ГЕНЕРАТОР ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ФОТОПРИЕМНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ Российский патент 2000 года по МПК H04N5/06 H03K5/156 

Изобретение относится к тепловизионной технике, а точнее к элементам тепловизионных систем для формирования синхронизирующих сигналов, и может использоваться для управления работой различных фотоприемных устройств как в режиме вещательного телевидения, так и в режимах, отличных от вещательного (так называемого малокадрового режима наблюдения).

В современной оптико-электронной аппаратуре все больше находят применение фотоприемные устройства (ФПУ) на основе многоэлементных фотоприемников. В связи с этим при построении ФПУ к ранее выполнявшимся электронным трактом ФПУ функциям - усиления и обработки сигнала - добавилась довольно сложная функция управления многоэлементным фотоприемником. Это привело к необходимости введения в электронный тракт ФПУ специальных устройств (синхрогенераторов) - генераторов тактовых импульсов, вырабатывающих заданные диаграммы импульсных последовательностей, позволяющих управлять передачей сигнала, его обработкой и получением качественного изображения.

Традиционные известные синхрогенераторы содержат делитель частоты задающего генератора до частот строк и последующего ее деления до частоты полей (см. , например, пат. США 4169659, кл. 358-150, 1979 г., пат. США 4349839, кл. 358-148, 1982 г., заявка Великобритании 2011757, H 04 N 5/06, 1979 г.).

Подобные генераторы обычно допускают лишь изменение числа строк разложения, но не позволяют существенно изменять состав генерируемых импульсов.

Упомянутые трудности частично преодолены в синхрогенераторе, в котором выходные сигналы делителя частоты использованы в качестве адресных сигналов, для постоянного программируемого запоминающего устройства (ППЗУ) (см. пат. США 4316219, кл. 358-150, 1982 г.). Такой синхрогенератор содержит счетчик-делитель и два ППЗУ. Одно ППЗУ получает на свои адресные входы сигналы счетчика, делящего двойную строчную частоту до частоты полей. Последовательности сигналов частоты полей, получаемые на выходе этого ППЗУ, тактируются Д-триггером, причем, первая из них задает цикл работы счетчика, вторая и третья используются для управления вторым ППЗУ, а остальные представляют собой формируемые синхрогенератором импульсы частоты полей. В данном синхрогенераторе на выходах второго ППЗУ появляется возможность получать сложные импульсные последовательности. Изменение содержания записи в ППЗУ обеспечивает варьирование вида и номенклатуры вырабатываемых импульсов в широких пределах.

Однако, такая структура сложна и для нее требуются устройства с большой емкостью памяти, а потому ее применение ограничено.

Известен синхрогенератор, в котором необходимая емкость памяти значительно меньше. Это достигается записью в ППЗУ не состояния генерируемых импульсных последовательностей, а длительностей пребывания формирующих узлов синхрогенератора в каждом из реализуемых им состояний (см. пат. США 4280138, кл. 358-150, 1981 г.).

Функциональная схема такого генератора состоит из последовательно соединенных программируемого запоминающего устройства со схемой управления и электрически программируемого счетчика-делителя с переменным коэффициентом деления. Схема управления программируемого запоминающего устройства выполняет функцию выбора слов. Режим выбора слов задается процессором. Коэффициент деления программируемого делителя задается управляющим сигналом программируемого запоминающего устройства, который, в свою очередь, получает информацию с процессора. На выходах данного генератора может быть получен самый разнообразный набор различных последовательностей синхросигналов. Этот генератор, как наиболее близкий к прелагаемому, принят за прототип.

Указанный генератор обладает широкими функциональными возможностями и может управлять ФПУ в различных режимах их работы. Однако схема такого генератора слишком сложна, а габариты достаточно велики, поскольку значительная часть его функциональных возможностей не используется при управлении режимами работы ФПУ и является избыточной для данного применения. Таким образом, использование описанного генератора в системах управления ФПУ нецелесообразно и не экономично, так как приводит к неоправданному усложнению схемы управления, увеличению ее массы, габаритов и стоимости.

