Устройство для отображения статических характеристик объекта на экране электронно-лучевой трубки Советский патент 1983 года по МПК G09G1/08 

Изобретение относится к вычислительной и контрольно-измерительной технике и может быть использовано для визуального наблюдения входных/ передаточных и выходных характеристик линейных и цифровых электронных схем потенциального типа на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), , Известно устройство для визуального наблюдения статических характеристик схем потенциального типа, содержащее схему формирования измерительного напряжения, измерительный резистор, аналоговые ключи, устройство управления ключами, ус1-У1ктели вертикального и горизонтального отклонения и ЭЛТ lj .

Недостатком этого устройства является низкая точность определения статических характеристик исследуеулых схем вследствие влияния электронно-лучевой трубки {бочкообразность) и дрейфа -нуля усилителей вертикального и горизонтального отклонения, .1 , -.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для отображения статических характеристик объекта на экране электронно-лучевой трубки содержащее генератор тактовых импульсов, реверсивный двоичный счетчик, вход которого соединение первым входом блока формирования шкалы, выход реверса подключен к входу двоичного счетчика, а выходы разрядов соединены с входами первого цифроаналогового преобразователя, выходы разрядов двоичного счетчика подключены к входам- блока управления ключами,- выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам первого и второго блоков ключей, выходы которых подключены соответственно к входам суммирующих усилителей вертикального и горизонтального отклонения, схему формирования измерительного напряжения вход которой подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, входу блока формирования идентификатора начала координат и к соответствующим входам первого и второго блоков ключей, а выход подключен к первому выходу измерительного элемента и к первому входу дифференциального усилителя , второй вход которого соединен с вторым выводом измерительного элемента, с входом анализируе.мого объекта и с соответствующим входом второго блока ключей, а выход подключен к соответствующему входу первого блока ключей, выходы блока , формирования идентификатора координат подключены к соответствующим входам первого и второго блоков ключей, блок формирования репера, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам источника регулируе; мых напряжений, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам блока формирования шкалы, причем первый и второй выходы блока формирования шкалы и блока формирования репера подключены к соответствующим входам первого и второго блоков клю0 чей 2 .

Устройство содержит также преобразователь кодов, входы которого ; соединены с выходами разрядов двоичного счетчика а выходы подключены 5 к цифровым входам второго цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к соответствующим входам первого и второго блоков ключей. Выход генератора тактовых импульсов подключен к входу реверсивного двоичного счетчика и первому входу блока формирования шкалы.

Сетка и шкалы устройства используются для определения параметров 5 характеристик исследуемых схем. G помощью репера можно осуществить прецизионное измерение координат любой точки исследуемой характерис тики. Для этого оператор, изменяя с помощью соответствующих потенциометров напряжения на выходе источника регулируемых напряжений, совмещает репер с этой точкой и затем считывает с вольтметров, подключенных к выходам источника регулируемых напряжени.й, соответствующие значения.

При работе устройства каждый фрагмент кадра, наблюдаемого на экране ЭЛТ (одна линия-сетки, шкала и т.д.), высвечивается последовательно во времени.

Время отображения каждого фрагмента определяется длительностью такта двоичного счетчика. Количество фрагментов изображения можно найти из выражения .

,iL.Ji,

.U

irNcj II

IK i

0 где

частота кадров; частота импульсов, поступающих на вход реверсивного двоичного счетчика; Nc2 объем реверсивного двоичного счетчика.

