Оптоэлектронный счетчик импульсов

 

Оптоэлектронный счетчик импульсов (ОЭСИ) содержит ряд однотипных декад, каждая из которых имеет электрические входы, прерыватели тока, входные шины, генератор импульсов, фотоприемники, источник света, оптические шины, контролирующее устройство , оптические входы, оптические выходы. Изобретение расширяет функциональные возможностл ОЭСИ и улучшает его энергетические характеристики . 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„80;„, 28938

А1 (51) 4 Н 03 К 23/78

;Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4048346/24-21 (22) 03.04.86 (46) 07,08,87, Бюл, Р 29 (71) Винницкий политехнический институт (72) И.В.Кузьмин, В,П,Кожемяко, Л,И,Тимченко, А,В,Поплавский и В.П,Гель (53) 621.374 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 736383, кл. Н 03 К 23/14, 24.02.78; (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ (57) Оптоэлектронный счетчик импульсов (ОЭСИ) содержит ряд однотипных декад, каждая из которых имеет электрические входы, прерыватели тока, входные шины, генератор импульсов, фотоприемники, источник света, оптические шины, контролирующее устройство, оптические входы, оптические выходы, Изобретение расширяет функциональные возможности ОЭСИ и улучшает его энергетические характеристики, 6 ил.

13289

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использонано в устройствах автоматики и цифровых вычислительных машинах, устрой5 ствах визуальной индикации.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и улуч— шение энергетических характеристик счетчика, т,е, дополнительная органи- 10 зация контролирующего устройства для каждой декады счетчика, режима

"вычитания" входных импульсов и уменьшение потребляемой мощности.

На фиг,1 представлена блок-схема оптоэлектронного счетчика; на фиг.2 функциональная схема любого разряда каждой декады, кроме нулевогои пос-леднего;на фиг.3 — функциональная схема нуленого разряда счетчика; на фиг.4функциональная схема последнего разряда; на фиг,5 — функциональная схема контролирующего устройства; на фиг,б — прерыватель тока с тремя оптическими входами, 25

Оптоэлектронный счетчик (фиг. 1) содержит ряд однотипных декад, каждая из которых состоит из последова- тельно соединенных разрядов, причем первый оптический вход 1 последующего разряда связан с оптическим выходом 2 предыдущего разряда, каждый разряд счетчика, кроме нулевого разряда, каждой декады подключен к первому электрическому входу 3, причем

35 эти входы всех разрядов, кроме нулевого, соединены один с другим и подключены к выходу прерывателя 4 тока, вход которого подключен к первой электрической входной шине 5, подключенной также к генератору 6 импульсов, а первый оптический вход 7 сняв эан с оптическим выходам 2 последнеro разряда, во всех декадах, кроме первой, имеется входной фотоприемник 45

8 и источник 9 света, вторые оптические входы 10 соответственно разрядов счетчика, прерынателя 4 и дополнительного прерывателя 11 каждой декады связаны с источником 8 света своей декады, один выход которого подключен к выходу генератора б импульсов, а другой — к общей шине, причем в первой декаде непосредственно, а в остальных — через входной фотаприем55 ник 8, первый оптический вход 12 которого связан с оптическим выходом 2 последнего разряда предыдущей декады, третьи оптические входы 13 всех раз38 2 рядов счетчика каждой декады — с источникам 9 света своей декады, оптический выход 2 предыдущего раэряда— с четвертым оптическим входом 14 последующего разряда, оптический выход

