Устройство для формирования импульсов Советский патент 1988 года по МПК H03K5/04 H03K5/01 

. 1

: Изобретение относится к импульсн технике и может быть использовано в системах автоматического управления регулирования.

; Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности формирования импульсов с различной скважностью. ,

На фиг.1 представлена структурна рхема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работ Устройство для формирования им- рульсов (фиг.1) содержит генератор Импульсов, первый элемент И 2, первый триггер 3, второй элемент И 4, первый коммутатб э 5, формирователь 6 импульсов, первый счетчик 7 им- Ьульсов, первый элемент 8 задержки, второй триггер 9, третий элемент И 10, первый элемент ИЛИ 11, второй счетчик 12 {импульсов, .второй коммутатор 13, многовходовой элемент ИЛИ р4, четвертый элемент И 1.5, второй i6 и третий 17 элементы ИЛИ, третий счетчик 18 импульсов, второй элемен .19 задержки, входную шину 20, первую, вторую, третью, четвертую шины 21-24 управления, дополнительную ши

ну 25 управления и выходную шину 26 I-

В устр ойстве .для формирования импульсов информационный вход первого коммутатора 5 соединен с выходом ге

нератора 1 импульсов, а первый и

второй управляющие входы подключены соответственно к первому и второму выходам первого триггера 3, первый и второй выходы первого коммутатора 5 соединены с суммирующим и вычита- юисим входами первого счетчика 7 импульсов, первый выход которого подключен к входу первого элемента 8 задержки, первому входу третьего эл-емента И 10, вычитающему входу тр гьего счетчика 18 и первому входу четвертого элемента И 15, первый вход первого, элемента И 2 соединен с первой шиной 21 управления, а выход подключен к первому установочному входу первого триггера 3, второй установочный вход и первый вы- код которого соединены соответственно с второй шиной 22 управления и первым входом второго элемента И 4, второй вход второго элемента И 4 поключен к входной шине 20, а выход соединен с входом формирователя 6 импульсов и первым входом первого

элемента ИЛИ 11, второй вход которого подключен к второму входу четвертого элемента И 15 и соединен с выходом второго триггера 9, а выход подключен к выходной шине 26, первый выход формирователя 6 соединен с вторым входом первого элемента И 2 и входом записи второго счетчика 12 импульсов, выход которого подключен к информационному входу первого счетчика 7 импульсов, вход записи которого соединен с выходом первого элемента 8 задержки, второй выход формирователя 6 импульсов подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ 17 и установочному входу первого счетчика 7 импульсов, вто5 20 25 ЗО

35

40

45

0

5

рой выход которого соединен с информационным входом второго счетчика 12 импульсов, первый и второй выходы второго коммутатора 13 подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам второго счетчика 12 импульсов, информационный и управляющий входы второго коммутатора 13 соединены соответственно с выходом третьего элемента И 10, второй вход которого подключен к третьей шике

23управления, и с четвертой шиной

24управления, дополнительная шина 25 управления подключена к входу мно- говходового элемента ИЛИ 54 и информационному входу третьего счетчика

18 импульсов, выход которого соединен с входом второго элемента 19 задержки, третий вход четвертого элемента И 15 подключен к выходу мно- говходового элемента НИИ 14, а выход соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ 17 и первым входом второго элемента ИЛИ 16, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И 2, выход второго элемента 19 задержки соединен с третьш входом второго элемента ИЛИ 16 и счетным входом второго триггера 9, установочный вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ 17, выход второго элемента ИЛИ 16 соединен с входом записи третьего счетчика 18 ш.шульсов.

Коммутатор 5, например, представляет собой две схемы И двухвходовые,, одни входы которых соединены и являются информационным входом, а другие - управляняцими входами коммутатора.

Формирователь 6 представляет собой, например, два одновибратора

3 - 1 (микросхема К155 АГ1) со схемой запуска: в одном - по переднему фронту сигнала, а в другом - по заднему фронту.

