МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ Советский патент 1973 года по МПК H03K5/153 

В связи с расширением области применения импульсно-аналоговых вычислительных устройств, в которых физические величины моделируются частотами повторения импульсов, возникает задача точного формирования длительности импульсов нескольких независимых частот.

Характерным примером такой задачи является вычисление трех составляющих скорости летательного аппарата по информации о донплеровских частотах. Эта задача может быть решена методами аналоговой техники, но решение ее в импульсной форме дает возможность значительно уменьшить вес и габариты бортового вычислительного устройства и увеличить его надежность.

Для допплеровского измерителя скорости и сноса летательного аппарата, снабженного трехлучевой антенной, формулы вычисления составляющих скорости в прямоугольной системе координат имеют вид:

W K(F,,)W, , K(F,); Wy f(F K.(F,,-F,,),

где ffli, Рд,, д,, -допплеровские частоты по трем лучам антенны.

Вычисление и преобразование составляющих скорости может быть выполнено по этим формулам путем последовательного выполнения следующих операций:

а)попарного алгебраического суммирования входных частот;

б)формирования импульсов суммарных частот по длительности;

в)формирования импульсов суммарных частот по амплитуде;

г)преобразования последовательностей сформированных импульсов в напряжения постоянного тока.

Значительная часть элементов устройства требуется при этом для точного формирования импульсов по длительности. Для выполнения этой операции можно воспользоваться устройством деления, которое реализовано в ряде образцов апнаратуры. Соединив параллельно три таких устройства деления и подав на их входы частоты FX, F-f, Fy («делимые), а также одну стабильную частоту FQ («делитель), можно формировать одновременно по длительности

импульсы всех трех частот. При этом, чем больше будет относительная длительность сформированных импульсов (меньше скважность), тем крупнее будет масштаб н, следовательно, выше точность преобразования в

напряжении постоянного тока.

Подобное устройство будет иметь погрешности, обусловленные задержками при срабатывании элементов схемы; кроме того, уменьшение скважности ограничивается возможностью возникновения сбоев из-за флюктуации входных частот.

В условиях возрастания требований к точности вычислений влиянием данных погрешностей пренебрегать нельзя. Наряду с этим, дублирование одинаковых схем для формирования импульсов нескольких частот привело бы к неоправданному возрастанию требуемого количества элементов.

Предлагаемое устройство для точного формирования длительности импульсов нескольких независимых частот, основанное на том, что длительность выходных импульсов определяется числом импульсов более высокой стабильной частоты, проходящих между управляющими сигналами пуска и сброса, защищено от сбоев при наличии флюктуации входных частот, позволяет повысить точность формирования, исключив влияние задержек в схеме и флюктуации входных частот, а также достигнуть экономии числа элементов, требуемых для решения задачи.

Предлагаемое устройство, функциональная схема которого приведена на фиг. 1, состоит из генератора / стабильной частоты, формирователя 2 длительности интервалов времени (ФД) и нескольких одинаковых формирователей импульсов (ФИ), где 1, 2п-

число независимых входных частот (каналов).

Все устройство построено на типовых элементах дискретной техники: триггерах и конъюнкторах (схемах «И). Общий генератор / предназначен для генерирования непрерывной последовательности импульсов высокостабильной частоты FO.

Формирователь 2 длительности интервалов времени предназначен для выдачи с одного из своих выходов сигнала «пуск, соответствующего началу формируемого импзльса,- и со второго выхода - сигнала «сброс, соответствующего концу формируемого импульса с периодом повторения:

о«

Г - - ,,

где п - число разрядов двоичного счетчика. Интервал времени между импульсом пуска и импульсом сброса равен:

2 -1

tn

2

Формирователи импульсов ... предназначены для запоминания импульсов входных частот (/вхп ,, Feyi., ...) и формирования после каждого из них соответствующего выходного импульса, длительность которого равна интервалу времени между импульсами пуска и сброса от формирователя длительности 2 (ФД).

На фиг. 1 изображена схема для трех входных частот, т. е. с тремя формирователями импульсов. Это число может быть увеличено. Формирователь длительности 2 (ФД) состоит из триггера сдвига 4 с дифференцирующей цепочкой, двоичного счетчика 5, в который входят три счетных триггера, схемы «И сброса 6, схемы «И пуска 7. Выход «О триггера сдвига соединен через

дифференцирующую цепочку со входами схем «И пуска и сброса, а выход «1 этого триггера соединен со счетным входом первого триггера двоичного счетчика. Выходы «О всех триггеров счетчика соединены со входами схемы «И пуска, а выходы «1 соответственно со входами схемы «И сброса.

Формирователи импульсов i-3... состоят из соединенных с одним из входов устройства триггеров запоминания 8i-83..-, схем «Н

9i-РЗ- . и триггеров формирования 101-Юз.. при этом выход триггера запоминания соединен со входом схемы «И, а второй вход этой схемы подключен к выходу схемы «И пуска 7 ФД. Установочные входы «О и «1 триггера

формирования соединены с выходом схемы «И сброса 6 ФД и с выходом схемы «И формирования соответственно. Выход «1 триггера формирования соединен с выходом устройства, а также со входом «О триггера заноминания. Все фор|М«рователи импульсов одинаковы и подключены к формирователю длительности параллельно.

Действие устройства поясняется временной диаграммой на фиг. 2.

Импульсы стабильной частоты FO от генератора / постунают на счетный вход триггера сдвига 4.

