Устройство для синхронизации входных сигналов многоканальной дискретной системы Советский патент 1977 года по МПК G06F1/04 G06F11/00 H03K19/42 

1

Изобретение относится к вычислительной технике.

Известно устройство для синхронизации входных сигналов многоканальной дискретной системы, содержащее триггеры, единичные входы которых подключены к входам элементов И и элементов ИЛИ {.

При неодновременном поступлении входных сигналов в различные каналы устройство обладает недостаточной эксплуатапионной надежностью, так как в различных каналах формируются несинхронные выходные сигналы. Кроме того, устройство обладает недостаточной помехозащищенностью по отнощению к импульсным помехам, так как любая помеха на входе устройства или помеха, под воздействием которой происходит сбой триггера, приводит к ложному срабатыванию устройства, в результате чего оно формирует ошибочный выходной сигнал.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для синхронизации входных сигналов многоканальной дискретной системы 2, содержащее в каждом канале триггер хранения, единичный вход которого подключен к выходу первого трехвходового элемента И, нулевой вход - к выходу первого двухвходового элемента И, один вход которого соединен с первой щиной тактовых импульсов и первым входом первого трехвходового элемента И, второй двухвходовый элемент И и мажоритарный элемент. Нулевой выход триггера хранения подключен к одному из входов второго трехвходового элемента И, другой вход которого соединен с входом инвертора, а выход - с единичным входом триггера записи. Единичный выход последнего соединен с вторым входом первого трехвходового элемента И.

Быстродействие описанного устройства ограничено длительностью входного сигнала. Кроме того, оно обладает недостаточной надежностью по отношению к импульсным помехам, так как любая помеха на входе устройства или помеха, под воздействием которой происходит сбой элементов памяти, приводит к ложному срабатыванию устройства, в результате чего оно формирует ошибочный выходной сигнал. Так, сбой триггера выдачи в

одном из каналов приводит к появлению ошибочного выходного сигнала в данном канале, а любые возможные сбои хотя бы в двух каналах триггеров записи или хранения приводят к появлению ложных выходных сигналов

во всех трех каналах.

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности устройства. Для этого в каждый канал предлагаемого устройства введены элемент ИЛИ и блок формирования сигнала по длительности, один вход которого соединен с выходом первого трехвходового элемента И, другой вход - с первым входом второго двухвходового элемента И и с третьим входом второго трехвходового элемента И, а выход через мажоритарный элемент - с первым входом элемента ИЛИ. Выход элемента ИЛИ подключен к нулевому входу триггера запнси, а второй вход соединен с выходом второго двухвходового элемента И. Второй вход последнего подключен к второму входу первого двухвходового элемента И и к выходу инвертора, вход которого соединен с третьим входом первого трехвходового элемента И.

На чертеже изображена схема устройства для случая трехканального исполнения.

Устройство для синхронизации входных сигналов многоканальной дискретной системы содержит в каждом канале триггер 1 хранения, единичный вход которого подключен к выходу трехвходового элемента И 2, нулевой - к выходу двухвходового элемента И 3. Один из входов последнего соединен с шиной 4 тактовых импульсов. Иулевой выход триггера 1 нодключен к одному из входов трехвходового элемента И 5, другой вход которого соединен с входной шиной б и входом инвертора 7, а выход подключен к единичному входу триггера 8 записи. Иулевой вход триггера 8 через элемент ИЛИ 9 соединен с двухвходовым элементом И 10, один из входов которого подключен к шине 11 тактовых импульсов и к блоку 12 формирования сигнала по длительности. В состав блока 12 входит триггер 13, единичный выход которого через мажоритарный элемент 14 соединен с выходной шиной 15.

Устройство работает следуюш,им образом.

Иеред началом работы триггер 1 хранения, триггер 8 записи, триггер 13 устанавливаются в нулевое (исходное) состояние (цепи установки триггера хранения, триггера записи, триггера 13 на чертеже не показаны).

Входной сигнал прямоугольной формы поступает в каждый канал устройства по шине 6 и открывает по одному из входов трехвходовой элемент И 5, на другой вход которого подается сигнал разрешения с нулевого выхода триггера 1 хранения. Ири поступлении в устройство первого тактового импульса с шины 11 трехвходовой элемент И 5 срабатывает. Вследствие того что сигнал с входной шины 6 поступает в устройство несинхронно по отношению к тактовым импульсам, длительность выходного сигнала трехвходового элемента И 5 зависит от момента совпадения сигнала, поступаюш,его в устройство с входной шины 6, с тактовым импульсом с шины 11. Если длительность выходного сигнала трехвходового элемента И 5 достаточна для переключения триггера 8 записи, то процесс синхронизации продолжается дальше. Если длительность выходного сигнала трехвходового элемента И 5 недостаточна, то устройство ожидает поступления следуюпхего, очередного тактового с шины 11 и в этом случае длительность сигнала на выходе трехвходового элемента И 5 равна длительности тактового импульса с шины 11. Сигнал с выхода трехвходового элемента

И 5 устанавливает в единичное состояние триггер 8 записи, сигнал с единичного выхода которого открывает трехвходовой элемент И 2. При поступлении в устройство тактового импульса с шины 4 срабатывает трехвходовой элемент И 2, причем только в том случае, если на шине 6 имеется входной сигнал.