Коммутатор 13 представляет собой, например, две двухвходовые схемы И, первые входы которых соединены и являются информационным входом коммутатора и элемента НЕ, вход кото- рого. подключен к второму входу одной из схем И и является управляю15им входом коммутатора, а выход соединен с вторым входом другой схемы И.

Многовходовой элемент ИЛИ 14 име- ет число входов, равное числу разрядов кода, подаваемого на дополнительную шину 25 управления.

На временных диаграммах (фиг.2) приведены следующие сигналы: а - им- пульсы на шине 20, б - сигнал перехода на шине 21, в - напряжение на инверсном выходе триггера 3, г - напряжение на выходе элемента И 4, д и е - напряжения на выходах формирова- теля 6, ж - напряжение .на выходе элемента И 2, з - напряжение на прямом (единичном) выходе триггера-3, и - напряжение на шине 23, к - напряжение на шине ,. л - напряжение на выходе генератора 1, м - напряжение на суммирующем входе счетчика 7, н - лапряжение на вычитающем вхо- .де счетчика 7, о - напряжение на выходе счетчика 7, п - напряжение на выходе элемента 8 задержки, р - напряжение на вычитающем входе счетчика 12, с - напряжение на суммирующем входе счетчика 12, т - напряжение на выходе счетчика 18, у - напряжение на выходе элемента 19 задержки, ф - напряжение на выходе триггера 9,- х - напряжение на шине 26, ц - напряжение на выходе элемента И 15, ч - напряжение на выходе элемента ИЛИ 16.

На фиг.2 индекс 1 (например, ф1) показывает напряжение на выходе соответствующего элемента (в данном случае - триггера 9) в режиме формирования импульсов с неизменной длительностью и с изменяемыми скважностью и частотой.

Необходимо отметить, что для случая . х1 (фиг.2) на шину 25 подан двоичный код числа один, а скважность формируемых импульсов равна трем.

Устройство работает следующим образом.

3

5

0 5 п

5

0

5

0

5

эле;пбат 1 . на ВЫ

76

Входная последовательность нм- пульсов (скважность импульсов рав-- на двум) н входную шину 20 (фиг.2а). Так как триггер 3 в исходный момент находится Б сс- стоянии О и на его высокий потенциал (фпг./В;, 1)j то импульсы вход по- вательности проходят через И 4 (фиг.2г) и элемент ИЯТ; ходную шину 26 устройства , Зт1-; жк импульсы с выхода элемента И ч поступают на вхоц формирователя б. Ко переднему фронту поступивалего сигнала на выходе формирователя 6 пс яштяется импульс (фиг.2д)5 который через элемент lilH-i 17 устанавливает триг-гер 9 в состояние О (фзаг , 2ф) ,. а также сбрасывает в О счегчик 7, на суммирую 11лй вход которого постоянно поступают импульсы гекеразора 1 (фиг. 2м) , так как три.гег I:L: ;O-ДИТСЯ в состоянии С Н ; С::1:.Г: 7 . ; эр

5подключен к cy JM ipy:; ;;;и fy входу счетчика 7, С зтого момента начинается измерение длительное ги имг.уль.са входной последовательности. По заднему фронту входного сигнала -iu другом выходе форм гропателя 5 полБ ляется импульс . (фиг о 2а; у ко:; opbiK переписывает содержимое счет .игха- 7 в счетчик 12, а посту/ / е ;-;а вход элемента Н 2 к ак как ни шине 21 управляиштп . . :...} :. с-:: су : о ;- вуег (фиг,26) 5 то этст ..у;;,, ка выход элемента И 2 не лрс :о ч :, По окончании записи в 2 хранится инфорь ац1-ш о длителькост л пульса входной последовательности,;, причем описанный процесс повторяется с каждым поступаюп1 м в формирователь

6сигнЗлом.

