Устройство для вычитания и сложения импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03K5/22 H03K13/20 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при построении автоматических систем контроля в устройствах различного функционального назначения, обеспечивающих вычитание и сложение число-импульсных сигнашов, например приведение к нулевому значению выходных сигналов частотных датчиков при нулевых сигналах на их входах, получение суммарного или разностного сигнала от двух частотных датчиков, линеаризация характеристик преобразователей и т.п.

Известно устройство для вычитания и добавления импульсов, содержащее триггеры, элементы И и элементы ИЛИ 1 .

Недостатком этого устройства является возможность работы только в органическом сочетании со счетчиком.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является устройство для вычитания и добавления импульсов, содержащее два формирователя, триггер, два элемента И, два элемента ИЛИ и элемент НЕ 2.

Недостатком данного устройства является то, что для но1 4ального его функционирования на входные импульсные сигналы накладываются ограничения по длительности и по их временному расположению. Корректирующие импульсы должны поступать и оканчиваться с некоторой задержкой относительно корректируемых импульсов. Эти ограничения значительно снижают Функциональные возможности и сокращают область использования устройства. Кроме того,

10 даже при выполнении приведенных ограничений сложение перекрывающихся во времени входных импульсов в элемен те ИЛИ известного устройства приводит к склеиванию последних в один удли15ненный импульс, что приводит к занижению результата сложения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей к повышение точности.

20

Цель достигается тем, что в устройство для вычитания и сложения импульсов, содержащее два формирователя, триггер, два элемента И, два элемента ИЛИ и элемент НЕ, вход которого сое25динен с первым входом первого элемента И и шиной управления, а выход подключен к первому входу второго элемента И, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом

30 первого и одним из входов второго элементов ИЛИ, при этом первая шина через первый формирователь соединена с первым входом первого элемента ИЛИ одним из входов триггера и вторым вхо дом первого элемента И, третий вход которого подключен к выходу триггера другой вход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ и через второй формирователь со второй входной шиной, дополнительно вве дены два элемента И, два элемента задержки и триггер, один из входов которого соединен с первой входной шиной, а другой подключен через первый элемент задержки к дополнительным входам первого элемента ИЛИ и основного триггера и непосредственно к выходу первого дополнительного эле мента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами формирователей, а выход дополнительного триггера соединен с одним из входов второго дополнительно- да го элемента И, другой вход которого подключен через второй элемент задержки к выходу первого основного элемента И, а выход второго дополнительного элемента И соединен с другим входом . второго элемента ИЛИ. На фиг. приведена структурная схе ма устройства; нафиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Устройство для вычитания и сложения импульсов содержит формирователи I и 2, триггеры 3 и 4, элементы И 58, элементы ИЛИ 9 и 10, элемент НЕ 1 и элементы 12 и 13 задержки, первая 14 и вторая 15 входные шины и шина 16 управления.Устройство работает следующим образом. Входные сигнсшы на шинах 14 и 15 в виде последовательности импульсов постоянной или изменяющейся частоты или одиночных импульсов различной длительности, произвольно расположен ных во времени относительно друг дру га (фиг.2,о, б), преобразуются соответственно в формирователях 1 и 2 в импульсы малой длительности (фиг.2, в,г). Длительность импульсов (фиг.2, 6,г) выбирается ийходя из быстродействия используемых в устройстве элементов и максимальной частоты рабоче го диапазона. Требований к стабильности длитель ности этих импульсов не предъявляетг ся, так как изменение ее в широких пределах не влияет на работоспособность устройства. Формирование этих импульсов (фиг.2, в ,г) осуществляется по заднему фронту импульсов входных сигналов (фиг. 2 а , 6) . При наличии нулевого сигнала на шине 16 устройство выдает на выход результат сложение импульсной последовательности по шине 14 и импульсно последовательности поитне 15 (фиг.2ж) Сформированные импульсы поступают Яа соответствукяцие входы элементов И 8 и ИЛИ 9, При перекрытии во времени импульсов с шин 14 и 15 элемент И 6 выдает единичный сигнал (фиг.2,а), который, пройдя через элемент задержки 13 (фиг.2,С), поступает на вход элемента ИЛИ 9; Время задержки Си выбирается, исходя из уйловия //- Т Г макс; где Т л 1 , ты - длительность импульсов последовательностей на шинах L4 и 15; Tg - длительность периода максимальной частоты рабочего диапазона устройства. Если импульсы с шин 14 и 15 во времени не перекЕЯЛваются, то они сум;мируются в элементе ИЛИ 9, не накладываясь. Если импульсы с шин 14 и 15 по времени перекрываются, то с выхоэлемента ИЛИ 9, в этом случае. снимается один удлиненный импульс, соответствующий Длительности перекрыт Бающихся импульсов, и один импульс, прсяцедвиий по цепи: элемент И 8, элемент 13 задержки (фиг.2,). Полученная на выходе элемента ИЛИ 9 суммарная число-импульсная последовательность выдается через элементы И 7 (который в этом случае открыт единичным сигналом элемента Н Ц) и ИЛИ 10 на выход устройства (фиг.2, ). Приведение импульсов входных сигналов к нормированной длительности и введение цепи, состоящей из элементов 8 и 13, позволяет избежать ошибки при сложении (пропуск одного импульса при временном перекрытии входных сигналов) в условиях работы с произвольно расположенными входными сигнсшгими. Алгоритм работы устройства в режимме вычитания следующий. . Если импульсы входных сигналов с шин 14 и 15 (с шины 14 - уменьшаемое. с шины 15 - вычитаемое) не перекрываются по времени, то каждый импульс сигнала с шины 15 запрещает прохождение на выход одного очередного импульса сигнала по шине 14. Импульсы сигналов с шины 14, совпавшие по времени с импульсами сигнала по шине 15, не пропускаются на выход устройства, поэтому запрета в этом случает на прохождение очередного импульса с шины 14 на выход устройства не делается. Такой алгоритм работы независимо от длительности импульсов сигнашов на шинах 14 и 15, независимо от их взаимного расположения обеспечивает верный результат вычитания (фиг.2,м ) ., Для получения верного результата в режиме вычитания частота сигналов по шине 14 должна быть не ниже частоты сигналов по шине 15. Независимость разности вычитания от длительности входных импульсов- .обеспечивается за

