Устройство для задержки импульсов с программным управлением

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБВЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ союз Соввтсиин

Социалистических

Республик

< . 866722 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

{22) Заявлено 14. 12. 79 (21) 2852429/18-21 с присоединением заявки J6 (23) Приоритет

Онубликовано23.09 ° 81.. Бюллетень Ла35 (5! )М. Кл.

Н 03 К 5/13 фнтуааннтненпы11 наинтет ь. СВР не аннам нзебретеннй н етнрытнй (53) Уд К621. 374., .5 (088.81

Дата опубликования описания 25.09,81

В. А. Егунов, В. Ь. Семенов и В. И. Белецкий (72) Авторы изобретения

= 1

1 (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО дЛя ЗАдЕРжКИ ИИПудЬСОВ

С ПРОГРАММНЬК УПРАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова- но в логических устройствах .автоматики, вычислительной техники, а также в устройствах с программным управлением.

Известна быстродействующая цифровая линия задержки с программным управлением, в состав которой входит набор элементов задержки, а также набор электронных ключей для коммутации этих элементов. Это устройство позволяет сохранить форму задерживаемого сигнала, имеет небольшую начальную задержку в начале цикла задержки и обладает высоким быстродействием (1 ).

Однако, в связи с тем, что время задержки у каждого элемента возрастает в геометрической прогрессиИ в соответствии с возрастанием его номера, то данное устройство может только реализовать квадратично возрастающие законы задержки входных импульсов и не позволяет получить плавную задержку входных импульсов по любому закону, изменяющемуся от цикла к циклу, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство задержки, содержащее кварцевый генератор, второй генератор, делители частоты, двоичные счетчики, компараторы, запоминающее устройство, фазовый детектор, фильтр низкой частоты, которое обеспечивает высокую точность дискретов задержки импульсов благодаря формированию эталонной последовательности импуль35. сов кварцевым генератором, позволяет производить плавную задержку одной пбследовательности импульсов относи— тельно другой по заданной программе (2).

Однако известное устройство имеет большую начальную задержку в начале цикла, так как минимальная задержка определяется разностью периодов повто866722 рения генераторов Т>- Т, работает тольЧ1 ко в автоколебательном режиме, а не в ждущем, не допускает перепрограммирования законом плавной задержки импульсов иэ-за применения в нем постоянного запоминающего устройства, для питания которого требуется несколько источников питания, что приводит к увеличению габаритов и веса всего устройства.

Цель изобретения — уменьшение времени репрограммирования при реализации законов задержки от начала коор-, динат и упрощение устройства.

Для достижения указанной цели в устройство для задержки импульсов с программным управлением, содержащее два автоколебательных генератора, выход каждого из которых подключен к счетному входу соответствующего двоичногс счетчика импульсов, программное устройство, введены два триггера, ретранслятор, устройство сравнения кодов, а программное устройство содержит регистр сдвига, коммутатор, дешифратор, элементы И и ИЛИ, двоичный счетчик импульсов, при этом первый вход программного устройства подключен к последовательно соединенным регистру сдвига, коммутатору, выходы которого соединены с разрешаюшими входами первого и поразрядных элементов И, а их выходы через элемент ИЛИ соединены со счетным входом двоичного счетчика импульсов, выходы которого являются поразрядными выходами программного устройства, поразрядные выходы дешифратора соединены с управляющими входами коммутатора, второй вход программного устройства соединен с первым элементом И, а третий вход — с установочным входом двоичного счетчика импульсов, причем вход устройства соединен со счетными входами двух триггеров и с первым входом . ретранслятора, выход первого триггера подключен ко входу первого автоколебательного генератора и к установочному входу первого двоичного счетчика импульсов, поразрядные выходы которого соединены с соответствующими входами устройства сравнения кодов, выход второго триггера подключен ко входу второго автоколебательного генератора, к установочному входу второго двоичного счетчика импульсов и к третьему входу программного устройства, поразрядные выходы со второго двоичного счетчика импульсов соеди5

20 иены с соответствующими поразрядными входами дешифратора и элементов И программного устройства, выход старшего разряда второго двоичного счетчика импульсов соединен со сбросовым входом второго триггера и с первым входом программного устройства, второй вход которого подключен к выходу второго автоколебательного енератора, поразрядные выходы программного устройства соединены с соответствующими входами устройства сравнения кодов, а его выход подключен ко второму входу ретранслятора.

Ретранслятор содержит элементы И, ИЛИ и формирователь по переднему фронту, причем первый вход ретранслятора соединен с основным входом элемента И, а разрешающий вход подключен ко входу формирователя импульсов по переднему фронту и соединен со вторым входом ретранслятора, выход элемента И соединен с одним иэ входов элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу формирователя по переднему фронту, выход элемента ИЛИ соединен со сбросовым входом первого триггера и с выходом устройства.

