Оптоэлектронный кольцевой счетчик импульсов Советский патент 1987 года по МПК H03K23/78 

входы,триггерные ячейки 12.1 - 12.п. Для достижения поставленной цели в устройствовведены фотоприемник 6, нагрузочный резистор 7, входной

,-

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах вычислительной техники и автоматики..

.Цель изобретения - расширение об- ласти применения устройства за счет способности подсчитьшать как оптические так и электрические импульсы, расширения диапазона дли тельности входных импульсов, а так же за счет повьшшния чувствительности и расширения диапазона и н.о- менклатуры питающих напряжений.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - оптический вол- новодный переключатель; на фиг.З - схема, оптического переключателя на оптоэлектронных затворах.

Устройство содержит первьш счет- ный оптический вход 1,второй счет- ньш электрический вход 2, шину 3 питания , вход 4 установки в начальное состояние, вход 5 выбора направления счета, фотоприемник 6, нагрузочный резистор 7, входной блок 8, состоящий из источника 9 света, и двух оптических переключателей IО и 11, а также триггерные ячейки 12.1-i2.n, состоящие из двух фото- чувствительных элементов 13 и 14, трех оптоэлектронных затворов 15-17, двух.резисторов 18 и 19, оптического переключателя 20, при этом оптически переключатели 20 всех ячеек 12.1-}2.п и входного блока 8 имеют оптический вход 21 и два выхода 22 и 23 и управляющие электроды 24 и 25, каждая ячейка 12.1-12.П имеет электрический выход 26, оптический выход 27 и оптические связи 28, причем оптический вход Г соединен с оптическим входом фотоприемника 6, один из выводов которого соединен с шиной 3 питания, а второй - с электрическим входом 2, с управляющим электродом 24 оптичес

блок 8, состоящий из источника света 9 и двух оптических переключателей 10, 11, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

10

15

5

20 . - . е . п 35 25

кого переключателя 10 и через нагрузочный резистор 1-е. общей шиной, вход 4 сброса в исходное состояние соединен с з.лектродом 24 оптического переключателя 1 1 , вьг сод источника 9 света соединен с входом 21 оптического переключателя 11, выход 23 которого оптически связан с фоточувствительным элемец.том 13 ячейки 12.1, а выход 22 соединен с входом 21 оптического переключателя IО и с оптическим входом оптоэлектронного затвора 16 каждой ячейки, оптический выход которого является оптическим выходом 27 соответствующей ячейки, выход 22 оптического переключателя 10 оптически связан шрез оптозлект- ронный затвор 15 с фоточувствительным элементом 13 и входом 2 оптического переключателя 20 каждой ячейки, выход 23 оптического переключателя 10 оптически связан через опто- электронный затвор 7 с фоточувстви- тельньми элементами 13 и 14 каждой . . ячейки, в ячейках 12.1-12.П первые выводы фоточувствительных элементов 13 и 14 и оптоэлектронных затворов 15-17 подключены к шине 3 питания, второй вывод элемента 3 соединен с вторыми вьшодами затворов 15 и 16, с одним из вьшодов резистора 19 и с электрическим выходом ячейки 26, второй вывод элемента I4 соединен с вторым вьгоодом затвора I7 и с одним из вьгоодов резистора 18, вторые выводы резисторов 18 и 19 соединены с общей миной, выход 23 переключателей 20 ячеек 12.2-12.ii оптически связан с фоточувствительным элементом 14 предьщущей ячейки, а выход 23 переключателя 20 ячейки 12.1 .оптически связан с элементом 14 ячейки 12.и, выход 22 перЕжлючателей 20 ячеек 12.1-12.п-1. оптически связан с элементом 14 последующей ячейки, выход 22 переключателя 20

ячейки 12.h оптически связан с элементом 14 ячейки 12.1, электроды 24 переключателей 20 всех ячеек 12.1-12.11 соединены с входом 5 выбора направления счета, а электро-, ды 25 переключателей 20 всех ячеек 12.1-12.h и переключателей 10 и 11 соединены с общей шиной.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания необходимо счетчик установить в исходное состойние путем подачи импульса высокого потенциала на вход 4 сброса. При этом оптический переключатель .11 переключится, соединив вход 2 с выходом 23, и свет от источника света будет воздействовать только на фоточувствительный элемент 13

