ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 2003 года по МПК H03K3/72 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контрольно-измерительных устройствах.

Известен генератор прямоугольных импульсов, содержащий генератор опорной частоты, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов, информационные входы которого подключены к N выходам программного блока, а выход счетчика импульсов соединен с первым входом второго триггера, выходы которого подключены к выходным шинам, а также элементы ИЛИ и НЕ, вход которого соединен выходом элемента ИЛИ и входом записи счетчика импульсов, а выход элемента НЕ подключен к управляющему входу программного блока, (N+1)-й выход которого соединен с первым входом первого триггера, инверсный выход которого подключен к входу начальной установки программного блока и второму входу второго триггера, при этом второй вход первого триггера соединен с управляющей шиной и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу счетчика импульсов [1] .

Недостатком данного генератора прямоугольных импульсов является то, что длительность выходного сигнала всегда кратна периоду генератора опорной частоты и не может быть меньше этого периода. Поэтому при формировании коротких импульсов приходится повышать частоту генератора опорной частоты, а это приводит к увеличению разрядности счетчика импульсов и увеличению объема памяти программного устройства, а длительность выходного сигнала может меняться только дискретно с шагом, определяемым периодом генератора опорной частоты, и не возможна плавная ее подстройка. Кроме того, при реализации данного генератора на современной элементной базе, например, на микропроцессорах, любой сбой в программе может привести к ее зависанию и, как следствие этого, к возможному формированию на выходе генератора неимпульсного сигнала, а потенциального, а это недопустимо во многих областях техники. Например, при использовании этого генератора в качестве задающего при ВЧ накачке СО₂-лазера лазерного медицинского аппарата, что может привести к выходу из строя этого аппарата, а также к травме пациента.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей генератора прямоугольных импульсов за счет возможности плавного изменения длительности выходных импульсов, а также исключение возможности формирования потенциального сигнала на выходе устройства.

Для решения поставленной задачи в генератор прямоугольных импульсов, содержащий генератор опорной частоты, первый триггер, счетчик импульсов, информационные входы которого подключены к выходам программного блока, а выход счетчика импульсов соединен с тактовым входом второго триггера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом записи счетчика импульсов и входом элемента НЕ, выход которого подключен к управляющему входу программного блока, инверсный выход первого триггера подключен к входам начальной установки программного блока и второго триггера, вход установки первого триггера соединен с управляющей шиной, введены схема задержки и ждущий мультивибратор, причем вход начальной установки ждущего мультивибратора соединен с выходом второго триггера и входом схемы задержки, выход которой соединен с тактовым входом ждущего мультивибратора, прямой выход которого соединен с выходной шиной, а инверсный выход соединен с тактовым входом первого триггера, информационный вход которого соединен с входной шиной, а инверсный выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, а выход генератора опорной частоты соединен с тактовым входом счетчика импульсов.

При этом ждущий мультивибратор может быть выполнен как на фиксированную длительность импульсов, так и с перестраиваемой длительностью импульсов.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого генератора прямоугольных импульсов, где:
1 - входная шина, 2 - генератор опорной частоты, 3 - первый триггер, 4 - элемент ИЛИ, 5 - счетчик импульсов, 6 - программный блок, 7 - элемент НЕ, 8 - второй триггер, 9 - схема задержки, выполненная, например, из последовательно соединенных двух элементов НЕ, 10 - ждущий мультивибратор, выполненный, например, на микросхеме 1533АГ3, 11 - выходная шина.

Работает генератор прямоугольных импульсов следующим образом.

В исходном состоянии на инверсном выходе первого триггера 3 присутствует уровень логической 1, который устанавливает программный блок 6 и второй триггер 8 в начальные состояния, а сигнал логического 0 с выхода второго триггера 8, поступая на вход установки в ноль ждущего мультивибратора 10, также устанавливает его в исходное состояние. Программный блок 6 при этом выдает на входы счетчика импульсов 5 код первого временного интервала (NO), который под действием сигнала логической 1 с инверсного выхода первого триггера 3, поступающего на первый вход элемента ИЛИ 4 и далее на вход разрешения параллельной загрузки счетчика импульсов 5, загружается в этот счетчик импульсов. Одновременно сигнал на входе разрешения параллельной загрузки счетчика 5 блокирует работу этого счетчика импульсов по его счетному входу.