На фиг. I приведена функциональная электрическая схема предлагаеЭО мого устройства; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройствб содержит два триггера

1 и 2 типа JK два заторможенных

35 автоколебательных генератора 3 и 4

1 ю два двоичных счетчика 5 и 6 импульсов; программное устройство 7, в которое входят дешифратор 8, первый элемент 9 совпадения, поразрядные

40 элементы 10 совпадения, подключенные только к прямым выходам разрядов счетчика 6 импульсов, элемент ИЛИ 11

У двоичный счетчик 12 импульсов,.регистр 13 сдвига, коммутатор 14 уст45 э ф ройство 15 сравнения кодов; ретранслятор 16, состоящий иэ элемента 17 совпадения1формирователя 18 по перед-, нему фронту и элемента ИЛИ 19.

Устройство работает следующим об50 разом.

В исходном состоянии при включении напряжения питания и отсутствии зондирующих импульсов на входе устройства триггеры 1 и 2, а также тригss геры в ячейках счетчиков 5 6 и 12 импульсов устанавливаются произвольно.

Предположим, что на выходе триггера i будет логическая единица, тогда она .866722 поступит на управляющий вход заторможенного автоколебательного генератора 3. В результате ее воздействия замыкается цепь обратной связи в генераторе 3, т.е. снимается запрет(логический 0 и он начинает генерировать серию импульсов, которая поступает на счетный вход для заполнения счетчика

5 импульсов. С прямых и инверсных rioразрядных выходов счетчика 5 импуль- 10 сов, снимается изменяющийся параллельный двоичный код числа и поступает на соответствующие входы устройства 15 сравнения кодов. Как только код числа, записываемого в счетчик 1

5 импульсов, совпадет с кодом числа, записанного в счетчик 12 импульсов, устройство 15 сравнения кодов на своем выходе выдает логическую единицу, которая поступает на вход формирователя 18 импульсов по переднему фронту. С выхода формирователя 18 короткий по длительности импульс, передний фронт которого совпадет с передним фронтом входной логической единицы, пройдя через элемент ИЛИ 19, поступает на установочный вход триггера 1. Триггер 1 перебросится, и на

его выходе установится логический ноль, который поступит на установочный вход счетчика импульсов 5 и на управляющий вход генератора 3 для срыва процесса его генерации. Счетчик 5 импульсов станет в положение, когда на его прямых поразрядных выходах установится логический ноль, а на инверсных выходах — логическая единица. Так устанавливаются в исходное состояние при включении напряжения питания триггеры l, генератор 3 и счетчик 5 импульсов.

Триггер 1 под воздействием первого зондирующего импульса не успевает изменить своего состояния, так как на его сбросовый вход поступает выходной импульс с минимальной эадержРассмотрим, как устанавливается в нсходное состояние триггер 2, заторможенный автоколебателььвй генератор

4 и двоичные счетчики 6 и 12 импульсов при подаче напряжения питания на устройство. Триггер 2 после окончания переходнык процессов устанавливается в такое положение, при котором на его выходе присутствует ло- SO гическая единица, которая затем поступает на управляющий вход заторможенного автоколебательного генератора 4.

В генераторе 4 возникает автоколебательный процесс и на его выходе появ- у ляется серия импульсов, Принцип работы. генераторов 3 и 4 идентичен.

Проходящая на вход четчика 6 импульсов серия импульсов начинает Его заполнение.По окончанич этого процесса, когда сработает ячейка триггера старшего разряда, логическая единица воздействует на установочный вход триггера 2.

Триггер 2 перебрасывается и устанавливается в исходное состояние, на его выходе находится логический ноль, который вызовет срыв автоколеб-"тельного процесса в генераторе 4 и одновременно поступит на установочные входы счетчиков 6 и 12 импульсов.

Счетчики б и 12 импульсов станут в исходное положение, когда на их прямых поразрядных выходах установится логический ноль, а на инверсных выходах — логическая единица. В этом случае числа записанные в счетчики

5 и 12 импульсов совпадут, Поэтому на выходе устройства 15 сравнения кодов будет логическая единица, на этом и заканчивается автоматический процесс установки всего устройства в исходное состояние при подаче на его напряжение питания, Нужно отметить, что период повторения выходных импульсов с генератора 3 значительно меньше периода повторения с генератора 4.