Двоичный счетчик 5 импульсов необходим для выработки временного интервала; чем

больше триггеров в счетчике, тем большую часть периода повторения Т занимает полезный сигнал п. Поскольку зависимость длительности временного интервала от числа триггеров нелинейна, то использование в счетчике

более трех или четырех триггеров неэффективно.

По мере поступления импульсов частоты FQ происходит последовательное переключение триггеров двоичного счетчика 5, т. е. занолнение счетчика. При переключении триггера сдвига 4 в положение «О выдается управляющий импульс на схемы «И пуска 7 и сброса б а при переключении триггера сдвига в положение «1 выдается импульс на вход счетчика, сдвинутый относительно управляющего

импульса на время . Благодаря этому

РО

сдвигу направляющие импульсы на входах схем «И пуска и сброса всегда совпадают

либо с паузой, либо с плоской вершиной разрешающего импульса от триггеров счетчика. Первый очередной импульс частоты FQ перебросит триггер сдвига в положение «Ь. При этом управляющие импульсы с его выхода «О

поступят на обе схемы «И, однако разрешающее напряжение от триггеров счетчнка подается только на схему «И пуска, поэтому управляющий импульс пройдет только через схему пуска. Второй импульс частоты fo вернет триггер сдвига в положение «О.

Схемы «И пуска и сброса подключены к выходам триггеров таким образом, что управляющий импульс от триггера сдвига может пройти через эти схемы только при наличии одновременно разрещающих сигналов на входах данной схемы от всех трех триггеров счетчика.

Как видно по фиг. I, три разрешающих напряжения одновременно будут иметь место на входе схемы «И пуска только до прихода перРвого импульса частоты - , а на входах схемы

.о

«И сброса только после прихода седьмого импульса частоты --. В промежуточных положениях обе схемы зякрыты. Восьмой импульс частоты - приводит формирователь длитель

ности ФД в исходное состояние (на схему пуска разрещение подано, а со схемы сброса - снято). Таким образом, 7/8 такта будут заполнены полезным сигналом.

Рассмотрим действие формирователя импульсов ФИ.

Любой импульс входной частоты FBX, (или вхг, Ру,,,.... поступает на установочный вход «1 триггерл запоминания 8 и запоминается этим триггером. Первый после этого управляющий импу.льс с рыхола схемы «И пуска ФД пройдет через схему «И формирования ФИ на установочный вход «1 триггера формирования W. При этом па выходе «1 триггера формирования появится напряжение, соответствующее началу формируемого выходного имнульса. В момент переключения триггера формирования с его выхода 1 на установочный вход «О триггера запоминания поиходит ИМПУЛЬС, который возвращает последний в по.ложение «О. Чеоез семь периотов частоты

-1 управляюнщй импульс с триггера сдвига

.

формирователя плительности ФД проЙ1от чеоез схему «И сброса на вход «О триггера формирования ФИ и возвратит его в положение «О, что будет соответствовать концу формиоуемого выходного импульса.

Таким образом, длительность выходного импульса всегда строго равна:

6

2 -

п

Устройство сохраняет точность при флюктуациях входных частот. Очевидно, что увеличение паузы между соседними входными импульсами не может повлиять на длительность выходного импульса, однако запаздывание или

опережение очередного входного импульса вызывает сокращение паузы между ним и предыдущим или последующим импульсом.

Схема защищена при этом как от сбоя входного импульса, так и от сокращения длительности выходного импульса следующим образом:

а)с момента «пуска выходного импульса триггер запоминания прибора ФИ находится в положении «О, т. е. подготовлен к запоминанию следующего входного импульса переключением в положение

б)при наличии сигнала с выхода «1 триггера запоминания длительность выходного импульса определяется только интервалом времрни .между сигналом «пуск на входе схемы «И прибора ФИ и сигналом «сброс на входе триггера формирования.

Предмет изобретения

Многоканальное устройство формирования длительности импульсов, содержащее генератор стабильной частоты, подключенный к триггеру сдвига, один выход которого через дифсЬереннирующую цепочку подключен к схеме «И

сброса н к схеме «И пуска. другой выход - ко входу двоичного счетчика, нулевые выходы разрядов которого подключены к схеме «И пуска. единичные выходы разрядов - к схеме «И сброса, в каждом канале - триггер запомииания. первый вход которого подключен к соответствующей входной клемме устройства, схема «И, триггер формирования, выход которого подключен ко второму входл триггера запоминания и к соответствующей выходной

клемме устройства, отличаюшееся тем, что, с целью повыщения точности, выход триггера запоминапия каждого канала подключен к первому входу схемы «И своего канала, выход схемы «И соединен с первым входом триггера формирования, вторьте вхолы схем «И всех каналов об7: единены и подключены к выходу схемы «И пуска, вторые вхопы триггеров формирования всех каналов объединены и подключены к выходу схемы «И сброса.

U

.S

Lh

J

41

D

г

L5

J

.и

n

Юг

Lr да.

L cs jr njijirLTumimjiJirLa LПJ JlPJUUlrlЛГLГLГL ШnЛШlПJl Вых. Su(. ifemvKu 7} Ln JlJlJnJ4 R njnj Выхсхемы,jl пуска Вых. схемы Jf сброса

BhixJfftpvs.

запоминания

BbixJmpi/i.

рормирв5ания

.

2 LJJILLLII LnjaJlJrbriJbJlJlJ J