемента

4 И соединен с первым выходом первого триггера 3, а второй вход подключен к входной шине 18, выход второго элемента 4 И соединен с входом первого формирователя 7 импульсов и с первым входом элемента

15 ИЛИ, выход которого подключен к выходной шине 24, а второй вход соединен с выходом второго триггера 11, первый выход первого формирователя 7 импульсов подключен к первым входам первого и второго счетчиков 9 и 10 импульсов и второго триггера 11, а второй выход соединен с вторым входом первого элемента 2 И, первый вход третьего элемента 6 И подключен к третьей шине 21 управления, а выход соединен с входом элемента 8 задержки, выход которого подключен к второму входу второго счетчика. 10 импульсов, вход второго формирователя 12 импульсов соединен с выходом первого счетчика 9 импульсов, а выход подключен к вторым входам третьего элемента 6. И, второго триггера 11 и первого счетчика 9 импульсов, первый, второй и третий входы сумматора 13 соединены соответственно с выходами второго счетчика 10 импульсов, блока 17 сложения по модулю

2, первый вход которого подключен к дополнительной шине 23 управления и четвертого элемента 16 И, первый вход которого подключен к выходу формирователя 14 логической единицы, а второй вход объединен с вторым входом блока 17 сложения по модулю

2 и соединен с четвертой шиной 22 управления °

Сумматор 13 содержит (фиг. 3)ri одноразрядных полных сумматоров., 1205273 объединенных цепями переноса. При этом на первый сумматор подаются .младшие (LSB) разряды чисел, а на его вход распространения переноса поступает сигнал с выхода элемента

16 И. На п -й одноразрядный сумматор подаются старшие (MSB) разряды двоичных чисел. Выходы сумматора поразрядно соединены с и-входами D-счетчиков 9 и 10.

Блок 17 сложения по модулю 2 содержит (фиг. 4) и двухразрядных схем сложения по модулю 2, первые входы которых объединены и подключены к шине 22 управления, а вторые входы соединены с дополнительной шиной

23 управления.

Формирователь 12 импульсов представляет собой, например, одновибратор со схемой запуска по переднему фронту или обычный формирователь, выполненный на базе элемента совпадения, на один вход которого подается входной сигнал, а на другой ее вход поступает этот же сигнал, но задержанный и инвертированный. Длительность задержки определяет длительность формируемого импульса.

В качестве формирователя 14 логической единицы обычно используется инвертор, вход которого подключен к общей шине, т. е. к логическому нулю. В результате на выходе инвертора постоянно присутствует сигнал .логической единицы.

На временных диаграммах (фиг. 2) приведены следующие сигналы: Ui напряжение на входной шине 18; напряжение на первом (инверсном) выходе триггера 3; Uz — напряжение на выходе элемента 4 И; Uq u Us — напряжения на первом и втором выходах формирователя 7; U — напряжение на шине 19 управления; U — напряжение на выходе элемента 2 И; Ug — напряжение на втором выходе триггера 3, Пз — напряжение на шине 21 управления; U — напряжение на выходе генератора 1; U« — напряжение на шине

22 управления, U« — напряжение на суммирующих входах счетчиков 9 и 10;

П вЂ” напряжение на вычитающем входе счетчика 9, U q — напряжение на выходе формирователя 12; U<> — напряжение на выходе триггера 11; U < — напряжение на выходе элемента 6 И, Uiy — напряжение на выходе элемента

8 задержки; U

Для показанного на фиг. 2 случая на шину 23 управления поступает, постоянно двоичный код числа два, а закон измерения частоты носит линейный характер, причем сигнал Пи (шина 22) соответствует сначала уменьшению (логический 0"), а затем увеличению (логическая "1") частоты на выходе.

На фиг. 5 показаны зависимости изменения частоты (ее увеличения) при неизменной частоте генератора тактовых импульсов для устройствапрототипа (кривая 1) и для предлагаемого устройства (кривые 1 и 2), при этом на дополнительную шину 23 подается двоичный код числа один (кривая 1), два, три, четыре и пять (кривые 2), а крутизна изменяется на угол d.

