Времяимпульсный компаратор

(50 4 Н 03 К 5/26 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ В 108 7)(21) (22) (46) (71) кий (72) (53) (56) У 11 4152665/24-2128.11.8615.06.88. Бюл, У 22Украинский заочный политехничеснститут им, И.З. СоколоваВ,А. Добрыдень621.397(088.8)Авторское свидетельство СССР9727, кл. Н 03 К 5/19, 24.05.82торское свидетельство СССР785, кл. Н 03 К 5/26, 16,12,82ВРЕМЯИМПУЛЬСНЫИ КОИПАРАТОРИзобретение может быть использовано в составе контрольно-измерительных и управляющих систем, Времяимпульсный компаратор содержит формирователь 1 импульсов, входную шину 2,триггер 16, элемент ИЛИ 11, элемент12 задержки, счетчики 19, 20 импульсов, элементы И. 6-10, регистр 13, блоки 4,5 синхронизации, коммутаторы 7,18, цифровые компараторы 14,15, тактовый генератор 3 импульсов, выходныешины 21, 22. Времяимпульсный компаратор имеет повышенные быстродействиеи точность. 1 ил.Устройство относится к импульснойтехнике и может использоваться в составе контрольно-измерительных и управляющих систем,Цель изобретения - повышение быстродействия и точности устройства,На чертеже приведена структурнаясхема предлагаемого времяимпульсногокомпаратора. 10Времяимпульсный компаратор содержит формирователь 1 импульсов, входную шину 2, тактовый генератор 3 импульсов, первый и второй блоки 4 и 5синхронизации, с первого по пятый 15элементы И 6-10. Элемент ИЛИ 11, эле,мент 12 задержки, регистр 13, первыйи второй цифровые компараторы 14 и15, триггер 16, первый и второй коммутаторы 17 и 18, первый и второй счетчики 19 и 20 импульсов, первую и вто:рую выходные шины 21 и 22,Блоки устройства соединены следующим образом. Первый и второй выходыформирователя 1, вход которого соединен с входной шиной 2, соединены синформационными входами первого и второго блоков 4 и 5 синхронизации, Выходы тактового генератора 3 соединеныс тактовыми входами блоков 4 и 5, а 30,его первый выход, кроме того - с первым входом первого элемента И 6, второй вход которого объединен с первымвходом второго элемента И 7 и подключенк прямому выходу триггера 16, подключенного вторым входом к выходу пер"вого блока 4.Выход первого элемента И 6 соеди 1нен с первым входом первого коммутатора 17, второй вход которого объеди-нен с первым входом пятого элементаИ 10, с информационным входом регист, ра 13 и подключен к прямому выходу, элемента И 8, подключеннного инверсным выходом к первому входу четверто -го элемента И 9. Первый выход первогокоммутатора 17 соединен со счетнымвходом первого счетчика 19, выходыкоторого через второй коммутатор 18соединены поразрядно с входами третьего элемента И 8, Первый вход эле 50мента ИЛИ 11 соединен с выходом второго элемента И 7, подключенного первымвходом к выходу второго блока 5 син"хронизации, второй вход элемента ИЛИ5511 соединен с вторым выходом коммутатора 17, а выхбд элемента ИЛИ 11 подключен к вторым входам четвертого ипятого элементов И 9 и 10, к первому входу триггера 16, а через элемент 12 задержки -к тактовому входу регистра 13 и к входу сброса первого счетчика 19. Прямой и инверсный выходы последнего разряда регистра 13 соединены с третьими входами соответственно четвертого 9 и пятого 10 элементов И, выходы которых подключены соответственно к вьгчитающему и суммирующему входам второго счетчика 20 подключенного выходами к входам двух цифровых компараторов 14 и 15, выходы которых соединены с выходными шинами,Устройство вырабатывает одно из трех решений: меньше, равно и больше путем усреднения результатов и последних по времени сравнений входных интервалов времени Г; с эталонным интервалом о причем сравнения выполняются в цифровой форме.Прежде чем перейти к описанию работы устройства остановимся на функциях и специфике отдельных его блоков.На шину 2, т.е. на вход формирователя 1, поступают прямоугольные импульсы .различной длительности. Формирователь 1 импульсов формирует на выходах короткие импульсы: на первом выходе - в момент появления сигнала на входе (по переднему фронту входного сигнала), на втором выходе - в момент исчезновения входного сигнала (по заднему фронту входного сигнала).