Устройство для отображения статических характеристик объекта на экране электронно-лучевой трубки

(г 9) (ггг 08 ИЕ ИЗОБРЕТЕН ОПИС Н АВТОРСЙОМ ДЕТЕЛЬСТ диненключами л4-б;,я- " " 1 к":;а , гссг 03 сОВетснихсаицю аеивнп ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский институт электроннойтехники(56) 1. Анализ и расчет интегральныхсхем. Под ред. Д. Линна, ч. 2,приложение 3, М 1969, с. 368-375.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3228008/18-24,кл. 6 09 6 1/16, 1981 (прототип).Ф(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯСТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА НА(ЭЛТ), содержащее генератор тактовыхимпульсов, последовательно соединенные реверсивный счетчик, первый счетчик, блок управления ключами, первыйблок ключей и усилитель отклоненияпо координате У, последовательно соединенные второй блок ключей и усилитель отклонения по координате Х, йоследовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, блокФормирования измерительного напряжения и измерительный элемент, блокформирования идентификатора началакоординат, блок формирования шкалы,источник регулируемого напряжения,дифференциальный усилитель, блокФормирования репера и источник постоянного напряжения, выход. блокауправления ключами соединен со вхо-,дом второго блока ключей, вход цифро-аналогового преобразователя соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход - с входами блока идеитификатора начала координат и первым и вторым блоками ключей, первый .и второй выходы источника регулируемого напряжения соединены.соответственно с первым и вторым входами блока Формирования репера, первый выход которого соединен с входом первого блока ключей, а второй выход - с,входом второго блока ключей, третий и четвертый выходы источника регулируемого напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами блока Формирования шкалы, первый выход которого соединен с входом первого блока ключей, а второй выход - с входом второго. блока ключей, пятый выход источника регулируемого напряжения соединен с первым входом блока Формирования идентификатора начала координат и с входом первого блока ключей, шестой выход источника регулируемого напряжения Щ соединен со вторым входом блока Формирования идентификатора начала координат и со входом второго блока ключей, первый выход блока Формиро- С вания идентификатора начала координат соединен с входом первого блока Я ключей, а второй выход - с входом второго блока ключей, выходы источника постоянного напряжения соединены с соответствующими входами первого и второго блоков ключей, выход блока Формирования измерительного напряжения соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом первого блока ключей, выход измерительного элемента соединен со вторым входом дифференциального усилителя, входом второго блока ключей и входом анализируемого объекта, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен второй счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход переноса - с входом реверсивного счетчика и с третьим входом блока Формирования шкалы,раз- рядные выходы второго счетчика сое ы с входами блока управленияе фг1062763: ф.ф ф. Составитель С, Гри нтор П. Коссей ТехредМ.Гергель Корректор АЗимокосов йи акаэ 10225 4/5 иал ППП Патент, г. Ужгород,оектная 3 Тираж 488ВНИИПИ Государстпо делам иэоб 13035, Москва, ЖПодписноекомитета СССи открытийкая наб., д енного етенийРаушИзобретение относится к вычисли 1тельной и контрольно-измерительнойтехнике и может быть использованодля визуального наблюдения входных,передаточных и выходных характеристик линейных и цифровых электронныхсхем потенциального типа на экранеэлектронно-лучевой трубки (ЭЛТ).Известно устройство для визуального наблюдения статических характеристик схем потенциального типа, содержащее схему формирования измерителЬного напряжения, измерительныйрезистор, аналоговые ключи, устройство управления ключами, усилителивертикального и горизонтального (5отклонения и ЭЛТ (1,Недостатком этого устройства является низкая точность определениястатических характеристик исследуемых схем вследствие влияния электронно-лучевой трубки (бочкообразность) и дрейфа нуля усилителейвертикального и горизонтального отклонения,.25Наиболее близким к предлагаемому является устройство для отображения, статических характеристик объекта на экране электронно-лучевой трубки, содержащее генератор тактовых импульсов, реверсивный двоичный счетчик вход которого соединен,с первым входом блока формирования шкалй, выход реверса подключен к входу двоичного счетчика, а выходы разрядов соединены с входами первого цифро- . 