Устройство для формирования импульсов Советский патент 1986 года по МПК H03K5/04 

рым входом блока сложения по модулю 2 и подключен к четвертой шине управления, выход сумматора соедиИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности регулирования крутизны изменения частоты импульсов по любому закону.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройстваJ на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 и 4 - соответственно структура сумматора и блока сложения по модулю 2 на фиг. 5 и 6 - кривые изменения (увеличения) частоты с различной крутизной.

Устройство для формирования импульсов (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов, первый элемент 2 И, первый триггер 3, второй элемент А И, коммутатор 5, третий элемент 6 И, первый формирователь 7 импульсов, элемент 8 задержки, первый счетчик 9 импульсов, второй счетчик 10 импульсов, второй триггер 11, второй формирователь 12 импульсов, сумматор 13, формирователь 14 логической единицы, элемент 15 ИЛИ, четвертый элемент 16 И, блок 17 сложения по модулю 2, входную шину 18, первую, вторую, третью и четвертую шины 19, 20, 21 и 22 управления дополнительную шину 23 управления и выходную шину 24.

В устройстве для формирования импульсов первый вход коммутатора 5 соединен с выходом генератора 1 импульсов, а второй и третий входы подключены соответственно к первому и второму выходам первого триггера 3, первый и второй выходы коммутатора 5 соединены соответственно с суммирующими входами первого и второго счетчиков 9 и 10 импульсов и с вычитающим входом первого счетчика 9 импульсов, первый вход пернен ,с третьими входами перно- го и второго счетчиков импульсов .

вого элемента 2 И подключен к первой шине 19 управления, а выход соединен с первым входом первого триггера 3, второй вход которого

подключен к второй шине 20 управле-. ния, первый вход второго элемента 4 И соединен с первым выходом первого триггера 3, а второй вход подключен к входной шине 18, выход

второго элемента 4 И соединен с входом первого формирователя 7 импульсов и с первым входом элемента 15 ИЛИ, выход которого подключен к выходной шине 24, а второй вход

5 соединен с выходом второго триггера 1 1 , первый выход первого формирователя 7 импульсов подключен к первым входам первого и второго счетчиков 9 и 10 импульсов и второ0 го триггера 11, а второй выход соединен с вторым входом первого элемента 2 И, первый вход третьего элемента 6 И подключен к третьей шине 21 управления, а выход соеди5 нен с входом элемента 8 задержки, выход которого подключен к второму входу второго счетчика. 10 импульсов, вход второго формирователя 12 импульсов соединен с выходом первого

Q счетчика 9 импульсов, а выход подключен к вторым входам третьего элемента 6. И, второго триггера 11 и первого счетчика 9 импульсов, первьш, второй и третий входы сумматора 13 соединены соответственно с выходами второго счетчика 10 импульсов, блока 17 сложения по модулю 2, первый вход которого подключен к дополнительной шине 23 управления и четвертого элемента 16 И, первый вход которого подключен к выходу формирователя 14 логической единицы, а второй вход объединен °с вторьм входом блока 17 сложения по модулю 2 и соединен с четвертой шиной 22 управления.

Сумматор 13 содержит (фиг. 3)h одноразрядных полных сумматоров.

0

5

3

объединенных цепями переноса. При этом на первьй сумматор подаются младише (LSB) разряды чисел, а на его вход распространения переноса поступает сигнал с выхода элемента 16 И. На п-и одноразрядный суммато подаются старшие (MSB) разряды двоичных чисел. Выходы сумматора поразрядно соединены с п-входами D-счетч ков 9 и 10.

Блок 17 сложения по модулю 2 содержит (фиг. 4) п двухразрядных схе сложения по модулю 2 первые входы которых объединены и подключены к шне 22 управления, а вторые входы соединены с дополнителъной шиной 23 управления.

Формирователь 12 импулъсов представляет собой, например, одновибра тор со схемой запуска по переднему фронту или обычный формирователь, выполненный на базе элемента совпадния, на один вход которого подается входной сигнал, а на другой ее вход поступает этот же сигнал, но задержанный и инвертированный. Длительность задержки определяет длительность формируемого импульса.

В качестве формирователя 14 логической единицы обычно используется инвертор, вход которого подключен к общей шине, т. е. к логическому нулю. В результате на выходе инвертора постоянно присутствует сигнал .логической единицы.

