Цифровой дифференциальный широтно-импульсный модулятор Советский патент 1988 года по МПК H03K7/08 

Вход. Л

а сд

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в цифровых системах автоматического регулирования и управления,

Целью изобретения является повышение точности и расгаирение диапазона регулирования скважности выходного сигнала путем устранения потерь входных импульсов и установкой выходного триггера фронтом тактового импульса, поступающего с одного и того же выхода генератора тактовых импульсов.

На чертеже изображена функциональная схема устройства. .

Цифровой дифференциальный широтно- импульсный модулятор содержит блоки 1 и 2 синхронизации, счетчик 3 импульсов, элементы ИЛИ 4-6, генератор 7 тактовых импульсов, элементы 8-11 совпадений, триггер 12, цифровой компаратор 13, реверсивные счетчики 14 и 15 HMuyjijjCOB, коммутаторы 16 и 17, при этом третий выход генератора 7 тактовых импульсов соединен с первыми входами элементов 8 и 9 совпадений и входом счетчика 3 импульсов, а его второй и первый выходы соединены с соответствующими входами блоков 1 и 2 синхронизации, первые входы которых соединены с входными . шина ми устройства, а выходы - с рабочими входами коммутаторов 16 и 17 соответственно, первые выходьл которых соединены соответственно с сум

мирукидим и вычитающим входами реверсивного счетчика 14 импульсов, прямые выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ 4 и первыми входами цифрового компаратора 13, выход которого соединен с вторым входом элемента 8 совпадений, а вторые входы - с выходами счечика 3 импульсов, инверсные выходы которого соединены с входами элемента 11 совпадений, выход которого соединен с вторым входом элемента 9 совпадений, третий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 4 и первыми управляющими входами коммутаторов 16 и 17, вторые управляющие входы которых соединены с инверсным выходом старшего разряда реверсивного счед-чика 14 импульсов и третьим входом элемента 8 совпадений выход которого соединен с первьп-i входом триггера 12, второй вход которого соединен с выходом элемента 9 совпадений, а выходы - с выходными шинами устройства. Цри этом вторые

0

5

0 5 О

5

Q 5 Q

выходы коммутаторов 16 и 17 соединены с входами элемента ИЛИ 5, третьи выходы - с входами элемента ИЛИ 6. Выходы элементов ИЛИ 5 и 6 соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 15 импульсов, инверсные выходы которого соединены с входами элемента 10 совпадений, выход которого соединен с третьими управляющими входами коммутаторов 16 и 17.

Генератор 7 тактовых импульсов непрерывно генерирует на первом выходе С короткие импульсы с периодом t . Эти импульсы, задержанные на время 2Г/3 и 2С /3, .появляются на втором D и третьем Е выходах генератора 7„

Импульс, поступающий на вход А блока 1 синхронизации, запоминается в нем и поступает на его выход одновременно с очередным импульсом с выхода С генератора 7, Аналогично импульс, поступающий на вход Б блока 2 синхронизации, поступает на выход одновременно с импульсом с выхода О генератора 7. Интервалы между импульсами на каждом из входов А и Б должны быть не меньще , иначе часть входных импульсов будет потеряна. Блоки синхронизации ликвидируют возможность сбоев в работе устройства, например, при совпадении во времени импульсов на входах А и Бо

Счетчик 3 импульсов представляет собой п-разрядный двоичный накапливающий счетчик, срабатывающий по заднему фронту входных импульсов,

Триггер 12 представляет собой обычный триггер с раздельными входами, срабатывающий по переднему фронту импульсов.

Цифровой компаратор 13 имеет на выходе единичный сигнал только в случае раве нства содержимого N счетчика 3 импульсов и содержимого R( реверсивного счетчика 14 импульсов, т„е. при вьтолнении условия

Р., N

(1)

Реверсивный счетчик 14 импульсов имеет на один разряд больше, чем счетчик 3 имрульсов, и срабатывает по заднему фронту входных импульсов. Реверсивный счетчик 15 импульсов также срабатывает по заднему фронту входных 1 мпульсов, он служит накопителем для входных импульсов устройства, поступающих в то время, когда его выходнор сигнал достигает насыщения.