Настоящее изобретение решает задачу создания простого в схемотехническом отношении и достаточно дешевого синхрогенератора, сочетающего в себе малые габариты и массу с высокой функциональной гибкостью, позволяющей управлять работой различных ФПУ независимо от их типа и режима работы.

Для решения этой задачи в предложенном авторами генераторе тактовых импульсов (ГТИ) для систем управления ФПУ, содержащем программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) со схемой управления, последовательно соединенное с электрически программируемым p-разрядным счетчиком-делителем с переменным коэффициентом деления и тактовым входом, схему управления постоянным программируемым запоминающим устройством, состоящую из последовательно соединенных дешифратора с входами адреса выбираемого слова и устройства выбора слов и циклов с двумя тактовыми входами, n-выходами, подключенными к соответствующим n-словам матрицы, и управляющим выходом, соединенным с первым тактовым входом устройства выбора слов и циклов, и постоянное программируемое запоминающее устройство, содержащее программируемую матрицу из n, m-разрядных слов, имеющую вход для выбора состояния матрицы, соответствующего состоянию записи или считывания ее информации, и m-выходов, на каждом из которых установлен подключенный к входу выбора состояния матрицы согласующий элемент, предотвращающий "выбросы" и "просечки" при переключении слов, с двумя входами для записи состояния "логического нуля" или "логической единицы", выполнены в виде единой интегральной микросхемы, причем выходы каждого с 1-го по p-й согласующих элементов непосредственно соединены соответственно с 1-го по p-й входами счетчика-делителя, а выходы согласующих элементов с p+1-го по m-й программируемого постоянного запоминающего устройства служат для формирования набора последовательностей синхросигналов для управления фотоприемными устройствами, а программируемый счетчик-делитель выполнен синхронным, причем его выход соединен со вторым тактовым входом устройства выбора слов и циклов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена блок-схема прелагаемого ГТИ, на фиг. 2 - пример временной диаграммы тактовых импульсов строчной развертки, формируемых предлагаемым ГТИ.

Предлагаемый ГТИ содержит интегральную схему 1, содержащую программируемую матрицу 2 из n,m-разрядных слов, имеющую вход WR для выбора состояния матрицы, соответствующего состоянию записи или считывания, входы WR0 и WR1, соответственно, для записи уровня "логического нуля" или "логической единицы" при программировании разрядов каждого слова матрицы. Интегральная микросхема 1 включает также последовательно соединенные дешифратор 3 с входами A₁ . . . A_к адреса выбираемого слова и устройство выбора слов и циклов 4 с двумя тактовыми входами, Вх_т1, Вх_т2 и n-выходами, подключенными к соответствующим n-словам матрицы 2, и управляющим выходом, соединенным с первым тактовым входом Вх_т1 устройства выбора слов и циклов 4. На каждом из выходов матрицы 2 установлены, входящие также в состав микросхемы 1 согласующие элементы 5₁ ... 5_p, предотвращающие "выбросы" и "просечки" в выходных сигналах при переключении слов. Выходы с 1-го по p-й согласующих элементов 5₁ ... 5_p подключены к задающим коэффициент деления входам электрически программируемого p-разрядного счетчика-делителя 6, выполненного в виде отдельной микросхемы, выход которого соединен со вторым тактовым входом Вх_т2 устройства выбора слов и циклов 4. Для обеспечения высокого быстродействия счетчик-делитель 6 выполнен синхронным. Матрица 2 ППЗУ имеет не менее D_p+1 ... D_m выходов, на которых формируется набор последовательностей синхросигналов для управления ФПУ.

Рассмотрим работу предлагаемого ГТИ на примере формирования импульсных последовательностей для реализации временных диаграмм строчной развертки (см. фиг. 2).