2 которого связан с пятым и шестым оптическими вхсдами 15 и 16 предыдущего разряда для каждой декады, первая оптическая шина 17 — с первым оптическим входом 1 нулевого разряда для каждой декады, вторая оптическая шина 18 — с третьим оптическим входом 19 прерывателя 4 тока своей декады, с вторым оптическим входом 20 входного фотоприемника 8 последующей декады, с седьмым и восьмым оптическими входами 21 и 22 всех разрядов для каждой декады, кроме последнего, седьмой оптический вход 21 которого только один связан с ней, а восьмой оптический вход 22 — с оптическим выходом 2 нулевого разряда, Третья оптическая шина 23 связана с девятым и десятым оптическими входами ?4 и 25 всех разрядов, кроме нулевого, у которого связь с оптической шиной 23 имеется только с девятым оптическим входом 24, с первым оптическим входом 1, с входом 26 соответственно дополнительного прерывателя 11 тока и дополнительного входного фотоприемника 27 для каждой декады, оптический выход 2 последнего разряда каждой декады связан с четвертым оптическим входом 14 нулевого разряда, оптический выход 2 которого связан с вторым оптический входом 28 дополнительного входного фотоприемника 27 последующей декады, оптический выход 2 нулевого разряда каждой декады связан с третьим оптическим входом 29 допалнительнога прерынателя 11 тока, каждый разряд счетчика, кроме последнего, каждой декады подключен к второму электрическому входу 30, причем эти входы всех разрядов, кроме последнегор объединены один с другим и через дополнительный прерыватель 11 тока соединены с второй электрической входной шиной 31, Электрический вход 3 нулевого раз -: ряда непосредственно подключен к первой электрической входной шине 5р а электрический вход 32 последнего разряда — к второй электрической входной шине 31, параллельно входному фотоприемнику 8 для каждой декады, кими входами, Функциональная схема нулевого разряда счетчика (фиг. 3) включает последовательно соединенные первый . 36 и третий 39 фотоприемник, причем первый фотоприемник 36 подключен к входу прерывателя 41 тока, выход которого подключен к электрическому входу 3, а третий фотоприемник 39 непосредственно соединен с вторым электрическим входом 30 и содержит последовательно соединенный второй фотоприемник 38, источник 37 света, второй фотоприемник 38 подключен к входу прерывателя 41 тока, источник

37 света, снабженный оптическим вы45

3 13289 кроме первой, включен дополнительный в1 одной фотоприемник 27, оптические выходы 2 всех разрядов каждой декады связаны с оптическими входами контро5 лирующего устройства 33 своей декады, количество входов которого соответствует числу разрядов каждой декады счетчика, оптический выход 34 контролирующего устройства 33 каждой декады связан с входным прерывателем 35 тока, электрический выход которого .подключен к входу генератора 6 импульсов, а вход — к общей шине, оптический выход 34 контролирующего устройства 33 каждой декады связан с оптическими входами входного прерывателя

35 тока, число оптических входов входного прерывателя 35 тока соответствует числу декад счетчика, 20

Функциональная схема любого разряда каждой декады, кроме нулевого и последнего (фиг.2) включает последовательно соединенные первый фотоприемник 36, снабженный оптическим 25 выходом 2, и источник 37 света, а также второй и третий фотоприемники

38 и 39, первые объединенные выводы у которых связаны друг с другом и через четвертый фотоприемник 40 соединены с вторым электрическим входом

30, подключенным к второму выводу третьего фотоприемника 39, первый электрический вход 3 подключен к вторым выводам первого 36 и второго 38 фотоприемников, причем первый фотоприемник 36 снабжен первым 1, вторым

10 и седьмым 21 оптическим входами, второй фотоприемник 38 — четвертым

14 и десятым 25, третьий фотоприем- 40 ник 39 - третьим 13, пятым 15 и девятым 24, а четвертый фотоприемник

40 — шестым 16 и восьмым 22 оптичес38

4 ходом 2,— к общей шине, а объединенные выводы первого 36 и третьего 39 фотоприемников, второго фотоприемника

38 и источника 37 света соединены между собой, первый фотоприемник 36 снабжен вторым 10, седьмым 21 и четвертым 14 оптическими входами, второй фотоприемник 38 — первым оптическим входом 1 третий фотоприемник 39— третьим 13, четвертым 14 и шестым

16 оптическими входами, второй фотоприемник 38 — первым оптическим входом 1, третий фотоприемник 39 — третьим 13, четвертым 14 и шестым 16 оптическими входами, прерыватель. 41 тока — пятым 15 и восьмым 22 оптическими входами °