Сигнал перехода с одной частоты на другую, подазаеьгый на пину 21 уптзаЕ- ления, пост т1ает на вход леь внта г 2 (фиг.2б) и открывает ег-о, HM;iyj:i,c с выхода формироБателя 6 теле. проходит элемент И 2 (фиг.2ж) к устанавливает триггер 3 в состоягше Г , а также поступает через элемент ;1ПИ-16 (фиг, 2ч) на зход сче : чика 18 к записывает в него код с кзшь; 25, который подается на шину 25 рапьпе сигнала . перехода с ед - ой частоты на другую,, В результате пеп-еключення триггера 3 входные 5 5пульсы на выход злемента , И 4 не проходят, а комтч утатор 5 под- юлючается к Т5ы ч;п ч;с и;ем у входу счетчика 7 Поэ1 ому импульсы с выхода генератора 1 (фиг.2л) через коммута- .Тор.5 поступают на вычитающий вход счетчика 7 (фиг. 2}) и уменьшают его содержимое, которое равно содержимому счетчика 12, Одновременно или после подачи сигнала перехода на шину 21 подаются остальные управляющие сигналы на шины 23 и 24 (фиг. 2и-, к) .

Если необходимо увеличить частоту Входной последовательности импульсов. Не изменяя их скважности (скважность равна двум), то на шину 23 поступает

мого в счетчик 7. Импульс заемя с выхода элемента 19 задержки (фиг,2у), поступив на счетный вход триггера 9, устанавливает его в состояние 1 (фиг.2ф). Этот же импульс проходит через элемент , ИЛИ 16 (фиг. 2ч) и за-( писывает нулевой код с шины 25 в счетчик 18. Задержка на элементе 19 производится для того, чтобы запись в счетчик 18 осуществлялась после окончания импульса на его вычитаю- щем входе. Счетчик 7 начинает новый цикл уменьшения своего содержи

Устройство может быть -исполь- зовано в системах автоматического управления и регулирования. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения формирования импульсов с различной скважностью. Устройство содержит генератор 1 импульсов, элементь И 2, 4, 10, триггеры 3, 9, формироватепь 6 импульсов, элемент ЮТ- 11, коммутаторы 5, 13, счетчики 7, 12 импульсов, .элемент 8 задержки, шины 21, 22, 23, 24 т1равления. Введение многовходово- го элемента РШИ 14, элементов И 15, ИЛИ 16, 17, эленента 19 задержка, счетчика 18 импульсов, дополнительной шины 25 управления позволяет формировать импульсы с постоянной длительностью и изменяемой скважностью, импульсы с изменяемой одновременно длительностью и частотой со скважностью, равной или большей 2, а также плавно переходить с одной частоты на другую. 2 ил. S

20

25

30

сигнал 1 , который открывает элемент мого,а так как содержимое счетчика 7 H lOj а на шине 24 упра вляющий сиг- иал ра вен О (фиг, 2к) и коммутатор 13 подключается ч. вычитающему входу счетчика 12. При этом ранее поданный на шину 25 код является нулевым

(все разряды равны нулю) и содержимое счетчика 18 равно нулю. Как только содержимое счетчика 7 станет равным нулю, т.е. из него вычтется число импульсов, равное числу записанному в счетчике 12, то очередной им- .пульс генератора 1, поступивший на )зычитаюш:ий вход этого счетчика . , (фиг ,2H)j, переводит счетчик 7 из нуле-, вого состояния в состояние заполнения (т.е. в состояние, когда все разряды равны 1). В этот момент на выходе счетчика 7 (фиг.2о) появляется нмпульс заема (практически все счетчики, наприме р 155 ИЕ 7, имеют такой выход)5 который проходит через ( элемент И 10, комьгутатор 13 на вычитающий вход счетчика 12 (фиг.2р) и уменьшает его содержимое на единицу. Одновременно импульс заема по-. CTynaet на вход элемента 8 задерж- ки, на вход элемента И 15, который закрыт сигналом О с выхода много- входового элемента РШИ 14 (т.е, на его входе нулевой код), а также при- ходит на вычитающий вход счетчика