Импульс, поступающий на рабочий вход коммутатора 16 с выхода блока 1 синхронизации, поступает на один из трех его выходов в зависимости от сигналов на управляющих входах: при всех единичных сигналах - на первый, при нулевом сигнале на третьем G и единичных на остальных - на второй, при нулевом сигнале на втором F и единичных на остальных - на первый, при нулевых сигналах на первом Н и третьем G и единичном на втором - на второй, при нулевых сигналах на первом и втором и единичном на третьем - на третий. Импульс, поступаюгу й на рабочий вход коммутатора 17 с выхода блока 2 синхронизации, поступает на один из его трех выходов в зависимости от сигналов на управляющих входах: при всех единичных сигналах - на первый, при нулевом сигнале на третьем и единичных на остальных - на первый, при нулевом сигнале на втором и единичных на остальных - на второй, при нулевых сигналах на первом и третьем и единичном на втором - на третий, при нулевых сигналах на первом и втором и единичном на третьем - на второй.

Цифровой дифференциальный широтно импульсный модулятор работает следу- щим образом,

В исходном состоянии счетчик 3, триггер 12 и реверсивный .счетчик 15 установлены в О, реверсивный счетчик 14 установлен в состояние R, М/2, где М 2 „ При этом Н 1, так что выходы блоков I и 2 синхронизации подключеньр через коммутаторы 16 и 17 к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 14,

Пусть сначала импульсы на-входах А и Б устройства отсутствуют, т.е. отсутствуют и импульсы на входах реверсивного счетчика 14. Импульсы с выхода Е генератора 7 заполняют счетчик 3. Первый из низ проходит через элемент 9, поскольку на других его входах 1, и устанавливает триггер 12 в 1. Когда после М/2 импульсов будет достигнуто выполнение равенства (l),появится единичный сигнал на выходе цифрового компаратора 13, благодаря чему (с учетом

того, что G 1) очередной импульс с выхода Е генератора 7 пройдет через элемент 8 и возвратит триггер 12 в о. После еще М/2 входных импульсов счетчик 3 возвратится в П, и описанный процесс будет периодически повторяться. Результатом работы устройства будет при этом периодический сигнал прямоугольной формы (на выходе

триггера 12) с периодом Т., М

и и

длительностью импульса Т , т.е. со скважностью oi 0,5.

Пусть теперь поступает импульс на

5 вход А. Он прибавляется к содержимому счетчика 14 импульсом с выхода С генератора 7. Если это произошло до достижения равенства (О, то указанное равенство будет достигнуто на

0 время f позже, чем в предыдущем случае, т.е. длительность импульса на выходе триггера I2 увеличивается на это же время, скважность соответственно уменьшается. Если импульс по5 ступает на вход А после достижения равенства (1), соответствующее увеличение длительности выходного импульса устройства происходит в следующем периоде выходного сигнала.

0 Если импульс поступает не на вход А, а на вход Б устройства, то синхронно с импульсом выхода О генератора 7 он вычитается из содержимого счетчика 14, т.е. равенство (l) достигаг ется на время о раньше, чем в случае отсутствия указанного импульса и, следовательно, длительность выходного импульса устройства уменьшается на это же время, а скважность соот0 ветственно возрастает.

Аналогично работает устройство при поступлении импульсов как на вход А,так и на вход Б (обозначим число этих импульсов через Нд и Ng, а их раз5 ность (рассогласование) черезЛ Мд- Ng). Тогда установка триггера 12 в О осуществляется либо на время позже, чем при отсутствии входных импульсов, если , либо на это же время раньше, если о , а установка триггера 12 в 1 по-прежнему производится в те же моменты очередным тактовым инпульсом с выхода Е генератора 7 после возвращения счетчика 3 в О, Длительность выходных импуль5

сов устройства всегда равна TM R, C.

Описанным образом устройство работает при(л/«сМ/2. Пусть . При

достижении равенства & М/2 получаем R, М, т.е. F 1, G О, Н 1. При этом элемент 8 закрыт по второму входу, так что триггер 12 в О не сбрасывае- ся, что соответствует случаю Ту, МС, т.е. oi/ О, устройство оказывается в режиме положительного насыщения. Если теперь приходит импульс на вход Б, то он выводит уст- ройство из этого режима, уменьшая R, на единицу и обеспечивая тем самым oL 2 , Если же приходят импульсы на вход А, они поступают в накопитель - на суммирующий вход ревер- сивного счетчика 15. Если при Н Q, F 1, G О (режим положительного насьпцения, причем ) приходят импульсы На вход Б, они вычитаются из содержимого счетчика 15, компенсируя не отработанные импульсы, поступившие на вход А.