счет преобразования последних в формирователях 1 и 2 в импульсы малой длительности. Независимость результата вычитания от взаимного расположения этих импульсов обеспечивается введением в устройство элементов 12 Иб, триггера 4, дополнительной цепи управления триггером 3.

Режим вычитания обеспечивается подачей единичного потенциала по шине 16 управления. С формирователя 1 импульсы поступают на С-вход триггера 3 и на один из входов элемента И Ь. Задним фронтом эти импульсы устанавливают триггер 3 в единичное состояние. Единичный потенциал . триггера 3 открывает по соответствующему входу элемент И 5, разрешая прохождение очередного импульса с шины 14 через элемент И 5 на выход устройства. Импульсы с -шины 15 поступают на установочнЫй R-вход триггера 3 и устанавливают его в нулевое состояние, закрывая тем самым элемент И 5 и запрещая прохождение одного очередного импульса с шины 14. Установка тригге ра 3 по входам R и S осуществляется единичным потенциалом. Запрещение каждым импульсом с шины 15 прохождения через элемент И 5 одного очередного импульса с шины 14 обеспечивает вычитание этих частей в режиме, когд импульсы на шинах 14 и 15 не перекрываются по времени. С выхода элемента И 5 импульсы через элемент задержки 12 элемент И 6 (который по в.торому входу и в этом случае открыт) и дале через элемент ИЛИ 10 выдаются на выход устройства вычитания и сложения импульсов...

При частичном или полном перекрытии во времени импульсов с шин 14 и 15 работу устройства удобно рассмотреть в зависимости от фазовых соотношений этих импульсов.