На временных диаграммах (фиг. 2) приведены следующие сигналы: Ui - напряжение на входной шине 18, U - напряжение на первом (инверсном) выходе триггера 3, U - напряжение на выходе элемента 4 И; Щ и Us - напряжения на первом и втором выходах формирователя 7; U, - напряжение на шине 19 управления; U, - напряжение на выходе элемента 2 И; U - напряжение на втором выходе триггера 3j Us - напряжение на шине 21 управления-, - напряжение на выходе генератора 1, - напряжение на шине 22 управления, Цг - напряжение на суммирующих входах счетчиков 9 и 10, Uij - напряжение на вычитающем входе счетчика 9; и,г, - напряжение на выходе формирователя 12, напряжение на выходе триггера 11; U(, - напряжение на выходе элемента 6 И; U| - напряжение на выходе элемента 8 задержки; U(g - напряжение на вы052734

ходе элемента 16 И; Uj - напряжение на выходной шине 24 устройства.

Для показанного на фиг. 2 случая на шину 23 управления поступает, пос- 5 тоянно. двоичный код числа два а закон измерения частоты носит линей- ньй характер, причем сигнал U« (шина 22) соответствует сначала уменьшению (логический О), а затем уве- 10 личению (логическая 1) частоты на выходе.

На фиг. 5 показаны зависимости изме нения частоты (ее увеличения) при неизменной частоте генератора 15 тактовых импульсов для устройства- прототипа (кривая 1) и для предлагаемого устройства (кривые 1 и 2), при этом на дополнительную шину 23 подается двоичный код числа один 20 (кривая 1), два, три, четьфе и пять ( кривые 2), а крутизна изменяется на угол с. .

На фиг. 6 представлен один из вариантов нелинейного закона увели- 25 чения частоты, когда в моменты времени t, , t, , tg и tj на шину 23 управления поступает двоичный код числа один, два, три и четыре соответственно.

J Устройство работает следующим образом.

Входная последовательность импульсов (скважность импульсов равна двум) поступает на шину 18. Так как в исходный момент триггер 3 находится в состоянии О, то коммутатор 5 подключен к суммирующему входу (+1) счетчика 9, а на инверсном выходе триггера 3 будет сигнал 1, который открывает элемент 4 И. Поэтому импульсы входной последовательности проходят через элемент 4 И или 15 ИЛИ на выходную шину 24 устройства. С выхода элемента 4 И эти же импульсы поступают на вход формирователя 7. По переднему фронту поступившего сигнала на одном из выходов формирователя 7 появляется импульс,, которьп устанавливает в состоянии О триггер 11, а также сбрасьгаает в О счетчики 9 и 10. Н-а суммирующие входы счетчиков 9 и 10 постоянно поступают импульсы генератора 1. С момента обнуления счетчиков 9 и 10 начинается из- 5 мерение длительности импульса

входной последовательности. По заднему фронту входного сиг-нала (т.е. по его окончании) на втором выходе .

формирователя 7 появляется импульс, который поступает на вход элемента 2 И, но так как на шине 19 нет уп- равляющего сигнала (т.е. сигнал равен О), то элемент 2 И будет зак- рыт и поступивший импульс на его выход не проходит. Описанный процес будет повторяться с каждым поступающим на вход формирователя импульсом.

Сигнал перехода с одной частоты на другую поступает на шину 19 в любой момент времени и открывает элемент 2 И. В результате импульс, сформированный по заднему фронту на втором выходе формирователя 7 и поступивший на вход элемента 2 И, проходит на его выход и устанавливает триггер 3 в состояние 1. Следовательно, сигнал 1 на инверсном выходе триггера 3 пропадает и вход- ные импульсы на выход элемента 4 И не проходят, а коммутатор 5 переключается на вычитающий вход (-1) счетчика 9. Таким образом, коли- чество записанных в счетчики 9 и 10 импульсов определяет длительность входного сигнала. После переключения .коммутатора 5 импульсы с выхода генератора 1 поступают на вычи- тающий вход счетчика 9 и уменьшают его содержимое, которое соответствует длительности сигнала входной последовательности. Содержимое счетчика 10 поступает на один из входов сумматора 13. После сигнала перехода на шины 21, 22, 23 подаются остальные управляющие сигналы. На шину 21 поступает сигнал 1, который открывает элемент 6 И, а на допол- нительную шину 23 - двоичный код (1000 или 0100, или 1100, и т.д.) числа (1, 2, 3 и т.д.), задаюпщй крутизну изменения частоты. Двоичный код поступает на вход блока 17 сложения по модулю 2. I

