Устройство для формирования импульсов Советский патент 1987 года по МПК H03K5/04 

1.

Итоб1м тение отиос:ит(::я к импульс-- ной технике и может быть нспопъчо- пано в системах автоматического управления и регулирования.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения формирования любой частоты и длительности импуль-- сов из всех возможных в рабочем диапазоне .

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - времен- tibie диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - схема сумматора; на фиг.4 - блок сложения по mod 2. Предлагаемое устройство (фиг,1) содержит генератор 1 импульсов, формирователь 2 двоичных кодов, первый триггер 3, элемент 4 задержки, коммутатор 5, второй 6 и третий 7 триггеры, сумматор 8, первый элемент И 9 формирователь 10 логической единицы, счетчик 11 импульсов, регистр 12, второй элемент И 13, формирователь 14 импульсов, блок 5 сложения по mod 2, первый элемент ИЛИ 16, третий элемент И 17, второй элемент ИЛИ 18, цервую 19, вторую 20, третью 21,чет- вертую 22, пятую 23 и шестую 24 шины управления и выходную шину 25.

В устройстве для формирования импульсов первый и второй входы коммутатора 5 подключены к первому и второму выходам первого триггера 3, входы которого -являются второй 20 и пятой 23 шинами управления. Третий и четвертый входы коммутатора 5 подключены соответственно к выходам регистра 12 и формирователя 2 двоичных кодов, а выход соединен с третьим входом сумматора 8, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго элемента И 13 блока 15 сложения по mod 2, а выход соединен с первым входом счетчика 11 импульсов и с первым входом регистра 12, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ 16. Пер - вый вход блока 15 сложения по mod 2 соединен с третьей шиной 21 управления, а второй вход подключен к четвертой шине 22 управления и соединен с вторым входом второго элемента И 13, первый вход которого подключен к выходу формирователя 10 логической единицы. Вход формирователя 14 импульсов соединен с выходом счетчика П импульсов, а выход подключен к

„

,

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

2

второму кх.оду третьего элемента И Г/, к первому входу второго триггера 6 и к первому входу второго элемента ИЛИ 18, выход которого соединен с вторым входом счетчика 11 импульсов.Первый и второй входы третьего триггера 7 подключены соответственно к выходу элемента 4 задержки и второму входу второго триггера 6 и к второй шине 20 управления, а выход соединен с первым входом первого элемента И 9, второй вход которого подключен к выходу генератора 1 импульсов, а выход соединен с вычитающим входом счетчика 11 импульсов. Первая шина 19 управления подключена к первому входу третьего элемента И 17, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ 16. Дополнительная шина 24 управления соединена с вторыми входами первого 16 и второго 18 элементов ИЛИ и с входом элемента 4 задержки, выход которого подключен к третьему входу второго триггера 6, выход которого соединен с выходной шиной 25.

Сумматор 8 содержит (фиг.З) п одноразрядных полных сумматоров, объединенных входами переноса. При этом на первый сумматор подаются младшие (LSB) разряды чисел, а на его вход распространения переноса поступает сигнал с выхода элемента И 13. На п-й одноразрядный сумматор подаются старшие (MSB) разряды двоичных кодов . .

Блок 15 сложения по mod 2 содержит (фиг.4) п двухразрядных схем сложения по mod 2, первые входы которых объединены и подключены к шине 22 управления, а вторые входы соединены с шиной 21 управления.

Коммутатор 5 выполнен, например, на элементах 2И-ИЛИ, Формирователь 14. импульсов, например, представляет собой одновибратор со схемой запуска по переднему фронту выходного сигнала.

Формирователь 2 двоичных кодов может быть вьтолнен различными способами. Самой простой реализацией формирователя 2 является представление его в виде наборного поля, сос- тояш,его ИЗ; переключателей (тумблеров) , количество которых равно разрядности регистра 12 и счетчика 11 импульсов. При помош 1. пвреключате-- лей (путем подачи уровня оюгических

.- 10

15

25

312«:-,

нуля RHH единицы) осуществляется поразрядный набор требуемого кода. В более сложных вариантах, позволяющих осуществлять автоматический набор кодов, формирователь 2 двоичных 5 кодов содержит, например, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое занесены двоичные коды, микропроцессор, подключенный к адресной шине ПЗУ и задающий адрес для выбор ки необходимого кода, и регистр, подключенный к выходу ПЗУ и необходимый для хранения считанного из ПЗУ кода. Выход регистра является выходом формирователя 2.