18 и переводит его из нулевого состояния в состояние заполнения. В

этот момент на выходе счетчика 18

также появляется импульс заема

(фиг, 2т), который поступает на вход

элемента 19 задержки. Импульс с выхода элемента 8 задержки (фиг.2п)

записывает новое (т.е. уменьшенное)

значение содержимого счетчика 12 в

счетчик 7. Задержка на элементе 8

необходима для того, чтобы импульс

воздействовал на счетчик 12 раньше,

чем осуществится запись его содержиуменьшилось, то следующий импульс зае на его выходе появляется быстрее,чем предьщущий.Новый импульс заема на вых де счетчика 7 вызывает появление очер ного импульса на выходе счетчика 18, который через элеме нт 19 задержки у танавливает триггер 9 в состояние О (фиг.2ф), т.е. оканчивает формирование импульса с длительностью меньшей длительности импульса входной последовательности на величину периода тактовых сигналов генератора t, а также переписывает через элемент ИЛИ - 16 нулевой код с шины 25 в счетчик 18. Сформированный импульс проходит через элемент ИЛИ 11 на выходную шину 26 устройства (фиг,2х). Одновременно импульс заема счетчика 7 проходит через элемент И 10 и-коммутатор 13 на вычита

ющий вход счетчика 12 (фиг.2р) и уменьшает его содержимое еще на едини цу, а через элемент 8 задержки вновь письгоает содержимое счетчика 12 в сче чик 7, который начинает новый отсчет и пульсов. Описанный процесс повторяется до тех пор, пока на шине 23 уп равления присутствует сигнал 1 (фиг.2и). При этом-каждый последую импульс заема на выходе счетчика 7 появляется быстрее предыдущего на величину периода тактовых импуль сов (так как постоянно.уменьшается со держимое счетчика 12) и,следовательн длительность очередного сформированн го импульса меньше длительности преды дущего на одну и ту же величину, ч то об печивает плавность изменения частоты Как только пропадает сигнал ши ,23 управления,элемент И 10 закрываетс

5 содержимое счетчика 12 перестает изме няться ива выходнуюшину 26 устройств теперь поступает импульсная последов тельность с частотой, большей исходно

40

45

50

мого,а так как содержимое счетчика 7

уменьшилось, то следующий импульс заема на его выходе появляется быстрее,чем предьщущий.Новый импульс заема на выходе счетчика 7 вызывает появление очередного импульса на выходе счетчика 18, который через элеме нт 19 задержки ус- танавливает триггер 9 в состояние О (фиг.2ф), т.е. оканчивает формирование импульса с длительностью, меньшей длительности импульса входной последовательности на величину периода тактовых сигналов генератора t, а также переписывает через элемент ИЛИ - 16 нулевой код с шины 25 в счетчик 18. Сформированный импульс проходит через элемент ИЛИ 11 на выходную шину 26 устройства (фиг,2х). Одновременно импульс заема счетчика 7 проходит через элемент И 10 и-коммутатор 13 на вычитающий вход счетчика 12 (фиг.2р) и уменьшает его содержимое еще на единицу, а через элемент 8 задержки вновь а- письгоает содержимое счетчика 12 в счетчик 7, который начинает новый отсчет импульсов. Описанный процесс повторяется до тех пор, пока на шине 23 управления присутствует сигнал 1 (фиг.2и). При этом-каждый последую- импульс заема на выходе счетчика 7 появляется быстрее предыдущего на величину периода тактовых импульсов (так как постоянно.уменьшается содержимое счетчика 12) и,следовательно, длительность очередного сформированного импульса меньше длительности предыдущего на одну и ту же величину, ч то обеспечивает плавность изменения частоты, Как только пропадает сигнал шине ,23 управления,элемент И 10 закрывается,

содержимое счетчика 12 перестает изменяться ива выходнуюшину 26 устройства теперь поступает импульсная последовательность с частотой, большей исходной.