Например, при i 30 Гц, i 200 кГц и С. 1024 получаем Vm s 6, что недостаточно для отображения необходимой служебной информации. Для увеличения количества отображаемыз фрагментов необходимо уменьшать .ц i HCJ или увеличивать ) . Нижняя граница частоты i лежит на уровне 30-50 Гц и обусловлена минимашьной частотой кадра, при которой человеческий глаз еще не замечает мелькаНИИ кадра. Поэтому i (i нельзя уменьшать ниже 30 Гц. Уменьшение емкости счетчика NCJведет к ухудшению качества изображения. С другой стороны, увеличение час тоты { требует использования цифро аналогового преобразователя с повышенным быстродействием,что ведет к удорожанию устройства в целом Недостаток устройства - ограниченное быстродействие при отображении информации и как следствие - ог раниченный объем отображаемой информации . Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для отображения статистических характеристик объе та на экране электронно-лучевой тру ки, содержащее генератор тактовых импульсов, последовательно соединен ные реверсивный счетчик, первый счетчик, блок управления ключами, первый блок ключей и усилитель отклонения по координате У, последова тельно соединенные второй блок ключей и усилитель отклонения по координате X, последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразовател блок формирования измерительного на пряжения и измерительный элемент, блок формирования идентификатора на чала координат, блок формирования шкалы, источник регулируемого напряжения, дифференциальный усилитель , блок формирования репера и источник постоянного напряжения, выход блока управления ключами .соединен со входом второго блока ключей, вход цифро-аналогового преобра зователя соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход - с входа ми блока идентификатора начала коор динат и первым и вторым блоками клю чей, первый и второй выходы источни ка регулируемого напряжения соедине ны соответственно с первнлм и вторым входами блока формирования репера, первый выход которого соединен со входом первого блока ключей, а второй выход - с входом второго блока ключей, третий и четвертый выходы источника регулируемого напряжений соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования шкалы, первый выход которого соединен со входом первого блока ключей а второй выход - с входсмл второго блока ключей, пятый выход источника регулируембго напряжения соединен с первым входом блока формирования идентификатора начала координат и с входом первого, блока ключей, шестой выход источника регулируемого, напря жения соединен со вторым входом блока формирования идентификатора нач&ла координат и со входом второп. блока ключей, первый выход блока фор мирования идентификатора начала координат соединен с входом первого блока ключей, а второй выход - с ащ дом второго блока ключей, одиннадцать выходов источника постоянного напряжения соединены с соответствующими входами первого и второго блоков ключей, выход блока формирования измерительного напряжения соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом первого блока ключей, выход измерительного элемента соединен со вторым Еходом дифференциального усилителя, входом второго блока ключей и входом анализируемого объекта, введен второй счетчик,вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход переноса - с входом реверсивного/счетчика и с третьим входом блока формирования шкалы, разрядные выходы второго счетчика соединены с входами блока управления ключами. На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений, действующих на отклоняющих пластинах ЭЛТ; на фиг.3 - временные диаграмкы работы блока управления ключами; на фиг.4 - картина, формируемая электронным лучом на экране ЭЛТ. Структурная схема устройства (фиг.) содержит генератор 1 тактовых импульсов, цифро-аналоговый прв образователь 2,, источник 3 регулируемых напряжений, второй счетчик 4, блок 5 формирования идентификатора начала координат, блок б формирования шкалы, реверсивный счетчик 7, блок 8 формирования измерительного напряжения, измерительный элемент 9, дифференциальный усилитель 10, блок 11 формирования репера, источник 12 постоянных напряжений, первый счетчик 13, aнaлизиpye IЫй объект 14, блок 15 управления ключами, первый |блок 16 ключей, второй -блек 17 клю 1чей усилитель 18 отклонения по координате У, усилитель 19 отклонений .по координате К. Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с входом второго счетчика 4, Выход переноса счетчи;ка 4 соединен с входом реверсивного счетчика 7 и с первым входом блока 6 формирования ашалы Выходы разрядов счетчика 4 соединены с соответствующими входами блока 15 управления ключаьчи. Выход реверса реверсивного .