Генератор прямоугольных импульсов Российский патент 2021 года по МПК H03K3/64 H03K3/72 

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в измерительных генераторах импульсов.

Известен генератор прямоугольных импульсов [1. RU2212097 C1. Генератор прямоугольных импульсов. 29.03.2002 г.], 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, а также 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.

Недостатком данного генератора является относительно узкий диапазон длительностей генерируемых импульсов и интервалов между ними, ограниченный резким усложнением программного блока при попытках расширения диапазона. Так в генераторах Г5-75, Г5-103 длительность генерируемого импульса может изменяться от 50 нс до 10 с, а период от 100 нс до 10 с, т.е. относительный диапазон достигает 200000000. Это означает что разрядность счетчика и программного блока должны составлять 28 двоичных разрядов. Применение 8-и битных микроконтроллеров для управления подобным устройством становится затруднительным.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение частотного диапазона генератора прямоугольных импульсов, без существенного увеличения требований к объему аппаратных средств.

Для решения поставленной задачи в генератор прямоугольных импульсов, содержащий генератор опорной частоты, первый триггер, счетчик импульсов, информационные входы которого подключены к выходам программного блока, счетный вход соединен с выходом генератора опорной частоты, 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, 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, введен дополнительный выход программного блока, который соединен с объединенными JK-входами второго триггера, выполненного как JK-триггер.

Изобретение поясняется рисунком: фиг.1 - Блок схема генератора прямоугольных импульсов.

На фиг. 1 представлено: 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 - выходная шина.

Генератор прямоугольных импульсов работает 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 по входам R, а сигнал логического 0 с прямого выхода второго триггера 8, поступает на выходную шину 9. Программный блок 6 при этом выдает на входы DI счетчика импульсов 5 код первого временного интервала (К0), который под действием сигнала логической 1 с инверсного выхода первого триггера 3, поступающего на первый вход элемента ИЛИ 4, а с его выхода на вход разрешения параллельной загрузки PE счетчика импульсов 5, загружается в счетчик импульсов 5. Одновременно сигнал на входе разрешения параллельной загрузки PE счетчика 5 блокирует работу счетчика импульсов по его счетному входу С. Выходной сигнал с выхода (N+1) программного блока 6 поступает на объединенные входы J и K второго триггера 8. Режим работы второго триггера 8 будет определяться логическим уровнем на J и K входах. При логической 1 это счетный режим, при логическом нуле - режим сохранения состояния.

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 R 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 PE 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 С программного блока 6, который по этому фронту выдает на свои выходы параллельный код следующего временного интервала (К1), а с выхода (N+1) управляющий сигнал на входы J и K второго триггера 8 - логический 0, препятствующий изменению его состояния, или логическую 1, разрешающую переключиться ему при поступлении на тактовый вход С импульса переполнения с выхода СО счетчика импульсов 5.

Счетчик импульсов 5 отсчитывает начальный (нулевой) временной интервал, равный К0×t_ОГ, где К0 - код нулевого временного интервала на выходе программного блока, t_ОГ - период опорного генератора 2. По истечении этого временного интервала на выходе переноса СО счетчика импульсов 5 появляется положительный импульс, который поступает на тактовый вход С второго триггера 8 и переводит его в противоположное состояние по сравнению с предыдущим, в предположении что на входах JK присутствует логическая 1, т.е. на выходе второго триггера 8 появляется сигнал логической 1, который поступает на выходную шину 9.

Кроме того, сигнал с выхода переноса СО счетчика импульсов 5 поступает на второй вход элемента ИЛИ 4 и далее на вход разрешения параллельной загрузки РЕ счетчика импульсов 5 и под действием этого сигнала в счетчик импульсов записывается код, присутствующий на его информационных входах DI с выходов DO программного блока 6, т.е. код следующего (первого) временного интервала. Одновременно по записи этой информации в счетчик импульсов 5 на его выходе переполнения СО появляется сигнал логического нуля, который, поступая на тактовый вход С второго триггера импульсов 8, не изменяет его состояния (второй триггер срабатывает про фронту, а не спаду импульса). Одновременно срез этого сигнала, пройдя через второй вход элемента ИЛИ 4, поступает на элемент НЕ 7 и далее поступает на управляющий вход С программного блока 6, который по фронту этого сигнала выдает на свои выходы параллельный код следующего временного интервала (К2) и управляющий сигнал с выхода (N+1) на входы J и K второго триггера 8.

Счетчик импульсов 5 отсчитывает первый временной интервал, равный К1×t_ОГ, где К1 - код первого временного интервала на выходе программного блока. По истечении этого временного интервала на выходе переноса СО счетчика импульсов 5 появляется положительный импульс, который поступает на тактовый вход С второго триггера 8 и переводит его в противоположное состояние по сравнению с предыдущим, при логической 1 на входах JK, т.е. на выходе второго триггера 8 и выходной шине 9 появляется сигнал логического 0. Если же на входах JK второго триггера 8 присутствует логический 0, то второй триггер 8 не изменяет своего состояния (остается в состоянии логической 1), а длительность импульса будет равна (К0 + К1)×t_ОГ. Таким образом можно продолжать как длительность импульса, так и длительность интервала между импульсами.