Тактовый генератор 3 непрерывно генерирует на выходах короткие импульсы высокой стабильной частоты с периодом Т причем тактовые импульсы на первом и втором его выходах сдвинуты во времени на Т,/2.Блоки 4 и 5 синхронизации одинаковы. Импульс, поступающий на информационный вход блока, запоминается в нем и выдается на выход блока одно" временно с тактовым импульсом, поступающим с того выхода тактового генератора 3, который не соединен с входом элемента И 6 (предполагается, что частота тактовых импульсов существен" но выше частоты импульсов на информационном входе блока синхронизации). Благодаря наличий этих блоков импуль сы с выходов формирователя 1 поступают синхронно с тактовыми импульсами, что позволяет избежать сбоев в работе устройства.Число входов третьего элемента И 8 равно числу ш разрядов первого счетчика 19, кроме прямого выхода этот3 14033 б элемент имеет также инверсный выход, сигнал на котором является логическим отрицанием сигнала на прямом выходе.Элемент 12 задерживает импульсы на короткое время, достаточное для5 прохождения импульса через элемент И 9 или 10.Регистр 13 выполнен сдвиговым. Импульс, поступающий на его тактовый вход, смещает содержимое регистра на один разряд вправо, записывая также в первый (левый) разряд, освобождающийся при сдвиге, логический сигнал, присутствующий в это время на информационном входе регистра (т,е, на. прямом выходе элемента И 8), число разрядов регистра равно числу и сравнений, результаты которых усредняются при принятии решения. 20Цифровой компаратор 14 поддерживает на выходе единичный сигнал только в том случае, когда выполняется усло- вие КК, (1) 25где К - содержимое счетчика 20, поступающее на одну из двухгрупп входов компараторов 14и 15;К - число, устанавливаемое навторой группе входов,компаратора 14 (это число можетустанавливаться с помощьюспециального блока, не показанного на чертеже, либо поступать от внешнего устройства),Цифровои компаратор 15 поддерживает на выходе единичный сигнал толькопри выполнении условияКК (2)где К - число, установленное на вто-.рой группе входов компаратора 15 аналогично числу КФна входах компаратора 4.Первый коммутатор 17 передает импульс, поступающий на его первый вход,либо на первый выход, если на второмвходе коммутатора 17 отсутствует единичный управляющий сигнал, либо на50второй выход; - если указанный сигналприсутствует.Второй коммутатор 18 представляетсобой ш двухпозиционных переключателей, он позволяет подключить 1-й вход55элемента И 8 (=1,2ш) либо к прямому, либо к инверсному выходу -горазряда счетчика 19, и, следовательно,обеспечить появление единичного сигна 1ала на прямом выходе элемента И 8 при любом наперед заданном значении М содержимого М счетчика 19, т.е. при выполнении условияо (3)Счетчик 20 выполнен реверсивным, его емкость должна быть достаточной для записи числа иПринцип действия устройства состоит в том, что длительности ; входных интервалов времени (=1,2) сравниваются в цифровой форме с заданной (эталонной) длительностьюрезультат каждого сравнения (1 Меньше" - "0", "Больше" - "1") записьвается в первый разряд и-разрядного регистра 13, содержимое которого сдвигается на один разряд вправо после каждого сравнения, с помощью этого регистра в счетчике 20 формируется число К, равное количеству результатов "Больше", полученных в и последних по времени сравнениях. Это число сопоставляется в компараторах 14 и 15 с заранее заданными нижней и верхней границами К и К , К К , при выполню %ненни условия (1) принимается решение "Меньше", при выполнении условия (2) - решение "Больше" , если ни одно из этих, условий не выполняется, т.е. выполняется условие принимается решение Равно".Таким образом, решение вырабатьвается по "скользящей выборке" - по результатам и последних во времени сравнений, оно может измениться после каждого очередного сравнения,: (Й не только после и сравнений, как в известном устройстве).Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии регистр 13, триггер 16, счетчики 19 и 20 установлены в нуль, коммутатор 18 обеспечивает срабатывание элемента И 8 при значении И , соответствующем эталон .