Если достигается равенство Л -И/2 (режим отрицательного насыщения, при этом R( 0), исчезает единичный сигнал на выходе элемента 1ШИ 4 и триггер 12 не будет установлен в 1 элемент 9 закрыт по первому входу, что соответствует скважностив 1 (Т, 0).

При этом ,, . Импульс, поступающий на вход А, выводит устройство из режима отрицательного насьпцения, обеспечивая ot I - 2 (TI, ) , а импульсы, поступающие на вход Б, попадают в накопитель (на суммирующий вход реверсивного счепчи- ка 15). В этом случае получаем , Г О, G 1, так что импульсы с вхо- да А поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 15, емкость которого должна быть достаточной для накопления всех импульсов рассогласования до их отработки, компенсации импульсами, поступающими на вход А в случае отрицательного, и на вход Б - в случае положительного насьпцения.

Таким образом, благодаря введен- ным блокам и функциональным связям расширяются пределы регулировки скважности выходного сигнала устройства (используются предельные значения oi О и oi l), устраняется потеря входных импульсов, а формирование дискретных значений скважности выполняется более точно, так как выходной триггер 12 всегда опрокидывается пе

0

5 0

0 5

0 5

S

редним фронтом тактового импульса, проходящего через один из идентичных элементов совпадений с одного и того же выхода генератора тактовых импульсов.

Формула изобретения I

Цифровой дифференциальньш широт- но-импульсный модулятор, содержащий первый и второй блоки синхронизации, первые входы которых соединены с входными шинами устройства, а вторые и третьи входы - соответственно с первым и вторым выходами генератора тактовых импульсов, третий выход которого соединен с входом счетчика импульсов, выходы которого соединены с первыми входами цифрового компаратора, вторые входы которого соединены с выходами первого реверсивного счетчика импульсов, а выход - с первым входом первого элемента совпадений, выход которого соединен с первым входом триггера, выходы которого соединены с выходными шинами устройства, второй и третий элементы совпадений и первьй элемент ИЛИ, отличаю li н и с я тем, что, с целью повьшення точности и расширения диапазона регулирования скважности выходного сигнала, в него дополнительно введены второй и третий элементы ИЛИ, четвертый элемент совпадений, второй реверсивный счетчик импульсов, первый и второй коммутаторы, рабочие входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков синхронизации, а первые выходы - с суммирующим и вычит;гющим входами первого реверсивного счетчика импульсов, прямые выходы которого соединены с входами первого элемента ИЛИ, выкод которого соединен с первым входом второго элемента совпадений и первыми управляющими входами обоих коммутаторов, вторые управляющие входы которых соединены с вторым входом первого элемента совпадений и инверсным выходом старшего разряда первого реверсивного счетчика импульсов, вторые выходы - с входами второго элемента ИЛИ, а третьи выходы - с входами третьего элемента ИЛИ, выходы которых соединеГ1ы соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика импульсов, инверсные выходы которого соединены с входами третьего элемен 14067598

та совпадений, выход которого соеди-вторым входом второго элемента совнен с третьими управляющими входамипадений, выход которого соединен с

обоих коммутаторов, при этом инверс- ,вторым входом триггера, а третий

ные выходы счетчика импульсов соедине-вход - с третьим входом первого эле

ны с входами четвертого элемента сов- .мента совпадений и входом счетчика

падений,.выход которого соединен симпульсов.

Изобретение может быть использо- вано в цифровых системах автоматического регулирования и управления. Цифровой дифференциальный широтно-им- пульсный модулятор (ЦЦШИМ) содержит блоки 1,2 синхронизации, входные шины, генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 3 импульсов, цифровой компаратор 13, реверсивные счетчики 14, 15 импульсов, элементы 8-11 совпадения, триггер 12, элементы ИЛИ 4-6, коммутаторы 16,17. ЦЦШИМ имеет повышенную точность и расширенный диапазон регулирования скважности выходного сигнала путем устранения потерь входных импульсов. 1 ило (Л