С выхода генератора опорных импульсов (на чертеже не показан) импульсы опорной частоты подаются на тактовый вход C электрически программируемого p-разрядного счетчика-делителя 6, коэффициент деления которого определен потенциалами первого слова ППЗУ. Результирующий сигнал деления счетчика-делителя 6 поступает на устройство выбора слови циклов 4, количество слов которого определено дешифратором 3 с помощью двоичного кода на входах A₁ ... A_к. Выходы Вых₁ ... Вых_n переключают матрицу слов и разрядов на следующее слово, которое ранее было записано в матрицу 2 и которое определяет новый коэффициент деления счетчика-делителя 6 и смену потенциалов на выходах D_p+1 . . . D_m, которые и определяют необходимые импульсные диаграммы, нужные для управления ФПУ.

Для формирования тактовых импульсов строчной развертки выбираем частоту f_т опорного генератора (например, f_т = 1,0 МГц), что соответствует длительности импульса T_т1, равной 1 мксек на входе счетчика-делителя 6 (см. фиг. 2).

Каждому временному интервалу соответствует свой коэффициент деления программируемого счетчика-делителя 6. Коэффициент деления вычисляется как безразмерная величина по формуле:
K_i = T_i•f_т,
где K_i - коэффициент деления;
T_i - длительность i-го интервала, сек;
f_т - частота опорного генератора, Гц (входная тактовая частота).

В таблице 1 приведены коэффициенты деления K_i в двоичной и десятичной форме, соответствующие выбранной частоте и коэффициенту деления счетчика-делителя 6 на каждом временном интервале.

На основе записанных в таблице 1 коэффициентов деления составляется таблица истинности ППЗУ (см. таблицу 2). Условимся, что счетчик-делитель 6 имеет 12 входов задания коэффициента деления, а в ППЗУ 12 первых выходов (разрядов) используются для записи в нем в двоичном коде коэффициента деления на каждом временном интервале, а последующие разряды ППЗУ используются для формирования необходимых импульсных последовательностей.

Например, используем 13-й разряд ППЗУ для формирования тактовых импульсов двойной строчной частоты, 14-й разряд - для формирования строчных гасящих импульсов и 15-й разряд - для формирования строчных синхроимпульсов.

В соответствии с поз. 2 таблицы 1 в первом (T₁) и третьем (T₃) временных интервалах на выходе тринадцатого разряда ППЗУ должен быть логический "нуль", а во втором, четвертом, пятом и шестом временных интервалах (T₂, T₄, T₅ и T₆) должна быть логическая "единица". Это обеспечивается путем записи логического "нуля" в тринадцатом разряде второго, четвертого, пятого и шестого слов, записанных в ППЗУ.

Аналогично формируются последовательности строчных гасящих и строчных синхронизующих импульсов на четырнадцатом и пятнадцатом разрядах ППЗУ соответственно (см. поз. 3 и 4 фиг. 2 и таблицы 1).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик-делитель 6 находится в нулевом состоянии. Из ППЗУ выбирается первое слово, соответствующее коэффициенту деления счетчика-делителя на первом временном интервале T₁ (фиг. 2), и подается на выходы Д₁ ... Д₁₂ установки коэффициента деления этого счетчика. Далее импульсы опорного генератора пересчитываются и последний импульс, с длительностью T_т, появляется на его выходе, что соответствует концу первого временного интервала T₁ (фиг. 2). Этот же импульс переводит устройство выбора слов и циклов в следующее состояние и таким образом выбирает из ППЗУ следующее слово, соответствующее коэффициенту деления счетчика-делителя 6 на втором временном интервале T₂ (фиг. 2).

В соответствии с числом формируемых временных интервалов устройство выбора слов и циклов последовательно выбирает заданное пользователем количество слов (в иллюстрируемом примере это первые шесть слов) и далее возвращается в исходное состояние, и работа устройства в заданном режиме повторяется.

Такая методика формирования набора временных диаграмм позволяет обеспечить высокую функциональную гибкость построения генераторов тактовых импульсов для управления ФПУ. В зависимости от конкретной аппаратурной задачи в пределах до 24 разрядов потребитель может перераспределять количество разрядов, предназначенных для программной части ППЗУ и ППЗУ выдачи.

Выполнение электрически программируемого счетчика-делителя 6 синхронным позволяет получать необходимое быстродействие и реализовать за счет этого управление ФПУ в реальном масштабе времени.