35 аналогового преобразователя, выходы разрядов двоичного счетчика подключены к входам. блока управления клю-, чами. выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам 4 О первого и второго блоков ключей, выходы которых подключены соответственно к входам суммирующих усилителей вертикального и горизонтальногоотклонения, схему формирования изме рительного напряжения вход которой подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, входу блока форМирования идентификатора начала координат и к соответствующим входам первого и второго блоков ключей, а выход подключен к первому выходу измерительного элемента и к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводом измерительного элемента, с входом анализируе,мого объекта и с соответствующим входом второго блока ключей, а выход подключен к соответствующему входу первого блока ключей, выходы блока, бО Формирования идентификатора координат подключены к соответствующим входам первого и второго блоков ключей, блок Формирования репера, первый и второй входа которого подключены соответственно к первому ивторому выходам источника регулируемых напряжений, третий и четвертыйвыходы которого подключены соответственно к второму и третьему входамблока формирования шкалы, причемпервый и второй выходы блока Формирования шкалы и блока Формированиярепера подключены к соответствующимвходам первого и второго блоков ключей (21,Устройство содержит также преобразователь кодов, входы которогосоединены с выходами разрядов двоичного счетчика, а выходы подключенык цифровым входам второго цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к соответствующимвходам первого и второго блоков ключей, Выход генератора тактовых импульсов подключен к входу реверсивного двоичного счетчика и первомувходу блока формирования шкалы,Сетка и шкалы устройства используются для определения параметровхарактеристик исследуемых схем. Спомощью репера можно осуществитьпрецизионное измерение координатлюбой точки исследуемой характеристики. Для этого оператор, изменяя спомощью соответствующих потенциометров напряжения на выходе источникарегулируемых напряжений, совмещаетрепер с этой точкой и затем считывает с вольтметров, подключенных квыходам источника регулируемых напряжений, соответству.ощие значения.При работе устройства каждыйфрагмент кадра, наблюдаемого на эк"ране ЭЛТ (одна линия сетки, шкалаи т,д.), высвечивается последовательно во времени.Время отображения каждого Фрагмента определяется длительностьютакта двоичного счетчика, Количество фрагментов иэображения можно найти из выражения"й кНс,с,1где 1 к - частота кадров;- частота импульсов, поступающих на вход реверсивногодвоичного счетчика;8 с - объем реверсивного двоично-,го счетчика.Например, при М 30 Гц, 11 200 кГци Йс 1024 получаем Ч ф б, чтонедостаточно для отображения необходимой служебной информации. Дляувеличения количества отображаемыхфрагментов необходимо уменьшать8 или увеличивать 11 . Нижняяграница частоты 1 лежит на уровне30-50 Гц и обусловлена минимальнойчастотой кадра, при которой человеческий глаз еще не замечает мельканий кадра.Поэтому 1 к нельзя уменьшать ниже30 Гц. Уменьшение емкости счетчикаИ ведет к ухудшению качества изобсгражения.С другой стороны, увеличение частоты , требует использования цифроаналогового преобразователя с повышенным быстродействием,что ведет кудорожанию устройства н целом,Недостаток устройства - ограниченное быстродействие при отображении информации и как следствие - ограниченный объем отображаемой инФормации.Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для отображения статистических характеристик объекта на экране электронно-лучевой трубки, содержащее генератор тактовыхимпульсов, последовательно соединенные реверсинный счетчик, первыйсчетчик, блок управления ключами,первый блок ключей и усилитель отклонения по координате У, последовательно соединенные нторой блок ключей и усилитель отклонения по координате Х, последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь,блок Формирования измерительного на. - ,пряжения и измерительный элемент,блок формирования идентификатора начала координат, блок Формирования,шкалы, источник регулируемого напряжения, дифференциальный усилитель, блок Формирования репера иисточник постоянного напряжения,выход блока управления ключами соединен со входом второго блока ключей, вход циро-аналогового преобразонателя соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход - с входами блока идентификатора начала координат и первым и вторым блоками ключей, первый и второй выходы источника регулируемого напряжения соединены соответственно с первым и вторымвходами блока формирования репера,первый выход которого соединен совходом первого блока ключей, а второй выход - с входом второго блока. ключей, третий и четвертый выходюисточника регулируемого напряжениясоединены соответственно с первыми вторым входами блока формирования,шкалы, первый выход которого соединен со входом первого блока ключейа второй выход - с входом второгоблока ключей, пятый выход источникарегулируемдго напряжения соединен спервьм входом блока Формированияидентификатора начала координат и свходом первого блока ключей, шестойвыход источника регулируемого. напряжения соединен со вторым входом блока Формирования идентификатораначала координат и со входом второго.