Первый приходящий на вход устройства зондирующий импульс воздействует на триггеры 1 и 2 и одновременно проходит через элементы 17 и 19 на выход устройства, так как на разрешающий вход элемента 17 совпадения с выхода устройства 15 сравнения кодов поступает логическая единица. Запаздывание, вносимое устройством первому зондирующему импульсу в начале цикла задержки,будет минимальное и составляет около 30 нс. В отличие от известных устройств, в которых задержка первого зондирующего импульса в начале цикла начинается сразу с определенной величины задержки (для известного устройства равной разности периодов Т>Т ), в предлагаемом устройстве обеспечивается ретрансляция с входа на выход первого зондирующего импульса с минимально возможной задержкой, вносимой элементами 17 и 19. Поэтому задержка импульсов устройством по любому закону всегда будет начинаться от начала координат, т,е. от ноля.

866722

tO

I5

29

2$ кой относительно зондирующего для сохранения триггером 1 исходного положения, Триггер 2 перебросится, изменив свое состояние с ноля на единицу, начнется генерация импульсов генератором 4, с выхода которого они поступают на счетный вход счетчика

6 импульсов. Снимаемый с основных поразрядных выходов параллельный двоичный код числа с ячеек счетчика 6 импульсов поступает. через элементы 10 совпадения на входы элемента ИЛИ 11 для преобразования его из параллельного в последовательный код, который затем приходит на счетный вход двоичного счетчика 1:2 импульсов для его заполнения. Причем двоичные счетчики

5 и 12 импульсов идентичны. Как только изменится код числа, записанного в счетчик.с 12 импульсов, относительно счетчика 5 импульсов, устройство . 15 сравнения кодов на своем выходе выдаст логический ноль, который поступит на разрешающий вход элемента 17 совпадения для запрещения прохождения зондирующих импульсов минимальной за« держкоц через этот элемент. В результате запрета прохождения зондирующих импульсов с входа на выход устройства будут отсутствовать и сбросовые импульсы на установочном входе триггера I. Приход следующих зондирующих импульсов на вход устройства изменит состояние триггера I и по",твердит состояние триггера 2. Триггер

1 перебросится и на его выходе уста}новится логическая единица, которая снимет запрет с установочного входа счетчика 5 импульсов и с управляющего входа заторможенного автоколебагельного генератора 3, что вызовет генерацию импульсов и заполнение двоичного счетчика 5 импульсов, Заторможенный автоколебательный генератор 3 задает минимальную дискретную величину времени плавной задержки зондирующих импульсов, которая равна периоду повторения Т его выходных импульсов и составляет от долей и до единиц мкс в зависимости от установленной частоты следования выходных импульсов, Заторможенный автоколебательиый генератор 4 задает минимальную единицу времени цикла задержки, которая равна периоду повторения его выходных импульсов и может принимать значения от единиц и до десятков мс в зависимости от установленной час-, тоты следования генерируемых импуль8 сов. Заполнение счетчика импульсов 5 будет происходить до тех пор, пока параллельные коды чисел с выхода счетчиков 5 и 12 импульсов не совпадут на входе устройства 15 сравнения кодов, которое в этом случае на своем выходе выдает логическую единицу, поступающую на вход формирователя 18 импульсов по переднему фронту, Формирователь

18 импульсов на своем выходе сформирует импульс положительной полярности, задержанный относительно зондирующего импульса, который проходит через элемент 19 на выход устройства и одновременно сбрасывает в исходное состояние триггер 1. Так происходит задержка зондирующих импульсов на текущую дискретную величину времени, определяемую по формуле, - g T МИ 1 4 где 1 д — текущая дискретная величина времени задержки зондирукпцих импульсов; Я,1 — число, записанное в счетчик импульсов 5; Т вЂ” период повторения выходных импульсов с гене ратора 3, равный минимальной величине задержки входных импульсов.

Установка триггера в исходное состояние вызовет прекращение генерации импульсов с генератором 3 и возвращение счетчика 5 импульсов в первоначальное положение, когда на его поразрядных..прямых выходах будет логический ноль, а на инверсных — логическая единица, В это время генератор 4 н счетчики импульсов 6 и 12 продолжают работать, отсчитывая время, равное циклу задержки. Следовательно, коды чисел с выхода счетчиков 5 и 12 импульсов будут не совпадать и устройство 15 сравнения кодов выдаст логический ноль. Поэтому на выходе устройства незадержанные зондирующие импульсы будут отсутствовать. Приход на вход устройства следунщих во времени зондирующих импульсов приведет к переключению триггера I и снова вызовет генерацию импульсов генератором 3 и заполнение счетчика 5 импульсов до нового совпадения кодов о. чисел с выхода счетчиков 5 н 12 импульсов в устройстве 15 сравнения кодов, На выходе устройства 15 появит- . ся логическая единица, из которой сформируется импульс положительной полярности, задержанный относительно . начала цикла задержки на новую дискретную величину t и проходящий