На временных диаграммах (фиг.2) приведены следующие сигналы: U - напряжение на шине 24, U - напряжение на выходе элемента 4 задержки, U - напряжение на выходе триггера 7, U - 20 напряжение на выходе генератора 1, j напряжение на выходе элемента 9, Ug - напряжение на шине 20,U - напряжение на выходе формирователя 14, и - напряжение на выходе элемента ИЛИ 18, Ug - напряжение на вы- ходе триггера 6, U, напряжение на ине 19, и,, - напряжение на выходе лемента И 1 7, U - напряжение на выходе элемента ИЛИ 16, U - напряжение на ине 22, и,, - напряжение на шие 23, - напряжение на прямом выходе триггера 3, U - напряжение

TO

на выходе элемента И 13. Для показанного на фиг.2 случая с выхода фор- мирователя 2 поступает двоичньш код числа пять, а на шине 21 управления будет двоичный код числа два (в режие изменения частоты) и закон измеения частоты носит линейньш характер.

Устройство работает следующим об разом.

С помощью формирователя 2 набира т ется двоичный код (например, числа пять 10IO...O), определяющий длительность и частоту формируемых импульсов . Так как в исходный момент триггер 3 находится в состоянии О,на его инверсном выходе присутствует высокий потенциал, который разрешает прохождение двоичного кода с выхода формирователя 2 через коммутатор 5 на один из входов сумматора 8. На другие входы сумматора 8 поступает нулевой код (одни нули) р выхода блока 15 сложения по mod 2 и низкий потенциал с выхода элемента И 13 так

40

45

50

55

10

15

25

12«:-,

5е - 20 е

-

т 40

45

50

55

/А4

как на щинах 21 и 22 нет управляющих сиг налов. Следовательно, двоичный код проходит сумматор 8 без изменения и поступает на ир формационные входы регистра 12 и счетчика II импульсов. Затем на дополнительную шину 24 поступает сигнал пуска, который проходит через элементы ИЛИ 18 и 16 и записывает двоичный код (10IO...O) соответственно в счетчик 11 и в регистр 12. Одновременно сигнал пуска поступает на вход элемента 4 задержки, с выхода которого устанавливает триггеры 6 и 7 в состояние 1. Задержка на элементе 4 необходима для того, чтобы информация (двоичный код) была записана в счетчик 1I раньше, чем на его вход начнут поступать импульсы. В результате установки триггера 6 в состояние 1 на выходной шине 25 формируется передний фронт первого импульса, а высокий потенциал с выхода триггера 7 открывает элемент И 9 дпя прохождения импульсов от генератора 1 на вычитающий вход счетчика 11. Как только содержимое счетчика 11 становится равным нулю (т.е. из него вычитается число импульсов, равное числу, записанному в регистр 12), очередной импульс генератора 1, поступивший на вычитающий вход этого счетчика, переводит счетчик I1 из нулевого состояния в состояние заполнения, когда все его разряды равны 1. В этот момент на выходе (BR) счетчика 1I появляется сигнал заема, который поступает на вход формирователя 14. По переднему фронту сигнала заема формирователь 14 вырабатывает импульс, который приходит на счетный вход триггера 6 и устанавливает его в состояние О, т.е. заканчивает формирование первого импульса на выходной шине 25. Одновременно импульс с выхода формирователя 14 проходит через элемент ИЛИ 18 и вновь записывает код (1010...0) с выхода суммато- , ра 8 в счетчик 11, который начинает новый цикл уменьшения своего содержимого, а также поступает на вход элемента И 17. Но так как на шине 19 нет управляющего сигнала, поступивший импульс на вход элемента ИЛИ 16 не проходит. Очередной сигнал заема счетчика 11 приводит к появлению нового импульса на выходе формирователя 4, который, поступив на счетный вход триггера 6, изменяет его состояние на противоположное, т.е. переводит его из состояния О в 1. Импульс с выхода формирователя 14 записывает код с выхода сумматора 8 в счетчик 11, а описанный процесс формирования импульсов на выходной шине 25 устройства повторяется.