Был изготовлен и испытан лабораторный образец предлагаемого ГТИ. Электрически программируемый счетчик-делитель с переменным коэффициентом деления выполнялся на основе интегральной микросхемы 503ИЕ3. Использовалась матрица на основе кремния на сапфире (КНС), состоящая из 16-ти 24-разрядных слов, счетчик-делитель имел 12 входных разрядов (p = 12). Дешифратор 3 выполнялся по стандартной схемотехнике. Устройство выбора слов и циклов 4 выполнялось в виде регистра сдвига на триггерах. Согласующие элементы 5 на выходе матрицы 2 также выполнялись в виде триггеров. Все перечисленные элементы интегральной микросхемы 1 изготовлялись по КМОП КНС технологии. На 12-ти выходах матрицы формировался набор последовательностей сигналов для управления ФПУ, состоящего из матричного ПЗС фотоприемника.

Предлагаемая схема ГТИ не ориентирована на какой-либо конкретный тип ФПУ или определенный режим его работы в аппаратуре. Практически он пригоден для управления работ любого из известных в настоящее время ФПУ в любом из представляющих практический интерес режиме его работы.

Проектирование заявленного устройства достаточно просто, поскольку оно осуществляется функционально узловым методом, на единой элементной базе и в основном сводится к выполнению формальных операций (составление таблиц истинности программируемой матрицы на основе временных диаграмм проектируемого устройства), что не требует больших трудовых затрат.

Так как предлагаемое ГТИ может быть реализовано на двух микросхемах, габариты и масса невелики.

Генератор тактовых импульсов для систем управления фотоприемными устройствами относится к тепловизионной технике и может использоваться для управления работой различных фотоприемных устройств. Достигаемый технический результат - достижение малых габаритов, управление работой различных фотоприемных устройств (ФПУ) независимо от их типа и режима работы. Генератор тактовых импульсов для систем управления ФПУ содержит программируемое постоянное запоминающее устройство со схемой управления, включающее программирующую матрицу, электрически программируемый р-разрядный счетчик-делитель с переменным коэффициентом деления и тактовым входом, дешифратор с входами адреса выбираемого слова, согласующие элементы и устройство выбора слов и циклов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Генератор тактовых импульсов для систем управления фотоприемными устройствами, содержащий программируемое постоянное запоминающее устройство со схемой управления, включающее программируемую матрицу, имеющую вход для выбора состояния матрицы, соответствующего состоянию записи или считывания ее информации, из n • m ячеек, содержащую n колонок и m рядов и согласующие элементы, установленные на выходе каждого из m рядов матрицы, последовательно соединенное с электрически программируемым p-разрядным счетчиком-делителем с переменным коэффициентом деления и тактовым входом, отличающийся тем, что схема управления программируемым постоянным запоминающим устройством содержит последовательно соединенные дешифратор с входами адреса выбираемого слова, предназначенный для выбора количества слов в цикле, и устройство выбора слов и циклов с двумя тактовыми входами, n выходами, подключенными к соответствующим n колонкам матрицы и управляющим выходом, соединенным с первым тактовым входом устройства выбора слов и циклов, причем выходы каждого с 1-го по p-й согласующих элементов непосредственно соединены соответственно с 1-го по p-й входами электрически программируемого p разрядного счетчика-делителя с переменным коэффициентом деления и тактовым входом, а выходы согласующих элементов с p + 1-го по m-й программируемого постоянного запоминающего устройства служат для формирования набора последовательностей синхросигналов для управления фотоприемными устройствами, а выход электрически программируемого p разрядного счетчика-делителя с переменным коэффициентом деления и тактовым входом соединен со вторым тактовым входом устройства выбора слов и циклов. 2. Генератор тактовых импульсов для систем управления фотоприемными устройствами по п.1, отличающийся тем, что программируемая матрица содержит 16 колонок и 24 ряда запоминающих ячеек и позволяет хранить до 16 слов по 24 разряда каждое, причем не менее 12 разрядов используются для формирования набора последовательностей синхросигналов для управления фотоприемными устройствами.