Сигнал логической 1 с входной шины 1 поступает на вход установки первого триггера 3 и устанавливает на его инверсном выходе логический 0. Сигнал логического нуля с инверсного выхода первого триггера 3, поступая на входы начальных установок программного блока 6 и второго триггера 8, разблокирует их. Одновременно сигнал логического нуля с инверсного выхода первого триггера 3 поступает на первый вход элемента ИЛИ 4 и устанавливает на его выходе также логический 0, который, поступая на вход разрешения параллельной загрузки счетчика импульсов 5, разрешает его работу. Одновременно срез этого сигнала с выхода элемента ИЛИ 4 поступает на вход элемента НЕ 7 и инвертируется на его выходе. Фронт этого сигнала с выхода элемента НЕ 7 поступает на управляющий вход программного блока 6, который по этому фронту выдает на свои выходы параллельный код следующего временного интервала (N1).

Счетчик импульсов 5 отсчитывает первый временной интервал, равный N0•toг, где N0 - код первого временного интервала на выходе программного блока, toг - период опорного генератора 2. По истечении этого временного интервала на выходе переноса счетчика импульсов 5 появляется положительный импульс, который поступает на счетный вход второго триггера 8 и переводит его в противоположное состояние по сравнению с предыдущим, т.е. на выходе второго триггера 8 появляется сигнал логической 1, который поступает на вход установки ждущего мультивибратора 10 и тем самым разрешает его работу по счетному входу. Кроме того, сигнал логической 1 с выхода второго триггера 8 поступает на вход схемы задержки 9, где происходит временная задержка этого сигнала, необходимая для компенсации временной задержки по входу сброса ждущего мультивибратора 10. Под действием этого сигнала на выходе ждущего мультивибратора устанавливается сигнал логической 1, который поступает на выходную шину.

Кроме того, сигнал с выхода переноса счетчика импульсов 5 поступает на второй вход элемента ИЛИ 4 и далее на вход разрешения параллельной загрузки счетчика импульсов 5 и под действием этого сигнала в счетчик импульсов записывается код, присутствующий на его информационных входах с выхода программного блока 6, т.е. код второго временного интервала. Одновременно по записи этой информации в счетчик импульсов 5 на его выходе переполнения появляется сигнал логического нуля, который, поступая на тактовый вход второго триггера импульсов 8, не изменяет его состояния. Одновременно срез этого сигнала, пройдя через второй вход элемента ИЛИ 4, поступает на элемент НЕ 7 и далее этот сигнал поступает на управляющий вход программного блока 6, который по фронту этого сигнала выдает на свои выходы параллельный код следующего временного интервала (N2).

Счетчик импульсов 5 отсчитывает второй временной интервал, равный N1•toг, где N1 - код второго временного интервала на выходе программного блока. По истечении этого временного интервала на выходе переноса счетчика импульсов 5 появляется положительный импульс, который поступает на счетный вход второго триггера 7 и переводит его в противоположное состояние по сравнению с предыдущим, т.е. на выходе второго триггера 7 появляется сигнал логической 0, который поступает на вход установки ждущего мультивибратора 10 и устанавливает на его выходе сигнал логического нуля и блокирует работу ждущего мультивибратора по его тактовому входу. Сигнал логического нуля с выхода ждущего мультивибратора 10 поступает на выходную шину 11.

Кроме того, сигнал с выхода переноса счетчика импульсов 5 поступает на второй вход элемента ИЛИ 4 и далее на вход разрешения параллельной загрузки счетчика импульсов 5 и под действием этого сигнала в счетчик импульсов записывается код, присутствующий на его информационных входах с выхода программного блока 6, т.е. код следующего временного интервала (N3). Одновременно по записи этой информации в счетчик импульсов 5 на его выходе переполнения появляется сигнал логического нуля, который, поступая на тактовый вход второго триггера импульсов 8, не изменяет его состояния. Одновременно срез этого сигнала, пройдя через второй вход элемента ИЛИ 4, поступает на элемент НЕ 7 и далее этот сигнал поступает на управляющий вход программного блока 6, который по фронту этого сигнала выдает на свои выходы параллельный код последующего временного интервала.

Т. о. на выходе устройства формируется импульс, длительность которого определяется кодом, хранящимся в программном устройстве 6.