Поэтому для обеспечения нормальной работы устройства в случае поступления входных сигналов несинхронно по отношению к

тактовым импульсам необходимо, чтобы минимальная длительность входного сигнала была не менее полутора периодов частоты следования тактовых импульсов. Сигнал с выхода трехвходового элемента

И 2 устанавливает триггер 1 хранения в единичное состояние, в результате чего снимается сигнал разрешения, поступающий на один из входов трехвходового элемента И 5. Одновременно сигнал с выхода трехвходового элемента И 2 поступает в блок 12 формирования сигнала по длительности, где устанавливает триггер 13 в единичное состояние. Сигнал с единичного выхода триггера 13 подается во всех каналах на один из входов мажоритарного элемента 14, который срабатывает только в том случае, если хотя бы на один из двух других его входов поступает аналогичный сигнал из соседних каналов. Таким образом, для срабатывания мажоритарного элемента и продолжения процесса необходимо, чтобы вышеописанные операции происходили одновременно хотя бы в двух каналах устройства. Это возможно только F том случае, когда одновременно в этих

лах происходит переключение триггера 8 3;i писи.

Так как сигнал с входной шины 6 поступает в канал устройства неодновременно, возможно, что описанные операции произойдут только в одном из трех каналов устройства.

Рассмотрим случай, когда только в одном канале (например, в канале I) по первому тактовому импульсу с шины 11 на выходе

трехвходового элемента И 5 появляется сигнал, длительность которого достаточна для установки триггера 8 записи в единичное состояние. В этом случае ни в одном из каналов мажоритарный элемент 14 не срабатывает. Поэтому по очередному тактовому импульсу, поступающему в устройство с шины 11, в канале I триггер 13 в блоке 12 формирования сигнала по длительности устанавливается в исходное (нулевое) состояние, а в каналах II

и III срабатывает трехвходовой элемент И 5, в результате чего триггер 8 записи устанавливается в единичное состояние.

Если разница во времени поступления сигнала с входной шины 6 в канал I и каналы

II и 1И не превышает одного периода частоты

следования тактовых импульсов, то по очередному тактовому импульсу, поступающему в устройство с шины 4, во всех каналах срабатывает трехвходовой элемент И 2.

Выходной сигнал с трехвходового элемента И 2 в канале I подтверждает единичное состояние триггера 1 хранения, а в каналах II и III устанавливает триггер хранения в единичное состояние. Кроме того, выходной сигнал трехвходового элемента И 2 одновременно во всех каналах устанавливает в единичное состояние триггер 13 в блоке 12 формирования сигнала по длительности. Сигнал с единичного выхода триггера 13 поступает на один из входов мажоритарного элемента 14 всех каналов, в результате чего одновременно во всех каналах срабатывает мажоритарный элемент и на выходной шине 15, синхронно во всех каналах начинает формироваться выходной сигнал. Сигнал с выхода мажоритарного элемента 14 во всех каналах через элемент ИЛИ 9 подается на нулевой вход триггера 8 записи, устанавливая его в исходное (нулевое) состояние. В результате снимается разрешающий сигнал с второго входа трехвходового элемента И 2. Очередной тактовый импульс, поступающий в устройство с шины 11, во всех каналах переводит в нулевое состояние триггер 13 в блоке 12 формирования сигнала по длительности, снимая тем самым сигнал разрешения, поступающий на вход мажоритарных элементов 14. Во всех каналах заканчивается формирование выходного сигнала.

Таким образом, во всех каналах устройства формируется синхронный, фиксированный по длительности, выходной сигнал.

По окончании входного сигнала на выходе инвертора 7 появляется разрешаюпщй сигнал, поступающий на вход двухвходового элемента И 10 и на вход двухвходового элемента И 3. Очередной тактовый импульс с шины И чепез двухвходовой элемент И 10 и элемент ИЛИ 9 поступает на нулевой вход триггера 8 записи, подтверждая его нулевое состояние. Очередной тактовый импульс с шины 4 через двухвходовой элемент И 3 устанавливает в исходное (нулевое) состояние триггер 1 хранения. В результате устройство возвращается в исходное состояние, в котором оно находится до прихода следующего входного сигнала.

При возникновении импульсных помех устройство работает следующим образом.

Если на входной шине б всех каналов появляется помеха (кратковременный сигнал, достаточный для срабатывания элемента), несовпадающая с тактовым импульсом, поступающим в устройство с щины II, то устройство остается в исходном состоянии и не реагипует на такую помеху.

