Устройство для задержки импульсов с программным управлением Советский патент 1981 года по МПК H03K5/13 

(54J УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАДЕРЖКИ ИМПУЛЬСОВ С ПРОГРАММНЬМ УПРАВЛЕНИЕМ Изобретение относится к импульсной технике и может быть иСпользовано в логических устройствах .автомати ки, вычислительной техники, а также в устройствах с программным управлением. Известна быстродействующая цифровая линия задержки с программным управлением, в состав которой входит набор элементов задержки, а также набор электронных ключей для ции этих элементов. Это устройство позволяет сохранить форму задерживае мого сигнала, имеет небольшую начальную задержку в начале цикла задержки и обладает высоким быстродействием l . Однако, в связи с тем, что время задержки у каждого элемента возрастает в геометрической прогрессии в соответствии с возрастанием его номера, то данное устройство может только реализовать квадратично возрастающие законы задержки входных импульсов и не позволяет получить плавную задержку входных импульсов по любому закону, изменяющемуся от цикла к циклу. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство задержки, содержащее кварцевый генератор, второй генератор, делители частоты, двоичные счетчики, компараторы, запоминающее устройство, фазовый детектор, фильтр низкой частоты, которое обеспечивает высокую точность дискретов задержки импульсод благодаря формированию эталонной последовательности импуЛьсов кварцевым генератором, позволяет произгодить плавную задержку одной последовательности импульсов относительно другой по заданной программе 2. Однако известное устройство имеет большую начальную задержку в начале , так как минимальная задержка определяется разностью периодов повто38pefmH генераторов L работает тол ко в автоколебательном режиме, а не в ждущем, не допускает перепрограммирования законом плавной задержки импульсов из-за применения в нем пос тоянного запоминающего устройства, для питания которого требуется несколько источников питания, что приводит к увеличению габаритов и веса всего устройства. Цель изобретения - уменьшение вре мени репрограммирования при реализации законов задержки от начала координат и упрощение устройства. Для достижения указанной цели в устройство для задержки импульсов с программным управлением, содержащее два автоколебательных генератора, вы ход каждого из которых подключен к счетному входу соответствующего двои ного счетчика импульсов, программное устройство, введены два триггера, ре транслятор, устройство сравнения кодов, а программное устройство содержит регистр сдвига, коммутатор, дешифратор, элементы И и ИЛИ, двоичный счетчик импульсов, при этом первый вход программного устройства подключен к последовательно соединенным регистру сдвига, коммутатору, выходы которого соединены с разрешающими входами первого и поразрядных элемен тов И, а их выходы через элемент ИЛИ соединены со счетным входом двоичного счетчика импульсов, выходы которо го являются поразрядными выходами программного устройства, поразрядные выходы дешифратора соединены с управ ляющими входами коммутатора, второй вход программного .устройства соединен с первым элементом И, а третий вход - с установочным входом двоичного счетчика импульсов, причем вход устройства соединен со счетными вход ми двух триггеров и с первым входом ретранслятора, выход первого триггера подключен ко входу первого автоколебательного генератора и к установочному входу первого двоичного счетчика импульсов, поразрядные выхо которого соединеныс соответствуювщм входами устройства сравнения кодов, выход второго триггера подключен ко входу второго автоколебательного генератора, к установочному входу второго двоичного счетчика импульсов и третьему входу программного устройства, поразрядные выходы со второго двоичного счетчика импульсов соединены с соответствующими поразрядными входами дешифратора и элементов И программного устройства, выход старшего разряда второго двоичного счетчика импульсов соединен со сбросовым входом второго триггера и с первым входом программного устройства, второй вход которого подключен к выходу второго автоколебательного генератора, поразрядные выходы программного устройства соединены с соответствующими входами устройства сравнения кодов, а его выход подключен ко второму входу ретранслятора. Ретранслятор содержит элементы И, ИЛИ и формирователь по переднему фронту, причем первый вход ретранслятора соединен с основным входом элемента И, а разрешающий вход подключен ко входу формирователя импульсов по переднему фронту и соединен со вто рым входом ретранслятора, выход элемента И соединен с одним из входов элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу формирователя по переднему фронту, выход элемента ИЛИ соединен со сбросовым входом первого триггера и с выходом устройства. На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняницие принцип работы устройства. Устройств содержит два триггера и 2 типа О Кдва заторможенных автоколебательных генератора 3 и 4; двоичных счетчика 5 и 6 импуль-г COBJ программное устройство 7, в которое входят дешифратор 8, первый элемент 9 совпадения, поразрядные элементы 10 совпадения, подключенные только к прямым выходам разрядов счетчика 6 импульсов, элемент ИЛИ 11, двоичный счетчик 12 импульсов,.