Счетчик импульсов 5 отсчитывает временной интервал, равный N2•toг, где N2 - код на выходе программного блока. По истечении этого временного интервала на выходе переноса счетчика импульсов 5 появляется положительный импульс, который поступает на счетный вход второго триггера и переводит его в противоположное состояние по сравнению с предыдущим, т.е. в данном случае на выходе второго триггера появляется сигнал логической 1, т.к. предыдущее его состояние было нулевое, который поступает на вход установки ждущего мультивибратора и тем самым разрешает его работу по счетному входу. Т.о. на выходе устройства формируется временной интервал следования импульсов на выходе устройства. При очередном переполнении счетчика происходит формирование импульса на выходе устройства. И т.о. происходит формирование выходных импульсов на выходе устройства.

Сигнал логического нуля с входной шины 1 поступает на информационный вход первого триггера 3, на тактовый вход которого поступает сигнал с инверсного выхода ждущего мультивибратора 10. Например, если сигнал логического нуля поступает на входную шину 1 в момент формирования выходного импульса, то состояние первого триггера не изменяется. По истечении формирования выходного импульса сигнал с инверсного выхода ждущего мультивибратора 10 (фронт импульса) поступает на тактовый вход первого триггера 3 и устанавливает на его инверсном выходе сигнал логической 1, т.к. на его информационном входе присутствует сигнал логического нуля с входной шины 1. Этот сигнал логической 1 с выхода первого триггера 3 устанавливает схему в исходное состояние. Схема готова к очередному формированию импульсов. Т.о. на выходе устройства формируется всегда "полный" импульс, т. е. невозможно его укорочение при снятии управляющего сигнала.

Предположим, что в процессе работы в схеме произошел сбой (при реализации данного генератора на микропроцессоре произошел сбой в программе) и на выходе переноса счетчика импульсов 5 не выработался импульс переноса по истечении заданного временного интервала, то ждущий мультивибратор 10, отсчитав временной интервал, в нем установленный, установит на своем выходе сигнал логического 0, и т. о. даже при отсутствии импульса переноса на выходе счетчика импульсов 5 на выходе устройства не формируется импульс длиннее заданного, точнее длиннее допустимого. При этом, например, при реализации ждущего мультивибратора на микросхеме 1533АГ3 с помощью внешней RC-цепочки устанавливают необходимую предельно допустимую длительность выходного импульса.

В случае, если необходимо, чтобы генератор формировал импульсы, длительность которых короче периода следования опорного генератора, то ждущий мультивибратор выполняют с возможностью регулировки длительности формируемых им импульсов, например, с помощью переменного сопротивления. Тогда сигнал логической единицы появляется на выходе генератора одновременно с установкой логической единицы на выходе второго триггера 8, а логический ноль - по концу формирования импульса ждущего мультивибратора 10. Т.о. в этом случае период следования выходных импульсов определяется кодами временных интервалов, хранящихся в программном устройстве 6, а длительность выходных импульсов определяется длительностью импульса, формируемой ждущим мультивибратором 10.

Таким образом за счет введения в схему ждущего мультивибратора удалось расширить функциональные возможности генератора прямоугольных импульсов.

Источник информации
1. Авт. св. 1270880 от 15.11.1986 г., МКП6 Н 03 К 3/64.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контрольно-измерительных устройствах. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Устройство содержит генератор опорной частоты, два триггера, элемент ИЛИ, счетчик импульсов, программный блок, элемент НЕ, схему задержки, выполненную из последовательно соединенных двух элементов НЕ, ждущий мультивибратор. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Генератор прямоугольных импульсов, содержащий генератор опорной частоты, первый триггер, счетчик импульсов, информационные входы которого подключены к выходам программного блока, предназначенного для хранения кодов временных интервалов, а выход счетчика импульсов соединен с тактовым входом второго триггера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом записи счетчика импульсов и входом элемента НЕ, выход которого подключен к управляющему входу программного блока, инверсный выход первого триггера подключен к входам начальной установки программного блока и второго триггера, вход установки первого триггера соединен с управляющей шиной, отличающийся тем, что в него введены схема задержки и ждущий мультивибратор, причем вход начальной установки ждущего мультивибратора соединен с выходом второго триггера и входом схемы задержки, выход которой соединен с тактовым входом ждущего мультивибратора, прямой выход которого соединен с выходной шиной, а инверсный выход соединен с тактовым входом первого триггера, информационный вход которого соединен с входной шиной, а инверсный выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, а выход генератора опорной частоты соединен с тактовым входом счетчика импульсов. 2. Генератор прямоугольных импульсов по п. 1, отличающийся тем, что ждущий мультивибратор выполнен на фиксированную длительность импульсов. 3. Генератор прямоугольных импульсов по п. 1, отличающийся тем, что ждущий мультивибратор выполнен с перестраиваемой длительностью импульсов.