Если необходимо очень быстро перейти на новую частоту (практически мгновенно), на шину 21 подается двоичный код (1000...О или 010...О, или ПО...О и т.д.) любого натурального числа (1,2,3 и т.д.) в пределах разрядности счетчика 11, определяющий величину изменения длительности формируемых импульсов и их частоты. Двоичный код поступает на вход блока 15 сложения по mod 2.

Если необходимо уменьшить частоту формируемой последовательности импульсов, на шине 22 управления остается сигнал О, который по-прежнему закрьгоает элемент И 13, а также поступает на второй вход блока 15 сложения по mod 2. В результате сложения по mod 2 каждого разряда двоичного кода с нулем, поступивший код не изменяется и с выхода блока 15 приходит на второй вход сумматора 8. Так как элемент И 13 закрыт, сигнал О с его выхода поступает на третий вход (вход CR распространения переноса) сумматора 8. Сумматор 8 осуществляет суммирование кода формирователя 2 с двоичным кодом (например, 010...О числа два), поступившим с выхода блока 15. Первый же (после подачи двоичного кода на шину 21) им пульс с выхода формирователя 14 записывает получаемый на выходе сумматора 8 результат (код 1110 числа семь) в счетчик 11, который начинает новый цикл уменьшения своего содержимого.

Так как содержимое счетчика 11 теперь увеличилось на величину двоичного кода, следующий сигнал заема на его выходе появляется позже, чем предыдущий, а следовательно, и новый импульс на выходе формирователя 14 формируется позже, чем предьщущий.Таким образом, увеличивается интервал появления сигналов на выходе формирователя 14 и,следовательно, умень- щается частота формируемых на выходной шине 25 импульсов.

Если же необходимо увеличить частоту формируемой последовательности импульг.ов, одновременно с подачей ко

5

0

5

0

5

0

5

0

5

да на шину 21 на шину 22 управления поступает сигнал 1, который открывает элемент И 13, а также поступает на вход блока 15 сложения по mod 2. Процесс увеличения частоты заключается в уменьшении содержимого, записываемого в счетчик 11, т.е. в вычитании из кода формирователя 2 двоичного кода на шине 21. Для выполнения вычитания необходимо суммировать код формировател,я 2 с дополнителъньм кодом, равным обратному (инвертированному) значению двоичного кода плюс единица. Поэтому в результате сложения по mod 2 каждого разряда двоичного кода (010...0) с единицей в блоке 15, поступивший код инвертируют (в разряде, где бьша 1, становится О, а где бьт О - 1, т.е. код о 10...о становится теперь кодом 101...1), а с выхода формирователя 10 логической единицы через элемент И 13 подают в сумматор 8 сигнал 1. В результате суммирования на выходе сумматора 8 появляется код формирователя 2 (код 1100...О числа три),умень- шенный на величину двоичного кода, а устройство работает так же, как и в случае уменьшения частоты. Однако последующий сигнал заема на выходе счетчика 11 появляется бысФрее, чем предыдущий, на число периодов тактовых импульсов генератора 1, соответствующее двоичному коду на шине 21, а следовательно, уменьшается временной интервал между импульсами на выходе формирователя 14, частота сигналов на выходной шине 25 увеличится.

Если теперь необходимо вернуться к первоначальной частоте, на шину 21 вновь подается нулевой код, а на шину 22 поступает сигнал О. В результате код формирователя 2 проходит на выход сумматора 8 без-изменения и переписывается в счетчик 11, и устройство переходит на формирование импульсов первоначальной частоты и длительности.

