Устройство для контроля последовательности импульсов Советский патент 1992 года по МПК G06F11/16 H03K5/19 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может Ьыть использовано для контроля импульсных последовательностей различных систем тактирования и синхронизации.

Целью изобретения является повышение достоверности устройства и расширение области применения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для контроля последовательности импульсов; на фиг.2 - структурная схема блока выявления сбоев; на фиг.З - временные диаграммы работы блока выявления сбоев; на фиг 4 - структурная схема блока усреднения.

Устройство для контроля последовательности импульсов содержит первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, первый 3, второй 4 и третий 5 счетчики, генератор 6 импульсов, первую-шестую схемы сравнения 7-12, элементы ИЛИ 13-18, элементы И 19-22 первый 23i и второй 23аблоки усреднения, блок 24 выявления дополнительных сбоев, триггер 25.

Блок 24 выявления сбоев содержит первый 37, второй 38 и третий 39 элементы ИЛИ, первый 40 и второй 41 формирователи импульсов, первый 42 и второй 43 триггеры элемент И 44.

Блок усреднения 23i (232) содержит группу последовательно соединенных по

VI

СЛ

J О СЛ

информационным входам/выходам регистров 45, выходы которых соединены с входами сумматора 46. Выход сумматора 46 и установочный вход кода количества регистров соединены соответственно с входами делимого и делителя устройства деления 47, выход которого является выходом блока 23, Информационные входы первого регистра группы 45i являются группой входов устройства с блока 24. Синхровходы регистров 45 объединены и соединены с синхровхо- дом блока 24,

Устройство работает следующим образом,

В исходном состоянии счетчики 3 и 5 обнулены, триггер 25 в нулевом состоянии (на прямом выходе - нулевой потенциал). Во все регистры группы 45 занесен одинаковый код - двоичный код числа-Mrf, определяющий номинальную длительность импульса тн в количестве периодов импульсов с генератора 6 - гн М-с Т0 (для блока 23i); в регистры 45 блока 23 занесен также одинаковый код числа Мт-t, являющийся эквивалентом номинальной длительности паузы между импульсами последовательно- сти - (Т - тн}: (Т- т) Мт-t Т0, В счетчик 4 занесено то же число, что и в регистры 45 блока 232 - эквивалент паузы между импульсами последовательности. На установочные входы блоков 47 деления обоих блоков 23 усреднения поданы коды числа N - количества регистров 45 в блоках 23 (а общем случае для каждого блока 23 число регистров 45 может быть индивидуальным, а не обязательно равным; число регистров 45 может быть равным единице, что исключает процесс усреднения - по требованию пользователя). Не формируются импульсы генератором 6, так как он не запущен начальным положительным фронтом импульса контролируемой последовательности. Генератор 6 может быть выполнен, например, на основе триггера, устанавливаемого в единичное состояние первым импульсом койтролируемой последовательности, подачей входного сигнала на установочный входи соединенного с управляющим входом собственно генератора, который начинает формировать импульсы при положительном сигнале от прямого выхода указанного триггера на его управляющем входе. В исходном состоянии триггер - при описанной конструкции генератора 6 - в нулевом состоянии. Триггеры 42 и 43 блока 24 в нулевом состоянии.

Поскольку все регистры 45 блоков 23 заняты, как указано выше, соответствующими кодами, на выходах блоков 231 и 232

соответственно коды номинальных длительностей импульса и паузы между импульсами контролируемой последовательности,

Соответствующие цепи начальной установки не показаны на чертежах Не показаны и цепи питания. Все установочные сигналы в блоки 7-10 и 23 могут быть получены соединением соответствующих разрядных входов с нулевой шиной и шиной

питания известным способом или использованием соответствующих регистров, в которые предварительно заносится соответствующая информация

Работа устройства начинается с подачи

на вход 33 контролируемой последовательности импульсов, а именно с подачи первого импульса последовательности По положительному фронту импульса срабатывает формирователь 1 (аналогично формирователь 2 срабатывает по спаду - отрицательному фронту - импульса Сигнал с выхода формирователя 1 поступает на вход элемента И 20. Так как на связанных с ним выходах элементов сравнения 9 и 10 положительные