I2.1-12.H-1 оказьгеается связанным с фоточувствительным элементом 14 последующей ячейки, а выход затвора 15 ячейки 12.11 оказывается связанс ным с элементом 14 ячейки 12.1. На фоточувствительный элемент 14 ячейки 12.2 воздействует световой сигнал с выход затвора 15 ячейки 12.1, умен шая его сопротивление и отпирая зат

tO вор 17 ячейки 12.2. Если теперь по дать оптический импульс на вход 1, то сопротивление фотоприемника 6 уменьшится, на электроде 24 переключателя 1 О появится напряжение, близ15 кое к напряжению питания, которое приведет к переключению оптического переключателя 10, благодаря чему свет с его выхода 23 через открытый затвор 17 ячейки 12.2 пройдет на фо

ячейки 12.1, его сопротивление умень-20 точувствительные элементы 14 и 13 .

шится, вследствие чего на затворах 15 и 16 падение напряжения будет близко к нулю и они будут прозрачны для света, а по окончании импульса в переэтой ячейки, что приведет к появле высокого потенциала на электрическ выходе 26, отпиранию затвора 16, следовательно, к появлению света н

ключателе 11 вход 21 будет соеди- оптическом выходе 27 ячейки 12.2,

няться с выходом 22 и свет будет воздействовать через затвор 15 на элемент 13 ячейки 12.1, поддерживая его в проводящем состоянии, и через затвор 16 появится на оптическом выходе 27 ячейки 12.1, на электрическом выходе данной ячейки будет напряжение логической единицы, близкое к напряжению питания. Таким образом, в исходном состоянии возбуждена только ячейка 12.1.

Входной блок 8 и его оптические связи построены таким образом что после установки в исходное состояние свет постоянно воздействует на затворы 16 всех ячеек, при отсутст- ВИИ счетных импульсов свет проходит на затворы 15, а при наличии - на .затворы 17 всех ячеек. Каждая ячейка построена по схеме M-S,элементы 14, 17 и 18 составляют основной запоминающий элемент, элементы 13,15,19 - дополнительный, а затвор 16 применяется для согласования во времени электрического и оптического сигналов индикации состояния ячейки.

Рассмотрим работу.счетчика в режиме суммирования импульсов. При этом на входе 5 выбора направления счета нулевой потенциал, при котором переключатели 20 ячеек 12.1- 12.а соединяют вход 21 с выходом 22, оптический выход затвора 15 ячеек

292178 . 4

I2.1-12.H-1 оказьгеается связанным с фоточувствительным элементом 14 последующей ячейки, а выход затвора 15 ячейки 12.11 оказывается связанс ным с элементом 14 ячейки 12.1. На фоточувствительный элемент 14 ячейки 12.2 воздействует световой сигнал с выход затвора 15 ячейки 12.1, уменьшая его сопротивление и отпирая затtO вор 17 ячейки 12.2. Если теперь по дать оптический импульс на вход 1, то сопротивление фотоприемника 6 уменьшится, на электроде 24 переключателя 1 О появится напряжение, близ15 кое к напряжению питания, которое приведет к переключению оптического переключателя 10, благодаря чему свет с его выхода 23 через открытый затвор 17 ячейки 12.2 пройдет на фоэтой ячейки, что приведет к появлению высокого потенциала на электрическом выходе 26, отпиранию затвора 16, а следовательно, к появлению света на

элемент 13 ячейки 12.1 окажется затемненным, что приведет к запиранию затворов 15 и 16, т.е. ячейка 12.1 гаснет, затвор 15 ячейки 12. 2 от0

крыт и по окончании счетного импульса свет с выхода 22 переключателя 10 будет воздействовать на фотоэлемент 13 ячейки 12.2 и фотоэлемент 14 ячейки 12.3. Т.е. состояние счетчика из- 5 менилось на единицу. По второму счет0

5

ному импульсу ячейка 12.2 гаснет, а ячейка 12.3

зажигается

и т.д.,

ч.

0

5

по п -му импульсу ячейка 12.Ч гаснет, а ячейка 12.1 зажигается, т.е. коэффициент пересчета равен количеству ячеек.

Работа счетчика от электрических импульсов аналогична описанной за исключением того, что электрические импульсы, подаваемые на вход 2, непосредственно воздействуют на управляющий электрод 24 переключателя 10, управляя его переключением.

