Устройство для формирования импульсных сигналов Советский патент 1992 года по МПК H03K5/153 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в дискретной автоматике и электроизмерительной аппаратуре, в частности, при разработке устройств выработки управляющих команд, а также в устройствах синхронизации цифровых сигналов.

Аналогом данного устройства является устройство для формирования импульсных сигналов 1, состоящее из набора синхронных D-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона, элемента И-ИЛИ, трех дополнительных синхронных D-триггеров, элемента ИЛИ, инвертора и элемента И-ИЛИ-НЕ. Устройство имеет тактовую, обнуляющую, две управляющие входные и одну выходную шины. Устройство позволяет формирователь на выходе последовательность импульсов необходимой частоты и в соответствии с управляющими сигналами менять фазу выходного сигнала. Основным недостатком данного устройства является сложность узла управления обратной связью счетчика

Джонсона и ограничение на применение элемента ИЛИ.

Цель изобретения - сокращение аппаратных затрат, повышение технологичности и надежности путем применения более простых элементов и сокращения количества связей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее N синхронных D-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона таким образом, что управляющий вход каждого последующего разрядного триггера объединен с выходом предыдущего, а тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров объединены соответственно с тактовой и обнуляющей шинами, первый, второй и третий синхронные D-триггеры, инвертор и элемент И-ИЛИ-НЕ. один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера последнего разряда счетчика Джонсона, а

С

XI ел со

00

ел

00

второй - к объединенным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ и первой управляющей шине устройства, вторая управляющая шина которого подключена к тактовому входу первого синхронного D-триггера, обнуляющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного D-триггера, соединенного входом обнуления с выходом триггера последнего разряда счетчика Джонсона, выходной шиной и через инвертор - с управ- ля ющим входом третьего синхронного D- триггера. подключенного своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине устройства и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ, а третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены с прямым выходом второго синхронного D-триггера, а управляющий вход первого синхронного D-триггера объединены с шиной логической единицы, согласно изобретению, дополнительно введены элемент И-НЕ и элемент задержки, выход которого подключен к тактовому входу второго синхронного D-триггера, при этом первый вход элемента И-НЕ и вход элемента задержки подключены к выходу последнего разрядного триггера счетчика Джонсона, а второй вход и выход элемента И-НЕ - соответственно к выходу элемента И-ИЛИ-НЕ и к управляющему входу первого разрядного триггера счетчика Джонсона.

Дополнительное введение элемента И-НЕ является признаком существенным, поскольку необходим элемент, инвертирующий сигнал, поступающий с выхода последнего на управляющий вход первого разрядных триггеров счетчика Джонсона, при высоком значении сигнала на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ и устанавливающий высокий уровень на входе первого триггера счетчика Джонсона при низком значении сигнала на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ. Использование в прототипе элемента И-ИЛИ, усложняет схему и понижает надежность устройства.

Дополнительное введение элемента задержки является признаком существенным, поскольку необходимо осуществлять задержку сигнала, поступающего с выхода последнего разрядного триггера счетчика Джонсона на тактовый вход второго синхронного D-триггера, по отношению к этому же сигналу, поступающему на обнуляющий вход того же триггера. Использование в этом узле элемента задержки в отличие от элемента ИЛИ, применяющегося в прототипе, повышает технологичность и надежность устройства, поскольку в качестве элемента задержки может использоваться

любой логический элемент, не вносящий изменений в логику сигнала, поскольку к этому элементу предъявляются требования только по задержке, тогда как к элементу

ИЛИ в прототипе предъявлялись требования как по задержке, так и по логике.

Указанные существенные признаки в научно-технической и патентной литературе в данном конструктивном выполнении и

0 взаимосвязи не выявлены, хотя применяемые элементы в технике встречаются, но они используются для других целей.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для формирования им5 пульсных сигналов; на фиг. 2,3, 4 - временные диаграммы его работы, диаграммы фиг. 4 приведены для случая, когда Т3ад равно нулю.

Устройство для формирования импульс0 ных сигналов содержит набор синхронных D-триггеров 1, объединенных в счетчик Джонсона 2 таким образом, что управляющий вход каждого последующего разрядного триггера 1 объединен с выходом

5 предыдущего. Тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров 1 объединены соответственно с тактовой 3 и обнуляющей 4 шинами устройства. Устройство содержит также первый, второй и третий синхронные

0 D-триггеры 5, 6, 7, инвертор 8 и элемент И-ИЛИ- НЕ 9, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера 1 последнего разряда

5 счетчика Джонсона 2, а второй - к объединенным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ 9 и первой управляющей шине 10 устройства. Вторая управляющая шина 11 подключена к тактовому входу

0 первого синхронного D-триггера 5, обнуляющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного D-триггера 6, соединенного входом обнуления с выходом триггера 1 последнего разряда счетчика

5 Джонсона 2. выходной шиной 12 и через инвертор 8 - с управляющим входом третьего синхронного D-триггера 7, подключенного своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине 3 устройст0 ва и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ Э.Третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ-НЕ 9 объединены с прямым выходом второго синхронного D-триггера 6, Управляющий вход первого