блока ключей, перный выход блока Формирования идентификатора начала координат соединен с входом первогоблока ключей, а второй выход - с нходом второго блока ключей, одиннадцать выходов источника постоянногонапряжения соединены с соответствующими входами перного и второгоблоков ключей, выход блока Формирования измерительного напряжения соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом первого блока ключей,выход измерительного элемента соединен со вторым входом дифференциального усилителя, входом второго блока ключей и входом анализируемогообъекта, введен второй счетчик,нходкоторого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход переноса - с входом реверсивного счетчика и с третьим входом блока Формирования шкалы, разрядные выходывторого счетчика соединены с входамиблока управления ключами.На Фиг,1 изображена структурнаясхема устройства; на Фиг,2 - временные диаграммы напряжений, действующих на отклоняющих пластинах ЭЛТ;на Фиг.3 - временные диаграммы рабо"ты блока управления ключами; наФиг,4 - картина, формируемая электронным лучом на экране ЭЛТ,Структурная схема устройства(Фиг.1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, цифро-аналоговый преобразователь 2 источник 3 регулируемых напряжений, второй счетчик 4,блок 5 Формирования идентификатораначала координат, блок 6 формирования шкалы ренерсинный счетчик 7,блок 8 Формиронания измерительногонапряжения, измерительный элемент9, дифференциальный усилитель 10,блок 11 Формирования репера, источник 12 постоянных напряжений, первыйсчетчик 13, анализируемый объект 14,блок 15 управления ключами, первыйблок 16 ключей, второй блск 17 клю фчей, усилитель 18 отклонения по координате У, усилитель 19 отклонений.по координате Х.Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен с входом второгосчетчика 4, Выход переноса счетчи,ка 4 соединен с входом реверсивногосчетчика 7 и с первым входом блокаб Формирования шкалы:Выходы разрядов счетчика 4 соединены с соответствующими входами блока 15 управления ключами.Выход реверса реверсивного двоичного счетчика 7 подключен к входу первого двоичного счетчика 13, выхо ды разрядов которого соединены с40 Сигнал переноса счетчика 4 подается на вход реверсивного счетчика 60 7, который считает в режиме счет+ от 0 до 2 -1, а затем в режимеисчет-фот 2"-1 до 0 и т.д.,где Н - число разрядов реверсивного двоичного счетчика 7, 65 соответствующими входами блока 15управления ключами,Выходы разрядов реверсивногосчетчика 7 подключены соответственно к входам цифро-аналогового преобразователя 2, выход которого подключен к первому входу блока 5 Формирования идентификатора координат,входу блока формирования измерительного напряжения и к соответствующимвходам первого 16 и второго 17 блоков ключей. Выход блока 8 формирования измерительного напряжения подключен к первому входу дифференциального усилителя 10 и к первому выводу измерительного элемента 9, второй 15вывод которого соединен с вторымвходом дифференциального усилителя10, с входом анализируемого объекта14 и с соответствующим входом второго блока 17 ключей. Выход дифференциального усилителя 10 подключен ксоответствующему входу первого блока 16 ключей.Первый и второй выходы источникаЗ,регулируемых напряжений подключены соответственно к первому и второму входам блока 11 формирования репера, первый и второй выходы которого подключены к соответствующимвходам первого 16 и второго 17 блоков ключей.Пятый и шестой выходы источника3 подключены соответственно ко второму и третьему входам блока 5 Формирования идентификатора началакоординат, первый и второй выходыкоторого подключены к соответствующим входам первого 16 и второго 17блоков ключей. Выходы источника 12постоянных напряжений подключенык соответствующим входам первого16 и второго 17 блоков ключей.Выходы блока 15 управления под-,ключены к соответствующим управляющимвходам первого 16 и второго 17 блоков ключей, выходы которых подключены соответственно к входам усилителя 18 отклонения по координате У иусилителя 19 отклонения по координате Х,Устройство работает следующим робразом.