Если же необходимо уменьшить частоту входной последовательности импульсов (не изменяя скважности), то на шину 24 управления подаетс я сигнал 1, который переключает коммутатор 13 на суммирующий вход счетчика 12. При этом импульсы заема счетчика 7 проходят через элемент И 10, коммутатор 13 и поступают на суммиг рующий вход счетчика 12 (фиг,2с), увеличивая его содержимое, а устройство работает так же, как и в случае увеличения частоты. Однако длительность очередного сформированного импульса будет больше длительности предьдущего импульса.

Если же необходимо изменить только частоту импульсов, а их длительность оставить неизменной, то для этого изменяют скважность сигналов на выходной шине 26, Для реализации этой цели на шину 23 поступает ;сиг- нал О, который закрывает элемент И 10, а на. шину 25 подается соответствующий код (например, двоичный код числа один), который записывается в счетчик 18 импульсом с выхода элемента И 2, через элемент ИЛИ 16 (фиг.2ч1). Так как содержимое счетчика 18 теперь не равно нулю, то импульс заема счетчика 18 появляется только после того, как из него вычитается записанный двоичный код плюс один импульс (фиг.2т1). В ре- зультате этого момент начала формирования импульса сдвигается по времени (фиг.2т1). Импульс заема с выхода элемента 19 задержки (фиг.2у1).устанавливает триггер 9 в состояние 1 (фиг.2Ф1).Так как код на шине 2Ь не нулевой (хотя бы в одном разряде есть 1), то на выходе многовходового элемента ИЛИ 14 появляется сигнал 1, который поступает на вход элемента И 15. В результате установки триггера 9 в состояние 1 и сигнала 1 от многовходового элемента ИЛИ 14 элемент И 15 открывается для прохождения импульса заема счетч.ика 7 (фиг.2г). Первый,после установки триггера 9 в состояние 1, импульс заема счетчика 7 проходит элемент И 15 (фиг.2ц) и через элемент ИЛИ 17 по установочному входу переводит триггер 9 в состояние О, т,е.. оканчивает формирование импульса (фиг.2ф1). Одновременно сигнал заема проходит через элемент ИЛИ

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

16 (фиг.2ч1) и записывает код с шины 25 в счетчик 18, а описанный процесс повторяется. При этом формируемые импульсы (фиг.2x1) имеют другую скважность (в приведенном примере скважность равна трем). Процесс записи содержимого счетчика 12 в счетчик 7 аналогичен ранее рассмотренному процессу. Однако, так как элемент И 10 закрыт, то содержимое счетчика 12 остается неизменным, что дает возможность формировать импульсы с постоянной длительностью. При этом интервал времени между импульсаья заема счетчика 7 (фиг.2о1) также постоянный .

Если в режиме формирования импульсов с неизменной длительностью на шину 23 подать сигнал 1, которьй открывает элемент И 10, а на шину 24 соответствующее управление (сигнал О и 1), то устройство осуществляет плавное изменение как частоты, так и длительности формируемых сигналов. При этом скважность импульсов, определяемая двоичным ко- дом на шине 25, остается постоянной.

/О

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

Если устройство работает в реверсивном режиме, т.е. увеличивает (уменьшает) частоту последовательности, а затем уменьшает (увеличивав ет) до прежней величины, то по окончании этого цикла на шину 22 управления подается сигнал, которьс устанавливает триггер 3 в состояние О, и входная последовательность импульсов вновь поступает на выходную шину 26 устройства. I

Если же устройство работает в

режиме одностороннего изменения частоты, то после установки триггера 3 в состояние 1 на входную mi- ну 20 устройства подается та новая импульсная последовательность, на которую необходимо плавно перейти. После окончания процесса изменения частоты до нужной величины на шину 22 управления подается сигнал, который возвращает триггер 5 в состояние О, что открывает элемент И 4 для прохождения импульсов с входной 22 на выходную шину 26. При поступлении нового сигнала перехода на шину 21 начинается процесс дальнейшего изменения частоты.