сигналы, на выходе элемента И 20 появляется положительный потенциал,

Остановимся подробнее на формировании сигналов на выходах схем 7-10 На вход устройства 29 перед началом работы (и в

течение всего интервала работы устройства) подается код (в числе тактовых импульсов генератора 6 так же как и в блоки 45), эквивалентный в периодах тактовых импульсов максимально допустимой длительности

импульса последовательности Гтах. Если текущая длительность импульса контролируемой последовательности Гимп находится со значением Гтах в соотношении Ттах , Гимн, то появляется положительный потенциал на выходе Больше или равно схемы 7. в противном случае положительный сигнал формируется на выходе Меньше схемы 7, Аналогично на вход 30 схемы 8 подается код минимально допустимой длительности импульса тт|П; при Гтт имп на выходе Меньше или равно

схемы 8 формируется положительный сигнал, в противном случае сигнал формируется на выходе Больше схемы 8. Аналогично схемам 7 и 8 на входы 31 и 32 схем 9 и 10 подаются соответственно коды максимально допустимой (Т- г)тях и минимально допустимой длительности паузы (Т- r)min между

импульсами контролируемой последовательности. Схемы 8 и 10 не используют выходы Меньше. (Когда при реализации устройств сравнения 7-10 используются схемы, например, К 555 СП 1 имеющие раздельные выходы Меньше Равно и

Больше, то формирование сигналов типа Больше или равно и Меньше или равно осуществляется объединением соответствующих выходов указанных схем по принципу ИЛИ).

Таким образом, так как начальное значение кода в счетчике 4 равно номинальной паузе между импульсами, соблюдается условие (Т- t)max (Т- Г)н (Т- Т) И на выходах схем 9 и 10 положительные сигна- лы, Срабатывание по положительному фронту импульса контролируемой последовательности элемента И 20 через элемент ИЛИ 18 устанавливает триггер 25 в единичное состояние, формируя первый импульс выходной восстановленной последовательности импульсов, через элемент ИЛИ 16 подтверждает нулевое состояние счетчика 5 и, поступая на синхровход блока 232, произ- вдит сдвиг кодов, записанный в последова- тельности регистров 452 и одновременно записывает в регистр первой группы 45 содержимое счетчика 4 (в начальном состоянии, как указано выше, номинальную длительность паузы) После этого счетчик 4 устанавливается в нулевое состояние.

В том случае если времени задержки, необходимого для срабатывания перечисленных блоков перед сбросом счетчика 4 сигналом от формирователя 1 через эле- мент ИЛИ 13 в нулевое состояние мало, на входе счетчика 4 может быть поставлен элемент задержки не показанный на фиг.1, реализующий задержку сброса счетчика 4 до записи информации из него в блок 23i (232).

1 Передним фронтом (или потенциалом) с входа 33 устройства устанавливается в рабочее состояние (запускается по принципу, описанному выше) генератор 6, формирую- щий тактовые импульсы с периодом То. По этим импульсам заполняются счетчики 4 и 5.

Устройство контроля последовательности импульсов в целом можно разделить на три узла, выполняющие отдельные функции. Блоки 1. 2, 4 7-10,13 19 и 20 предназначены для формирования длительностей импульсов и пауз контролируемой последовательности и, в случае нахождения их в разрешенных пределах записи соответствующих значений в блоки усреднения 23. Блоки 5. 11, 12. 17. 18. 21. 22 и 23, а также триггер 25 предназначены для формирования восстановленной последовательности импульсов заданной длительности (с заданной длительностью пауз) Блоки 3, 14, 15 и 24 предназначены для фиксации сбоев в контролируеомй последовательности импульсов заданной длительности (с заданной

длительностью пауз) Блоки 3 14 15 и 24 предназначены для фиксации сбоев в контролируемой последовательности