Тактовые импульсы с генератора 1поступают на вход второго счетчика4, Счетчик 4 работает в режимесчет+ с естественной сменой со-стояний, изменяя их от 0 до 2 -1,где к - число разрядов счетчика 4. Сигнал реверса с реверсивногосчетчика 7 подается на вход первого.счетчика 13, который работает в режиме счетс естественной сменой состояний, изменяя их от 0 до2 ф, где щ - число разрядов счетчи-.ка 13,Так как выходы разрядов реверсивного двоичного счетчика 7 соединеныс цифровыми входами цифро-аналогового преобразователя 2, то с выходапоследнего можно получить пилообразное напряжение, изменяющееся симметрично относительно потенциала земли (общей точки устройства). Этонапряжение имеет вид, показанный,например, в начале временной диаграммы сигнала У (Фиг.2).Для реализации функции сдвига начала координат изображения влюбуюточку экрана необходимо, чтобы амплитуда пилообразного напряжения былавдвое больше напряжения, соответствующего смещению луча на край экранаЭЛТ.Блок 15 управления ключами пред-,назначен для выработки управляющихсигналов для блоков 16 и 17 ключей.Так как вид управляющих сигналовопределяется конкретной реализациейустройства, рассмотрим исполнениеустройства, Формирующего на экранеЭЛТ картину, изображенную на фиг.4,Картина (фиг.4) содержит нулевыекоординатные линии 20, проходящиечерез начало координат; линию 21сетки; вертикальную шкалу 22, горизонтальную шкалу 23; яркую точку 24,соответствующую началу координат;яркий крест 25 (яркая точка 24 икрест 25 образуют идентификатор начала координат); репер 26, Формируемый в виде круга с изменяемым радиусом; наблюдаемая характеристика 27в данном случае входная характеристика типового ТТЛ-элемента.Для формирования картины (фиг,4)блок 15 управления ключами долженвырабатывать последовательность управляющих импульсов УИ 1 - УИ 35, которые подаются на соответствующиевходы блоков 16 и 17 ключей (фиг.1).Блок 15 управления ключами выполнен, например, в виде комбинационнойсхемы с шестью входными переменными,иэ.которых четыре поступают с разрядов второго двоичного счетчика 4,а два - с выходов разрядов первогодвоичного счетчика 13, либо с помощью программируемого запоминающего устройства ППЭУ и т.п.Сигналы УИ 34 и УИ 35 могут бытьпредставлены в следующем видеУИ 34 = УИ 18 Ч УИ 19 У УИ 32УИ 35 = УИ 15 " УИ 17 Ч УИ 18и реализуются с помощью комбинационной схемы ( Ч - знак диэьюнкции).10 УИЗ формируется с помощью дешнфратора по структуре, определяемой требуемой яркостью и количеством Наблюдаемых характеристик объекта,Рассмотрим подробно формирование картины (фнг.4) . 5В период действия такта 0 счетчи; ка 13 (фиг. 2 и 3) блок 15 управления ключами формирует управляющие импульсы УИ 1, УИ 4УИ 16. Импульс УИ 1 открывает соответствующий ключ блока 16 ключей и ко входу усилителя 18 отклонения по координате 4 через открытый аналоговый ключ подключается выход цифро-аналогового преобразователя 2, поэтому на вертикально-отклоняющих пластинах будет действовать линейно изменяющееся напряжение (сигнал на фиг.2)Блок 17 ключей в период действия такта 0 счетчика 4 управляется импульсами УИ 4УИ 16 (фиг.За) . При этом на вход усилителя 19 отклонения по координате Х через соответствующие открытые аналоговые ключи будут поочередно подаваться напряжения с выходов источника 12 постоянных напряжений (период действия УИ 4УИ 14), напряжение с шестого выхода источника 3 регулируемых напряжений (период действия УИ 15) и напряжение со второго выхода блока 6 Формирования (в период действия УИ 16)Так как каждый управляющий импульс из числа УИ 4УИ 16 формируется на такте 0 счетчика 13, то осцил- З 5 лограмма напряжения на горизонтально отклоняющих пластинах ЭЛТ будет выглядеть так, как показано на фиг.2 для сигнала М на такте О.В действительности осциллограьюа 40 сигнала )( на такте 0 состоит из прерывистых линий, однако, благодаря большому количеству штрихов, каждая линия представляется оператору сплошной линией, яркость которой в 16 45 раз меньше яркости осциллограммы пилообразного напряжения, действующего на вертикально-отклоняющих пластинах ЭЛТ (сигнал на такте 0) . В результате совместного действия на пряжений на отклоняющих пластинах ЭЛТ на ее экране на такте О луч рисует одиннадцать вертикальных линий координатной сетки, вертикальную осевую линию, проходящую через начало координат и вертикальную шкалу (фиг.4) .Для наглядности на фиг.4 изображен случай, когда .начало координат не совпадает ни с одним из узлов сетки На прахтике для удобства на блюдения начало координат совмещают с одним из узлов сетки. При этом осевые линии, проходящие через на,чало координат, имеют яркость вдвое. большую яркости линий сетки. Так 65 как длительность импульса УИ 16 вдвоебольше длительности импульсовУИ 1. . . УИ 15 (фиг.За), то яркостьшкалы будет в два раза выше яркостилиний сетки.