Функциональная схема последнего разряда (фиг. 4) седержит последовательно соединенные первый 36 и второй 38 фотоприемники, причем их первые объединенные выводы через источник 37 света, снабженный оптическим выходом 2, подключены к общей шине, а их вторые выводы — соответственно к первому электрическому входу 3 и к второму прерывателю 42 тока выход которого соединен с электрическим входом 30, причем первый фотоприемник 36 снабжен первым 1, вторым 10 и седьмым 21 оптическими входами, второй фотоприемник 38 — третьим 13, пятым 15 и восьмым 22 оптическими входами, а прерыватель тока 42 — четвертым 14 и шестым 16 оптическими входами.

Функциональная схема контролирующего устройства 33 (фиг,5) содержит первый 43 и второй 44 оптоэлектрон-. ные пороговые элементы, оптоэлектронный элемент ИЛИ 45, причем первый оптоэлектронный пороговый элемент 43 и оптоэлектронный элемент ИЛИ 45 содержат последовательно включенные фотоприемник 46 и источник 47 света, а второй оптоэлектронный пороговый элемент 44 содержит последовательно подключенные источник 47 света и прерыватель 49 тока, причем параллельно источнику 47 света включен резистор 48, вторые выводы фотоприемников 46 первого оптоэлектронного порогового элемента 43 и оптоэлектронного элемента ИЛИ 45, резистора

48 и источника 47 света второго оптоэлектронного порогового элемента 44 подключены кпитающей шине, оптические входы фотоприемников 46 и пре5 13289 рывателя 52 тока первого 43 и второго 44 оптоэлектронных пороговых элементов связаны с оптическими входами контролирующего устройства!33, оптические выходы первого 43 и"второго

44 оптоэлектронных пороговых элементов связаны с оптическими входами фотоприемника 46 оптоэлектронного элемента ИЛИ 45, снабженного оптическим выходом 34, являющимся оптичес- 10 ким выходом контролирующего устройства 33.

Прерыватель тока с тремя оптическими входами (фиг,6), содержит цепочку иэ трех параллельно включенных фоторезисторов 50-52, один вывод 5 которой подключен к первой электрической входной шине, а второй вывод— к затвору полевого транзистора 53 и через резистор 54 к шине 55 питания 20

-и к стоку транзистора 53, исток которого соединен с первым электрическим входом 3.

Оптоэлектронный счетчик работает следующим образом. 2S

Информация (цифра) в предлагаемом счетчике представляется одним возбужденным разрядом, порядковый номер которого соответствует весу записанной цифры, т,е. устройство работает 30 в унитарно-позиционном коде, При подаче напряжения питания на шины 5 и

31 и оптического импульса запуска на оптическую шину 17 срабатывает нулевой разряд каждой декады счетчика, Счетчик готов к записи информации. Генератор 6 генерирует импульсы положительной полярности. Все фотоприемники, кроме 8 и 27, каждой декады имеют два устойчивых состоя- 40 .ния: проводящее и запертое, Переход из запертого состояния в проводящее происходит при подаче на оптические входы указанных элементов световых сигналов, На оптические входы фото- 45 приемников 36 и 39 всех разрядов каждой декады, кроме последнего, для их срабатывания требуется одновременно подавать три световых сигнала, На оптические входы фотоприемников 36 и 38 последнего разряда каждой декады для их срабатывания требуется одновременно подавать два свето— вых сигнала.

На оптические входы фотоприемников 38 и 40 всех разрядов, кроме нулевого и последнего, для каждой де Э Я 6 кады для их срабатывания требуется

1 одновременно два световых сигнала, На оптические входы фотоприемнив ков 8 и 27 каждой декады, кроме первой, для их срабатывания требуется одновременно подавать два световых сигнала, На оптические входы прерывателей