I

Плавность изменения частоты им- пульсной последовательности, определяется частотой генератора 1 импульсов. Кроме того, во время процесса одновременного изменения длительности и частоты скважность импульсов не изменяется, а величину интервала изменения частоты можно варьировать в широких пределах, меняя частотуJQ

тактовых импульсов генератора 1 и разрядность счетчиков 7, 12 и 18.

Если же на входную шину 20 устройства подается последовательность импульсов со скважнортью, не рав- 5 ной 2, то она преобразуется в последовательность со скважностью, равной 2 (если Двоичный код на шине 25 управления является нулевым) или большей 2 (если код отличен от нуле- 20 вого). При этом скважность формиру- импульсов определяется путем суммирования числа два с десятичным числом, соответствующим двоичному коду. Для показанного на фиг.225

г ро ро с хо ды но го

кл де ме не ро и че ро то вы то вы кл ме чи не сч то

случая (код на шине 25 соответствует числу один) скважность импульсов равна Зо

Таким образом, устройство позволяет формировать: импульсы с постоянной длительностью и изменяемой скважностью (т.е. изменяется только, одна частота), импульсы с изменяемой одновременно длительностью и частотой со скважностью, равной или большей двух, а также плавно переходить с одной час.тоты на другую.Это расширяет функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

Устройство для формирования импульсов, содержащее генератор импульсов, первый элемент И, первый вход которого соединен с первой шиной управления, а выход подключен к первому установочному входу первого триггера,.второй установочньш вход которого соединён с второй шиной управл.ения, второй элемент И, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому выходу первого триггера и входной шине, а выход соединен с входом формирователя импульсов и первым входом первого элемента ИЛИ, первый коммутатор, информационный и первый и .рой управляющие входы которого подключены соответственно к выходу

10

генератора импульсов и первому и второму выходам п ервого триггера,второй триггер, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходной шине, первый счетчик импуль- ifoB, суммируюший и вычитающий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами первого коммутатора, а первый выход под50 5

0

5

0

5

0

5

ключен к входу первого элемента выдержки и первому входу третьего эле- мента И, второй вход которого соединен с третьей .шиной управления, второй счетчик импульсов, суммирующий и вычитаюший входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам второго коммутатора,информационный и управляющий входы которого соединены соответственно с выходом третьего элемента И и четвертой шиной управления, причем первый выход форглфователя импульсов подключен к второму входу первого элемента И и входу записи второго счетчика импульсов,выход которого соединен с информационным входом первого счетчика импульсов, вход записи которого подключен к выходу первого

элемента задержки, а установочный вход и второй выход соединены соответственно с вторым выходом формирс-- вателя импульсов и информацион1а м входом второго счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с цепью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности формирования импульсов с различной скважностью, ц него введены многовходовой элемент ИЛИ,четвертый элемент И, второй и третий элементы ИЛИ, второй элемент задержки, третий счетчик импульсов и дополнительная шина управления, при этом дополнительная шина управления соединена с входом многовходового элемен- та ИЛИ, выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И, и с информационным входом третьего счетчика импульсов, вход записи которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, а вычита.ювд1Й вход соединен с вторым входом четвертого элемента И и подключен к первому выходу первого счетчика импульсов, третий вход четвертого элемента И° соединен с выходом второго триггерац а выход подключен к первым входам

второго и третьего элементов lUBl, выход третьего счетчика импульсов соединен через второй элемент задержки с вторым входом второго элемента ИЛИ, третий вход кото рого подключен к выходу первого элемента И,

Составитель О.Бураков Редактор Н.Лазаренко Техред А.Кравчук Корректор О.Кравцова

Заказ 4440/56

Тираж 928

ВНИШШ Государственного комитета СССР

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

и со счетным входом второго триггера, установочный вход которого под- ключен к выходу третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом фор1 гарователя импульсов.

Подписное