э ному интервалу : И = С /Т . На вторых группах входов цифровых компараторов 14 и 15 установлены соответст+венно числа К и К . При этом элемент И 6 закрыт по второму входу, сигнал на прямом выходе элемента И 8 отсутствует, ввиду чего первый вход коммутатора 17 подключен к его пер- вому выходу.В момент появления сигнала на входной шине 2 устройства формируется ко,роткий импульс на первом выходе формирователя 1, поступающий на информационный вход первого блока 4 синхронизации, Ближайший во времени тактовый, импульс с второго выхода тактового генератора 3, передает этот импульс , на выход блока 4,т.е. на второй вход триггера 16, в результате чего появляется единичный сигнал на втором входе элемента И 6, и тактовые им" пульсы начинают поступать через этот элемент и коммутатор 17 на счетный вход первого счетчика 19, открывается также (по второму входу) второй элемент И 7.В момент, когда сигнал на входной шине 2 исчезает, формируется короткий импульс на втором выходе формирователя 1. Обозначим через И число так товых импульсов, поступивших на первый вход элемента И 6 (следовательно ,на счетный вход счетчика 19) в интервале времени , между импульсами на первом и на втором выходах формирова теля 1, Если 2, , то Б,И (таккак И, = ь /Т ), и, следовательно, после некоторого тактового импульса будет достигнуто равенство (3), В ре зультате появится сигнал на прямом ЗО выходе третьего элемента И 8 и очередной тактовый импульс пройдет теперь не на первый, а на второй выход коммутатора 17, поступая через зле;мент ИЛИ 11 на первый (нулевой) вход триггера 16 и закрывая тем самым эле,менты И 6 и 7, Этот же импульс пройдет через пятый элемент И 10 (поскольку в последнем разряде регистра 13 записан нуль, т,е. единичный сигнал присутствует на третьем входе элемента И 10) на суммирующий вход второго счетчика 20, а затем, пройдя через элемент 12 задержки, сдвинет содержимое регистра 13 на один разряд 45 вправо, запишет в его первый (левый) разряд единицу (сигнал на прямом выходе элемента И 8 , кодирующий результат данного сравнения) и установит в нуль счетчик 19, Таким образом, результат Больше первого сравнения будет записан в первый разряд регистра 13, в счетчике 20 также будет записана единица - количество результатов Больше", полученных в и последних сравнениях (пока проведено только одно сравнение). Импульс, формируемый на выходе блока 5 синхронизации по окончании интервала , в 55 1403361 6рассматриваемом случае Т, ь, черезэлемент И 7 не проходит (триггер 16уже установлен в нуль).Если ь,с , то выполнение условия (3) достигнуто не будет, ц импульс с второго выхода формирователя(в момент окончания интервала ,),передаваемый тактовым импульсом навыход блока 5 синхронизации, пройдетчерез открытый элемент И 7 и элементИЛИ 11. Этот импульс возвратит триггер 16 в нуль, закрывая тем самымэлемент И 6, а затем, пройдя черезэлемент 12 задержки, сдвинет содержи"мое регистра 13 на один разряд вправои возвратит в нуль счетчик 19, Поскольку элементы И 9 и 10 при этомзакрыты по второму входу, содержимоесчетчика 20 не изменится, а в первомразряде регистра 13 будет записаннуль, кодирующий результат сравненияМеньше" (поскольку сигнал на информационном входе регистра, те, напрямом выходе элемента И 8 при этомотсутствует),Аналогично будут обработаны входЛ % /Ъ,ные интервалы о, о,с. В результате в счетчике 20 будет сформировано число К, равное количествурезультатов "Больше" среди и результатов проведенных сравнений. Обозна"чим сигналы на выходах первого и второго цифровых компараторов 14 и 5(на выходных шинах 21 и 22 устройства) через Б, и Б.Если выполняется условие (1), тополучаем сочетание выходных сигналовБ=1, Я=О, кодирующее решение "Меньше".Если выполняется условие (2), тополучаем сочетание Я=О, Б= кодирующее решение "Больше".Если выполняется условие (4) имеем сочетание Я=0, Б =О, кодирующеерешение "Равно"Результаты всех п сравнений хранятся при этом в регистре 13, причемони размещены в нем справа налево впорядке получения - результат первого,самого "старого" сравнения записан ви-ом последнем разряде, результатпоследнего сравнения (и-го)- в первом(левом) разряде,После выполнения очередного сравнения содержимое регистра 13 будетсдвинуто аналогично описанному наодин разряд вправо,а в освобождающийся при этом левый разряд будет запи7 140336юсан результат этого последнего сравнения (сигнал с прямого выхода элемента И 8) содержимое последнего разряда регистра при этом теряется. Та 5ким образом, в регистре 13 всегдахранятся результаты и последних сравнений,Если в последнем разряде регистра. 