цвоич)ного счетчика 7 подключен к входу первого дйоичного счетчика 13, выхо ды разрядов которого соединены с соответствующими входами блока 15 управления ключами. Выходы разрядов реверсивного счетчика 7 подключены соответственно к входам цифро-аналогового преобразователя 2, выход которого подключен к первому входу блока 5 формирования идентификатора координат, входу блока формирования измеритель ного напряжения и к соответствующим входам первого 16 и второго 17 блоков ключей. Выход блока 8 формирова ния измерительного напряжения подключен к первому входу дифференциал ного усилителя 10 и к первому выводу измерительного элемента 9, второ вывод которого соединен с вторым входом дифференциального усилителя 10, с входом ангшизируемого объекта 14 и с соответствующим входом второ го блока 17 ключей. Выход дифференциального усилителя 10 подключен к соответствующему входу первого блока 16 ключей. Первый и второй выходы источника 3,регулируемых напряжений подключены соответственно к первому и второ му входам блока 11 формирования репера, первый и второй выходы которо го подключены к соответствующим входам первого 16 и второго 17 блоков ключей. Пятый и шестой выходы источника 3 подключены-соответственно ко второму и третьему входам блока 5 формирования идентификатора начала координат, первый и второй выходы которого подключены к соответствующим входам первого 16 и второго 17 блоков ключей. Выходы источника 12 постоянных напряжений подключены к соответствующим входам первого 16 и второго 17 блоков ключей. Выходы блока 15 управления под-, ключены к соответствующим управляющи входам первого 16 и второго 17 блоков ключей, выходы которых подключены соответственно к входам усилит ля 18 отклонения по координате У и усилителя 19 отклонения по координа те X. Устройство работает следующим образом. Тактовые импульсы с генератора 1 поступают на вход второго счетчика 4. Счетчик 4 работает в режиме счет+ с естественной сменой состояний, изменяя их от О до 2 -1, где к - число разрядов счетчиТса 4. Сигнал переноса счетчика 4 подается на вход реверсивного счетчика 7, который считает в режиме счет+ от О до , а затем в режиме счет- от до О и т.д., где И - число разрядов реверсивного двоичного счетчика 7. Сигнал реверса с реверсивного счетчика 7 подается на вход первого счетчика 13, который работает в ре-, жиме счет с естественной сменой состояний, изменяя их от О до ; 2-1, где УН - число разрядов счетчика 13. Так как выходы разрядов реверсивного двоичного счетчика 7 соединены с цифровыми входами цифро-аналогового преобразователя-2, то с выхода последнего можно получить пилообразное напряжение, изменяющееся симметрично относительно потенциала земли (общей.точки устройства). Это напряжение имеет вид, показанный, например, в начале временной диаграммы сигнала У (фиг.2). Для реализации функции сдвига начала координат изображения в любую точку экрана необходимо, чтобы амплитуда пилообразного напряжения была вдвое больше напряжения, соответствующего смещению луча на край экрана элт. Блок 15 управления ключами пред-: назначен для выработки управляющих сигналов для блоков 16 и 17 ключей. Так как вид управляющих сигналов определяется конкретной реализацией устройства, рассмотрим исполнение устройства, формирующего на экране ЭЛТ картину, изобрс1женную на фиг.4. Картина {фиг.4) содержит нулевые координатные линии 20, проходящие через начало координат; линию 21 сетки; вертикальную шкалу 22, горизонтальную шкалу 23j яркую точку 24, соответствующую началу координат; яркий крест 25 (яркая точка 24 и крест 25 образуют идентификатор начала координат); репер 26, формируемый в виде круга с изменяемым радиусом; наблюдаемая характеристика 27, в данном случае вхрдная характеристика типового ТТЛ-элемента. Для формирования картины (фиг.4) блок 15 управления ключами должен вырабатывать последовательность управляющих импульсов УИ1 - УИ35, которые подаются на соответствующие входы блоков 16 и 17 ключей (фиг.1). Блок 15 управления ключами выполнен, например, в виде комбинсщйонной схемы с шестью входными переменньгми, из которых четыре поступают с разрядов второго двоичного счетчика 4, а два - с выходов разрядов первого двоичного счетчика 13, либо с помощ ю программируемого запоминающего устройства ППЗУ и т.п. Сигналы УИ34 и УИ35 могут быть представлены в следующем виде УИ34 УИ18 Y УИ19 V УИ32 УИ35 : УИ15 V уи17 V УИ18 и реализуются с помощью комбинационной схемы ( V - знак дизъюнкции).