5 синхронного D-триггера 5 объединен с шиной логической единицы. Выход элемента задержки 13 подключен к тактовому входу второго синхронного D-триггера 6, при этом первый вход элемента И-НЕ 14 и вход эле- мента задержки 13 подключен к выходу последнего разрядного триггера 1 счетчика Джонсона 2, а второй вход и выход элемента И-НЕ 14 - соответственно к выходу элемента И-ИЛИ-НЕ 9 и к управляющему входу первого разрядного триггера 1 счетчика Джонсона 2,

Устройство имеет следующие сигналы: А-сигнал на выходной шине 12 (последний разряд счетчика 2); В - предпоследний разряд счетчика 2; С - тактовый сигнал на шине 3; D-управляющий сигнал на входной шине 10; Е - управляющий сигнал на входной шине; F - сигнал на выходе схемы И-ИЛИ- НЕ 9; R - сигнал обнуления счетчика 2 на шине 4; G - сигнал на прямом выходе триггера 6; Н - сигнал на выходе триггера 5; К - сигнал на выходе элемента задержки 13; L - сигнал на выходе триггера 7; М - сигнал на выходе схемы И-НЕ 14; N - сигнал на первом разряде счетчика 2; О - сигнал на втором разряде счетчика 2.

Устройство для формирования импульсных сигналов работает следующим образом.

Предположим, что счетчик Джонсона 2 состоит из четырех D-триггеров 1. По тактовой шине 3 поступают тактовые импульсы со скважностью два (см. на фиг. 2, 3, 4 сигнал С), а на обнуляющей шине 4 - нулевой уровень напряжения (фиг.З, R) удерживает разрядные триггеры 1 счетчика Джонсона 2 в нулевом состоянии. На управляющем входе D-триггера 1 первого разряда счетчика Джонсона 2 (см, фиг. 3, М) и на выходе третьего D-триггера 7 (фиг. 3, L) присутствуют единичные уровни напряжения, а на прямом выходе второго D-триггера 6 - нулевой потенциал (фиг. 2, G). На выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 сохраняется единичный потенциал (фиг. 4, F). На первой 10 и второй 11 управляющих шинах сигналы отсутствуют.

При подаче на обнуляющую шину устройства единичного потенциала, т.е. как только сигнал R станет высоким, начнет работать счетчик 2 (фиг.З) в режиме деления частоты тактового сигнала С, так как высокий сигнал Е определяет инверсное включение элемента И-НЕ 14 и разрешает тем самым отрицательную обратную связь счетчика 2. Количество триггеров в счетчике 2 определяет коэффициент деления (в нашем случае он равен восьми). На выходной шине 12 появится сигнал А, равный частному от деле-ния сигнала С на коэффициент деления.

Если необходимо изменить фазу сигнала А в сторону опережения, то для этого сигнал D на первой управляющей шине 10 устанавливают в высокое состояние и подают командный импульс Е по ртэрой управляющей шине 11. А если необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставания. то сигнал D на первой управляющей шине 10 устанавливают в низкое состояние и так- 5 же подают командный импульс Е по второй управляющей шине 11.

В процессе работы устройства производится синхронизация сигнала Е. На второй управляющей шине 11 устройства выход- 10 ным сигналом А с шины 12 (см.фиг.2) сигнал Е синхронизируют сигналом А на триггерах 5, 6 и элементе задержки 13. При этом возможны два случая: первый - импульс Е поступает на шину 11 в момент наличия на 15 выходной шине 12 низкого уровня сигнала А (фиг.2а), второй - в момент высокого уровня сигнала А (фиг.2,6). В обоих случаях сигнал Е взводит триггер 5 и устанавливает сигнал Н в высокое состояние, и ближайший

0 передний фронт сигнала А, поступая через элемент задержки 13 на тактовый вход триггера 6. устанавливает сигнал G в высокое состояние. При этом сбрасывается триггер 5 и тем самым подготавливается для приема

5 следующего импульса сигнала Е. Следующий низкий уровень сигнала А сбрасывает триггер 6 и устанавливает сигнал G в низкое состояние. Длительность импульса G приблизительно равна длительности импульса

0 сигнала А минус Т3ад. В дальнейшем при анализе работы устройства для нас будет интересен сигнал G, который является сигналом управления на второй управляющей шине 11 устройства после его синхрониза5 ции выходным сигналом Ас шины устройства.

Предположим, необходимо изменить фазу сигнала А в сторону опережения (фиг.4,а). Для этого сигнал D на первой уп0 равляющей шине 10 устанавливают в высокое состояние и подают командный импульс Е по второй управляющей шине 11.

Третий D-триггер 7 и инвертор 8 работают по образу и подобию первого триггера 1

5 счетчика 2 в режиме отрицательной обратной связи. В случае изменения фазы в сторону опережения работает второй элемент И элемента И-ИЛИ-НЕ 1, который формирует управляющий импульс сигнала Е. Он зэ0 прещает отрицательную обратную связь счетчика Джонсона 2 и разрешает положительную на один период тактового сигнала С. В результате этого высокий уровень сигнала М продлевается еще на один период

5 сигнала С. что, в свою очередь, приводит к увеличению одного периода выходного сигнала А на один такт.