Рассмотрим формирование восстановленной последовательности импульсов с момента начальной установки (с началом первого импульса) триггера 25 в единичное состояние. Триггер с прямого выхода подает размещающий сигнал на элемент И 21. Счетчик 5 по тактовым импульсам отсчитывает длительность импульса В момент равенства длительности текущего восстановленного импульса на выходе счетчика 5 и средней (номинальной - в начальном состоянии) длительности импульса с выхода блока усреднения 23i, вычисляемой в соотN

ветствии с выражением гср ( Утимп|)/1,

i 1

где N - число регистров блока 23i, на выходе Равно устройства 11 сравнения появляется положительный сигнал, через элементы И 21 и ИЛИ 17 устанавливающий триггер 25 в нулевое состояние, через элемент ИЛИ 16 сбрасывающий счетчик 5; после этого аналогично начинается формирование паузы между импульсами номинальной длительности блоками 232, 12,22 и 18 При этом, если в исходной контролируемой последовательности пропадают один или несколько импульсов, триггер 25 продолжает переключаться со средней частотой, отрабатывая средние длительности импульсов и пауз, записанные в блоках 23

Средние значения импульсов и пауз в блоках 23 формируются из содержимого регистров 45 Элемент И 19 срабатывает в том случае, когда длительность импульса находится в пределах между максимальным и минимальным допустимыми значениями, задаваемыми входами 2Э и 30, лишь в этом случае импульс с формирователя 2, формирующийся в момент окончания импульса, проходит через элемент И 19, так как на его втором и третьем входах - разрешающие положительные сигналы с выходов схем 7 и 8, которые имеют место при выполнении условий соответственно ттах тимп и Ггтп 7Имп. Если длительность импульса находится вне этих порогов, то данная длительность импульоз не записывается в регистр 45 и не искажает среднее значение восстановленного импульса. Эта совокупность блока введена с целью исключить вли- яние на параметры восстановленной последовательности искаженных импульсов контролируемой последовательности, возникающих за счет пропадания пауз между соседними импульсами и за счет дробления импульсов, а также при краевых искажениях импульсов большей величины.

Аналогично схема И 20 в совокупности с схемами сравнения 9 и 10 реализует те же условия для длительностей пауз между импульсами контролируемой последовательности.

За счет усреднения длительностей импульсов и пауз между ними (в отдельности) в восстановленной последовательности устраняются в значительной мере флуктуации длительностей импульсов и пауз контролируемой последовательности, выражающиеся как в виде краевых искажений, так и - полностью - вставки импульсов, их дробления и выпадения. При этом необходимо отметить, что в прототипе краевые искажения импульсов контролируемой последовательности вообще не устраняются, дробления и вставки импульсов тоже не устраняются, а полные выпадения устранятся лишь в том случае, когда из контролируемой последовательности выпадает один импульс, а смежные с ним - нет: если же в прототипе выпадают два (или более) смежных импульса контролируемой последовательности, то и в восстанавливаемой последовательности появляются выпадающие импульсы, число которых лишь на единицу меньше количества смежных выпавших импульсов контролируемой последовательности.

При этом восстанавливаемая последовательность в заявляемом устройстве находится всегда в сфазированном состоянии с контролируемой, не допуская расхождения по фазе. Это обеспечивается следующим образом: если длительность текущего импульса находится в пределах порогов и импульс с выхода элемента И 19 формируется раньше, чем импульс с выхода схемы сравнения 11, этот импульс проходит через элемент ИЛИ 17 и устанавливает триггер в нулевое состояние, чем заканчивает очередной импульс восстановленной последовательности, сбрасывая также счетчик 5 и не допуская таким образом срабатывания схемы 11 (которое, впрочем, в данном случае не имеет значения). После этого, как описано выше, начинается отсчет длительности средней паузы между импульсами. Если же импульс от схемы 11 приходит раньше импульса от элемента 19, то триггер перебрасывается в нулевое состояние этим Липульсом (от схемы 11), но расфазирова- ниеи здесь не происходит, так как опоздавший импульс с элемента 19 также сбрасывает через элемент ИЛИ 16 счетчик 5 в нулевое состояние, так что отсчет длительности импульса или паузы в любом случае начинается с момента прихода импульса

(если он вообще есть) с элементов 19 и 21) соответственно. Таким образом поддерживается синфазность контролируемой и восстановленной последовательности устройства.