УИЗ формируется с помощью дешифратора по структуре, определяемой требуемой яркостью и количеством наблюдаемых характеристик объектаt

Рассмотрим подробно формированиекартины (фиг.4).

В период действия такта О счетчи ка 13 (фиг. 2 и 3) блок 15 управления ключами формирует управляющие импульсы УИ1, УИ4,,.,,УИ16. Импульс УИ1 открывает соответствующий, ключ блока 16 ключей и ко входу усилителя 18 отклонения по координате 4 через открытый аналоговый ключ подключается выход цифро-аналогового преобразователя 2, поэтому на верти кально-отклоняющих пластинах будет действовать лииейно иэменякндееся напряжение (сигнал на фиг.2).

Блок 17 ключей в период действия такта О счетчика 4 управляется импульсами УИ4,...,УИ16 (фиг.За). При этом на вход усилителя 19 отклонения по координате X через соответствующие открытые аналоговые ключи будут поочередно подаваться напряжения с выходов источника 12 постоянных напряжений (период действи УИ4,...,УИ14), напряжение с шестого выхода источника 3 регулируемых напряжений (период действия УИ15) и напряжение со второго выхода блока 6 формирования (в период действия УИ16).

Так как каждый управляющий импул из числа УИ4,...,УИ16 формируется на такте О счетчика 13, то осциллограмма напряжения на горизонтально отклоняющих пластинах ЭЛТ будет выглядеть так, как показано на фиг.2 для сигнала X на такте 0.

В действительности осциллограмма сигнала X на такте О состоит из прерывистых линий, однако, благодаря большому количеству штрихов, каждая линия представляется оператору сплошной линией, яркость которой в 16 раз меньше яркости осциллограмко пилообразного напряжения, действующего на вертикально-отклоняющих пластинах-ЭЛТ (сигнал на такте 0). В результате совместного действия н пряжений на отклоняющих пластинах ЭЛТ на ее экране на такте О луч рисует одиннадцать вертикальных линий координатной сетки, вертикальную осевую линию, проходящую через начало координат и вертикальную шкалу (фиг.4).

Для наглядности на фиг.4 изображен случай, когда начало координат не совпадает ни с одним из узлов сетки. На практике для удобства наблюдения начало координат совмещают с одним из узлов сетки. При этст осевые линии, проходящие через на1чало координат, имеют яркость вдвое большую яркости линий сетки. Так

как длительность импульса УИ16 вдво больше длительности импульсов УИ1,...,УИ15 (фиг.За), то яркость шкалы будет в два раза выше яркости линий сетки.

В период действия такта 1 счетчика 13 блок 1Ь управления ключами формирует УИ17,...,УИ2О (фиг.36).

При формировании УИ17 на вход У ЭЛТ через соответствующий открытый аналоговый ключ подается напряжение с первого выхода блока 5 формировани идентификатора начала координат. Одновременно на вход 1 подается напряжение с шестого выхода источника 3, соответствующее, смещению начала координат по оси .

Блок 5 формирования идентификатора начала координат содержит делитель напряжения, на вход которого поступает пилообразное напряжение с выхода ЦАП12 и два сумматора, на один вход которых поступает напряжение с выхода делителя напряжения, а на другие входы соответственно напряжения с шестого и седьмого выходов источника 3 напряжений, соответствующие смещению начала координат по вертикали и горизонтгши. Выходы сумматоров являются выходами блока 5. В результате совместного действия Нсшряжений на отклоняющих пластинах ЭЛТ в период формирования сигнала УИ17 блоком 15 управления на экране изображается вертикальная линия креста - идентификатора начала координат (фиг.4).

В период действия сигнала УИ18 на вход усилителя 18 через соответствующий открытый ключ подается на-i пряжение с пятого выхода источника 3, на вход усилителя 19 - напряже- ние с шестого выхода источника 3.

В результате совместного действия напряжений с выходов усилителей 18 и 19 на отклоняющих пластинах ЭЛТ луч рисует на экране яркую точку центр идентификатора начала координат.

В период действия сигнала УИ19 на вход усилителя 18 через соответствующий открытый ключ блока 16 ключей поступает напряжение с пятого выхода источника 3, на вход усилителя 19 поступает напряжение со вто- рого выхода блока 5 формирования идентификатора начала координат. При этом на экране ЭЛТ изображается горизонтальная линия креста.

В период действия сигнала УИ20 на вход усилителя 18 напряжение поступает с первого выхода блока 11 формирования репера, а на вход усилителя 19 - напряжение со второго выхода блока 11. Блок формирования репера состоит из синусно-косинусного генератора с регулируемой амплитудой сигналов и двух сумматоров.

на первые входы которых соответственно поступают синусоидальный и косинусоидальный сигналы с выхода генератора сигналов, а на вторые входы соответственно напряжения с первого и второго выходов источника 3, кото рые соответствуют смещению репера по осям координат;. Выходы сумматоров являются соответственно первым и вторым выходами блока 11. Так как длительность импульсов 1УИ17,...,УИ20 втрое больше длительHociH импульса УИ14, яркость идент) фикатора начала координат и репера втрое больше яркости линий сетки..