23Од через элемент 19 йа выход устройства, он одновременно воздействует на

866722

10 сброс триггера 1 в исходное состояние. Таким образом будет продолжаться дискретно задержка зондирующих импульсов. Величина каждой дискретной величины задержки равна периоду повторения Т импульсов с генератора

3. При небольшой дискретной величине задержки с достаточной степенью точности можно аппроксимировать любой закон плавной задержки зондирующих !О импульсов при времени цикла задержки, на несколько порядков превышающем величину задержки.

Когда сработает триггер старшего разряда счетчика 6 импульсов и с его выхода логическая единица поступит на сброс триггера 2 в исходное состояние, тогда закончится полный цикл плавной задержки, и устройство вернется в первоначальное положение, подготовленное для прихода следующих зондирующих импульсов. С приходом на вход устройства следующих зондирующих импульсов начинается новый цикл работы. 25

Рассмотрим работу устройства,когда задержка зондирующих импульсов осуществляется по любому запрограммированному закону, изменяющемуся от цикла к циклу. В данном устройстве 5в предусмотрено автоматическое изменение законов задержки от цикла к цик- лу. В коммутаторе 14 — исполнительном органе программного устройствапроисходит реализация закона задерж- 35 ки, которая заключается в том, чтобы подать на соответствующие разрешения прохождения импульсов с выхода счетчика 6 импульсов на вход элемента ИЛИ 11 или запретить прохождения их при помощи подачи логического ноля.

Предположим, что нужно реализовать задержку зондирующих импульсов по линейному закону. В этом случае на все разрешающие входы элементов 10 совпадения подается логический ноль, а на разрешающий вход элемента 9 совпадения — логическая единица, т.е. поразрядные прямые выходы со счетчиков 6 .импульсов отключаются. В pe-.

50 зультате импульсы с выхода генератора

4 непосредственно будут поступать через элементы 1О совпадения и элементы ИЛИ 11 на заполнение счетчика

12 импульсов. Так как дискретная ве55 личина задержки устройством есть величина постоянная и равная периоду повторения Т„ генератора З,а время,в течение которого эта задержка осушест-.. вляется, тоже есть величина постоянная, то плавную прямую (фиг.2а), on— ределяющую закон за,ержки зондирующих импульсов в течение цикла задержки, можно заменить на ее ступенчатую аппроксимацию, Если на оси ординат откладывать величину задержки, а на оси абсцисс— текущее время цикла задержки, то наклон линейного закона задержки по отношению к оси абсцисс мож ю менять, поочередно подключая один из элементов 10 совпадения на время цикла задержки от младшего разряда к старшему, отключая остальные (фиг.2б, в, г).

Подключение элемента 10 совпадения старшего разряда по отношению к младшему приводит к уменьшению частоты следования импульсов, заполняющих счетчик 12 импульсов, тем самым увеличивается время на задержку каждой дискретной величины задержки устройством, в результате уменьшается наклон прямой закона задержки к оси абсцисс °

Время цикла задержки равно 1в= N>Tg, откуда И5 =+ц, Т °

Текущее дискретное время цикла задержки определяется из выражения

1„=Я Т„рлдн 4 È, т5 полагая . 1„.| Т = К, З\ получим уравнение прямой Q -Ê1н,где . — время цикла задержки; Т период повторения генератора 4; число, записанное в счетчик 12 импульсов; С вЂ” текущая дискретная величина цикла задержки,К вЂ постоянн коэффициент отношения периодов повторения.

Иэ "последнеи формулы видно, что при увеличении Т уменьшается наклон прямой к оси абсцисс, При реализации различных криволинейных законов задержки устройством дискретная величина задержки

Ф не меняется и остается постоянной, а время, в течение которого эта задержка осуществляется, меняется согласно построенной ступенчатой аппроксимации плавной кривой.

При получении криволинейного закона задержки (фиг. За) выходные поразрядные импульсы положительной полярности с дешифратора 8 поочередно открывают один из элементов 10 совпадения начиная со старшего раэ1 ряда и кончая младшим разрядом за время, равное циклу задержки,т.е.

866722

12 текущее дискретное время цикла задержки убывает в соответствии с этим законом. При получении задержки зондирующих импульсов (фиг. Зб) выход" ные поразрядные импульсы с дешифратора 8 поочередно открывают один из элементов 10 совпадения, начиная с младшего разряда и кончая старшим разрядом. автоколебательного процесса, причем известное устройство сложно.

