Многопороговое устройство

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники при управлении сложными технологическими объектами, функционирующими в нечеткой обстановке. Устройство содержит N пороговых элементов, два элемента ИЛИ, элемент задержки, регулятор порога, N+1 формирователи импульсов и преобразователь позиционного кода в последовательный двоичный, или двоично-десятичный, или числоимпульсный код. Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей за счет вывода информации в числоимпульсном и позиционном кодах об объекте с экстремальным значением контролируемого параметра, при параллельном обслуживании совокупностей однородных объектов. Устройство обладает расширенными функциональными возможностями (имеет числоимпульсный выход, группу двухпозиционных многоразрядных выходов, группу многопозиционных многоразрядных выходов). Его входное и выходное сопротивления могут быть повышены, а выходные сигналы унифицированы применительно к требованиям последующих средств обработки и передачи информации по каналам коммуникации, что в совокупности обеспечивает устройству повышенную работоспособность и расширяет его функциональные возможности. Устройство реализуемо в дискретном и микроэлектронном исполнении. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники при управлении сложными технологическими объектами, функционирующими в нечеткой обстановке.

Известно многопороговое устройство ([1] - Гарицин А.Г., Негоденко О.Н. Многопороговые двухполосники с отрицательным сопротивлением. - В сб.: Функциональные микроэлектронные устройства и их элементы. Вып. 5. - М., 1981), содержащее цепочку последовательно соединенных резисторов и цепочку биполярных транзисторов, нагруженных на общий резистор.

Недостаток известного устройства - одноканальность по входу, фиксированная дискретность, неуправляемость порогов срабатывания, что требует предварительной нормализации входных сигналов, температурная нестабильность между входным и выходным сопротивлением и наличие завалов переднего и заднего фронтов выходного сигнала, что ограничивает его применение в системах автоматического управления.

Известно многопороговое устройство ([2] - Авторское свидетельство СССР 609209, М. кл. Н 03 К 3/29, Н 03 К 5/20, 1978, БИ 20), содержащее (N+1) каскадов на биполярных транзисторах, источник питания, сток транзисторов первого каскада подключен к одному полюсу источника питания, затвор через резистор соединен со стоком и через N резисторов подключен к стокам транзисторов каждого из N остальных каскадов и к другому полюсу источника питания, причем между полюсами источника питания включен делитель напряжения из (N+1)-го резисторов, а каждый из N выводов делителя напряжения - к затвору полевого транзистора соответствующего каскада.

Недостатки известного устройства - одноканальность по входу, фиксированная дискретность управления порогами срабатывания, температурная нестабильность, низкое входное и выходное сопротивление и наличие завалов переднего и заднего фронтов выходных сигналов, что ограничивает его функциональные возможности и применимость в системах дискретной автоматики и вычислительной техники.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является многопороговое устройство ([3] - Авторское свидетельство СССР 1508341, М. кл. Н 03 К 5/153, 1989, БИ 34), содержащее входную шину, соединенную с первыми входами N компараторов, резистивный делитель, соединенный с вторыми входами N компараторов, (N+1) элементов И, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ-НЕ, N элементов задержки, выходы которых, кроме первого, соединены с первыми входами соответствующих элементов И, инвертор, прямые выходы всех компараторов, кроме самого старшего по разряду, соединены с входами элементов задержки, вторые входы элементов И соединены с инверсными выходами более старшего по разряду компаратора, прямой выход самого старшего по разряду компаратора, через последовательно соединенные элементы задержки и инвертор соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого образует выход устройства.

Недостатки известного устройства - одноканальность по входу, неприменимость для контроля состояния группы однородных объектов и, как следствие, ограниченность функциональных возможностей.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности параллельного контроля совокупности однородных объектов, вывода информации в форме, удобной для передачи по каналу связи, в двоичном или числоимпульсном кодах, об объекте с экстремальным состоянием и повышением разрешающей способности устройства.

Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения контроля значений входных величин при варьируемом в широких пределах и автоматически пороге срабатывания пороговых элементов, в зависимости от текущего состояния входных величин (параметров объекта контроля), а также вывода информации об адресе объекта контроля с экстремальным состоянием.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее первые входы для подачи информационных сигналов, второй вход для подачи допустимого значения информационного сигнала по любому из первых входов устройства, N пороговых элементов, элемент задержки и элемент ИЛИ, введены регулятор порога, второй элемент ИЛИ, N первых формирователей импульсов, второй формирователь импульсов и преобразователь информации, регулятор порога соединен первым входом со вторым входом устройства, вторым входом со вторыми выходами пороговых элементов, а выходом со вторыми входами пороговых элементов, первые выходы пороговых элементов соединены со входами первого элемента ИЛИ и с вторыми выходами устройства, N первых формирователей импульсов соединены входами с первыми выходами пороговых элементов, второй формирователь импульсов соединен входами с выходами первых и второго формирователей импульсов, а выходом со входом элемента задержки, преобразователь последовательных кодов в двоично-десятичные коды соединен первыми входами с входом первого элемента ИЛИ и с первыми выходами пороговых элементов, вторым входом с выходом элемента задержки, а выходом с третьим выходом устройства.

Наличие элементов новизны, указанных выше, и обеспечения обработки информации параллельно о совокупности объектов соответствуют критериям новизны и охраноспособности заявляемого предмета изобретения.

На фиг. 1 приведена схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы потенциалов на входах и выходах устройства, поясняющие принцип его функционирования.