На фиг. 6 представлен один из вариантов нелинейного закона увеличения частоты, когда в моменты времени t,, t,, tq и t> на шину 23 управления поступает двоичный код числа один, два, три и четыре соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Входная последовательность импульсов (скважность импульсов равна двум) поступает на шину 18. Так как в исходный момент триггер 3 находится в состоянии "0", то коммутатор 5 подключен к суммирующему входу (+1) счетчика 9, а на инверсном выходе триггера 3 будет сигнал

"1", который открывает элемент 4 И.

Поэтому импульсы входной последовательности проходят через элемент

4 И или 15 ИЛИ на выходную шину

24 устройства. С выхода элемента

4 И эти же импульсы поступают на вход формирователя 7. По переднему фронту поступившего сигнала на одном из выходов формирователя 7 появляется импульс, который устанавливает в состоянии "0" триггер 11, а также сбрасывает в "0" счетчики

9 и 10. На суммирующие входы счетчиков 9 и 10 постоянно поступают импульсы генератора 1. С момента обнуления счетчиков 9 и 10 начинается измерение длительности импульса входной последовательности. 11о заднему фронту входного сигнала (т.е. по его окончании) на втором выходе

5 . 12052 формирователя 7 появляется импульс, который поступает на вход элемента

2 И, но так как на шине 19 нет управляющего сигнала (т.е. сигнал равен "О"), то элемент 2 И будет закрыт и поступивший импульс на его выход не проходит. Описанный процесс будет повторяться с каждым поступающим на вход формирователя импуль10 сом.

Сигнал перехода с одной частоты на другую поступает на шину 19 в любой момент времени и открывает элемент 2 И. В результате импульс, сформированный по заднему фронту 15 на втором выходе формирователя 7 и поступивший на вход элемента 2 И, проходит на его выход и устанавливает триггер 3 в состояние "1". Следовательно, сигнал 1 на инверсном 20 выходе триггера 3 пропадает и входные импульсы на выход элемента 4 И не проходят, а коммутатор 5 переключается на вычитающий вход (-1) счетчика 9. Таким образом, коли- 25 чество записанных в счетчики 9 и 10 импульсов определяет длительность входного сигнала. После переключения коммутатора 5 импульсы с выхода генератора 1 поступают на вычи- 30 тающий вход счетчика 9 и уменьшают

его содержимое, которое соответствует длительности сигнала входной последовательности. Содержимое счетчика 10 поступает на один из входов сумматора 13. После сигнала перехода на шины 21, 22, 23 подаются остальные управляющие сигналы. На шину 21 поступает сигнал " 1", который открывает элемент 6 И, а на допол- щ нительную шину 23 — двоичный код (1000 или 0100, или 1100, и т.д.) числа (1, 2, 3 и т.д.), задающий крутизну изменения частоты. Двоичный код поступает на вход блока 17 4 сложения по модулю 2.

Если необходимо уменьшить частоту входной последовательности импульсов, то на шину 22 устройства подается сигнал "0", который закры- 50 вает элемент 16 И для прохождения сигнала из формирователя 14 логической единицы, а также поступает на второй вход блока 17 сложения по модулю 2. В результате сложения по модулю 2 каждого разряда двоичного кода с нулем поступивший код изменяться не будет и с выхода бло73

Ь ка 17 приходит на второй вход сумматора 13. Так как элемент 16 И закрыт, то сигнал О" с его выхода поступает на третий вход сумматора

13. Сумматор 13 осуществляет суммирование содержимого счетчика 10 с двоичным кодом. Как только содержимое счетчика 9 станет равно нулю (т ° е. из него вычтется число импульсов, равное числу, записанному и в счетчик 10), то очередной импульс генератора 1, поступивший на вычитающий вход этого счетчика, переводит счетчик 9 из нулевого состояния в состояние заполнения, когда все его разряды равны "1". В этот момент на выходе (ВК) счетчика 9 появляется сигнал заема, который поступает на вход формирователя 12.