41 и 42 тока нулевого и последнего разряда каждой декарты для их срабатывания требуется одновременно подавать два световых сигнала, а на оптические входы прерывателей 4 и 11 тока каждой декады — три световых сигнала. Иноговходовые фотоприемники могут быть выполнены с применением достижений волоконной оптики, В режиме. суммирования" входных импульсов на оптическую шину 18 подается постоянно световой сигнал, а на оптическую шину 23 светового сигнала не подается, на электрическую входную шину 5 подается потенциал положительной полярности, на электрическую входную шину 31 — потенциал отрицательной полярности, Подсчитываемые импульсы поступают от генератора 6 импульсов одновременно на все входные источники 9 света, причем при поступлении первого импульса происходит возбуждение первого разряда (срабатывает первый фотоприемник), так как нулевой разряд находился в возбужденном состоянии, и на вторую оптическую шину 18 постоянно подается световой сигнал. При этом в паузе между входными импульсами происходит гашение нулевого разряда, так как срабатывает прерыватель 41 тока, Таким образом, в счетчике записалась единица информации. При подаче следующего импульса происходит срабатывание следующего разряда эа первым разрядом первой декады, в паузе между импульсами первый разряд гасится, так как срабатывает четвертый фотоприемник 40, шунтирующий источник

37 света того же разряда. При этом прерыватель 41 тока возвращается в исходное состояние. При поступлении очередных импульсов происходит возбуждение последующих разрядов и гашение предыдущих. Наконец, при возбуждении последнего разряда счетчика первой декады входной фотоприемник 8

"пропускает" последующий импульс на

1328938 входной источник 9 света второй декады, происходит срабатывание первого разряда второй декады, так как ее нулевой разряд уже был в возбужденном состоянии. При этом также происходит возбуждение нулевого разряда первой декады, так как срабатывает его третий фотоприемник 39, и на все его три оптические входы поступают световые сигйалы. f0

Кроме того, источник 37 света последнего разряда связан с оптическим входом 7 прерывателя тока своей декады, оптический вход 10 — с входным источником 9 света, а оптический f5 вход 19 — с оптической шиной 18.

Прерыватель тока 4 срабатывает при наличии трех световых сигналов, т,е. при последующем после срабатывания последнего разряда декады входном им-20

,пульсе, при этом разрывается цепь питания первой декады и счетчика, и она приходит в исходное состояние. При наличии трех световых сигналов на оптических входах фоторезисторов 50-52 собранных по схеме И, транзистор 53 прерывателя тока записывается и отключает декаду счетчика от шины 55 питания.

В исходное состояние возвращается также прерыватель 4 тока первой декады и входной фотоприемник 8 второй декады. Процесс повторяется, срабатывает второй разряд декады счетчика и т.д. Аналогично работают в режиме 35 последовательного "суммирования" все остальные декады счетчика.

В режиме "вычитания" входных импульсов на оптическую шину 23 подается постоянно световой сигнал, а на оптическую шину 18 светового сигнала не подается, на электрическую входную шину 31 подается потенциал положительной полярности, на электрическую. входную шину 5 подается потенциал от- 5 рицательной полярности.

Предположим, что в возбужденном, состоянии находится первый разряд второй декады и последний разряд первой декады, а все разряды остальных декад находятся в невозбужденном состоянии, причем нулевой разряд каждой декады, кроме первой, находится в возбужденном состоянии, так как это следует из изложенного принципа работы счетчика в режиме "суммирования".

При подаче первого входного им.пульса переходит в возбужденное состояние предпоследний разряд первой декады, так как срабатывает его фотоприемник 39, на трех оптических входах 13, 15 и 24 которого присутствуют световые сигналы. В паузе между входными импульсами происходит гашение последнего разряда первой декады, так как íà его оптических входах 14 и 16 имеются световые сигналы и срабатывает прерыватель 42 тока последнего разряда.

