Устройство для формирования последовательностей импульсов Советский патент 1991 года по МПК H03K3/64 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к контрольно-ди- 20 агностической аппаратуре, и может быть использовано при проектировании генераторов с программно изменяемыми частотой, длительностью, амплитудой импульсов, а также с формированием 25 периодических последовательностей с заданным числом импульсов в цикле и с заданным числом циклов выдачи.

Цепь изобретения - расширение функциональных возможностей устройст- 30 ва за счет обеспечения возможности формирования периодических последовательностей с заданным числом импульсов в цикле выдачи и с заданнымчислом циклов выдачи последовательностей,а 35 также повышение точности формирования импульсов путем устранения на вершинах импульсов паразитных выбросов и нер.авномерностей.

т -40

На фиг. 1 представлена функциональ-,

ная схема устройства для формирования последовательностей импульсов; на фиг. 2 - схема переключателя тока; ,«а фиг. 3 - функциональная схема вы- ., ходкого блока согласования; на фиг.А - то же, блока ввода данных; на фиг.5 - то же, устройства управления; на фиг. 6 - временные диаграммы работы.

Устройство для формирования последовательностей импульсов (фиг. 1) включает первый 1, второй 2, третий 3 счетчики импульсов, первый 4, второй 5, третий 6 запоминающие блоки, первый 7, второй 8 блоки цифроаналого- вого преобразования (ЦА11), дешифра- 55 тор 9, первый 10 и второй 11 коммутаторы сигналов, первый 12, второй 13 и третий 14 логические элементы ИЛИ,

элемент ЗАПРЕТ 15, первый 16 и вто рой 17 элементы задержки, тактируемый триггер 18, первый 19 и второй 20 переключатели тока, выходной блок 21 согласования, генератор 22, делитель

23частоты следования импульсов, а также блоки 24 и 25 управления и ввода данных. Выходы первого 4 и«третьего 6 запоминающих блоков соответственно через первый 7 и второй 8 блоки ЦАП и через первый 19 и второй 20 переключатели тока подключены к входу выходного блока 21 согласования. Соответствующие информационные входы первого 4 и третьего 6 запоминающих блоков объединены между собой и подключены к соответствующим выходам блока 25 ввода данных, первый управляющий выход которого соединен с вторыми входами второго 13 и третьего 14 элементов ИЛИ, а вход - с входом блока 24 управления и первым выходом генератора 22 импульсов-. Второй выход генератора 22 импульсов соединен с тактовым входом делителя 23 следования импульсов, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока

24управления, а разрядные выходы - к роответствующим входам второго коммутатора 11, выходом соединенного с первым входом второго элемента ИЛИ 13 Выход второго элемента ИЛИ 13 подключен к прямому входу элемента ЗАПРЕТ 15, инверсный вход которого соединен

с выходом второго запоминающего блока 5, а выход - с тактовым входом первого счетчика 1, входом установки в единицу тактируемого триггера 18 и через первый элемент 16 задержки с тактовыми входами второго счетчика 2 импульсов и тактируемого триггера 18.

Инверсный и прямой выходы тактируемого триггера 18 соединены с управляющими входами соответственно первого 19 и второго 20 переключателей тока, а его обнуляющий вход - с входом обнуления второго счетчика 2 импульсов и через второй элемент 17 задержки с выходом первого элемента ИЛИ 12 и входом обнуления первого счетчика 1 импульсов. Разрядные выходы первого 1, второго 2 и третьего 3 счетчиков импульсов подключены к соответствующим адресным входам первого 4, третьего 6 и второго 5 запоминающих блоков, причем разрядные выходы первого счетчика 1 импульсов соединены и с соответствующими входами дешифратора 9, выходы которого через первый коммутатор объединены с первыми входами первого 12 и третьего 14 элементов ИЛИ. Второй вход первого элемента ИЛИ 12 соединен с входом обнуления третьего счетчика 3 импульсов и .первым выходом блока 24 управления, тре- тий и четвертый выходы которого соединены соответственно с объединенными управляющими входами первого 4 и второго 5 запоминающих блоков и управляющим входом третьего запоминающего блока 6, а информационный вход второго запоминающего блока соединен с вторым управляющим выходом блока 25 ввода данных.

Каждый переключатель 19 и 20 тока (фиг. 2) содержит транзистор 26, эмиттер которого соединен с общей шиной устройства, коллектор - с анодом диода 27 и является входом переключателя. Катод диода 27 и база транзистора 26 являются соответственно выходом и управляющим входом переключателя.

Выходной блок 21 согласования (фиг. 3) является преобразователем ток - напряжение и содержит инвертирующий усилитель 28, в цепь смещения которого введен первый диод 29, а в цепь отрицательной обратной связи - встречно-параллельно включенные второй 30 и третий 31 диоды.