Если помеха, которая появляется на входной щине 6 всех каналов, совпадет с тактовым импульсом, поступающим в устройство с шины 11, но заканчивается раньше тактового

импульса, то в этом случае на время действия помехи срабатывает трехвходовой элемент И 5, устанавливая во всех каналах триггер 8 записи в единичное состояние. После окончаНИН помехи на выходе инвертора 7 появляется разрещающий сигнал, который открывает двухнходовой элемент И 10 и тактовый импульс с шины 11 через элемент ИЛИ 9 устанавливает во всех каналах триггер записи в нулевое (исходное) состояние.

Если на входной шине 6 всех каналов появляется помеха, совпадающая с тактовым импульсом, поступающим в устройство с щины II, и заканчивающаяся позже тактового импульса, то в этом случае срабатывает трехвходовой элемент И 5, в результате чего во всех каналах триггер 8 записи зстанавливается в единичное состояние. Сигнал с единичного выхода триггера записи открывает по второму входу трехвходовой элемент И 2. К, моменту появления такового импульса с щины 4 действие помехи заканчивается и поэтому трехвходовой элемент И 2 не соабатывает.

При поступлении очередного тактового импульса с щины 11 срабатывает двухвходовой элемент И 10, на другой вход которого поступает разрешающий сигнал с выхода инвертора 7. Сигнал с выхода ДВУХВХОДОВОГО элемента И 10 через элемент ИЛИ 9 поступает на нз чевой вход триггера 8 записи, устанавливая его во всех каналах в исходное (нулевое) состояние. Таким образом, в устройстве устраняются последствия помех, которые могут поЯРИТЬСЯ на входной шине б независимо от того, совпадают они или не совпадают с тактовым импульсом, поступающ,им в устройство с щины 11. Если во всех каналах происходят сбои триггсров 1 хранения и триггеров 8 записи под воздействием импульсной помехи, которая может возникнуть, например, в цепях питания, то триггер хранения и триггер записи могут установиться в единичное состояние. Однако

такой сбой не приводит к появлению ложного выходного сигнала, так как отсутствуют условия для срабатывания триггера 13 в блохе 12 формирования сигнала по длительности. Очередной тактовый импульс, поступающий в

кр.ждый канал устройства с тиины 4, через двухвходовой элемент И 3. предварительно открытый сигналом с выхода инвертора 7, устанавливает в каждом канале триггер 1 хранения в исходное состояние. По очередному

тактовому импульсу, поступающему в каждый капал зстройства с щины II соабатывает двухвходовой элемент И 10, выходной сигнал котооого через элемент ИЛИ 9 устанавливает в каждом канале триггер 8 записи в исхо.т,ное состояние. Таким образом, устоойство в случае сбоя во всех каналах триггера хранения и триггера записи не только не формирует ложного выходного сигнала, но и ликвидирует последствия сбоев, так как элементы

памяти возвращаются в исходное состояние.

Для исключения последствий отказов в различных каналах и обеспечения их автономности мажоритарные элементы 14 по входам, соединенным с выходами блока 12 формирования сигнала по длительности соседних каналов, могут содержать элементы гальванической развязки.

Использование многоканального устройства синхронизации обеспечивает по сравнению с известными устройствами следующие преимущества: синхронное формирование выходных сигналов при неодновременном поступлении входных сигналов в различные каналы; повышенное быстродействие, так как синхронный выходной сигнал формируется независимо от момента окончания входного сигнала; повышенную надежность и помехозащищенность так как в устройстве исключена возможность формирования ложного выходного сигнала в случае появления импульсной помехи на входе или помехи, под воздействием которой может произойти сбой триггера хранения и триггера записи.

Формула изобретения

Устройство для синхронизации входных сигналов многоканальной дискретной системы, содержащее в каждом канале триггер хранения, единичный вход которого подключен к выходу первого трехвходового элемента И, нулевой вход - к выходу первого двухвходового элемента И, один вход которого соединен с первой шиной тактовых импульсов и первым входом первого трехвходового элемента И, нулевой выход триггера хранения подключен к одному из входов второго трехвходового элемента И, другой вход которого соединен с входом инвертора, а выход - с единичным входом триггера записи, единичный выход которого соединен с вторым входом первого трехвходового элемента И, второй двухвходовой элемент И и мажоритарный элемент, отличающееся тем, что, с целью повыщения быстродействия и надежности устройства, в нем в каждый канал введены элемент ИЛИ и блок формирования сигнала по длительности, один вход которого соединен с

выходом первого трехвходового элемента И, другой вход - с первым входом второго двух.входового элемента И и с третьим входом второго трехвходового элемента И, а выход через мажоритарный элемент - с первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу триггера записи, а второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом второго двухвходового элемента И, второй вход которого подключен к второму входу

первого двухвходового элемента И и к выходу инвертора, вход которого соединен с третьим входом первого трехвходового элемента И.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство № 224398, кл. G 06F 1/04, 12.06.67.

2.Авторское свидетельство № 378830, кл. G 06F 1/04, 05.04.71.

П

tp

i

Ih

KoHoiI

-ф-1I # I--

3г м

ill

ана/7 ff

Ф

/fa нал ж

fe

15 -0

Г

17

tR

/5 -0