регистр 13 сдвига, коммутатор 14;устройство 15 сравнения кодов; ретранслятор 16, состоящий из элемента 17 совпадения, формирователя 18 по перед-, нему фронту и элемента ИЛИ 19. Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии при включении напряжения питания и отсутствии зондирующих импульсов на входе устройства триггеры 1 и 2, а также триггеры в ячейках счетчиков 5,6 и- 12импульсов устанавливаются произвольно. Предположим, что на выходе триггера 1 будет логическая единица, тогда она 5 поступит на управляющий вход заторможенного автоколебательного генерат ра 3. В результате ее воздействия за мыкается цепь обратной связи в генераторе 3, т.е. снимается запрет( логическийО),и он начинает генерирова серию импульсов, которая поступает н счетный вход для заполнения счетчика 5 импульсов. С прямых и инверсных пЪ разрядных выходов счетчика 5 импульсов, снимается изменяющийся параллельный двоичный код числа и поступает на соответствукяцие входы устрой ства 15 сравнения кодов. Как только код числа, записываемого в счетчик 5 импульсов, совпадет с кодом числа, записанного в счетчик 12 импульсов, устройство 15 сравнения кодов на своем выходе вьщает логическую единицу, которая поступает на вход формирователя 18 импульсов по переднему фронту. С выхода формирователя 18 короткий по длительности импульс, передний фронт которого совпадет с передним фронтом входной логической единицы, пройдя через элемент ИЛИ 19 поступает на установочный вход тригrejpa 1 . Триггер 1 перебросится, и на его выходе установится логический ноль, который поступит на установочный вход -счетчика импульсов 5 и на управляющий вход генератора 3 для срыва процесса его генерации. Счетчик 5 импульсов станет в положение, когда на его прямых поразрядньгх выхо дах установится логический ноль, а на инверсных выходах - логическая единица. Так устанавливаются в исход ное состояние при включении напряжения питания триггеры 1, генератор 3 и счетчик 5 импульсов. Рассмотрим, как устанавливается в исходное состояние триггер 2, заторможенный автоколебательнь генератор 4 и двоичные счетчики 6 и 12 импульсов -при подаче напряжения питания на устройство. Триггер 2 после окончания переходных процессов устанавливается в такое положение, при котором на его выходе присутствует логическая единица, которая затем посту пает на управляюций вход заторможенного автоколебательного генератора 4. В генераторе 4 возникает автоколебательнь процесс и на его выходе появляется серия импульсов. Принцип работы генераторов 3 идентичен. 22 Проходящая на вход :четчика 6 импульсов серия импульсов начинает бго заполнение. По окончании этого процесса, когда сработает ячейка триггера старшего разряда,логическая единица воздействует на установочный вход триггера 2. Триггер 2 перебрасывается и устанавливается в исходное состояние, на его выходе находится логический ноль, который вызовет срыв автоколеб тельного процесса в генераторе 4 и одновременно поступит на установочные входы счетчиков 6 и 12 импульсов. Счетчики 6 и 12 импульсов станут в исходное положение, когда на их прямых поразрядных выходах установится логический ноль, а на инверсных выходах - логическая единица. В этом случае числа.записанные в счетчики 5 и 12 импульсовJсовпадут. Поэтому на выходе устройства 15 сравнения кодов будет логическая единица, на этом и заканчивается автоматический процесс установки всего устройства в исходное состояние при подаче на его напряжение питания. Нужно отметить, что период повторения выходных импульсов с генератора 3 значительно меньше периода повторения с генератора 4. Первый приходящий на вход устройства зондирующий импульс воздействует на триггеры 1 и 2 и одновременно проходит через элементы 17 и 19 на выход устройства, так как на разрешающий вход элемента 17 совпадения с выхода устройства I5 сравнения кодов поступает логическая единица. Запаздывание, вносимое устройством первому зондирующему импульсу в начале цикла задержки, будет минимальное и составляет около .30 НС. В oт IИЧиe от известных устройств, в которых задержка первого зондирующего импульса в начале цикла начинается сразу с определенной величины задержки (для известного устройства равной разности периодов Ъ), в предлагаемом устройстве обеспечивается ретрансляция с входа на выход первого зондирующего импульса с минимально возможной задержкой, вносимой элементами 17 и 19. Поэтому задержка импульсов устройством по любому закону всегда будет начинаться от начала координат, т.