Генератор импульсов с программируемой скважностью Советский патент 1993 года по МПК H03K3/02 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к генераторам импульсов с использованием логических схем, предназначено для систем контроля и цифрового программного управления технологическими процессами в электротехнической, металлургической, радиотехнической, электронной отраслях промышленности, в устройствах вычислительной и измерительной техники.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона генерируемых импульсов. Дополнительной целью является расширение области применения и повышение достоверности дискретной информации.

На фиг. 1 дана функциональная схема генератора; на фиг. 2 - диаграмма работы

генератора; на фиг. 3 -диаграмма напряжений на объединенных выводах конденсаторов диапазонов.

Генератор содержит последовательно соединенные первый и второй элементы НЕ 1 и НЕ 2, выход второго подключен к информационным входам диапазонных буферных элементов 3 с тремя состояниями, входы управления которых подключены к шине выбора диапазонов 4, а выходы подключены к соответствующим конденсаторов диапазонов 5, вход первого элемента НЕ 1: через защитный резистор 6 соединен с объединенными первыми выводами конденсаторов диапазонов 5 и с первыми объединенными выводами кодовых резисторов 7 канала длительности импульсов. Вторые вы00СА СЯ

сл

ю сл

ЮШ&

воды кодовых резисторов 7 подключены к выходам соответствующих кодовых буферных элементов 8 канала длительности импульсов, входы управления которых подключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ 9 канала длительности импульсов, первые входы которых подключены к шине 10 управления длительностью импульсов. Кодовые резисторы 11 канала длительности пауз объединенными первыми выводами подключены к общей точке конденсаторов 5 диапазонов и защитного резистора б, а вторыми выводами подключены к выходам соответствующих кодовых буферных элементов 12 канала длительно-, сти пауз, входы управления этих элементов подключены к выходам соответствующих элементов ИЛИ 13 канала длительности пауз, первые входы которых подключены к шине 4 управления длительностью пауз, а вторые входы объединены и подключены к выходу второго элемента НЕ 2. Входы управления кодовых буферных элементов 12 канала длительности пауз и кодовых буферных элементов 8 канала длительности импульсов объединены с вторыми входами элементов ИЛИ 9 канала длительности импульсов и подключены к выходу первого элемента НЕ 1. Анод диода 15 соединен с общей точкой конденсаторов 5 диапазонов и защитного резистора 6, а катод подключен к выходу буферного элемента 16 срыва генерации с тремя состояниями, информационный вход которого подключен к клемме 17 срыва генерации, а вход управления - к выходу второго элемента НЕ 2. который является выходом устройства.

Генератор работает следующим образом.

Допустим, что при включении питания, выход первого элемента НЕ 1 установился в состояние низкого yposws - логического нуля, следоеательно, выход второго элемента НЕ 2 - в состояние высокого уровня - логической единицы (уровню 1 соответствует напряжение источника питания равное Е). В этом случае напряжение высокого уровня 1, поступающее с выхода второго элемента НЕ 2 на входы элементов ИЛИ 13, переводит выходы кодовых буферных элементов 12 в высокоимпедансное состояние и отключает кодовые резисторы 11 канала длительности пауз. Низкий уровень логического нуля О, поступающий с выхода первого элемента НЕ 1 на информационные входы кодовых буферных элементов 8, устанавливает выходы только включенных .элементов 8 в состояние 0. Кроме того, с выхода первого элемента НЕТ уровень О поступает на входы элементов ИЛИ 9 и разблокирует поступление кода с шины 10 на входы управления кодовых буферных элементов 8. По этому коду включены кодовые резисторы 7 канала длительности импуль- сов, С выхода второго элемента НЕ 2 уровень 1, поступающий на информационные входы диапазонных буферных элементов 3, устанавливает выходы выбранных элементов 3 в состояние Т. Выбранные шиной 4

конденсаторы диапазонов 5 заряжаются высокими уровнями напряжений 1 соответствующих диапазонных буферных элементов 3 только через включенные кодовые резисторы 7 на выходы только включенных

5 буферных элементов 8 канала длительности импульсов.