В период действия такта 1 счетчика 13 блок 15 управления ключамиФормирует УИ 17УИ 20 (фиг,Зб).При формировании УИ 17 на вход УЭЛТ через соответствующий открытыйаналоговый ключ подается напряжениес первого выхода блока 5 формированияидентификатора начала координат. Одновременно на вход 1 подается напряжение с шестого выхода источника 3,соответствующее, смещению начала координат но оси "Блок 5 Формирования идентификатора начала координат содержит делитель напряжения, на вход которогопоступает пилообразное напряжение свыхода ЦАП 12 и два сумматора, наодин вход которых поступает напряжение с выхода делителя напряжения,а на другие входы. соответственно напряжения с шестого и седьмого выходов источника 3 напряжений, соответствующие смещению начала координатпо вертикали и горизонтали, Выходысумматоров являются выходами блока5, В результате совместного действиянапряжений на отклоняющих пластинахЭЛТ в период Формирования сигналаУИ 17 блоком 15 управления на экранеизображается вертикальная линия креста - идентификатора начала координат (Фиг.4).В период действия сигнала УИ 18на вход усилителя 18 через соответствующий открытый ключ подается напряжение с пятого выхода источника3, на вход усилителя 19 - напряжение с шестого выхода источника 3.В результате совместного действиянапряжений с выходов усилителей 18и 19 на отклоняющих пластинах ЭЛТлуч рисует на экране яркую точкуцентр идентификатора начала координат,В период действия сигнала УИ 19на вход усилителя 18 через соответствующий открытый ключ блока 16 ключей поступает напряжение с пятоговыхода источника 3, на вход усилителя 19 поступает напряжение со второго выхода блока 5 ФормированияидентиФикатора начала координат. Прнэтом на экране ЭЛТ изображается горизонтальная линия креста,В период действия сигнала УИ 20на вход усилителя 18 напряжение поступает с первого выхода блока 11формирования репера, а на вход усилителя 19 - напряжение со второговыхода блока 11. Блок Формированиярепера состоит нз синусно-косннусного генератора с регулируемой амплитудой сигналов и двух сумматоров, 1062763на первые входы которых соответственно поступают синусоидальный и косинусоидальный сигналы с выхода генератора сигналов, а на вторые входы соответственно напряжения с первого и второго выходов источника 3, кото рые соответствуют смещению репера по осям координат. Выходы сумматоров являются соответственно первым и вторым выходами блока 11.Так каК длительность импульсов 1 УИ 17 УИ 20 втрое больше длительности импульса УИ 14, яркость идентЬ фикатора начала координат и репера втрое больше яркости линий сетки.,15На такте 2 работы счетчика 13 блок 15 управления ключами формирует импульсы УИ 21 УИЗЗ. При этом формирование напряжений на отклоняю-, щих пластинах ЭЛТ происходит аналогично такту О, с той лишь разницей, что теперь на вход 1 ЭЛТ поступают сигналы, которые подавались в такте О на вход Х ЭЛТ, и наоборот. Поэтому на такте 2 счетчика 13 на экране изображаются горизонтальные линии сетки, горизонтальная осевая линия, проходящая через начало координат и горизонтальная шкала.На такте 3 работы счетчика 13 управляющий импульс УИЗ открывает соответствующие аналоговые ключи и устройство формирует на экране ЭЛТ характеристику анализируемой схемы, так как при этом на. горизонтально отклоняющих пластинах ЭЛТ действует . 35 напряжение, пропорциональное входному напряжению анализируемой схемы, ,а на вертикально отклоняющих пластинах - напряжение, пропорциональное входному току анализируемой схевы.Управляющий. импульс уИЗ Реализуется на дешифраторах по структуре, определяемой требуемыми яркостью и количеством наблюдаемых характеристик.Статическая характеристика анализируемой схемы может наблюдаться для двух состояний схемы, например входная характеристика элемента 2 И-НЕ, когда на втором входе действует уровень фО, либо уровень 1; выходная характеристика для состояний 1 О выхода, либо 1 ф на выходе и т.д.Поскольку наблюдаемой характеристике отводится целый такт работы счетчика 13, то в это время можно одновременно наблюдать четыре различных характеристики, яркость которых в 4 раза больше яркости линий сетки. Например, можно наблюдать выходные характеристики транзистора при четырех значениях тока базы.Таким Образом, в течение каждого такта работы первого счетчика 13 на экране ЭЛТ может отображаться до 2" фрагментов картины (к - разрядность двоичного счетчика 4), т.е. объем отображаемой информации увеличивается в 2 раз по сравнению с прототиЮпом. Практически можно задавать зна чение К от 1 дб 4 без заметного ухудшения качества изображеня.Изобретение позволяет повыситьь быстродействие отображениястатических характеристик объекта и тем самым повысить точность их определения.