е. от ноля. Триггер 1 под воздействием первого зондирующего импульса не успевает зменить своего состояния, так как а его сбросовый вход поступает выодкой импульс с минимальной задержкой относительно зондирующего для сохранения триггером исходного положения. Триггер 2 перебросится, изменив свое состояние с ноля на единицу, начнется генерация импульсов генератором 4, с выхода которого они поступают на счетный вход счетчика 6 импульсов. Снимаемый с основшлх поразрядных выходов параллель йый двоичный код числа с ячеек счетчика 6 импульсов поступает через элементы 10 совпадения на входаа элемента ИЛИ 11 для преобразования его из параллельно го в последовательный код, который затем приходит на счетный вход двоичного счетчика 2 импульсов для его заполнения. Причем двоичные счетчики 5 и 12 импульсов идентич ш. Как только изменится код числа, записанного в счетчкх 12 импульсов, относительно счетчика 5 импульсов,, устройство 15 сравнения кодов на своем выходе выдаст логический ноль, который поступит на разрешающий вход элемента 17 совпадения для запрещения прохождения зондирующих импульсов минимальной задержкой через этот элемент. В результате запрета прохождения зондирзто- щих импульсов с входа на выход устройства будут отсутствовать и сбросовые импульсы ни установочном входе триггера 1. Приход следующих зондирующих импульсов на вход устройства изменит состояние триггера 1 и по твердит состояние триггера 2. Триггер 1 перебросится и на его выходе уста|новится логическая единица, которая снимет запрет с установочного входа счетчика 5 импульсов и с управлякяцего входа заторможенного автоколебагельного генератора 3, что вызовет генерацию импульсов и заполнение дво ичного счетчика 5 импульсов. Заторможенный автоколебательный генератор 3 задает минимальную дискретную величину времени плавной задер кки зондирующих импульсов котора равна периоду повторения Ту его выходных импульсов и составляет от долей и до единиц МКС в зависимости от установленной частоты следования выходных импульсов. Заторможенный авто колебательшлй генератор 4 задает мин мальную времени цикла задерж ки, которая равна периоду; повторения его выходных импульсов и может прини ttaTb значения от единиц и до десятко мс в зависимости от установленной ча тоты следования генерируемых импуль88 сов. Заполнение счетчика импульсов 5 будет происходить до тех пор, пока параллельные коды чисел с выхода счетчиков 5 и 12 импульсов не совпадут на входе устройства 15 сравнения кодов, которое в этом случае на своем выходе выдает логическую единицу, поступающую на вход формирователя 8 импульсов по переднему фронту. Формирователь 18 импульсов на своем выходе сформирует импульс положительной полярности, задержанный относительно зондирующего импульса, который проходит через элемент 19 на выход устройства и одновременно сбрасывает в исходное состояние триггер 1. Так происходит задержка зондирующих импульсов на текущую днскретную величину времени, определяемзпо по Формуле-t/j }JyTf где Ь „л - текущая дискретная величина времени задержки зондирующих импульсов; N,j - число, записанное в счетчик импульсов 5; Т - период повторения выходных импульсов с генератора 3, равный минимальной величине задержки входных импульсов. Установка триггера I в исходное состояние вызовет прекращение генерации импульсов с генератором 3 и возвращение счетчика 5 импульсов в первоначальное положение, когда на его поразрядных.прямых выходах будет логический ноль, а на инверсных - логическая единица, В это время генератор 4 и счетчики импульсов 6 и 12 продолжают работать, отсчитывая время, равное циклу задержки. Следовательно, коды чисел с выхода счетчиков 5 и 12 импульсов будут не совпадать и устройство 15 сравнения кодов логический ноль. Поэтому на выходе устройства незадержанные зондирукхцие импульсы будут отсутствовать. Приход на вход устройства след5 ошЕих во времени зондирующих импульсов приведет к переключению триггера I и снова вызовет генерацию. и мпульсов генератором 3 и заполнение счетчика 5 импульсов до нового совпадения кодов чисел с выхода счетчцков 5 и 12 импульсов в устройстве 15 сравнения кодов. На выходе устройства 15 появится логическая единица, из которой сформируется импульс положительиой полярности, задержанный относительно . начала цикла задержки на.