По переднему фронту сигнала заема формирователь 12 вырабатывает импульс, который приходит на счетный вход триггера 11 и устанавливает его в состояние " 1", а также проходит элемент 6 И, открытый сигналом

"1" на шине 21, и поступает на вход элемента 8 задержки. Одновременно импульс с выхода формирователя 12 записывает получаемый на выходе сумматора 13 результат в счетчик 9, который начинает новый цикл уменьшения своего содержимого, а,пройдя, элемент задержки, импульс переписывает результат суммирования также и в счетчик 10. Увеличенное на величину двоичного кода содержимое счетчика 10 поступает в сумматор, где осуществляется прибавление двоичного кода еще раз. Задержка на элементе 8 необходима для того, чтобы запись результата суммирования в счетчик 9 осуществлялась раньше, чем запись в счетчик 10.

Так как содержимое счетчика 9 было увеличено на величину двоичного кода, то следующий сигнал заема на его выходе появится позже, чем предыдущий. На выходе формирователя

12 вырабатывается новый импульс, который установит триггер 11 в состояние "О", т.е. окончит формирование импульса с длительностью большей, чем длительность вкодного сигнала на число периодов тактовых импульсов генератора, соответствующее двоичному коду. Сформированный импульс проходит через элемент

15 ИЛИ на выходную шину 24 устройст1205273

7 ва. Одновременно импульс с выхода формирователя 12 записывает новый результат суммирования с выхода сумматора 13 в счетчик 9, а пройдя элементы 6 И и задержки 8 — в счетчик 10. Счетчик 9 начинает новый цикл отсчета импульсов, а на выходе сумматора 13 будет результат, увеличенный еще раз на величину двоичного кода. Описанный процесс формирования импульсов повторяется до тех пор, пока на шине 21 управления присутствует сигнал "1". При этом каждый последующий сигнал заема на выходе счетчика 9 и импульс на выходе формирователя 12 появляется позже предыдущего на число периодов тактовых импульсов, соответствующее двоичному коду (так как содержимое счетчика 9 постоянно увеличивается на величину двоичного кода) и, следовательно, длительность очередного сформированного импульса будет больше длительности предыдущего на одну и ту же величину, что и обеспечивает плавность изменения частоты.

Как только пропадает сигнал "1" на шине 21, то элемент 6 И закрывается, содержимое счетчика 9 перестает увеличиваться (так как результат суммирования с выхода сумматора 13 в счетчик 10 не переписывается) и на выходную шину 24 устройства станет теперь поступать импульсная последовательность с частотой большей исходной.

Если же необходимо увеличить частоту входной последовательности, то на шину 22 устройства подается сигнал "1", который открывает элемент 16 И, а также поступает на вход блока 17 сложения по модулю 2.

Процесс увеличения частоты заключается в последовательном уменьшении содержимого счетчика 10, т.е. в вычитании из содержимого счетчика

10 двоичного кода. Для выполнения операции вычитания необходимо суммировать содержимое счетчика 10 с дополнительным кодом, равным обратному (инвертированному) значению двоичного кода, плюс единйца. Поэтому, в результате сложения по модулю 2 каждого разряда двоичного кода с единицей в блоке 17, поступивший код инвертируют (в разряде, где была "1",.станет "0", а где был "0" станет "1"), а с выхода формирователя 14 логической едини. 15

55 цы через элемент 16 И подают в сумматор 13 сигнал "1". В результате суммирования на выходе сумматора

13 появляется уменьшенное на величину двоичного кода содержимое счетчика 10, а устройство работает так же, как и в случае уменьшения частоты, Однако каждый последующий сигнал заема на выходе счетчика 9 будет появляться быстрее предыдущего на число периодов тактовых импульсов, соответствующее двоичному коду, а следовательно, длительность очередного сформированного импульса будет меньше длительности предыдущего импульса на одну и ту же величину.