Предположим, необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставания

(фиг,4,б). Для этого сигнал D нэ первой управляющей шине 10 устанавливают в низкое состояние и подают командный импульс Е по второй управляющей шине 11.

В этом случае работает первый элемент И элемента И-ИЛИ-НЕ 9. который формирует управляющий импульс сигнала Е. Задача импульса Е - укоротить низкий уровень сигнала обратной связи М на один период сигнала С, что, в свою очередь, приводит к уменьшению одного периода выходного сигнала А на один такт.

Изменение одного периода сигнала А на один такт сигнала С тождественно изменению фазы сигнала А на один такт. Сколько поступит управляющих импульсов Е, на столько периодов изменится фаза сигнала А. Импульсы Е должны поступать не чаще одного периода сигнала А.

В качестве элемента задержки 13 может применяться любой логический элемент, не нарушающий логику сигнала А, а также любые активные или пассивные линии задержки. Величина времени задержки не должна превышать периода тактового сигнала С минус задержка сигнала на D-триггере 6 и элементе И-ИЛИ-НЕ 9. Задача элемента задержки - развязать во времени сигналы на тактовом входе и входе обнуления второго D-триггера 6. В тех случаях, когда топология микросхем О Триггеров позволяет объединять тактовый вход с входом обнуления или входом установки, от элемента задержки можно отказаться. В случае применения входа установки D-триггера вместо входа обнуления схема должна быть эквивалентно преобразована.

В качестве варианта конкретного применения можно рекомендовать счетчик Джонсона 2, реализованный на регистре К555ТМ9, включенном в режим регистра сдвига, а остальные элементы формировать из элементов серии К555 - К555ТМ2, К555ЛН1 и др.

Если на входную шину 11 подавать сигнал предпоследнего разряда счетчика 2 - сигнал В и при этом снимать информацию словами параллельно со всех разрядов счетчика 2, то данное устройство будет выполнять функции генератора псевдослучайных чисел, при этом сигнал R на обнуляющей шине 4 должен быть пассивен.

Устройство для формирования импульсных сигналов позволяет получить положительный эффект, выраженный в том, что оно обеспечивает, при уменьшенных аппаратных затратах с одновременным увеличением технологичности и надежности, получение любого интервала изменения фазы, определяемого разрядностью счетчика Джонсона и.тактовой частотой, что позволяет применять данное устройство в различных устройствах сопровождения цифровых сигналов по фазе и частоте, а также в различных устройствах синхронизации. Формула изобретения

0 Устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее N синхронных триггеров, объединенных в счетчик Джонсона, при этом управляющий вход каждого последующего разрядного триггера соеди5 нен с выходом предыдущего, а тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров соединены соответственно с тактовой и обнуляющей шинами, первый, второй и третий синхронные D-триггеры, инвертор и эле0 мент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера последнего разряда счетчика Джонсона, а второй - к обьединен5 ным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ и первой управляющей шине устройства, вторая управляющая шина которого подключена к тактовому входу первого синхронного D-триггера, обнуляю0 щий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного D-триггера, соединенного входом обнуления с выходом триггера последнего разряда счетчика Джонсона, выходной шиной и через инвер5 тор - с управляющим входом третьего синхронного D-триггера, подключенного своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине устройства и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ,

0 третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ- НЕ объединены с прямым выходом второго синхронного D-триггера, а управляющий вход первого синхронного D-триггера объединен с шиной лог. 1, отличающее5 с я тем. что, с целью повышения технологичности и надежности, в него дополнительно введены элемент И-НЕ и элемент задержки, выход которого подключен к тактовому входу второго синхронного D-триггера, при

0 этом первый вход элемента И-НЕ и вход элемента задержки подключены к выходу последнего разрядного триггера счетчика Джонсона, а второй вход и выход элемента И-НЕ соответственно к выходу элемента И5 ИЛ И-НЕ и к управляющему входу первого разрядного триггера счетчика Джонсона.

Фиг.1

с гlJтлJ JlJПJ J-lJ

А

к

Е

н

G

1

а

С OJTJTJTJnJ JlJTJTJTJ

А

к

Е Н и

5 Фиг. 2

С J UriIbrLTUlJ Jrir

Я

L I11

А/1I1

О1 -.

В1 I-..

А J II

МIII

Фиг. 3

С nJTJOnjTJTJTJTJ JT

Использование: устройство для формирования импульсных сигналов может быть использовано при разработке устройств выработки управляющих команд, а также в устройствах синхронизации цифровых сигналов. Сущность: устройство содержит 1 счетчик 2 Джонсона, выполненный на N синхронных триггерах 1,0-триггеры 5, б, 7, инвертор 8, элемент И-ИЛИ-НЕ 9, элемент И-НЕ 14, элемент задержки 13, шину 4 обнуления, тактовую шину 3, управляющие шины 10. 11. выходную шину 12 и соответствующие связи. 4 ил

с njijnjTjnjijrtJT-njnj

О 1

с

F

М N

О

в

А