На такте 2 работы счетчика 1з блок 15 управления ключами формирует импульсы УИ21,...,УИЗЗ. При этом формирование напряжений на отклоняющих пластинах ЭЛТ происходит аиалогично такту О, с той лишь разницей, что теперь на вход Ч ЭЛТ поступают сигналы, которые подавались в такте О на вход X ЭЛТ, и наоборот. Поэтому на такте 2 счетчика 13 на экране изображаются горизонтальные линии сетки, горизонтальная осевая линия, проходящая через начало координат и горизонтальная шкала.

На такте 3 работы счетчика 13 управляющий импульс УИЗ открывает соответствующие аналоговые ключи и устройство формирует на экране ЭЛТ характеристику анализируемой схемы, так как при этом на. горизонтально отклоняющих пластинах ЭЛТ действует напряжение, пропорциональное входному напряжению анализируемой схемы, а на вертикально отклоняющих пластинах - напряжение, пропорциональное входному току анализируемой схек«. управляющий импульс УИЗ реализуется на дешифраторах по структуре, определяемой требуемыми яркостью и 5 количеством наблюдаемых характеристик.

Статическая характеристика анали. зируемой схемы может наблюдаться для

двух состояний схемы, например вход0 ная характеристика элемента 2И-НЕ, когда на втором входе действует уровень О , либо уровень выходная характеристика для состояний О выхода, либо 1 на выходе

5 и т.д.

Поскольку наблюдаемой характеристике отводится целый такт работы счетчика 13, то в это время можно одновременно наблюдать четыре различQ ных характеристики, яркость которых в 4 раза больше яркости линий сетки. Например, можно наблюдать выходные характеристики транзистора при четырех значениях тока базы.

е Таким Образом, в течение каждого такта работы первого счетчика 13 на экране ЭЛТ может отображаться до 2 фрагментов картины (к - разрядность двоичного счетчика 4), т.е. объем отображаемой информации увеличивает0 ся в 2 раз по сравнению с прототипом. Практически можно задавать знач чение К от 1 до 4 без заметного iухудшения качества иэображен.я.

Изобретение позволяет повыситьТь

5 быстродействие отображениястатических характеристик объекта и тем самым повысить точность их определения. .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА НА .ЭКРАНЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ (ЭЛТ), содержащее генератор тактовых импульсов, последовательно соединенные реверсивный счетчик, первый счетчик, блок управления ключгиии, первый блок ключей и усилитель отклонения по координате У, последовательно соединенные второй блок ключей и усилитель отклонения по координате X, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, блок формирования измерительного напряжения и измерительный элемент, блок формирования иде{1тификатора начала координат,блок формирования шкалы, источник регулируемого напряжения, дифференциальный усилитель, блок формирования репера и источник постоянного напряжения, выход блока управления ключами соединен со вхо-, дом второго блока ключей, вход цифро-аналогового преобразователя соединен о выходом реверсивного счетчика, а выход - с входами блока идентификатора начета координат и первым и вторым блоками ключей, первый |И второй выходы источника регулируемого напряжения соединены соответст1венно с первым и вторым входами блока формирования репера, первый выход которого соединен с входом пер-, вого блока ключей, а второй выход с уходом второго блока ключей, третий и четвертый выходы источника регулируемого напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования шкалы, первый выход которого соединен с входом первого блока ключей, а второй выход - с входом второго.блока ключей, пятый выход источника регулируемого напряжения соединен с первым входом блока формирования идентификатора начала координат и с входом первого блока ключей, шестой выход источника регулируемого напряжения § соединен со вторым входом блока формирования идентификатора начгша координат и со входом второго блока ключей, первый выход блока формирования идентификатора начала координат соединен с входом первого блока ключей, а второй выход - с входом ,второго блока ключей, выходы источника постояяного напряжения соединены с соответствуклцими входами пер3 fO вого и второго блоков ключей, выход блока формирования измерительного напряжения соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом первого X блока ключей, выход измерительного : элемента соединен со вторым входе дифференциального усилителя, входом второго блока ключей и входом анализируемого объекта, отличающееся тем, что, с целью повыдения быстродействия, в него введен второй счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход переноса - с входом реверсивного счетчика и с третьим входом блока формирования шкалы,раз-/ рядные выходы второго счетчика соеШинёны с входами блока управления (кгаочгиии.

ytii

т ю

ВШ---

i

Фигг

. , .:; .

: