Устройство для формирования импульсов

н,о СССР1978.СССР1982. ельст 5/04,ство5/04,и вторым выхода й счетчик импул коммутатв, трети первым ра, вторэлемент первыи вход кк третьей шинеадержки, четвертртую шину управл т авления под ключ элемент щ эл мент ия,. четв ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ МУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт техничеки АН БССР(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯИМПУЛЬСОВ, содержащее генератор импульсов, первый элемент И, первыйвход которого соединен с первойшиной управления, а выход подключенк первому входу первого триггера,второй вход которого соединен с вто-.рой шиной управления, второй элемент И, первый и второй входы которого подключены соответственно кпервому выходу первого триггера .и квходной шине, а выход соединен свходом первого формирователя импульсов и с первым входом элемента ИЛИ,второй триггер, первый вход которогоподключен к первому выходу первогоформирователя импульсов, а выходсоединен с вторым входом элементаИЛИ, выход которого подключен к выходной шине, первый счетчик импульсов, суммирующий и вычитающий входы,которого соединены соответственно л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности регулирования крутизны изменения частоты импульсов по любому закону, в него введены второй формирователь импульсов, сумматор, блоксложения по модулю 2, формировательлогической единицы и дополнительнаяшина управления, при этом первый,второй и третий входы коммутаторасоответственно соединены с выходомгенератора импульсов и с первым ивторым выходами первого триггера,а первый выход подключен к суммирующему входу второго счетчика импульсов, первый вход которого соединен спервым входом первого счетчика импульсов и подключен к первому выходупервого формирователя импульсов,второй выход которого соединен свторым входом первого элемента И,вход второго формирователя импульсов подключен к выходу первогосчетчика импульсов, а выход соединен с вторыми входами первого счетчика импульсов, второго триггера итретьего элемента И, выход которогоподключен к входу элемента задержки, первый, второй и третий входысумматора соответственно соединеныс выходом второго счетчика импульсов,второй вход которого подключен к выходу элемента задержки,с выходом блока сложения по модулю2, первый вход которого подключенк дополнительной шине управления,и с выходом четвертого элемента И,первый вход которого подключен к выходу формирователя логической единицы, а второй вход соединен с вто"1205273 Составитель Г.Брынскийлько Техред Ж.Кастелевич Корректор М.Максимишин едакто иражГос ИПИ о дел Мод. 4 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна каз 8538/57В1130 871 Подписи дарственного комитета СС изобретений и открытийЖ, Раушская наб., рым входом блока сложения по модулю 2 и подключен к четвертой шинеуправления, выход сумматора соеди. 1205273нен .с третьими входами первого и второго счетчиков импуль - сов.Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейустройства путем обеспечения возможности регулирования крутизны изменения частоты импульсов по любомузакону.На фиг. 1 представлена структур-.ная схема устройства, на Фиг, 2временные диаграммы, поясняющиеего работу, на фиг. 3 и 4 - соответственно структура сумматора и блокасложения по модулю 2; на фиг. 5и 6 - кривые изменения (увеличения)частоты с различной крутизной,Устройство для формирования импульсов (фиг. 1) содержит генератор1 импульсов, первый элемент 2 И,первьй триггер 3, второй элемент4 И, коммутатор 5, третий элемент6 И, первый формирователь 7 импульсов, элемент 8 задержки, первыйсчетчик 9 импульсов, второй счетчик10 импульсов, второй триггер 11,второй формирователь 12 импульсов,сумматор 13, формирователь 14 логической единицы, элемент 15 ИЛИ,четвертый элемент 16 И, блок 17сложения по модулю 2, входную шину18, первую, вторую, третью и четвертую шины 19, 20, 21 и 22 управления,дополнительную шину 23 управленияи выходную шину 24.В устройстве для формированияимпульсов первый вход коммутатора5 соединен с выходом генератора 1импульсов, а второй и третий входыподключены соответственно к первому и второму выходам первого триггера3, первый и второй выходы коммутагора 5 соединены соответственно ссуммирующими входами первого ивторого счетчиков 9 и 10 импульсови с вычитающим входом первого счетчика 9 импульсов, первый вход пер 5 10 15 20 25 30 35 40 45 вого элемента 2 И подключен к первой шине 19 управления, а выход соединен с первым входом первого триггера 3, второй вход которого подключен к второй шине 20 управления, первый вход второго элемента 4 И соединен с первым выходом первого триггера 3, а второй вход подключен к входной шине 18, выход второго элемента 4 И соединен с входом первого формирователя 7 импульсов и с первым входом элемента 15 ИЛИ, выход которого подключен к выходной шине 24, а второй вход соединен с выходом второго триггера 11, первый выход первого формирователя 7 импульсов подключен к первым входам первого и второго счетчиков 9 и 10 импульсов и второго триггера 11, а второй выход соединен с вторым входом первого элемента 2 И, первый вход третьего элемента 6 И подключен к третьей шине 21 управления, а выход соединен с входом элемента 8 задержки, выход которого подключен к второму входу второго счетчика. 10 импульсов, вход второго Формирователя 12 импульсов соединен с выходом первого счетчика 9 импульсов, а выход подключен к вторым входам третьего элемента 6 И, второго триггера 11 и первого счетчика 9 импульсов, первый, второй и третий входы сумматора 13 соединены соответственно с выходами второго счетчика 10 импульсов, блока 17 сложения по модулю 2, первый вход которого подключен к дополнительной шине 23 управления и четвертого элемента 16 И, первьй вход которого подключен к выходу формирователя 14 логической единицы, а второй вход объединен с вторым входом блока 17 сложения по модулю 2 и соединен с четвертой шиной 22 управленияСумматор 13 содержит (фиг. 3)н одноразрядных полных сумматоров, 1205273объединенных цепями переноса. При этом на первый сумматор подаются .младшие (ЬБВ) разряды чисел, а на его вход распространения переноса поступает сигнал с выхода элемента 16 И. На п -й одноразрядный сумматор подаются старшие (МЯВ) разряды двоичных чисел. Выходы сумматора поразрядно соединены с и-входами Э-счетчиков 9 и 10.Блок 17 сложения по модулю 2 содержит (фиг, 4) и двухразрядных схем сложения по модулю 2, первые входы которых объединены и подключены к шине 22 управления, а вторые входы соединены с дополнительной шиной 23 управления.формирователь 12 импульсов представляет собой, например, одновибратор со схемой запуска по переднему фронту или обычный формирователь, выполненный на базе элемента совпадения, на один вход которого подается входной сигнал, а на другой ее вход поступает этот же сигнал, но задержанный и инвертированный. Длительность задержки определяет длительность формируемого импульса.В качестве формирователя 14 логической единицы обычно используется инвертор, вход которого подключен к общей шине, т, е, к логическому нулю. В результате на выходе инвертора постоянно присутствует сигнал .логической единицы. На временных диаграммах (фиг. 2) приведены следующие сигналы: П напряжение на входной шине 18;напряжение на первом (инверсном) выходе триггера 3; П - напряжение на выходе элемента 4 И; Ц и П - напряжения на первом и втором выходах формирователя 7; П - напряжение на шине 19 управления; П, - напряжение на выходе элемента 2 И; П - напряжение на втором выходе триггера 3, Пз - напряжение на шине 21 управления; Ц, - напряжение на выходе генератора 1; П - напряжение на шине 22 управления, П - напряжение на суммирующих входах счетчиков 9 и 10; П - напряжение на вычитающем входе счетчика 9, П - напряжение на выходе формирователя 12; П - напряжение на выходе триггера 11; П, - напряжение на выходе элемента 6 И, Пи. - напряжение на выходе элемента 8 задержки; П - напряжение на выходе элемента 16 И; Пч - напряжение на выходной шине 24 устройства.Для показанного на фиг. 2 случаяна шину 23 управления поступает, постоянно двоичный код числа два, а закон измерения частоты носит линейный характер, причем сигнал По (шина 22) соответствует сначала уменьшению (логический 0"), а затем уве О личению (логическая 1) частоты навыходе.На фиг. 5 показаны зависимостиизменения частоты (ее увеличения)при неизменной частоте генераторатактовых импульсов для устройствапрототипа (кривая 1) и для предлагаемого устройства (кривые 1 и 2),при этом на дополнительную шину 23подается двоичный код числа один( кривые 2), а крутизна изменяетсяна угол ссНа фиг. 6 представлен один извариантов нелинейного закона увеличения частоты, когда в моменты времени т С с и сз на шину 23управления поступает двоичный кодчисла один, два, три и четыре соответственно.Устройство работает следующим образом.Входная последовательность импульсов (скважность импульсов равна двум) поступает на шину 18. Таккак в исходный момент триггер 3находится в состоянии 0", то коммутатор 5 подключен к суммирующемувходу (+1) счетчика 9, а на инверсном выходе триггера 3 будет сигнал"1", который открывает элемент 4 И.40Поэтому импульсы входной последовательности проходят через элемент4 И или 15 ИЛИ на выходную шину24 устройства, С выхода элемента4 И эти же импульсы поступают навход формирователя 7. По переднемуфронту поступившего сигнала наодном из выходов формирователя 7появляется импульс, который устанавливает в состоянии "0" триггер 11,а также сбрасывает в "0" счетчики9 и 10. На суммирующие входы счетчиков 9 и 10 постоянно поступают импульсы генератора 1. С момента обнуления счетчиков 9 и 10 начинается из мерение длительности импульсавходной последовательности. 11 о заднему фронту входного сигнала (т.е.по его окончании) на втором выходе5 12052 формирователя 7 появляется импульс, который поступает на вход элемента 2 И, но так как на шине 19 нет управляющего сигнала (т.е. сигнал равен "0"), то элемент 2 И будет закрыт и поступивший импульс на еговыход не проходит. Описанный процесс будет повторяться с каждым поступающим на входформирователя импуль 10сом.Сигнал перехода с одной частоты на другую поступает на шину 19 влюбой момент времени и открываетэлемент 2 И, В результате импульс, сформированный по заднему фронту 15 на втором выходе формирователя 7 и поступивший на вход элемента 2 И, проходит на его выход и устанавливает триггер 3 в состояние "1". Следовательно, сигнал н 1 н на инверсном 20 выходе триггера 3 пропадает и входные импульсы на выход элемента 4 И не проходят, а коммутатор 5 переключается на вычитающий вход (-1) счетчика 9. Таким образом, коли чество записанных в счетчики 9 и 1 О импульсов определяет длительность входного сигнала. После переключения коммутатора 5 импульсы с выхода генератора 1 поступают на вычи тающий вход счетчика 9 и уменьшают его содержимое, которое соответствует длительности сигнала входной последовательности, Содержимое счетчика 10 поступает на один из входов сумматора 13. После сигнала перехода на шины 21, 22, 23 подаются остальные управляющие сигналы. На шину 21 поступает сигнал " 1", который открывает элемент 6 И, а на допол нительную шину 23 - двоичный код(1000 или 0100, или 1100, и т.д.) числа (1, 2, 3 и т,д.), задающийкрутизну изменения частоты. Двоичный код поступает на вход блока 17 45 сложения по модулю 2.1Если необходимо уменьшить частоту входной последовательности импульсов, то на шину 22 устройства подается сигнал "0", который закры вает элемент 16 И для прохождения сигнала из формирователя 14 логической единицы, а также поступает на второй вход блока 17 сложения по модулю 2. В результате сложения по модулю 2 каждого разряда двоичного кода с нулем поступивший код изменяться не будет и с выхода бло 73Ька 17 приходит на второй вход сумматора 13. Так как элемент 16 И закрыт, то сигнал 0" с его выхода поступает на третий вход сумматора 13. Сумматор 13 осуществляет суммирование содержимого счетчика 10 с двоичным кодом. Как только содержимое счетчика 9 станет равно нулю (те. из него вычтется число импульсов, равное числу, записанному и в счетчик 10), то очередной импульс генератора 1, поступивший на вычитающий вход этого счетчика, переводит счетчик 9 из нулевого состояния в состояние заполнения, когда все его разряды равны "1". В этот момент на выходе (ВК) счетчика 9 появляется сигнал заема, который поступает на вход формирователя 12. По переднему фронту сигнала заема формирователь 12 вырабатывает импульс, который приходит на счетный вход триггера 11 и устанавливает его в состояние " 1", а также проходит элемент 6 И, открытый сигналом "1" на шине 21, и поступает на вход элемента 8 задержки. Одновременно импульс с выхода формирователя 12 записывает получаемый на выходе сумматора 13 результат в счетчик 9, который начинает новый цикл уменьшения своего содержимого, а,пройдя, элемент задержки, импульс переписывает результат суммирования также и в счетчик 10. Увеличенное на величину двоичного кода содержимое счетчика 10 поступает в сумматор, где осуществляется прибавление двоичного кода еще раз. Задержка на элементе 8 необходима для того, чтобы запись результата суммирования в счетчик 9 осуществлялась раньше, чем запись в счетчик 10. Так как содержимое счетчика 9 было увеличено на величину двоичного кода, то следующий сигнал заема на его выходе появится позже, чем предыдущий. На выходе формирователя 12 вырабатывается новый импульс, который установит триггер 11 в состояние "0", т.е. окончит формирование импульса с длительностью большей, чем длительность вкодного сигнала на число периодов тактовых импульсов генератора, соответствующее двоичному коду, Сформированный импульс проходит через элемент 15 ИЛИ на выходную шину 24 устройст1205273 10 7ва. Одновременно импульс с выходаформирователя 12 записывает новыйрезультат суммирования с выхода сумматора 13 в счетчик 9, а пройдяэлементы 6 И и задержки 8 - в счетчик 10. Счетчик 9 начинает новыйцикл отсчета импульсов, а на выходесумматора 13 будет результат, увеличенный еще раз на величину двоичного кода. Описанный процесс формирования импульсов повторяется дотех пор, пока на шине 21 управленияприсутствует сигнал "1". При этомкаждый последующий сигнал заема навыходе счетчика 9 и импульс на выходе формирователя 12 появляется позже предыдущего на число периодовтактовых импульсов, соответствующеедвоичному коду (так как содержимоесчетчика 9 постоянно увеличиваетсяна величину двоичного кода) и, следовательно, длительность очередногосформированного импульса будетбольше длительности предыдущего наодну и ту же величину, что и обеспечивает плавность изменения частоты.Как только пропадает сигнал "1" нашине 21, то элемент 6 И закрывается,содержимое счетчика 9 перестает увеличиваться (так как результат суммирования с выхода сумматора 13 всчетчик 10 не переписывается) и навыходную шину 24 устройства станеттеперь поступать импульсная последовательность с частотой большейисходной,Если же необходимо увеличитьчастоту входной последовательности,то на шину 22 устройства подаетсясигнал "1", который открывает элемент 16 И, а также поступает навход блока 17 сложения по модулю 2.Процесс увеличения частоты заключается в последовательном уменьшениисодержимого счетчика 10, т.е. ввычитании из содержимого счетчика10 двоичного кода. Для выполненияоперации вычитания необходимо суммировать содержимое счетчика 10 сдополнительным кодом, равным обратному (инвертированному) значениюдвоичного кода, плюс единйца, Поэтому, в результате сложения по модулю 2 каждого разряда двоичногокода с единицей в блоке 17, поступивший код инвертируют (в разряде,где была "1", станет "О", а гдебыл "0" станет "1"), а с выходаформирователя 14 логической едини 15 20 25 30 35 40 45 50 55 цы через элемент 16 И подают всумматор 13 сигнал "1". В результате суммирования на выходе сумматора13 появляется уменьшенное на величину двоичного кода