Блок 25 ввода информации (фиг. 4) представляет собой коммутационное поле, каждый выход которого является

выходом синхронного триггера 32 памяти, информационный вход которого подключен через размыкающий контакт 33 выключателя к общей шине устройства и через резистор 34 - к шине его пита0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ння. Тактовые входы всех триггеров 32 памяти объединены и подключены к входной шине блока 25 ввода информации, выходные шины которого соединены с соответствующими входами элемента 35 индикации.

Блок 24 управления (фиг. 5) содержит первый 36, второй 37 и третий 38 синхронные U-трнггеры, тактовые входы которых объединены и подключены к входной шине блока. Выход первого синхронного D-триггера 36 через переключающую группу контактов тумблера 39 подключен к третьему и четвертому выходам блока, первый и второй выходы которого подключены соответственно к выходам третьего 38 и второго 37 синхронных 1)-триггеров. Входы синхронных D-триггеров через соответствующие размыкающие контакты 40-42 подключены к общей шине устройства и через резисторы 43-45 - к шине его питания .

Устройство работает следующим образом.

При нажатии кнопки размыкается контакт 42 блока 24 управления (фиг. 5) и первый же тактовый импульс с первого выхода генератора 22 (фиг. 1) в момент t| (фиг. 6а,б,в) устанавливает триггер 38 в состояние 1, по которому производится сброс в исходное нулевое состояние счетчика 3 и через первый элемент ИЛИ 12 сброс счетчика 1, а через время , (фиг.бг), определяемое вторым элементом задержки 17, происходит обнуление счетчика 2 и тактируемого триггера 18. После опускания кнопки замыкается контакт 42 блока 24 управления, тактовым импульсом с выхода генератора 22 производится возврат триггера 38 в исходное состояние.

В момент t2 сигналами с выходов тактируемого триггера 18 производится установка первого 19 и второго 20 переключателей тока в положения, при которых ток с выхода первого ЦАП 7 через первый переключатель 19 тока поступает на вход блока 21 согласования. На выходе блока 21, т.е. на выходе устройства, формируется напряжение, соответствующее коду данных, считываемых с нулевого адреса первого запоминающего блока 4. Ток же, соответствующий коду данных, считываемых с нулевого адреса третьего запоминающего блока 6, с выхода второго ЦАП 8

71653140

ерез переключатель 20 тока замыкается

ти ся щи (ф ре и ко да ми ющ Об де мы чи

на общую шину.

В выключенном положении тумблера, т.е. при замкнутых контактах 41 блока 24 управления, сигналом с прямого выхода триггера 37 блокируется работа делителя 23 частоты и, следовательно, поступление импульсов на счетные вхо- ды первого 1 и третьего 3 счетчиков

10

импульсов, а также тактируемого триггера 18. Это состояние является исходным.

Работа переключателя тока (фиг.2) состоит в том, что при поступлении 15 нулевого управляющего уровня напряжения с выхода триггера 18 на базу транзистора 26 последний закрывается, обеспечивая прохождение тока через диод 27 от блока ЦАП на блок 21 согласования. А при высоком входном уровне открывающийся транзистор направляет весь ток блока ЦАП з общую шину, обеспечивая закрытое состояние диода за

20

8

0

5

0

тии 6 запоминающие блоки определяется положением контакта (переключающий контакт 39) блока 24 управления (фиг, 5). Последовательная смена адресов осуществляется счетчиками 1,3 и 2 после нажатия кнопки (замыкающий контакт ЗЗ.п+1) в блоке 25 ввода данных (фиг. 4), обеспечивающей формирование сигнала на первом управляющем выходе блока 25 ввода данных. Объем записываемой информации определяется количеством программируемых уровней и длительностью их выдачи в одном цикле.

Вывод данных из запоминающих блоков 4,5 и 6 с формированием последовательностей уровней напряжений на выходе устройства осуществляется в автоматическом режиме. Этот режим устанавливается включением тумблера (размыкающий контакт 41) в блоке 24 управления (фиг. 5), обеспечивающего

I

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к контрольно-диагностической аппаратуре, и может быть использовано при проектировании генераторов с программно изменяемыми частотой, длительностью, амплитудой импульсов, а также с формированием периодических последовательностей с заданным числом импульсов в цикле и с заданным числом циклов выдачи. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности формирования периодических последовательностей с заданным числом циклов выдачи последовательностей и с заданным числом импульсов в цикле, а также повышение точности формирования импульсов пуS

счет малого значения UK9 открытого 25 срабатывание триггера 37 и формиро- транзистора. В качестве выходного бло- вание единичного уровня на втором вы- ка 21 согласования (фиг. 3) использует- ходе блока 24, Этим единичным сигнася лреооразователь ток - напряжение на операционном усилителе инверсного включения с введенными в цепи смещения и обратной связи диодами 29 - 31, предназначенными для компенсации ошибки. создаваемой диодом 27 переключе

пня тока (фиг. 2).