Для работы в режиме вычитания импульсов необходимо на вход 5 направления счета подать высок потенциал, который приведет к переключению оптических переключателей 20 всех ячеек 12.1-12.п. В этом случае оптический выход затвора 15 ячеек 12.1-12.П будет оптически связан через переключатель 20 данной ячейки с элементом 14 предьщущей ячейки, а выход затвора

51292

15 ячейки 12.1 будет связан с элементом 14 ячейки 12.п. Если счетчик в исходном состоянии, то первый счетный импульс приведет к гашению ячейки 12.1 и возбуждению ячейки I2.n, второй импульс погасит ячейку 12.и и возбудит ячейку 12.П-1 и т.д.

На основе данного счетчика можно строить многоразрядные пересчетные схемы, работающие в системе счисления с любым натуральным основанием, . в частности с основанием 10 В этом случае сигнал переноса необхоимо снимать с выхода 22 переключателя 20 ячейки 12.п одного разряда и подавать на элемент 14 ячейки 12.1 следующего разряда,, а сигнал зае- ма - с выхода 23 переключателя 20 ячейки 12.1 одного разряда .на элемент 14 ячейки 1 2. Г) предьщущего разряда. В этом случае входной блок 8 будет общим для всех разрядов.

В качестве оптических переключателей и оптоэлектронных затворов можно использовать волноводные пере ключатели с любым эффектом, в частности Брэгговский волноводный переключатель с временем переключения 30-100 ПС и пороговым напряжением

переключения 5В (фиг.2). Брэгговс - кии переключатель имеет оптический

вход 21, два оптических выхода 22 и 23 и управляющие электроды 24 и 25. При использовании Брэгговского вол- новодного переключателя в качестве оптоэлектронного затвора оптическим входом затвора будет вход 21 пере- , ключателя, а выходом - выход 22, выход 23 не будет использоваться. В этом случае при низком напряжении между электродами 24 и 25 свет с входа 21 будет поступать на выход 22, а при высоком падении напряжения на выходе 22 свет будет отсутствовать. Быстродействие элементов Брэгга на порядок выше быстродействия фоточувствительного элемента 13,14, что гарантирует надежную работу устройства. В этом случае быстродействие (время регистрации счетчика на электрическом выходе 26) по оптическому входу будет равно

f --сГ;

+ С

-фп ; ПК (рэ ) (О

сфп быстродействие фотоприемника 6;

ПК - быстродействие оптического переключателя 10;

быстродействие фотоэлемента 13,

а по электрическому входу время регистрации

рк

+ (/

qp

(2)

Таким образом, счетчик имеет достаточно высокое быстродействие. Время паузы между соседними оптическими импульсами определяется по формуле (l), а между электрическими - по формуле (2).

В качестве оптоэлектронных затворов и оптических переключателей можно также использовать жидкокристаллические или другие затворы. Схема оптического переключателя с использованием оптоэлектронных затворов показана на фиг.3. Этот переключатель состоит из затворов 29 и 30 и имеет оптический вход 21, два оптических выхода 22 и 23 и два управляющих электрода 24,25. В случае использования жидкокристаллических затворов временные характеристики счетчика будут намного хуже из-за низкого быстродействия жидкокристаллических затворов, чем в случае применения оптических волноводных перек-. лючателей. Надежность работы будет обеспечиваться тем, что быстродействие жидкокристсиплических затворов на порядок хуже быстродействия фоточувствительных элементов.

Ограничение на максимальную длительность .счетных; импульсов отсутствует. Полярность напряжения

40 питания может быть отличной от указанной на фиг,1. Кроме того, предлагаемое устройство можно питать переменным напряжением, отсутствуют строгие требования к амплитуде и

45 стабильности напряжения питания.