Таким образом, небольшие краевые искажения (определяемые допусками порогов для импульсов и пауз) отрабатываются и усредняются устройством, а большие краевые

0 искажения вне порогов исключаются. Исключаются также путем запрета сигналов с элементов 19 и 20 как вставки импульсов (лишние импульсы, возникающие в интервалах пауз), гак и дробления импульсов (лиш5 ние паузы, возникающие в интервалах импульсов), а также выпадения полностью импульсов и пауз между ними. Во всех этих случаях не срабатывают элементы 19 или 20 и восстановленная последователь0 ность формируется на основе работы схем 11 и 12.

Дополнительными достоинствами заявляемого устройства в плане восстановления последовательности импульсов является,

5 во-первых, выравнивание последовательности при единичных флуктуациях длительностей импульсов и пауз за счет усреднения, во-вторых, отслеживание текущей частоты (длительностей пауз и импульсов) контроли0 руемой последовательности также за счет усреднения: например, при медленном уходе тактовой частоты контролируемой последовательности усредняющие блоки постепенно заполняются все большими чис5 лами, таким образом, восстанавливаемая последовательность также подравнивается у контролируемой при медленных плавных флуктуациях параметров последней (естественно, в пределах порогов).

0 Степень усреднения N определяет степень скорости подстройки устройства к флуктузциям контролируемой последовательности и скорость реакции на них и их обработки,

5Заметим, что при равенстве всех порогов 29-32 и степени усреднения, равной единице (один регистр 45 в каждом блоке 23) параметры заявляемого устройства близки к прототипу (однако заявляемое устрой0 ство и в этом случае позволяет исключить полностью вставки, выпадения и дробления импульсов контролируемой последователь- ности при ее восстановлении).

Рассмотрим теперь процесс контроля,

5 т.е. фиксацию сбоев контролируемой последовательности.

Сбоями, как и в прототипе, считают 4 возможных случая:

длительность паузы больше допустимой (выпадение импульса);

длительность импульса больше допустимой (выпадение паузы);

в течение паузы возникает дополнительный импульс (вставка импульса);

в течение импульса возникает лишняя пауза (дробление импульса).

Первые два типа сбоев фиксируются соответственно схемами сравнения 7 и 9, которые выдают на выходах Меньше (соответственно В Случаях fmax Гимп И (Т- -Т)тах (Т- Т) СИГНалы, ПО КОТОРЫМ Срабатывает элемент ИЛИ 15, выходные сигналы с которого подсчитываются счетчиком 3, фиксирующим количеством сбоев. Последние два типа сбоев выявляются блоком 24 (фиг.2). Процесс выявления сбоев поясняется временной диаграммой на фиг.З. Работа блока 24 основана на следующем условии: блок 24 выдает выходной импульс в случае, когда во время импульса последовательности (положительный потенциал на выходе 26 устройства) формируются последовательно отрицательный, а затем положительный фронты; или в интервале паузы (нулевой потенциал) последовательно формируются положительный и отрицательный фронты (вставка импульса).

Рассмотрим работу устройства в первом случае (иллюстрация - второй импульс на входе 33 устройства).

С каждым импульсом с формирователя 1 или 2 по входам 35 или З б на блок 24 поступают импульсы, воздействующие на синхровходы триггеров соответственно 43 и 42. Если поступление короткого импульса (или его положительного фронта) на синх- ровход С триггера соответствует некоторому (например, единичному или нулевому) сигналу на D-входе триггера, то этоттриггер переключается соответственно в единичное или нулевое состояние - в соответствии с принципом работы обычного триггера, например 155 ТМ 2.