13 записан нуль, то единичный сигнал 10имеется на третьем входе элементаИ 10 и отсутствует на третьем входеэлемента И 9, ввиду чего при х 1оимпульс с выхода элемента ИЛИ 11, возникающий когда достигается выполнение 15условия (3), проходит через элементИ 1 О на суммирующий вход счетчика 20,увеличивая его содержимое на единицу.Если же при этом с ( с, то оба элеомента И 9 и 1 О оказываются закрытыми 20(элемент И 9 - по третьему, а элементИ 10 - по первому входу) и содержимоесчетчика 20 не изменяется,Если в последнем разряде регистра13 записана единица, то в случае с 1 25Ьо оба элемента И 9 и 10 оказываютсязакрытыми (элемент И 9 - по первому,а элемент И 10 - по третьему входу)и содержимое счетчика 20 не меняется,а в случае с,, импульс с выхода 30элемента ИЛИ 11, возникающий при оконлчании интервала ;, проходит черезоткрытый по обоим (первому и третьему) входам элемент И 9 на вычитающийвход счетчика 20, уменьшая его содер,жимое на единицу. Таким образом, содержимое счетчика 20 всегда равно числу результатов "Больше", полученныхв и последних сравнениях.Благодаря усреднению результатов п 40последних сравнений по принципу"скользящей выборки" (скользящегосреднего) решение вырабатывается уст ройством после каждого входного импульса с учетом результатов предыдущих исравнений, т.е. быстродейст. вие устройства повышается в п раз присохранении высокой помехоустойчивости, обеспечиваемой усреднением. Реализация в устройстве задания эталонного интервала времени и сравнения егос входными интервалами в цифровой форме обеспечивает высокую точность отдельных сравнений, результаты которыхусредняются.Формула изобретения55Времяимпульсный компаратор, содержащий фоРмирователь импульсов,вход которого соединен с входной шиной устройства, триггер, элемент ИЛИ,элемент задержки, первый и второйсчетчики импульсов, и первый, второй,третий, четвертый и пятый элементы И,выход второго из которых соединен спервым входом элемента ИЛИ, выходкоторого подключен к первому входутриггера, а выход пятого элемента Исоединен с суммирующим входом второгосчетчика импульсов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в неговведены регистр, первый и второй блоки синхронизации, первый и второй коммутаторы, первый и второй цифровыекомпараторы и тактовый генератор импульсов, выходы которого подключенык тактовым входам первого и второгоблоков синхронизации, а первый выход,кроме того - к первому входу первогоэлемента И, второй вход которогообъединен с первьм входом второгоэлемента И и подключен к выходу триггера, второй вход которого подключен :к выходу первого блока синхронизации,информационный вход которого соединенс первым выходом формирователя импульсов, второй выход которого подключен к инФормационному входу второгоблока синхронизации, выход которогоподключен к второму входу второгоэлемента И, выход первого элементаИ соединен с первым входом первогокоммутатора, второй вход которого соединен с первым входом пятого элемента И и информационным входом регистраи подключен к прямому выходу третьего элемента И, инверсный выход которого подключен к первому входу четверт,того элемента И, а входы - поразрядно через второй коммутатор соединеныс выходами первого счетчика импульсов, счетный вход которого соединенс первым выходом первого коммутатора,второй выход которого подключен квторому входу элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с вторыми входамичетвертого и пятого элементов И, атакже через элемент задержки - с входам сброса первого счетчика импульсов и тактовым входам регистра, прямойи инверсный выходы последнего разрядакоторого соединены с третьими входамисоответственно четвертого и пятогоэлементов И, при этом выход четвертого элемента И подключен к вычитающемувходу второго счетчика импульсов, выходы которого соединены поразрядноЗаказ 3004/55 Тираж 928 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4