Таким образом, из содержимого счетчика вычлась "единица" информации. При подаче следующего импульса происходит срабатывание следующего разряда за предпоследним первой декады, а в паузе между импульсами — гашение предпоследнего разряда, так как на его оптических входах 14 и 25 имеются световые сигналы и срабатывает второй фотоприемник 38, шунтирующий источник

37 света того же разряда. При поступлении очередных импульсов происходит возбуждение последующих разрядов и гашение предыдущих. Наконец, при возбуждении нулевого разряда первой декады дополнительный входной фотоприемник 27 "пропускает" последующий импульс на входной источник 9 второй декады, и происходит возбуждение ну" левого разряда второй декады и последнего разряда первой декады, так как на его оптических входах 13, 15 и 22 имеются световые сигналы и происходит срабатывание фотоприемника

38 последнего разряда первой декады.

Кроме того, в данном такте срабатывает прерыватель 11 тока, при этом разрывается цепь питания первой декады счетчика,, кроме последнего разряда, и она приходит в исходное состояние.

В исходное состояние возвращается также прерыватель 11 тока первой декады и дополнительный входной фотоприемник 27 второй декады. Далее процесс вычитания единицы информации, записанной в счетчик, происходит аналогичным образом.

Для нормального функционирования счетчика необходимо, чтобы длитель" ность входного импульса лежала в следующих пределах л 5кл. ми с L SKA М н t где — длительность входного импульса;

"Ькл. лкс — максимальная длительность переключения из запертого

132 в проводящее состояние фотоприемника;

"бки.мин минимальная.

Длительность паузы между входными ,импульсами для нормального функционирования счетчика должна быть

Оптоэлектронный счетчик импульсов, содержащий ряд однотипных декад, в каждом,их разрядов которых последовательно соединены первый фотоприем- ник и источник света, первый опти„ ческий вход последующего разряда связан с оптическим выходом предыдущего разряда, в каждом разряде счетчи" ка первые выводы первых фотоприемников всех разрядов каждой декады, 45 кроме нулевого, подключены к первому электрическому входу и к выходу пре- рывателя тока, вход которого подклю-чен к первой электрической входной шине и к выходу генератора импульсов, .

50 а первыи оптическии вход связан с оптическим выходом последнего разряда, во всех декадах, кроме первой, вторые оптические -входы разрядов счетчика, прерывателя тока связаны с источником света своей декады, один вывод которого подключен к выходу генератора импульсов, а другой — к общей шине в первой декаде непосредственно, а в остальных — через входной л

) ь

h г гаа. макс где Г„ — длительность паузы между входными импульсамиу

Г,а „, — максимальное время гашения разряда.

Так как оптоэлектронный модуль работает в единичном позиционном коде, то в возбужденном состоянии может находиться только один разряд, Контролирующее устройство 33, состоящее из оптронных пороговых элементов 43 и

44 (реализация многовходовых фотоприемников возможна с помощью волоконной оптики) и оптоэлектронного элемента ИЛИ 45, фиксирует ошибку, если в возбужденном состоянии находится больше одного разряда, или же если информация потеряна. Если при записи числа в оптоэлектронный счетчик, произошла ошибка первого рода, т.е. в возбужденном состоянии находится больше одного разряда„ то срабатывает оптоэлектронный пороговый элемент 43 и оптоэлектронный элемент ИЛИ 45 зафиксирует ошибку, и счет также прекращается.

Если при записи числа в оптоэлектронный модуль произошла ошибка второго рода, т.е. информация, записанная в счетчик, вовсе потеряна, то срабатывает оптоэлектронный пороговый элемент 44, оптоэлектронный элемент ИЛИ . 45 зафиксирует ошибку, и счет также прекращается.

В оптоэлектронном пороговом элементе 44 чувствительность прерывателя 49 тока подобрана так, что если на его оптические входы не поступают световые сигналы, то пороговый элемент 44 находится в возбужденном со- . стоянии, в противном случае он не будет переходить в возбужденное состояние.

В оптоэлектронном пороговом элементе 43 чувствительность фотоприемника 4б подобрана так, что пороговый элемент 43 срабатывает, если пороговые сигналы поступают на два и более оптических входах, в противном случае он остается в невозбужденном состоянии. При фиксации оптоэлектрон8938 IO ного элемента ИЛИ 45 ошибки входной прерыватель Зб тока срабатывает, отключая генератор 5 импульсов от питания

5 и запись информации в счетчике прекращается.