При любом переключении триггера 25 устройства появляется положительный сигнал либо на входе 26 (интервал импульса последовательности), либо на входе 34 (интервал паузы последовательности) блока 24, что вызывает появление короткого им-, пульса на выходе соответственно формирователя импульсов 40 либо 41; таким образом, как в начале импульса последовательности, так и в начале паузы блок 24 устанавливается в исходное состояние, когда на прямых выходах триггеров 42 и 43 нулевые потенциалы. В рассматриваемом нами случае (второй импульс входа 26 или 33) на входе 26, выходе элемента ИЛИ 37 и

D-входе триггера 42 единичные сигналы. Приход импульса с входа 36 вызывает установку триггера 42 в единичное состояние, при котором на выходе элемента ИЛИ 38 и D-входе триггера 43 также появляется еди ничный сигнал. Приход импульса на вход 35 вызывает установку триггера 43 в единичное состояние, в результате чего на выходе элемента И 44 формируется сигнал, свиде0 тельствующий о дроблении импульса последовательности, т.е. о возникновении сбоя этого типа. Аналогично для паузы (обозначенной цифрой 3 на фиг.З) триггеры срабатывают в обратном порядке и фиксируют

5 сбой за счет вставки импульса.

На фиг.З иллюстрируется также отсутствие влияние на блок 24 краевых искажений на импульсах 4 и 5. В этих случаях либо вообще блок не реагирует на соответствую0 щие сигналы с формирователей 1 и 2, либо срабатывает лишь один триггер (при одном фронте сигнала во время импульса или длительности паузы последовательности), что не приводит к формированию сигнала сбоя

5 типа вставки или дробления импульса.

Заметим, что для того, чтобы исключить фиксацию первого фронта импульса в случае срабатывания триггера 25 от блоков 1 или 2 - для выравнивания времени срабаты0 вания (если недостаточно естественной задержки в блоках 40, 41 и 39), может быть включен дополнительный элемент задержки на выходе элемента ИЛИ 39 для того, чтобы сброс триггеров 42 и 43 осуществлял5 ся после окончания всех переходных процессов в устройстве, вызванных сменой потенциала восстанавливаемой последовательности,

Описанная работа блока 24 соответст0 вует случаю, когда при любом количестве лишних импульсов в интервале восстановленного импульса (то же справедливо и для пауз) фиксируется лишь один импульс - то есть ведется счет сбойных импульсов кон5 тролируемой последовательности. Это обусловлено (фиг,2) тем, что при срабатывании обоих триггеров последующие вставки импульсов не вызывают формирования в течение той же паузы формирования новых

0 сигналов сбоев - фиксируется максимально по одному сбою на импульс (или паузу). Если пользователю необходимо изменять количество сбоев с учетам возможности возникновения нескольких лишних импульсов в

5 течение паузы, то на фиг.2 следует соединить (на фиг.2 это показано пунктиром) выход элемента И 44 с третьим входом элемента ИЛИ 39; в этом случае фиксация вставки вызывает сброс триггеров 43 и 42 в начальное состояние, следующая вставка на

той же паузе вновь вызовет срабатывание блока 24.

Отметим также, что при использовании в качестве устройства деления 47 (фиг.4) схемы, требующей импульса запуска для ра- боты и вычисления результата, этот импульс запуска может быть сформирован от импульса на входе синхронизации, при необходимости следует в этой связи (показанной на фиг.4 пунктиром) ввести элемент задерж- ки, чтобы обеспечить запуск устройства деления после записи информации в группу регистров. Если же устройство деления выполнено на основе комбинационной схемы, специального сигнала запуска не нужно.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить достоверность контроля за счет исключения фиксации в качестве сбоев краевых искажений (в пороговых пределах) импульсов контролируемой последо- вательности. Заявляемое устройство исключает краевые искажения, причем величины нефиксируемых краевых искажений задаются порогами. Кроме того, заявляемое устройство позволяет фиксировать в качест- ве сбоев (в зависимости от конфигурации блока 24) как одиночные вставки, так и множественные.