Если необходимо плавно изменить частоту по линейному или любому другому закону, на шину 23 поступает сигнал перехода с одной частоты на другую, который устанавливает триггер 3 в 1, В результате этого на инверсном выходе триггера 3 устанавливается сигнал О, а на прямом выходе - высокий потенциал (1), который разрешает прохождение содео

71

жимого регистра 12 через коммутатор 5 на вход сумматора 8. После сигнал перехода на шины 19, 21 и 22 подаются остальные управляющие сигналы. На шину 19 поступает сигнал 1, который открывает элемент И 17, а на шину 21 - двоичный код, задающий крутизну изменения частоты (как и ранее это код 010...О числа два). На шину 22 подается сигнал О, если требуется уменьшить частоту, и сигнал 1, если необходимо ее увеличить. Допустим, частоту надо уменьшить и на шине 22 находится сигнал О. Содержимое регистра 12 (код 1010...О числа пять), поступающее с выхода коммутатора 5, суммируется с двоичным кодом (010...О числа два), поступающим с выхода блока I5 сложения по mod 2. Первьш же импульс (после подачи сигнала перехода) с выхода формирователя 14 проходит через элемент ИЛИ 18 и записывает результат (код 1110...0 числа семь) с выхода сумматора 8 в счетчик I1, который начинает очередной цикл уменьшения своего содержимого. Одновременно этот же импульс поступает на счетный вход триггера 6

и изменяет его состояние на противо

положное, а такнсе проходит через элементы И 17 и ИЛИ 16 и записывает результат (код 1110..-.0) с выхода сумматора 8 в регистр 12. Новое содержимое регистра 12 поступает на вход сумматора 8 через коммутатор 5 и сум мируется с двоичным кодом еще раз. На выходе у сумматора 8 получае тся новая сумма (10010...О числа девять) Так как содержимое счетчика 11 увеличивается, очередной сигнал заема на его выходе появится позже, чем предыдущий. Формирователь 14 формирует очередной импульс, который записывает новую сумму (код 10010...О числа девять) в регистр 12 и счетчик П. Описанный процесс формирования им- пульсов повторяется до тех пор, пока на шине 9 управления присутствует сигнал 1. При этом каждый последующий сигнал заема на выходе счетчика 11 и импульс на выходе формирователя 14 появляются позже предыдущего на число (в нашем случае, на два) периодов тактовых импульсов, соответствующее двоичному коду на шине 21 (так как содержимое счетчика 11 последовательно увеличивается на велииину двоичного кода). Следова

m

25

15

20

30

40

45

0

5

тельно, длительность очередного сформированного импульса больше длительности предыдущего на одну и ту же величину, что и обеспечивает плавность изменения частоты. Как только пропадает сигнал 1 на шине 19, элемент И закрывается и содержимое счетчика 11 перестает увеличиваться, так как результат суммирования с выхода сумматора 8 в регистр 12 не переписывается и получаемая сумма не изменяется и на выходную шину 25 устройства поступает теперь импульсная последовательность с частотой, меньшей ис- ходно й.

Если необходимо плавно увеличить . частоту импульсов, на шину 22 поступает сигнал 1, и ранее описанный процесс вычитания из одного числа с выхода коммутатора 5 двоичного кода с выхода блока 15 сложения по mod 2 повторяется, и устройство работает также, как и в случае плавного уменьшения частоты. Однако каждый последующий сигнал заема на выходе счетчика 11 появляется быстрее предыдущего на число периодов тактовых импульсов генератора 1, соответствующее двоичному коду (так как содержимое счетчика 11 последовательно уменьшается на величину двоичного кода) , а следовательно, длительность очередного сформированного импульса меньше длительности предыдущего импульса на одну и ту же величину.

Если на шину 21 поступает нулевой код, а на шине 19 есть сигнал 1, то независимо от сигнала на шине 22 содержимое счетчика 11 и регистра 12 в результате суммирования не изменяется. Таким образом, на выходе 25 устройства будет постоянная частота.

Если на шину 20 управления поступает сигнал выключения, триггеры 3, 6 и 7 устанавливаются в состояние О, элемент И 9 закрыт для прохождения импульсов и устройство прекращает формирование импульсной последовательности .

Плавность изменения частоты формируемых импульсов определяется как частотой генератора 1, так и величиной двоичного .кода, поступающего на шину 21, меняя который, можно в широких пределах изменять крутизну увеличения или уменьшения частоты не

только по линейному, по и другим яа- конам.

Сумматор 8 работает следующим образом.

В режиме уменьшения частоты с вы- хода блока 15 сложения по mod 2 пос- тупает пеинвертированный двоичный код (010,.,О числа два), а также код с выхода коммутатора 5 (1010...О числа пять) , В результате сложения

IQIO

0100...f,

получаем код 1110 числа семь

I 1110

Так как в этом режиме работы с выхо- да элемента И I3 на вход распространения переноса (CR) поступает сигнал

О, результат суммирования не изменяется.