Если необходимо уменьшить частоту входной лоследовательности импульсов, то на шину 22 устройства подается сигнал О, которьй закрывает элемент 16 И для прохождения сигнала из формирователя 14 логической единицы, а также поступает на второй вход блока 17 сложения по модулю 2. В результате сложения по модулю 2 каждого разряда двоичного кода с нулем поступивший код изменяться не будет и с выхода бло

ка 17 приходит на второй вход сумматора 13. Так как элемент 16 И закрыт, то сигнал

О

с его выхода

5 O

5 0 5 0 j 0 5

5

0

поступает на третий вход сумматора 13. Сумматор 13 осуществляет суммирование содержимого счетчика lO с двоичным кодом. Как только содержимое счетчика 9 станет равно нулю (т.е. из него вычтется число импульсов, равное числу, записанному и в счетчик 10), то очередной импульс генератора 1, поступивший на вычитающий вход этого счетчика, переводит счетчик 9 из нулевого состояния в состояние заполнения, когда все его разряды равны 1. В этот момент на выходе (BR) счетчика 9 появляется сигнал заема, которьш поступает на вход формирователя 12. По переднему фронту сигнала заема формирователь 12 вырабатывает импульс, которьй приходит на счетньм вход триггера 11 и устанавливает его в состояние 1, а также проходит элемент 6 И, открытьм сигналом 1 на шине 21, и поступает на вход элемента 8 задержки. Одновременно импульс с выхода формирователя 12 записывает получаемый на выходе сумматора 13 результат в счетчик 9, который начинает новый цикл уменьшения своего содержимого, а,пройдя, элемент задержки, импульс переписывает результат суммирования также и в счетчик 10. Увеличенное на величину двоичного кода содержимое счетчика 10 поступает в сумматор, где осуществляется прибавление двоичного кода еще раз. Задержка на элементе 8 необходима для того, чтобы запись результата суммирования в счетчик 9 осуществлялась раньше, чем запись в счетчик 10.

Так как содержимое счетчика 9 было увеличено на величину двоичного кода, то следующий сигнал заема на его выходе появится позже, чем предыдущий. На выходе формирователя 12 вырабатывается новьй импульс которьй установит триггер 11 в состояние О, т.е. окончит формирование импульса с длительностью большей, чем длительность входного сигнала на число периодов тактовых импульсов генератора, соответствующее двоичному коду. Сформированньй импульс проходит через элемент 15 ИЛИ на выходную шину 24 устройст. 7,

ва. Одновременно импульс с выхода формирователя 12 записывает новый результат суммирования с выхода сумматора 13 в счетчик 9, а пройдя элементы 6 И и задержки 8 - в счетчик 10. Счетчик 9 начинает новый цикл отсчета импульсов, а на выходе сумматора 13 будет результат, увеличенный еще раз на величину двоичного кода. Описанньй процесс формирования импульсов повторяется до тех пор, пока на шине 21 управления присутствует сигнал 1. При этом каждьм последукцций сигнал заема на выходе счетчика 9 и импульс на выходе формирователя 12 появляется позже предьщущего на число периодов тактовых импульсов, соответствующее двоичному коду (так как содержимое счетчика 9 постоянно увеличивается на величину двоичного кода) и, следовательно, длительность очередного сформированного импульса будет больше длительности предыдущего на одну и ту же величину, что и обеспечивает плавность изменения частоты. Как только пропадает сигнал 1 на шине 21, то элемент 6 И закрывается содержимое счетчика 9 перестает увеличиваться (так как результат суммирования с выхода сумматора 13 в счетчик 10 не переписьшается) и на выходную шину 24 устройства станет теперь поступать импульсная последовательность с частотой большей исходной.

Если же необходимо увеличить частоту входной последовательности, то на шину 22 устройства подается сигнал 1, который открывает эле- мент 16 И, а также поступает на вход блока 17 сложения по модулю 2 Процесс увеличения частоты заключается в последовательном уменьшении содержимого счетчика 10, т.е. в вычитании из содержимого счетчика 10 двоичного кода. Для выполнения операции вычитания необходимо суммировать содержимое счетчика 10 с дополнительным кодом, равным обратному (инвертированному) значению двоичного кода, плюс единица. Поэтому, в результате сложения по модулю 2 каждого разряда двоичного кода с единицей в блоке 17, поступивший код инвертируют (в разряде, где была 1, станет О, а где был О станет 1), а с выхода формирователя 14 логической едини052738

цы через элемент 16 И подают в сумматор 13 сигнал 1. В результате суммирования на выходе сумматора 13 появляется уменьшенное на вели- , чину двоичного кода содержимое

счетчика 10, а устройство работает так же, как и в случае уменьшения частоты. Однако каждый последующий сигнал заема на выходе счетчика 9

10 будет появляться быстрее предыдуще-. го на число периодов тактовых импульсов, соответствующее двоичному коду, а следовательно, длительность очередного сформированного импульса

„ будет меньше длительности предьщущего импульса на одну и ту же величину.