Ввод информации в запоминающие блоки 4,5 и 6 осуществляется последовательно в ручном режиме. В одни и те же адреса первого 4 и третьего 6 запоминающих блоков записываются данные соответственно о предыдущем и последу ющем уровнях выходного напряжения. Во второй запоминающий блок 5 по адресу, номер которого соответствует количеству программируемых выдач отдельных циклов, записывается бит данных, предназначенный для останова циклической работы счетчиков 1,2 и 3. Данные, вводимые последовательно в первый 4 и третий 6 запоминающие блоки, устанавливаются контактами 33.1- 33.п (верхняя группа контактов на фиг. 4), а во второй запоминающий блок 5 - контактом ЗЗ.п+2 ((риг. 4), обеспечивающим формирование сигнала на втором управляющем выходе блока 25 ввода данных. Запись производится путем нажатия кнопки (размыкающий контакт 40) блока 24 управления, при этом ввод данных в первый 4 или тре

лом в момент t, (фиг, 6д) снимается

35

.,. блокировка с делителя 23 частоты сле- 0 довання импульсов. Необходимый коэффициент деления, определяющий дли- тельность одного шага выдачи каждого уровня напряжения устройством, устанавливается вторым коммутатором 11 путем подачи равных по длительности входным импульсам с соответствующего выхода делителя через второй элемент ИЛИ 13 и открытый элемент ЗАПРЕТ 15 на счетный вход первого счетчика 1 импульсов (t на фиг. бе) и дополнительно через первый элемент 1Ь задержки на счетный вход второго счетчика 2 (tg на фиг. 6ж). В интервале . положение триггера 18 45 (фиг. 6з), значения и направления

токов ЦАП 7 и 8 (фиг. 6и,к) сохраняют исходное состояние, соответствующее моменту t-, при котором первый уровень выходного напряжения (фиг. 6л) определяется первым запоминающим бло0

5

ком А и первым блоком ЦАП 7. В момент . импульсом с выхода элемента ЗАПРЕТ 15 производится переключение триггера 18 в единичное состояние, при котором первый 19 и второй 20 переключатели тока меняют свое положение на обратное, когда выход первого блока ЦАП 7 отключается от входа блока 21 согласования и подключается к общей пшне, а выход второго блока ЦАН 8 отключается от общей шины и подключается к входу блока 21 согласования. В интервале t, на

выходе устройства устанавливается второй уровень напряжения (фиг. 6л), определяемый третьим запоминающим блоком 6 и током (фиг. 6к) второго блока ЦАП 8. В момент tg-, определяе

g, но определяемы в интерва- IJKOM первого блока 7 ЦАП.

мьш первым элементом 16 задержки, триггер 18 по тактовому входу возвращается в исходное состояние, пии котором на выходе устройства сохраняется тот же уровень напряжения до момента t ле t

С учетом того, что длительность задержки первого элемента 16 задержки выбрана достаточной для точной установки значений токов на выходе блоков ЦАП и что их подключение к выходному блоку согласования производится попеременно в моменты времени, соответствующие уже установившимся значениям токов, устройство формирует на своем выходе уровни напряжений без выбросов в моменты их смены (t, tg , t7n Ц,фнг.6 Наличие обратной связи блок ЦАП - нагрузка в выходном блоке 21 согласования обеспечивает равномерность вершин импульсов на выходе устройства при изменении параметров внешней нагрузки

Использование двух ьлоков ЦАП (код - ток), двух токовых переключателей, коммутирующих со сдвижкой во времени токи во входной цепи общего выходного преобразователя ток - напряжение (блок 21 устройства), исключает выбросы на вершинах формируемых импульсов, являющиеся следствием неодновременного срабатывания аналоговых ключей блоков ЦЛП, и сокращает длительность фпонтов выходного сигнала, определяемую разностью переключаемых токов и нагрузкой выходного каскада.

На примере циклограммы (фиг. 6л) в интервалах ., ,tfe-t7 и t7-t«, длительность которых равна периоду импульсов с делителя частоты, показан один цикл выдачи соответственно нулевого, положительного, нулевого и отрицательного уровней выходного напряжения в соответствии с данными, записанными в четырех адресах первого 4 и третьего 6 запоминающих бло- ков.