новую дискретную величину t- и проходящий через элемент 19 на выход устройства, он одновременно воздействует на сброс триггера 1 в исходное состояние. Таким образом будет продолжать ся дискретно задержка зондирующих импульсов. Величина каждой дискретной величины задержки равна периоду повторения Х импульсов с генератор 3, При небольшой дискретной величин задержки с достаточной степенью точ ности можно аппроксимировать любой закон плавной задержки зондирующих импульсов при времени цикла задержки, на несколько порядков превьппающ величину задержки. Когда сработает триггер старшего разряда счетчика 6 импульсов и с ег выхода логическая единица поступит сброс триггера 2 в исходное состояние, тогда закончится полный цикл плавной задержки, и устройство вернется в первоначальное положение, подготовленное для прихода следующих зондирующих импульсов. С приходом на вход устройства следующих зондиР5ТОЩИХ импульсов начинается новый цикл работы. Рассмотрим работу устройства,когда задержка зондирующих импульсов ос ществляется по любому запрограммированному закону, изменяющемуся от цикла к циклу, В данном устройстве предусмотрено автоматическое изменение законов задержки от цикла к циклу. В коммутаторе 14 - исполнительном органе программного устройства происходит реализация закона задержки, которая заключается в том, чтобы подать на соответствующие разреше ния прохождения импульсов с выхода счетчика 6 импульсов на вход злемента ИЛИ I1 или запретить прохождения их при помощи подачи логического Вол Предположим, что нужно реализовать задержку зондирующих импульсов по линейному закону, В этом случае на все разрешающие входы элементов 10 совпадения подается логический ноль, а на разрешанжций вход элемента 9 совпадения - логическая единица, т.е поразрядные прямые выходы со счетчиков 6 импульсов отключаются, В per зультате импульсы с выхода генератор 4 непосредственно будут поступать через элементы 10 совпадения и элементы ИЛИ 11 на заполнение счетчика 12 импульсов, Так как дискретная величина задержки устройством есть величина постоянная и равная периоду повторения Tj генератора 3,а время,в течение которого эта задержка осушёо. вляется, тоже есть величина постоянная, то плавную прямую (фиг.2а), оп ределяющую закон за.;ержки зондирующих импульсов в течение цикла задержки, можно заменить на ее ступенчатую аппроксимацию. Если на оси ординат откладывать величину задержки, а на оси абсцисс текущее время цикла задержки, то наклон линейного закона задержки по отношению к оси абсцисс можно менять, поочередно подключая один из элементов 10 совпадения на время цикла задержки от младшего разряда к старшему, отключая остальные (фиг.26, в, г). Подключение элемента 10 совпадения старшего разряда по отношению к младшему приводит к уменьшению частоты следования импульсов, заполняющих счетчик 12 импульсов, тем самым увеличивается время на задержку каждой дискретной величины задержки устройством, в результате уменьшается наклон прямой закона задержки к оси абсцисс i Время цикла задержки равно , откуда N/31 -t ц I Тг Текущее дискретное время цикла задержки определяется и выражения . v полагая , получим уравнение прямой-Ь цгКt jгде Ьц - время цикла задержки; Tg период повторения генератора 4; число, записанное в счетчик 12 импульсов; - текущая дискретная величина цикла задержки,К - постоянный коэффициент отношения периодов повторения. , из последней формулы видно, что при увеличении 1„ уменьшается наклон прямой к оси абсцисс. При реализации различных кривоинейных законов задержки устройством дискретная величина задержки не меняется и остается постоянной, а время в течение которого эта задержка осуществляется, меняется согласно остроенной ступенчатой аппроксимаии плавной кривой. При получении криволинейного заона задержки (фиг. За) выходные оразрядные импульсы положительной олярности с дешифратора 8 поочередо открывают один из элементов IО овпадения, начиная со старшего разяда и кончая младшим разрядом за ремя, равное циклу задержки,т.е. текущее дискретное время цикла задержки убьгоает в соответствии с этим законом. При получении задержки зондирующих импульсов (фиг. Зб) выход- . ные поразрядные импульсы с дешифратора 8 поочередно открывают один из элементов 0 совпадения, начиная с младшего разряда и кончая старшим разрядом. Из приведенных примеров видно, что реализация любого закона задержки импульсов получается при помощи соответствукящх подключений в коммутаторе 14 элементов 10 совпадения согласно ступенчатой аппроксимации реального.