Предлагаемое устройство выполнено полностью на интегральных микросхемах, имеет один источник питания и гораздо проще в схемном исполнении, чем известное устройство благодаря чему удалось довести. весо-габаритные характеристики его до необходимой величины.

Из приведенных примеров видно, что реализация любого закона задержки импульсов получается при помощи соответствующих подключений в коммутаторе 14 элементов 10 совпадения 15 согласно ступенчатой аппроксимации реального, закона и определения текущего значения числа Й, При получении криволинейных законов задержки в общем . случае изменяется коэффициент деле- 20 ния с выхода счетчика 6 импульсов.

Программа законов задержки непосредственно закладывается в диодную переключающуюся матрицу коммутатора l4, входы которой связаны с выходами де- 25 шифратора 8, а выходы — с разрешающими входами элементов 9 и IO eottttaдения, Репрограммирование устройства производится соответствующей коммутации входов и выходов переключающейся Зв диодной матрицы коммутатора 14 при помощи переключателей, исходя из требований нового закона задержки. емкость памяти программного устройс ва определяется разрядностью счетчиков

5,6 и 12 импульсов дешифратора 8 и разрядностью переключающейся матрицы коммутатора 14. Благодаря такому построению программного устройства память его сохраняется при отключении источника питания. Для получения законов задержки импульсов, изменяющихся от цикла к циклу, с выхода триггера старшего разряда счетчика 6 импульсов логическая единица после

45 окончания каждого цикла работы подается на вход регистра 13 сдвига, с выходов которого движущаяся логическая единица от цикла к циклу воз-действует на соответствующие входы коммутатора 14 для подключения эле50 ментов 9 и 10 совпадения и выходам дешифратора 8 для получения запрограммированного закона задержки. В известном и предлагаемом устройстве задержка входных импульсов преобразуется s двоичный параллельный код числа. В известном .устройстве это техническое решение реализовано для формула изобретения

1. Устройство для задержки импульсов с программным управлением, содержащее два автоколебательных генератора, выход каждого из которых подключен к счетному входу соответствующего двоичного счетчика импульсов, программное устройство, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения времени репрограммирования при реализации законов задержки от начала координат и упрощения устройства, в него введены два триггера, ретранслятор, устройство сравнения кодов, а программное устройство содержит регистр сдвига, коммутатор, дешифратор элементы И и ИЛИ, двоичный счетчик им7 пульсов, при этом первый вход програмного устройства подключен к последовательно соединенным регистру сдвига, коммутатору, выходы которого соединены с разрешающими- входами первого и пораз рядных элементов И, а их выходы через элемент ИЛИ соединены со счет,ным входом двоичного счетчика импульсов, выходы с которого являются поразрядными выходами программного устройства, поразрядные выходы дешифратора соединены с управляющими входами коммутатора, второй вход программного устройства соединен с первым элементом И, а третий вход - с установочным входом двоичного счетчика импульсов, причем вход устройства соединен со счетными входами двух триггеров и с первым входом ретранслятора, выход первого триггера подключен ко входу первого автоколебательного генератора н к. установочному входу первого двоичного счетчика импульсов, поразрядные выходы которого соединены с соответствующими входами устройства сравнения кодов, выход второго триггера подключен ко входу второго автоколебательиого генератора, к установочному входу второго двоичного счетчика импульсов и к третьему входу

13 8 программного устройства, поразрядные выходы со второго двоичного счетчика импульсов соединены с соответствующими поразрядными входами дешифратора и элементов И программного устройства, выход старшего разряда второго двоичного счетчика импульсов соединен со сбросовым входом второго триггера и с первым входом програм много устройства, второй вход которого подключен к выходу второго автоколебательного генератора, поразрядные выходы с программного устройства соединены с соответствующими входами устройства сравнения кодов, а его выход подключен ко второму входу ретранслятора.

2. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что ретранслятор содержит элементы И, ИЛИ и фор66722 14 мирователь по переднему фронту, причем первый вход ретранслятора соединен с основжач вход м элемента И, а разрешающий вход подключен ко входу формирователя импульсов по передчему фронту и соединен со вторым входом ретранслятора, выход элемента И соединен с одним из входов элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выip ходу формирователя по переднему фронту, выход элемента ИЛИ соединен со сбросовым входом первого триггера и с выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Патент США Р 4016511, кл. 333-29, опублик. 05.04.77.

2. Патент США У 3913021, кл. 328-62, опублик.14.10.75(прототип).

866722

5 4 5 б 7 д Ю 42 М8

ВНИИПИ Заказ 8099/79 Тираж .991 Подписное

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