Отключая питание, обнуляют все разряды счетчика каждой декады и контролирующее устройство 33, iO Для нормального функционирования контролирующего устройства необходимо, чтобы время отключения контролируемого устройства 33 было

15 < Вкл к ч i ма с гаиш р где г. „„ „ — время включения контролируемого устройства; — максимальное время га20 шения разряда.

Снижение потребляемой мощности при работе данного оптоэлектронного счетчика связано с тем, что в любой момент времени в возбужденном состоя25 нии может находиться только один раз" ряд каждой декады (несколько возбужденных разрядов может быть лишь в промежуток времени с„„, где „ время гашения разряда), так как счет30 чик работает в унитарно-позиционном коде, Формула изобретения

11 .132 фотоприемник, первый оптический вход которого связан с оптическим выходом последнего разряда предыдущей декады, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, а также снижения его потребляемой мощности, в него введены второй, третий, четвертый фотоприемники в каждый разряд декад, кроме нулевого, в который введен вместо четвертого фотоприемника прерыватель тока и, кроме последнего разряда, в котором введен второй фотоприемник и прерыватель тока, в каждую декаду введены нулевой разряд и контролирующее устройство, а также введены в каждую декаду, кроме первой, дополнительный входной фотоприемник, входной прерыватель тока, три оптических шины и электрическая входная шина, причем вторые оптические входы дополнительного прерывателя тока каждой декады связаны с источником света своей декады, третьи оптические входы всех разрядов счетчика каждой декады связаны с источником света своей декады, оптический выход предыдущего разряда связан с четвертым оптичес-ким входом последующего разряда, оптический вход которого связан с пятым и шестым оптическими входами предыдущего разряда для каждой декады, первая оптическая шина связана с первым оптическим входом нулевого разряда кажфой декады, вторая оптическая шина связана с третьим оптическим входом прерывателя тока своей декады, с вторым оптическим входом входного фотоприемника последующей декады, с седьмым и восьмым оптическими входами всех разрядов каждой декады, кроме последнего разряда, и с седьмым оптическим входом последнего разряда, а ,его восьмой оптический вход связан с ,onTInIpcKHM выходом нулевого разряда, третья оптическая шина связана с девятым и десятым оптическими входами

8938

l2 всех разрядов, кроме нулевого, и с деВятым оптическим входом нулевого разряда, с пятым и шестым оптическими входами последнего разряда, с пер5 вым оптическим входом дополнительного прерывателя тока и дополнительного фотоприемника каждой декады, оптический выход последнего разряда каждой декаI ды связан с четвертым оптическим входом нулевого разряда, оптический выход которого связан с вторым оптическим входом дополнительного входного фотоприемника последующей декады, и с третьим оптическим входом дополнительного прерывателя тока, каждый разряд счетчика, кроме последнего каждой декады, подключен к второму электрическому входу, причем электри2р ческие входы всех разрядов, кроме последнего, через дополнительный прерыватель тока соединены с второй электрической входной шиной, первый электрический вход нулевого разряда

25 подключен к первой электрической вход" ной шине, а второй электрический вход последнего разряда подключен к второй электрической входной шине, параллельно входному фотоприемнику каждой де-

Зд кады, кроме первой, включен дополнительный входной фотоприемник, оптические выходы всех разрядов каждой декады связаны с оптическими входами контролирующего устройства своей декады, количество входов которого соответствует числу разрядов каждой декады счетчика, оптический выход контролирующего устройства каждой декады связан с входным прерывателем тока, 40 электрический выход которого подключен к входу генератора импульсов, а вход — к общей точке, оптический выход контролирующего устройства каждой декады связан с оптическими входами

45 прерывателя тока, число оптических входов входного прерывателя тока соответствует числу декад счетчика.

1328938

1328938

Фиг. 3

1328938

Составитель Д,Шалягин

Техред И.Верес Корректор.М.Демчик

Редактор В.Данко

Заказ 3497/57 Тираж 901 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4