Если на шину 23 поступит нулевой код (все его разряды равны нулю),

-.. а на шине 21 есть сигнал 1, то, независимо от сигнала на шине 22, содержимое счетчика 10 в результате суммирования изменяться не бу- бет. Таким образом, на выходе

2J 24 устройства будет постоянная частота.

Устройство работает как в реверсивном, так и в режиме одностороннего изменения частоты.

Если устройство работает в реверсивном режиме, т.е. увеличивает (уменьшает) частоту входной последовательности, а затем уменьшает (увеличивает) ее до прежней величины, то по окончании этого цикла на шину

35 20 подается сигнал, который устанавливает триггер 3 в состояние О и входная последовательность импульсов вновь поступает на выходную шину 24 устройства.

0 Если же устройство работает в режиме одностороннего изменения частоты, то после установки триггера 3 в состояние 1 на входную шину 18 устройства подается та новая

45 импульсная последовательность, на которую необходимо плавно перейти. После окончания процесса изменения частоты до нужной величины на шину 20 Подается сигнал, который возвра50 щает триггер 3 в состояние О, что открывает элемент 4 И для прохожде-i ния импульсов с шины 18 на выходную шину 24. При поступлении нового сигнала перехода на шину 19 начнет55 ся процесс дальнейшего изменения частоты.

Плавность.изменения частоты импульсной последовательности опреде-.

30

9ляется как частотой генератора 1 импульсов, так и величиной двоичного кода, меняя который можно в широких пределах изменять крутизну увеличения или уменьшения частоты не только по линейному, но и другим законам.

Если же на входную шину 18 устройства подается последовательность импульсов со скважностью, не равной двум, то она преобразуется в последовательность со скважностью, равной двум.

Сумматор 13 работает следующим . образом.

В режиме уменьшения частоты с выхода блока 17 сложения по модулю 2 поступает неинвертированный двоичный код (например, числа два - 0100 а также содержимое (например, числа десять - 0101) счетчика 10. В результате сложения 0101 получаем +0100 0011

код 0011 - числа двенадцать, В этом режиме на вход распространения переноса (CRP) с выхода элемента 16 И поступает сигнал О и поэтому результат суммирования не изменяетс

В режиме увеличения частоты сумматор выполняет операцию вычитания следующим образом.

С выхода блока 17 поступает инвертированное значение двоичного кода (1011 - числа два), а с выхода элемента 16 И сигнал логической единицы, который приходит на вход распространения переноса. От счетчика 10 подается его содержимое (код 0101). Ё результате сложения 0101

1.11 1110 I

05273 0

кодов получаем результат 1110, к которому добавляется единица по входу . переноса 1110. Полученный код 0001 -И

5 0001

числа восемь и есть результат тания из числа десять числа два.

Блок 17 сложения по модулю 2 работает следующим образом..

По дополнительной шине 23 управления в блок поступает двоичный код (например, 1100 числа три), а по

шине 22 управления сигнал О, что соответствует режиму уменьшения частоты. В результате поразрядного сложения с нулем входного кода 1

+0

1

1 О получаем поступивший код без +0 +0 1 О изменения.

В режиме уменьшения частоты по шине 22 управления в блок 17 поступает сигнал 1. Поэтому в результате поразрядного сложения кода с единицей двоичный код инвертируется 1 1 О ,, в разрядах, где была

tl. iL О О 1

логическая 1 станет О, а где был О станет 1.

Таким образом, устройство позволяет широко варьировать крутизну изменения частоты (см. кривые 2 на фиг. 5) без перестройки генератора тактовых И1-шульсов, а также задавать нелинейный закон изменения частоты (фиг. 6) в виде апроксимирующей ломанной линии, что существенно расширяет функциональные возможности устройства.

-ir - : -- - -Ч :::э- -) С5 Z :::i5i -о

гт

I

f«z.

i.I

Фаг.З

П

.б

- i

Фаг. 6

Составитель Г.Брынский Редактор А.Гулько Техред Ж.Кастелевич Корректор М.Максимишинец

Заказ 8538/57 Тираж 871Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

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