Формулаизобретения Устройство для контроля последовательности импульсов, содержащее два формирователя импульсов, два элемента ИЛИ, первый счетчик, разрядные выходы которого являются выходами количества сбоев устройства и соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого является признаком сбоя устройства, вход контролируемой последовательности устройства соединен с входами первого и второго фор- мирователей импульсов, отличающее- с я тем, что, с целью повышения достовено- сти контроля и расширения области применения устройства, в него введены с третьего по шестой элементы ИЛИ. шесть схем сравнения, триггер, второй и третий счетчики, два блока усреднения, генератор импульсов, четыре элемента И и блок выявления дополнительных сбоев, причем выходы первого и второго формирователей импуль- сов соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, с первым и вторым тактовыми входами блока выявления дополнительных сбоев и с входами второго элемента ИЛИ, выход ко- торого подключен к входу сброса втброго счетчика, счетный вход которого соединен со счетным входом третьего счетчика и с выходом генератора импульсов, группа выходов второго счетчика подключена к пе рвым группам входов с первой по четвертую схем сравнения и к группам информационных входов блоков усреднения, вторые группы входов с первой по четвертую схем сравнения являются с первого по четвертый установочными входами устройства соответственно, выходы Больше или равно первой и третьей схеМ сравнения соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы Меньше или равно второй и четвертой схем сравнения соответственно с третьими входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ и с синхровходами первого и второго блоков усреднения соответственно, группы выходов которых соединены соответственно с первыми группами входов пятой и шестой схем сравнения, вторые, группы входов которых соединены с группой выходов третьего счетчика, вход сброса которого подключен к выходу пятого элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов ИЛИ, соединенными также соответственно с входом сброса и установочным входом триггера, прямой выход которого является выходом восстановленной последовательности устройства и соединен с первым информационным входом блока выявления дополнительных сбоев и с первым входом третьего элемента И, а инверсный выход триггера соединен с вторым информационным входом блока выявления дополнительных сбоев и с первым входом четвертого элемента И вторые входы третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с выходами Равно пятой и шестой схем сравнения, выходы третьего и четвертого элементов И - соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, выходы Меньше первой и третьей схем сравнения и выход блока выявления сбоев - с входами шестого элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, вход контролируемой последовательности устройства соединен с входом запуска генератора импульсов, причем блок выявления дополнительных сбоев содержит два формирователя импульсов, два триггера, три элемента ИЛИ и элемент И, в блоке выявления дополнительных сбоев первые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с входами формирователей импульсов и являются соответственно первым и вторым информационными входами блока выявления дополнительных сбоев, вторые входы первого и второго элементов.ИЛИ - с выходами элемента И и подключены к выходам соответственно первого и второго триггеров, информационные входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго элементов ИЛИ входы сброса триггеров объединены и подключены к выходу третьего элемента ИЛИ, синхровходы

триггеров соединены с тактовыми входами блока выявления дополнительных сбоев, выходы первого и второго формирователей импульсов и элемента И соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выход элемента И является выходом блока выявления дополнительных сбоев

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля импульсных последовательностей различных систем тактирования и синхронизации. Целью изобретения является повышение достоверности и точности контроля и расширение области применения устройства Устройство содержит два формирователя импульсов, два элемента ИЛИ и первый счетчик, разрядные выходы которого являются выходами количества сбоев устройства и соединены с входами второго элемента ИЛИ, выход которого является выходом признака сбоя устройства, вход контролируемой последовательности устройства соединен с входами первого и второго формирователей импульсов, Устройство отличается тем, что в него введены элементы ИЛИ с третьего по шестой, шесть схем сравнения, триггер, второй и третий счетчики, два блока усреднения, генератор импульсов, четыре элемента И и блок выделения дополнительных сбоев. Устройство позволяет повысить достоверность контроля за счет исключения фиксации в качестве сбоев краевых искажений импульсов. Устройство фиксирует в качестве сбоев как одиночные вставки, так и множественные 4 ил (Л С

Фиг.1

г гпф

S92.19U

pr; w

U

(20) Г

Ь6

±1

Tl

r4JUI U

IJ ц

ЯЯ MH Ш И

.

Ь6

±1

1

ЕГ Tl

r4JUI U

IJ ц

ЯЯ MH Ш И