Если на шину 23 поступит нулевой код (все его разряды равны нулю), а на шине 21 есть сигнал "1", то, независимо от сигнала на шине 22, содержимое счетчика 10 в результате суммирования изменяться не бубет. Таким образом, на выходе

24 устройства будет постоянная частота.

Устройство работает как в реверсивном, так и в режиме одностороннего изменения частоты.

Если устройство работает в реверсивном режиме, т.е. увеличивает (уменьшает) частоту входной последовательности, а затем уменьшает (увеличивает) ее до прежней величины, то по окончании этого цикла на шину

20 подается сигнал, который устанавливает триггер 3 в состояние

"О и входная последовательность импульсов вновь поступает на выходную шину 24 устройства.

Если же устройство работает в режиме одностороннего изменения частоты, то после установки триггера

3 в состояние "1" на входную шину

18 устройства подается та новая импульсная последовательность, на которую необходимо плавно перейти.

После окончания процесса изменения частоты до нужной величины на шину

20 подается сигнал, который возвращает триггер 3 в состояние "0", что открывает элемент 4 И для прохождения импульсов с шины 18 на выходную шину 24. При поступлении нового сигнала перехода на шину 19 начнется процесс дальнейшего изменения частоты.

Плавность изменения частоты импульсной последовательности опреде-, 1205273 ляется как частотой генератора 1 импульсов, так и величиной двоичного кода, меняя который можно в широких пределах изменять крутизну увеличения или уменьшения частоты не только по линейному, но и другим законам.

Если же на входную шину 18 устройства подается последовательность импульсов со скважностью, не равной двум, то она преобразуется в последовательность со скважностью, равной двум.

Сумматор 13 работает следующим образом.

В режиме уменьшения частоты с выхода блока 17 сложения по модулю 2 поступает неинвертированный двоичный код (например числа два — 0100), а также содержимое (например, числа десять — 0101) счетчика 10. В результате сложения 0101 получаем

+0100

0011 код 0011 — числа двенадцать. В этом режиме на вход распространения переноса (CRP) с выхода элемента

16 И поступает сигнал "О" и поэтому результат суммирования не изменяется, В режиме увеличения частоты сумматор выполняет операцию вычитания следующим образом.

С выхода блока 17 поступает инвертированное значение двоичного кода (1011 — числа два), а с выхода элемента 16 И сигнал логической единицы, который приходит на вход распространения переноса. От счетчика

10 подается его содержимое (код

0101). 11 результате сложения 0101

1011

1110 кодов получаем результат 1110, к которому добавляется единица по входу переноса 1110. Полученный код 0001

+1

5 0001 числа восемь и есть результат вычИтания из числа десять числа два.

Блок 17 сложения по модулю 2 работает следующим образом., 10 По дополнительной шине 23 управления в блок поступает двоичный код (например, 1100 числа три), а по шине 22 управления сигнал "О", что соответствует режиму уменьшения

15 частоты. В результате поразрядного сложения с нулем входного кода 1

+О

О получаем поступивший код без

+0

20 +Î

1 изменения.

В режиме уменьшения частоты по шине 22 управления в блок 17 посту25 пает сигнал "1 . Поэтому в результате поразрядного сложения кода с единицей двоичный код инвертируется

1 1 0,, в разрядах, где была

+1 - -1 +О

З0 О О 1 логическая " 1" станет "О", а где был "О" станет "1".

Таким образом, устройство позволяет широко варьировать крутизну из35 менения частоты (см. кривые 2 на фиг. 5) без перестройки генератора тактовых импульсов, а также задавать нелинейный закон изменения частоты (фиг, 6) в виде апроксимирующей<

40 ломанной линии, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

1205273,)205273

)205273

1205273

Фм.

Составитель Г.Брынский

Техред Ж.Кастелевич Корректор MÌ êñèìèøèíåö

Редактор А.Гулько

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8538/57 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5