Повторение цикла выдачи указанной последовательности из четырех уров

10

15

20

30

40

45

0

5

чней возможно .при- подаче сигнала с четвертого выхода дешифратора 9 через первый коммутатор 10,установленный в четвертое положение, и первый элемент ПЛИ 12 на сброс в исходное состояние в момент tg первого счетчика 1 импульсов, а также через второй элемент задержки 17 - на сброс в момент к. t,, второго счетчика 2 и тактируемого триггера 18. При условии равенства задержек элементов 16 и 17 нулевой уровень напряжения на выходе устройства в интервале td-tg определяется вторым блоком ЦАП 8, а в интервале

Ц0 - первым блоком ЦАП 7. Для изменения числа уровней, выдаваемых в одном цикле выдачи с помощью первого коммутатора 10, к входам элементов ИЛИ 12 и 14 подключается другой выход дешифратора 9. Последовательное соединение дешифратора 9 и первого коммутатора 10 позволяет оперативно изменять длительность формируемого цикла, т.е. позволяет в пре- деЛах запрограммированного в запоминающих блоках 4 и 6 числа изменений выходных уровней регулировать длительность формируемой пачки импульсов. Далее процесс формирования повторяется аналогично описанному.

Для подсчета числа циклов выдачи служит третий счетчик 3, на счетный вход которого через третий элемент ИЛИ 1ч поступает импульс с первого коммутатора 10.

Прекращение выдачи циклов при их определенном числе происходит при считывании предварительно записанной 1 из второго запоминающего блока 5 с адреса, номер которого соответствует количеству запрограммируемых циклов выдачи. При поступлении 1 на элемент ЗАПРЕТ 15, сигнал с выхода последнего останавливает циклическую работу счетчиков 1,2 и триггера 18, прекращая тем самым выдачу последующих циклов.

Возможность программирования числа выдач циклов формирования с изменяемой их длительностью во времени позволяет эффективно использовать устройство в контрольно-испытательной аппаратуре.

Таким образом, устройство для формирования последовательностей импульсов позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения возможности формирования периодических последовательностей импульсов с изменяемой длиной циклов и с заданным числом циклов их выдач; повысить точность формирования импульсов путем устранения на вершинах импульсов выбросов и неравномерностей, связанных с неодновременностью срабатывания ключей ЦАП и влиянием параметров внешней нагрузки, за счет использования двух преобразователей код - ток, подключаемых попеременно в моменты времени, соответствующие уже установившимся значениям токов к общему преобразователю ток - напряжение с цепью обратной связи, устраняющей влияние внешней нагрузки.

Кроме того, использование в аналоговом тракте устройства токовых ключей, коммутирующих ток практически между эквипотенциальными точками, сокращает длительность фронтов формируемых импульсов за счет сокращения времени переходных процессов.

Формула изобретения

Q

0

5

0 Q с

5

0

второй и третий счетчики импульсов, третий запоминающий блок, второй блок цифроаналогового преобразования, первый и второй элементы задержки, элемент ЗАПРЕТ, тактируемый триггер, первый и второй переключатели тока, выходной блок согласования и третий элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым входом первого и вторым входом второго элементов ИЛИ, а выход - с тактовым входом третьего счетчика импульсов, соединенного обнуляющим входом с вторым входом первого элемента ИЛИ, а выходами - с соответствующими адресными входами второго запоминающего блока, выход которого подключен к инверсному входу элемента ЗАПРЕТ, прямым входом соединенного с выходом второго элемента ИЛИ, а выходом - с входом установки единицы тактируемого триггера, тактовым входом первого счетчика импульсов и через первый элемент задержки с тактовыми входами третьего счетчика импульсов и тактируемого триггера, инверсный и прямой выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго переключателей тока соответственно, установленных между входом выходного блока согласования и соответственно выходами первого и второго блоков цифроаналогового преобразователя , причем входы второго блока цифроаналогового преобразования подключены к соответствующим выходам третьего запоминающего блока, информационные и адресные входы которого (подключены соответственно к информационным выходам блока ввода данных и к выходам второго счетчика импульсов, объединенного обнуляющим входом с входом установки нуля тактируемого триггера и через второй элемент задержки - с обнуляющим входом первого счетчика импульсов и выходом первого элемента ИЛИ, а управляющий вход третьего запоминающего блока объединен с четвертым выходом блока управления.„

питания и через соответствующие размыкающие контакты - с общей шиной блока, первый и второй выходы которого подключены к прямым выходам соот- . ветственно третьего и второго синхронных D-триггерсв, прямой выход первого

Упр.вх.

Фиг. 2

из которых соединен с переключающим контактом группы контактов, размыкающий и замыкающий контакты которой являются соответственно третьим и четвертым выходами блока управления.

-КЗ

30

-и

J/

ф

29

ч.

г

Фиг.З

ФигЛ

Фиг. 5

I I I I I I