Если импульс с шины 14 отстает по фазе от импульса с шины 15, то триггер 3 по R-входу устанавливается передним фронтом импульса с шины 15 в нулевое состояние (фиг.2, j ), закрывая по соответствующему входу элемент И 5. За счет того, что опазды-. вающий по фазе от .импульса с шины 15 импульс с.шины 14 не может пройти через элемент 5 И (фиг.2, и ) на выход устройства (независимо от состояния элемента 6 И), обеспечивается операция вычитания (фиг.2 м). Снятие запрета на прохождение очередного импульса с шины 14 через элемент 5 И в соответствии с алгоритмом работы устройства в режиме вычитания, обеспечивается установкой триггера 3 в единичной состояние по С-входу задним фронтом импульса с шины 14 или по S-входу единичным сигналом, снимаемым с выхода элемента задержки 13 (фиг.2,е). Снятие аналогичного запрет

с элемента И 6 обеспечивается установкой триггера 4 в исходное единичное состояние по С-входу передним фронтом очередного импульса с шины 14 (фиг.2,

).

В случае, когда импульс с шины 14

совпадает с импульсом с шины 15 или опережает его по фазе, триггер 3, управляемый этими импульсами, не обеспечивает своевременного закрытия элемента ИЗ. По: этой причине через элемент И 5 проходят укороченные импульсы (фиг.2,и ). Запрет этих импульсов в соответствии с алгоритмом работы обеспечивается элементом И 6. Передним фронтом единичного сигнала, полученного в момент совпадения входных импульсов на шинах 14 и 15 на выходе элемента И 8, триггер 4 устанавливается по R-входу в нулевое состояние, закрывая по соответствующему входу элемент И 6 (фиг.2,л ). Но закрытие элемента И 6 происходит в момент окончания импульса, прошедшего через элемент И 5 (фиг.2, и), т.е. с опозданием. Чтобы этот импульс не смог пройти через элемент И 6 в приведенной ситуации, введен элемент задержки 12 (фиг.2,к). Время задержки 1С (2 элемента 12 выбирается из условия riij 7/T/Ai . Запрет импульсов, снимаемых с выхода элемент И 5, с помощью элемента И 6, элемента 12 и триггера 4 обеспечивает правильное вычитание в рассматриваемом случае. Сняти запрета на пррхождение очередного импульса с шины 14 через элементы И 5 и К 6 при этом осуществляется так же, как в предыдущем случае.

Если импульсы с шины 15 не поступают на вход устройства, -50 независимо от управляющего сигнала на шине 16 управления, на выход устройства следуют импульсы сигналов с шины 14, которые проходят или через элемент И 7 (в режиме сложения), или через элеменг ты И 5 и И 6 (в режиме вычитания).

Таким образом, данное устройство обеспечивает выполнение функций вычитания и сложения двух число-импульсных сигналов независимо от длительности импульсов этих сигналов и их взаимного расположения.

Формула изобретения

Устройство для вычитания и сложения импульсов, содержащее два формирователя, триггер, два элемента И, два элемента ИЛИ и элемент НЕ, вход которого соединен с первым входом первого элемента И и шиной управления, а выход подключен к первому входу второго элемента И, второй вхо и выход которого соединены соответственно с выходом первого и одним из входов второго элементов ИЛИ,

при этом первая входная шина через первый формирователь соединена с первым входом первого элемента ИЛИ, одним из входов триггера и вторым входом первого элемента И, третий вход которого подключен к выходу тригера, другой вход которого соединен со BTOpjM входом первого элемента ИЛИ и через второй формирователь со второй входной шиной, отличающееся тем, что, с цепью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в него дополнительно введены два элемента И, два элемента задержки и триггер, один иэ входов которого соединен с первой .входной шиной, а другой подключен через первый элемент задержки к дополнительным входам первого элемента

ИЛИ и основного триггера и непосредственно к выходу первого дополнительного элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами формирователей, а выход дополнительного триггера соединен с одним из входов второго дополнительного элемента И, другой вход которого подключен через второй элемент задержки к выходу первого основного элемента И, а выход второго дополнительного элемента И соединен с другим входом второго элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые в.о внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 450346, кл. Н 03 К 13/20, 1973.

2,Авторское свидетельство СССР № 585601, кл. Н 03 К 13/20, 1975,