содержимоесчетчика 10, а устройство работаеттак же, как и в случае уменьшениячастоты, Однако каждый последующийсигнал заема на выходе счетчика 9будет появляться быстрее предыдущего на число периодов тактовых импульсов, соответствующее двоичномукоду, а следовательно, длительностьочередного сформированного импульсабудет меньше длительности предыдущего импульса на одну и ту же величину,Если на шину 23 поступит нулевойкод (все его разряды равны нулю),а на шине 21 есть сигнал "1", то,независимо от сигнала на шине 22,содержимое счетчика 10 в результате суммирования изменяться не бубет, Таким образом, на выходе24 устройства будет постоянная частота.Устройство работает как в реверсивном, так и в режиме одностороннего изменения частоты.Если устройство работает в реверсивном режиме, т.е. увеличивает(увеличивает) ее до прежней величины,то по окончании этого цикла на шину20 подается сигнал, который устанавливает триггер 3 в состояние"Оч и входная последовательностьимпульсов вновь поступает на выходную шину 24 устройства.Если же устройство работает врежиме одностороннего изменениячастоты, то после установки триггера3 в состояние "1" на входную шину18 устройства подается та новаяимпульсная последовательность, накоторую необходимо плавно перейти.После окончания процесса изменениячастоты до нужной величины на шину20 подается сигнал, который возвращает триггер 3 в состояние "0", чтооткрывает элемент 4 И для прохождения импульсов с шины 18 на выходнуюшину 24. При поступлении новогосигнала перехода на шину 19 начнется процесс дальнейшего изменениячастоты.Плавность. изменения частоты импульсной последовательности опреде-, 1205273ляется как частотой генератора 1 импульсов, так и величиной двоичного кода, меняя который можно в широких пределах изменять крутизну увеличения или уменьшения частоты не только по линейному, но и другим законам.Если же на входную шину 18 устройства подается последовательность импульсов со скважностью, не равной двум, то она преобразуется в последовательность со скважностью, равной двум.Сумматор 13 работает следующим образом.В режиме уменьшения частоты с выхода блока 17 сложения по модулю 2 поступает неинвертированный двоичный код (например числа два - 0100), а также содержимое (например, числа десять - 0101) счетчика 10. В результате сложения 0101 получаем+01000011код 0011 - числа двенадцать, В этом режиме на вход распространения переноса (СВР) с выхода элемента 16 И поступает сигнал "О" и поэтому результат суммирования не изменяется,В режиме увеличения частоты сумматор выполняет операцию вычитания следующим образом.С выхода блока 17 поступает инвертированное значение двоичного кода (1011 - числа два), а с выхода элемента 16 И сигнал логической единицы, который приходит на вход распространения переноса. От счетчика 10 подается его содержимое (код 0101). Я результате сложения 010110111110кодов получаем результат 1110, к которому добавляется единица по входупереноса 1110. Полученный код 0001+15 0001числа восемь и есть результат вычИтания из числа десять числа два.Блок 17 сложения по модулю 2 работает следующим образом., 10 По дополнительной шине 23 управления в блок поступает двоичныйкод (например, 1100 числа три), а пошине 22 управления сигнал "О", чтосоответствует режиму уменьшения 15 частоты. В результате поразрядногосложения с нулем входного кода 1+О1О получаем поступивший код безизменения.В режиме уменьшения частоты пошине 22 управления в блок 17 посту пает сигнал 1. Поэтому в результате поразрядного сложения кода с единицей двоичный код инвертируется1 1 0в разрядах, где была+1 -1 +ОЗ 0 0 О 1логическая " 1" станет "0", а гдебыл "0" станет "1".Таким образом, устройство позволяет широко варьировать крутизну изменения частоты (см. кривые 2 нафиг. 5) без перестройки генераторатактовых импульсов, а также задаватьнелинейный закон изменения частоты(фиг, 6) в виде апроксимирующей 40ломанной линии, что существенно расширяет функциональные возможностиустройства