Сигнал с выхода переноса СО счетчика импульсов 5 поступает на второй вход элемента ИЛИ 4 и далее на вход разрешения параллельной загрузки РЕ счетчика импульсов 5 и под действием этого сигнала в счетчик импульсов записывается код, присутствующий на его информационных входах DI с выхода DO программного блока 6, т.е. код следующего временного интервала (К3). Одновременно по записи этой информации в счетчик импульсов 5 на его выходе переполнения СО появляется сигнал логического нуля, который, поступая на тактовый вход С второго триггера импульсов 8, не изменяет его состояния. Cрез этого сигнала, пройдя через второй вход элемента ИЛИ 4, поступает на элемент НЕ 7 и далее этот сигнал поступает на управляющий вход С программного блока 6, который по фронту этого сигнала выдает на свои выходы параллельный код следующего временного интервала, а на выходе (N+1) программного блока 6 устанавливается управляющий сигнал логического 0, если временной интервал должен продолжить предыдущий, или 1, если интервал необходимо завершить изменив состояние второго триггера 8. Т. о. на выходе устройства формируется импульс, длительность которого определяется кодами, хранящимися в программном блоке 6.

Интервал К3 отрабатывается также как и предыдущие интервалы.

Очередной сигнал логического нуля с входной шины 1 поступает на информационный вход D, объединенный с входом установки S первого триггера 3, на тактовый вход которого поступает сигнал с инверсного выхода второго триггера 8. Если сигнал логического нуля поступает на входную шину 1 в момент формирования выходного импульса, то состояние первого триггера не изменяется, так как установка триггера по входу S, происходит только по логической единице на нем, а сигнал с информационного входа D может записаться лишь по фронту на тактовом входе C. По истечении формирования выходного импульса сигнал с инверсного выхода второго триггера 8 (фронт импульса) поступает на тактовый вход C первого триггера 3 и устанавливает на его инверсном выходе сигнал логической 1, т.к. на его информационном входе D присутствует сигнал логического нуля с входной шины 1. Этот сигнал логической 1 с инверсного выхода первого триггера 3 устанавливает схему в исходное состояние. Схема готова к очередному циклу формированию импульсов. Таким образом, на выходе устройства формируется всегда "полный" импульс, т. е. невозможно его укорочение при снятии управляющего сигнала.

Управляющий выход (N+1) программного блока 6 позволяет при логической 0 на выходе продлять длительность импульса или паузы суммированием следующих друг за другом интервалов, и получать существенно большие длительности как импульсов, так и пауз между импульсами, без необходимости наращивания разрядности программного блока и счетчика. Это позволяет повысить частоту генератора опорной частоты, без увеличения объема оборудования и таким образом расширить диапазон генерируемых длительностей импульсов и периода повторения. При этом следует учитывать, что оперативная память, применяемая в программном блоке, может строиться на одной микросхеме объемом 64-128 кБайт, что на сегодня является минимальным объемом быстрой статической памяти.

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в измерительных генераторах импульсов. Техническим результатом является расширение частотного диапазона генератора прямоугольных импульсов, без существенного увеличения требований к объему аппаратных средств. Устройство содержит генератор опорной частоты, два триггера, элемент ИЛИ, счетчик импульсов, программный блок, элемент НЕ и использует, для формирования последовательностей импульсов и пауз между ними произвольной длительности, управление модулем счета счетчика с помощью программного блока и возможность накопления временных интервалов за счет управления режимом триггера, формирующего временные интервалы из импульсов переполнения счетчика. 1 ил.

Генератор прямоугольных импульсов, содержащий генератор опорной частоты, первый триггер, счетчик импульсов, программный блок, предназначенный для хранения кодов временных интервалов, содержащий вход начальной установки программного блока, выходы установки параллельных кодов временных интервалов, вход управления выдачей параллельных кодов, при этом информационные входы счетчика импульсов подключены к выходам установки параллельных кодов временных интервалов программного блока, счетный вход счетчика импульсов соединен с выходом генератора опорной частоты, 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 входу управления выдачей параллельных кодов программного блока, инверсный выход первого триггера подключен к входам начальной установки программного блока и второго триггера, прямой выход которого соединен с выходной шиной, а инверсный выход соединен с тактовым входом первого триггера, информационный вход и вход установки которого соединены с входной шиной, а инверсный выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, отличающийся тем, что в программный блок введен дополнительный выход управляющего логического сигнала, соединенный с объединенными, J,K-входами второго триггера, выполненного как JK-триггер, и определяющий его поведение по сигналу на тактовом входе - сохранение состояния при логическом нуле на выходе управляющего логического сигнала программного блока и продление формируемого временного интервала, или изменение состояния на противоположное при логической единице на нем, что приводит к завершению текущего временного интервала и началу формирования следующего.