Многопороговое устройство содержит N первых (информационных) входов 1 (1₁-1_N) (для подачи информационных сигналов), второй вход 2 (вход ввода допустимого уровня входных сигналов), N пороговых элементов 3 (3₁-3_N), соединенных первыми (информационными) входами с одноименными входами 1 устройства, регулятор порога 4, соединенный первым входом со входом 2 устройства, вторым входом со вторыми (управляющими) выходами N пороговых элементов 3, а выходом со вторыми (управляющими) входами N пороговых элементов 3, первый элемент ИЛИ 5, соединенный входами с первыми выходами N пороговых элементов 3, N первых формирователей импульсов (формирователи переднего фронта импульса) 6, соединенных входами с первыми выходами N пороговых элементов 3 соответственно, второй формирователь импульсов (формирователь заднего фронта импульса) 7, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ 5, второй элемент ИЛИ 8, соединенный входами с выходами формирователей 6 (6₁-6_N) и 7, элемент задержки 9, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ 8, преобразователь информации 10 (преобразователь позиционного кода в последовательный двоичный, двоично-десятичный или числоимпульсный код, в зависимости от требований присоединяемого индикатора), соединенный входами с выходом элемента ИЛИ 5 и первыми выходами пороговых элементов 3 (3₁-3_N), первый выход 11, соединенный с выходом элемента ИЛИ 5, N вторых выходов 12 (12₁-12_N), соединенных с первыми выходами пороговых элементов 3 (3₁-3_N) соответственно, и третий выход 13, соединенный с выходом преобразователя позитивного кода в последовательный двоичный или двоично-десятичный, или числоимпульсный код 10.

Многопороговое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии входы 1 (1₁-1_N) обнулены, на вход 2 подается допустимое значение U_д входного информационного сигнала по любому из входов 1, первые и вторые выходы пороговых элементов 3 (3₁-3_N) обнулены, на выходе регулятора порога 4 присутствует сигнал U_п - U_д (см. фиг 2.а), выходы элементов ИЛИ 5 и 8, формирователей 6 (6₁-6_N) и 7, элемента задержки 9 и преобразователя 10 обнулены, выходы устройства 11, 12 (12₁-12_N) и 13 обнулены.

При подаче на входы 1 (1₁-1_N) сигналов U₁(t)=U_N(t) соответственно, состояние выходов пороговых элементов 3 изменяется, в частности на первом выходе порогового элемента 3_i (i=1,..,N), для которого U_i имеет максимальное в данный момент времени t значение, устанавливается единичный потенциал, а на втором выходе е_i=F(U_i), тогда на выходе регулятора порога 2 устанавливается потенциал U_п=U_д+е_i, которым по вторым входам все пороговые элементы 3, кроме элемента 3_i, на выходах генерируют нулевые потенциалы. На выходе элемента ИЛИ 5 устанавливается высокий (единичный) потенциал, по переднему фронту высокого потенциала на первом выходе порогового элемента 3_i, формирователь 6_i генерирует короткий импульс высокого потенциала, через элемент ИЛИ 8 и элемент задержки 9 с задержкой во времени τ этот импульс синхронизирует (запускает) преобразователь кодов 10. В результате на выходах 11, 12_i устанавливаются высокие потенциалы (фиг. 2б, в), а на выходе 13 генерируется последовательность импульсов, отражающая информацию о номере входа l_i с экстремальным значением U_i(t). При наличии превышения U₁(t), например U_1+k(t), состояние первых и вторых выходов порогового элемента 3_i+k изменяется, а выходы регулятора порога 4 и порогового элемента 3_i изменяются, в результате чего на выходе формирователя 6_i+k генерируется короткий импульс, которым через элементы ИЛИ 8 и задержки 9 запускается преобразователь 10, а на выходах 11, 12_i (в позиционном коде) и 13 в двоичном последовательном коде генерируется соответствующая информация. В момент, когда наступает выполнение условия U_i÷U_N≤U_д по заднему фронту высокого потенциала на выходе элемента ИЛИ 5, формирователем 7 генерируется короткий импульс, которым преобразователь 10 генерирует информацию о входе всех U_i(t) в поле допуска.

Т. о. на выходе 11 имеет место высокий потенциал, отражающий факт выхода за поле допуска хотя бы одного из входных сигналов, на выходе 12_i высокий потенциал отражает адрес параметра с экстремально большим значением U_i(t), а на выходе 13 тот же адрес, но в последовательном целочисленном (или в ином) коде.

Устройство за счет расширения числа входов и выходов обладает расширенными функциональными возможностями, позволяет однозначно информировать об адресе источника экстремального параметра, передать информацию по каналу связи в адрес потребителя и может быть реализовано как в дискретном, так и интегральном исполнении.

Формула изобретения

Многопороговое устройство, содержащее группу из N пороговых элементов, соединенных первыми входами с соответствующими первыми входами для подачи информационных сигналов устройства, первый элемент ИЛИ, соединенный выходом с первым выходом устройства, и элемент задержки, отличающееся тем, что введены регулятор порога, соединенный первым входом со вторыми входом для подачи допустимого значения информационного сигнала по любому из первых входов устройства, вторым входом - со вторыми выходами пороговых элементов, а выходом - со вторыми входами пороговых элементов, соединенных первыми выходами с соответствующими входами первого элемента ИЛИ и соответствующими вторыми выходами устройства, группа из N первых формирователей импульсов, соединенных входами с первыми выходами соответствующих пороговых элементов, второй формирователь импульсов, соединенный входом с выходом первого элемента ИЛИ, второй элемент ИЛИ, соединенный входами с выходами соответствующих первых и второго формирователей импульсов, а выходом - с входом элемента задержки, и преобразователь позиционного кода в последовательный двоичный, или двоично-десятичный, или числоимпульсный код, соединенный соответствующими первыми входами с выходом первого элемента ИЛИ и первыми выходами соответствующих пороговых элементов, вторым входом - с выходом элемента задержки, а выходом - с третьим выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2