закона и определения текущ го значения числа N. При получении криволинейных законов задержки в общем случае изменяется коэффициент деления с выхода счетчика 6 импульсов. Программа законов задержки непосредственно закладывается в диодную пере ключаницуюся матрицу коммутатора 14, входы которой связаны с выходами дешифратора 8, а выходы - с разрешающими входами элементов 9 и 10 совпадения. Репрограммирование устройства производится соответствующей коммута ции входов и выходов переключающейся диодной матрицы коммутатора 14 при помощи Переключателей, исходя из тре бований нового закона задержки. Дикость памяти программного устройс ва определяется разрядностью счетчиков 5,6 и 12 импульсов|дешифратора 8 и разрядногтью переключакщейся матрицы коммутатора 14, Благодаря такому построению программного устройства память его сохраняется при отключени источника питания. Для получения за нов задержки импульсов, изменянющхся от цикла к циклу, с выхода триггера старшего разряда счетчика 6 им пульсов логическая единица после окончания каждого цикла работы подается на вход регистра 13 сдвига, выходов которого движущаяся логичес кая единица от цикла к циклу воз-действует на соответствукицие входы коммутатора 14 для подключения элементов 9 и 10 совпадения и выходам дешифратора 8 Для получения запрограммированного закона задержки. В и вестном и предлагаемом устройстве задержка входных импульсов преобраз ется в двоичный параллельный код чи ла, В известном-устройстве это техническое решение реализовано для автоколебательного процесса, причем звестное устройство сложно. Предлагаемое устройство выполнено полностью на интегральных микросхемах, имеет один источник питания и гораздо проще в схемном исполнении, чем известное устройство благодаря чему удалось довести весо-габаритные характеристики его до необходимой величины. Формула изобретения 1. Устройство для задержки импульсов с программным з равлением, содержащее два автоколебательных генератора, выход каждого из которых подключен к счетному входу соответствующего двоичного счетчика импульсов, программное устройство, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени репрограммирования при реализации законов задержки от начала координат и упрощения устройства, в него введень два триггера, ретранслятор, устройство сравнения кодов, а программное устройство содержит регистр сдвига, коммутатор, дешифратор, элементы И и ИЛИ, двоичйый счетчик импульсов, при этом первый вход програмного устройства подключен к последовательно соединенным регистру сдвига, коммутатору, выходы которого соединены с разрешающими входами первого и пораз-; рядных элементов И, а их выходы через элемент соединены со счетным входом двоичного счетчика импульсов, выходы с которого являются поразрядными выходами программного устройства, поразрядные выходы дешифратора соединены с управлякнцими входами коммутатора, второй вход программного устройства соединен с первым элементом И, а третий вход - с установочным входом двоичного счетчика импульсов, причем вход устройства соединен со счетными входами двух триггеров и с первым входом ретранслятора, выход первого триггера подключен ко входу первого автоколебательного генератора и к.установочному входу первого двоичного счетчика импульсов, поразрядньш выходы которого соединены с соответствующими входами устройства сравнения кодов, выход Bfoporo триггера подключен ко входу второго автоколебательного генератора, к установочному входу второго двоичного счетчика импульсов и к третьему входу

.13

Программного устройства, поразрядные выходы со второго двоичного счетчика импульсов соединены с соответствующими поразрядными входами дешифратора и элементов И программного устройства, выход старшего разряда второго двоичного счетчика импульсов соединен со сбросовым входом второго триггера и с первым входом програм много устройства, второй вход которого подключен к выходу второго автоколебательного генератора, поразрядные выходы спрограммного устройства, соединены с соответствующими входами устройства сравнения кодов, а его . выход подключен ко второму входу ретранслятора.

2. Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что ретранслятор содержит элементы И, ИЛИ и фор6672214

мирователь по переднему фронту, причем первый вход ретранслятора соединен d ОСНОВ1ШМ входом элемента И, а разрешающий вход подключен ко входу 5 формирователя импульсов по переднему фронту и соединен со вторым входом ретранслятора, выход элемента И соединен с одним из входов элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу формирователя по переднему

фронту, выход элемента ИЛИ соединен со сбросовым входом первого триггера и с выходом устройства.

15 . Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 4016511, кл. 333-29, опублик. 05.04.77.

2.Патент США. № 3913021,

кл. 328-62, опублик. 14.10.75(npqTOTHn)