В режиме увеличения частоты сумма тор 8 вьтолняет операцию вычитания следующим образом. С выхода блока 15 поступает инвертированное значение двоичного кода (1011 - инвертированный код числа два), а с выхода элемента И 13 - сигнал .логической единицы от формирователя 10, который поступает на вход распространения переноса. С выхода коммутатора 5 подается содержимое или формирователя 2, или регистра 12 (код 1010...О числа пять). В результате сложения

.1010

переноса

lyii получаем результат 0100,к которому добавляется единица по входу

0100

1

1 100 , .Полученный код 1100 числа три и есть результат вычитания из числа пять числа два,

Блок 15 сложения по mod 2 работает следующим образом.

По шине 21 в блок 15 поступает двоичный код(0100..,О числа два) а по шине 22 управления - сигнал О, что соответствует режиму уменьшения частоты, В результате поразрядного сложения с нулем двоичного кода

0 4 +0 .0 О О

о т о получаем поступивший код (О10...0)без изменения.

В режиме увеличения частоты по шине 22 поступает сигнал 1, поэтому в результате поразрядного сложе НИН каждого разряда кода с единицей

1 о 1 двоичный код инвертируется и в разрядах, где была логическая 1, становится О, а где был О - становится 1.

В качестве формирователя 10 логической единицы обычно используют инвертор, вход которого подключен к шине Земля, т.е. к логическому нулю, В результате на выходе инвертора постоянно присутствует сигнал логической единицы.

Формула изобретения

0

5

0

5

Устройство для формирования импульсов, содержащее генератор импульсов , формирователь логической единицы, сумматор, первый, второй и третий элементы И, первый элемент ИЛИ, первый и второй триггеры, коммутатор, блок сложения по mod 2, счетчик импульсов, формирователь импульсов и первую, .вторую, третью, четвертую и пятую шины управления, причем первый вход второго элемента И соединен с выходом формирователя логической единицы, а выход подключен к первому входу сумматора, первый вход третьего элемента И соединен с первой шиной управления, а выход подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, первый вход первого триггера соединен с второй шиной управления, а первый и второй выходы подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, первый и второй входы блока сложения по mod 2 соединены соответственно с третьей шиной управления и с четвертой шиной управления и вторым входом второго элемента И, а выход подключен к второму входу сумматора, первый вход счетчика импульсов соединен с выходом сумматора, а выход подключен к входу формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом второго триггера, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены формирователь двоичных кодов, регистр, второй элемент ИЛИ, третий триггер и дополнительная шина управления, при этом первый и второй входы регистра соединены соответственно с выходами сумматора и первого элемента ИЛИ, а выход подключен к третьему входу-коммутато0

5

0

pa, четвертый вход которого соединен с выходом формирователя двоичных кодов, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый и второй входы третьего триггера соединены соответст-5 венно с выходом элемента задержки и с второй шиной управления и вторым входом второго триггера, а выход подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с О выходом генератора импульсов, а выг ход подключен к вычитающему входу счетчика импульсов, выход формирователя импу.иьсов с;оеди 1ен с вторым входом третьего элемента И и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу счетчика импульсов, дополнительная шина управления соединена с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ и с входом элемента задержки, выход которого подключен к третьему входу второго триггера, выход которого соединен с выходной шиной, пятая шина управления подключена к второму входу первого триггера.

Фиг.2

Фиг.

Изобретение может быть использовано в системах автоматического управления и регулирования. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит генератор I и myльcoв, тригзадержки, комгеры 3 и 6, элемент 4 мутатор 5, сумматор 8, элементы И 9, 17 и 13, формирователь 10 логическрй единицы, счетчик 11 импульсов, формирователь 14 импульсов, блок 15 сложения по модулю два, элемент ИЛИ 16 и шины 19-23 управления. Введение формирователя 2 двоичных кодов, регистра 12, элемента ИЛИ 18, триггера 7, шины 24 управления и образование новых функциональных связей обеспечивают формирование любой частоты и длительности импульсов из всех возможных в рабочем диапазоне. 4 ил. (/ 00 СП сд 4&