Формула изобретения

1,0птоэлектронньш кольцевой счет- 50 чик импульсов, содержащий первый и второй счетные входы, вход установки в начальное состояние, шину питания, общую шину и триггерные ячейки, каждая из которых состоит из двух фото- 5 чувствительных элементов и двух оптоэлектронных затворов, первые выводы которых и первый вьшод первого фоточувствительного элемента подключены к электрическому выходу ячейки, вто7

рые выводы первого и второго опто- электронных затворов и второй вывод первого фоточувствительного элемепт подключены к шине питания, о т л и- чающийся тем, что, с целью расширения области применения устройства, в него введены вход выбора направления счета, фотоприемник, нагрузочный резистор, входной блок, состоящий из источника света двух оптических переключателей с оптическим входом, двумя оптическими выходами и двумя управляющими электродами, а в каждую триггерную ячейку введено два резистора, третий опто- электронный затвор и оптический переключатель с опт1гческим входом, двумя оптическими выходами и двумя управляющими электродами, причем в ячейках первые, выводы обоих резне- торов подключены к общей шине, второй вывод первого резистора под ключен к второму выводу второго фоточувствительного элемента и к одному из вьшодов третьего оптоэлект- ронного затвора, второй вывод которого и второй вьшод второго фоточувствительного элемента подключены к шине питания, второй вывод второго резистора соединен с электрическим вы- ходом ячейки, первьш управляющий электрод оптического переключателя подключен к общей шине, а второй управляюв;ий электрод - к входу выбора направления счета, во входном блоке оптический вькод источника света оптически связан с входом первого оптического переключателя, первый вькод которого оптически связан с входом второго оптического переключателя и с оптическими входами вторых оптоэлектронных затворов всех триггерных ячеек, второй опти- ческий выход первого оптического переключателя связан с первым фото- чувствительньм элементом первой ячейки, а один из его-управляющих электродов является входом сброса счетчика в исходное состояние, первый оптический выход второго опт1-гчес кого переключателя соединен .с оптическими входами первых оптоЗлектрон- ных затворов всех ячеек, оптический выход первого оптоэлектронного затвора каждой ячейки опти тески связан с первым фоточувствительным элементом и входом оптического переключателя данной ячейки, второй выход вто78 . 8 рого оптического переключателя связан с оптическим входом третьего оптоэлектронного затвора каждой ячейки, выход которого опт1иески связан первым, вторым фоточувствительными элементами соответствующей ячейки , первый выход оптического переключателя каждой ячейки, кроме последней, оптически связан с вторым фоточувствительным элементом последующей ячейки, первый оптический выход оптического переключателя последней ячейки оптически связан с вторым фоточувствительным элементом первой ячейки, второй выход оптического переключателя каждой ячейки оптически связан с вторым фоточувствительным элементом предьщущей ячейки, первьп счетный вход счетчика соединен с первым выводом фотоприемн1жа,.с одним из управляющих электродов второго оптического переключателя входного блока и через нагрузочный резистор с общей шиной, второй вьгоод фотоприемника соединен с шиной питания, второй счетный вход устройства связан с оптическим входом фотоприемника, а оптические выходы вторых оп-, тоэлектронных затворов каждой триг- герной ячейки являются оптическими выходами устройства.

2.Счетчик по и., о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что опт1-гческие переключатели с одним оптическим входом, двумя оптическими выходами

и двумя управляющими элeктpoдa пI и оптоэлектронные затворы выполнены в виде оптических волноводных переключателей.

3.Счетчшс по П.1, о т л ,и ч а ю- щ и и с я тем, что опт1тческ11е переключатели с оптическим входом, двумя оптическш-т выходами и двумя управляющими электродами состоят из оптоэлектронных затворов, пригчем первьй вьшод первого затвора соеди нен с шиной питания, а второй вьшод соединен с первьм вьшодом второго затвора и с первым управляющим электродом, второй вьшод второго затвора является вторым управляющим электродом, оптически вход связан с

опт1иеск1м входом первого и второго затворов, onTir-iecKirii выход первого зал вора является первым выходом пе- peкJпoчaтeля, а опт гческий выход второго затвора является вторьм выходом оптического переключателя.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в различных устройствах вычислительной техники и автоматики. Цель изобретения - распшрение области применения устройства за счет способности подсчитывать как оптические, так и электрические импульсы, расширения диапазона длительности входных импульсов, а также за счет повышения чувствительности и расширения диапазона и номенклатуры питающих напряжений ..Устройство содержит счетный оптический 1 и электрический 2 (О сл пит к t tsD С

Составитель П.Бестемьянов Редактор С.Пекарь Техред И.Попович

Заказ 286/58 Тираж 902 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М.Демчик