Таким образом, длительность импульсов задается программно, кодами шины управления длительностью импульсов 10 и

0 шины выбора диапазона 4. По мере заряда включенных конденсаторов 5 напряжение на защитном резисторе 6 и на входе первого элемента НЕ 1 падает. Как только это напряжение снизится до нижнего порога UH

5 переключения элемента НЕ 1, он закрывается и его выход переходит в состояние 1, а выход элемента НЕ 2 в состояние О. С выхода элемента НЕ 1 напряжение высокого уровня, равное 1 поступает на входы

0 элементов ИЛИ 9 и отключает кодовые резисторы 7 от выходов кодовых буферных элементов 8 канала длительности импульсов, переводя через элементы ИЛИ 9 выходы всех элементов 8 в высокоимпедансное

5 состояние. Кроме этого, с выхода элемента НЕ 1 уровень напряжения, равный 1, поступает на информационные входы кодовых буферных элементов 12 канала длительности пауз и передается на выходы только

0 включенных элементов 12. С выхода элемента НЕ 2 низкий уровень напряжения, равный О, поступает на информационные входы диапазонных буферных элементов 3, переводя выходы этих только включенных

5 элементов на низкий уровень О. Кроме этого, поступающий с выхода элемента НЕ 2 низкий уровень О на входы элементов ИЛИ 13, разрешает передавать с шины 14 код подключения кодовых резисторов 11 к

0 выходам буферных элементов 12 канала длительности пауз.

Напряжение на объединенных выводах конденсаторов 5 и защитного резистора 6 скачком изменяет знак и становится отрица5 тельным, а по величине примерно равным UH. Начинается перезаряд включенных конденсаторов 5 выходными напряжениями высокого уровня буферных элементов 12 через включенные кодовые резисторы 11 и выходы низкого уровня выбранных диапазонных буферных элементов 3. Во время перезаряда включенных конденсаторов 5 напряжение в общей точке конденсаторов 5 и защитного резистора 6. а также на входе элемента НЕ 1 растет. Как только оно достигнет верхнего порога срабатывания UB элемента НЕ 1, он открывается и на его выходе напряжение становится равным О, что приводит к изменению состояния элемента НЕ 2, на выходе которого появляется напряжение, равное 1, а в общей точке конденсаторов 5 и резистора 6 напряжения скачком изменится до уровня E+Ue (где UB напряжение верхнего порога срабатывания элемента НЕ 1). Дольше повторяется процесс перезаряда включенных конденсаторов 5 выходными напряжениями выбранных буферных элементов 3 через некоторые кодовые резисторы 7 и выхода включенных буферных элементов 8 канала длительности импульсов.

Длительность импульсов на выходе элемента НЕ 2 определяется по приближенной формуле:

ги 0,7

2С5

где ти - длительность импульсов, с;

ZCs - суммарная емкость выбранных конденсаторов 5, Ф;

S/7 суммарная проводимость включенных кодовых резисторов 7, Ом .

Длительность пауз на выходе элемента НЕ 2 находится по формуле:

тп 0,7

2С5

где т п - длительность пауз, с:

2/911 суммарная проводимость включенных кодовых резисторов 11, .

Скважность импульсов на выходе элемента 2 при выбранных конденсаторах 5 равна отношению:

Из соотношений (1)-(3) видно что изменяя программно коды на шинах 4, 10 и 14 получаем на выходе элемента НЕ 2 (выход генератора) программно изменяемые длительности импульсов и пауз. При этом временные параметры импульсов и пауз не влияют друг на друга.

Таким образом, частотный диапазон генератора расширен за счет программируемое™ длительности импульсов и парамет

ров времязадающих конденсаторов диапазонов 5.

Для передачи кодированной информации пакетами импульсов на клемму срыва 5 генерации 17 подают сигналы срыва генерации низкого уровня О. До поступления сигнала срыва генерации информационный вход буферного элемента срыва генерации 15 находится под высоким уровнем напря10 жения 1. В момент прохождения импульсов диод 15 отключается, так как выход буферного элемента 16, уровнями 1 на его входе управления, переводится в высокоим- педансное состояние. Во время пауз между

15 импульсами уровни О поступающие на вход управления буферного элемента 16 переводят его в режим передачи информации с информационного входа на выход. Высокие уровни 1, на выходе буферного эле20 мента 16 запирают диод 15 во время пауз. Таким образом, до поступления сигнала срыва генерации, диод 15 не влияет на работу генератора, так как в моменты прохождения импульсов диод 15 отключается, а во

25 время пауз запирается. Если с клеммы 17 на информационный вход буферного элемента 16 поступит сигнал срыва генерации (уровень О) во время паузы между импульсами, то генерация сорвется. При этом, если

30 сигнал срыва генерации поступает в момент прохождения импульса, то выход буферного элемента 16 находится в высокоимпеданс- ном состоянии, диод 15 отключен и не влияет на работу времязадающих элементов.

35 После спада импульса, выход буферного элемента срыва генерации 16 из высокоим- педансного состояния перейдет в состояние О, переводя диод 15 в проводящее состояние, генерация срывается. Таким об40 разом, последний импульс в пакете будет сформирован без искажения его длительности. После снятия сигнала срыва генерации, диод 16 запирается, а процесс генерации начнется формированием паузы. С заряда

45 выбранных конденсаторов 5, высокими уровнями напряжений с выходом включенных кодовых буферных элементов 12, через включенные кодовые резисторы 11, на выходы уровне О, выбранных диапазонных

50 буферных элементов 16. Фронт первого импульса в пакете, после снятия сигнала срыва генерации, поступит через интервал равный запрограммированной паузе. Таким образом, при передаче информации пакетами,

55 все импульсы в пакете передаются без искажения, что повышает достоверность кодированной информации.

Лабораторный образец предложенного генератора выполнен на базе интегральных микросхем серии К155 и испытан в системе

управления шаговыми электродвигателями типов ШЛ-5Д1МУЗ и ШД-4М-УЗ.

Генератор может быть реализован по интегральной технологии как одна интегральная микросхема средней степени интеграции, с выводами для подключения навесных конденсаторов диапазонов.

Таким образом, по сравнению с прототипом, в заявленном устройстве за счет введения конденсаторов диапазонов, диапазонных буферных элементов с тремя состояниями, шины выбора диапазонов канала длительности импульсов с шиной управления длительностью импульсов, расширен частотный диапазон, как в область высоких, так и в область низких частот, путём программно выбираемых параметров времязадающих элементов.

Введение диода и буферного элемента срыва генерации с тремя состояниями увеличивает преимущество по сравнению с прототипом. Так как позволяет в заданный момент, на заданное время сорвать и восстановить автоколебательный режим генератора. Позволяет получать дозированные пакеты, нормированных по длительности импульсов, без искажения информации. Это увеличивает достоверность информации, расширяет функциональные возможности и сферу применения генератора.

Такое построение устройства устранит необходимость разработки и применения некоторых близких по функциональному назначению генераторов, имеющих большие габариты и массу.

Формула изобретения 1. Генератор импульсов с программируемой скважностью, содержащий последовательно соединенные два элемента НЕ, защитный резистор, конденсатор диапазона, шину управления длительностью пауз и задающие цепи, состоящие из элементов ИЛИ, кодовых буферных элементов с тремя состояниями и кодовых резисторов, первые выводы которых объединены между собой и с первым выводом конденсатора диапазона, а через защитный резистор подключены к входу первого элемента НЕ, вторые выводы кодовых резисторов подключены к выходам соответствующих кодовых буферных элементов с тремя состояниями, информационные входы которых объединены между собой, а входы управления подключены к

выходам соответствующих элементов ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона генерируемых импульсов, в него введены шина выбора диапазонов, шина управления длительностью импульсов, конденсаторы диапазонов и диапазонные буферные элементы с тремя состояниями, причем первые выводы всех конденсаторов диапазонов объединены с первыми выводами всех кодовых

резисторов, а вторые выводы конденсаторов диапазонов подключены к выходам диапазонных буферных элементов с тремя состояниями, информационные входы которых объединены и подключены к выходу второго .элемента НЕ, входы управления подключены к шине выбора диапазонов, а задающие цепи разделены на два канала - канал длительности пауз и канал длительности импульсов, при этом первые входы элементов ИЛИ канала длительности пауз подключены к шине управления длительностью пауз, вторые входы которых объединены и подключены к выходу второго элемента НЕ, первые входы элементов ИЛИ канала

длительности импульсов подключены к шине управления длительностью импульсов, а вторые входы объединены с информационными входами кодовых буферных элементов с тремя состояниями обоихканэлов и подключены к выходу первого элемента НЕ.

2. Генератор,,по п, 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения достоверности

информации, в него дополнительно введены шина срыва генерации, диод и буферный элемент срыва генерации с тремя состояниями, информационный вход которого соединен с шиной срыва генерации, а вход

управления соединен с выходом второго элемента НЕ, при этом выход буферного элемента срыва генерации с тремя состояниями подключен к катоду диода, анод которого соединен с объединенными первыми

выводами кодовых резисторов.

7 J-T2j)

О

2fc

/6

1

Использование: системы контроля и цифрового программного управления технологическими процессами в электротехнической, металлургической и других отраслях промышленности в устройствах вычислительной и измерительной техники и связи. Цель изобретения - расширение частотного диапазона и области применения и повышение достоверности передаваемой дискретной информации. Генератор содержит два последовательно соединенных элемента НЕ, блок выбора диапазонов, канал длительности импульсов, канал длительности пауз и блок срыва генерации. Генератор позволяет программно, заданием кодов, в широких пределах менять длительности импульсов и пауз. При этом длительность импульсов не зависит от длительности пауз. Имеется возможность передавать информацию пакетами импульсов, срывая и восстанавливая генерацию. При этом обеспечена высокая достоверность информации, так как все импульсы в пакетах передаются без искажения длительности и амплитуды. 1 з.п.ф-лы. 3 ил. (Л С

8

щ

Р-4

ш

Фиг.

« и

еу

J2J

ш

/А

Фиг. 2

Фиг.З