Устройство для формирования импульсных сигналов

(51) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОРСКО ИДЕТЕЛЬС.ОО О 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в дискретной автоматике и электроизмерительной аппаратуре, в частности, при разработке устройств выработки управляющих команд, а также в устройствах синхронизации цифровых сигналов,Аналогом данного устройства является устройство для формирования импульсных сигналов Я, состоящее из набора синхронных В-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона, элемента И-ИЛИ, трех дополнительных синхронных О-триггеров, элемента ИЛИ, инвертора и элемента И-ИЛИ-НЕ, Устройство имеет тактовую, обнуляющую, две управляющие входные и одну выходную шины. Устройство позволяет формирователь на выходе последовательность импульсов необходимой частоты и в соответствии с управляющими сигналами менять фазу выходного сигнала, Основным недостатком данного устройства является сложность узла управления обратной связью счетчика(57) Использование: устройство для формирования импульсных сигналов может быть использовано при разработке устройств выработки управляющих команд, а также в устройствах синхронизации цифровых сигналов, Сущность: устройство содержит 1 счетчик 2 Джонсона, выполненный на И синхронных триггерах 1,0-триггеры 5, 6,.7, инвертар 8, элемент И-ИЛИ-НЕ 9. элемент И-НЕ 14, элемент задержки 13, шину 4 обнуления, тактовую шину 3. управляющие шины 10, 11, выходную шину 12 и соответствующие связи. 4 ил,Джонсона и ограни на применение элемента ИЛИ,Цель изобретения - сокращение аппаратных затрат, повышение технологичности и надежности путем применения более простых элементов и сокращения количества связей,Поставленная цель достигается тем, чта в устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее Ч синхронных О-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона таким образом, чта управляющий вход каждого последующего разряднога триггера объединен с выходом предыдущего. а тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров объединены соответственна с тактовой и обнуляющей шинами, первый, второй и третий синхронные О-триггеры, йнвертор и элемент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера последнего разряда счетчика Джонсона, а5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Ввторой - к объединенным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ и первой управляющей шине устройства, вторая управляющая шина которого подключена к тактовому входу первого синхронного О-триггера, обнуляющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного О-триггера, соединенного входом обнуления с выходом триггера последнего разряда счетчика Джонсона, выходной шиной и через инаертор-суправляющим входом третьего синхронного 0- .триггера, подключенного своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине устройства и второму входу вторО- го элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ, а третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены с прямым выходом второгосинхронного О-триггера, а управляющий вход первого синхронного О-триггера объединены с шиной логической единицы, согласно изобретению, дополнительно введены элемент И-НЕ и элемент задержки, выход кото.рого подключен к тактовому входу второго синхронного О-триггера, при этом первый вход элемента И-НЕ и вход элемента задержки подключены к выходу последнего разрядного триггера счетчика Джонсона, а второй вход и выход элемента И-НЕ - соответственно к выходу элемента И-ИЛИ-НЕ и к управляющему входу первого разрядного триггера счетчика Джонсона,Дополнительное введение элемента И-НЕ является признаком существенным,поскольку необходим элемент, инвертирующий сигнал, поступающий с выхода последнего на управляющий вход первого разрядных триггеров счетчика Джонсона, при высоком значении сигнала на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ и устанавливающий высокий уровень на входе первого триггера счетчика Джонсона при низком значении сигнала на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ. Использование в прототипе элемента И-ИЛИ. усложняет схему и понижает надежность устройства.Дополнительное введение элемента задержки является признаком существенным, поскольку необходимо осуществлять задержку сигнала, поступающего с выхода последнего разрядного триггера счетчика Джонсона на тактовый вход второго синхронного О-триггера, по отношению к этому же сигналу, поступающему на обнуляющий вход того же триггера. Использование в этом узле элемента задержки в отличие от элемента ИЛИ, применяющегося в прототипе, повышает, технологичность и надежность устройства, поскольку в качестве элемента задержки может использоваться любой логический элемент, не вносящий изменений в логику сигнала, поскольку к этому элементу предъявляются требования только по задержке, тогда как к элементу ИЛИ в прототипе предъявлялись требования как по задержке. так и по логике,Укаэанные существенные признаки в научно-технической и патентной литературе в данном конструктивном выполнении и взаимосвязи не выявлены, хотя применяемые элементы в технике встречаются, но они используются для других целей,На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для формирования импульсных сигналов; на фиг, 2, 3, 4 - временные диаграммы его работы, диаграммы фиг.4 приведены для случая, когда Тзал равно нулю.Устройство для формирования импульсных сигналов содержит набор синхронных 0-триггеров 1, объединенных а счетчик Джонсона 2 таким образом, что управляющий вход каждого последующего разрядного триггера 1 обьединен с выходом предыдущего, Тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров 1 обьединены соответственно с тактовой 3 и обнуляющей 4 шинами устройства. Устройство содержит также первый, второй и третий синхронные 0-триггеры 5, 6, 7, инвертор 8 и элемент И-ИЛИ- КЕ 9, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера 1 последнего разряда счетчика Джонсона 2, а второй - к объединенным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ 9 и первой управляющей.шине 10 устройства. Вторая управляющая шина 11 подключена к тактовому входу первого синхронного О-триггера 5, обнуляющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного О-триггера 6, соединенного входом обнуления с выходом триггера 1 последнего разряда счетчика Джонсона 2, выходной шиной 12 и через инаертор 8 - с управляющим входом третьего синхронного 0-триггера 7, подкл;оченного своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине 3 устройства и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ 9,Третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ-НЕ 9 обьединены с прямым выходом второго синхронного О-триггера 6. Управляющий вход первого синхронного О-триггера 5 объединен с шиной логической единицы, Выход элемента задержки 13 подключен к тактовому входу второго синхронного О-триггера 6, при этом первый вход элемента И-НЕ 14 и вход элемента задержки 13 подключен к выходу по 1758858510 15 20 25 30 35 40 50 55 следнего разрядного триггера 1 счетчика Джонсона 2, а второй вход и выход элемента И-НЕ 14 - соответственно к выходу элемента И-ИЛИ-НЕ 9 и к управляющему входу первого разрядного триггера 1 счетчика Джонсона 2,Устройство имеет следующие сигналы: А - сигнал на выходной шине 12(последний разряд счетчика 2); В - предпоследний разряд счетчика 2; С - тактовый сигнал на шине 3; О - управляющий сигнал на входной шине 10; Е - управляющий сигнал на входной шине; Г - сигнал на выходе схемы И-ИЛИНЕ 9; й - сигнал обнуления счетчика 2 на шине 4; О - сигнал на прямом выходе,триггера 6; Н - сигнал на выходе триггера 5; К - сигнал на выходе элемента задержки 13;- сигнал на выходе триггера 7; М - сигнал на выходе схемы И-НЕ 14; М - сигнал на первом разряде счетчика 2; О - сигнал на втором разряде счетчика 2.Устройство для формирования импульсных сигналов работает следующим образом.Предположим, что счетчик Джонсона 2 состоит из четырех О-триггеров 1. По тактовой шине 3 поступают тактовые импульсы со скважностью два (см. на фиг. 2, 3, 4 сигнал С), а на обнуляющей шине 4 - нулевой уровень напряжения (фиг.3, В) удерживает разрядные триггеры 1 счетчика Джонсона 2 в нулевом состоянии. На управляющем входе О-триггера 1 первого разряда счетчика Джонсона 2 (см, фиг, 3, М) и на выходе третьего О-триггера 7 (фиг. 3, Ц присутствуют единичные уровни напряжения, а на прямом выходе второго О-триггера 6 - нулевой потенциал (фиг. 2, 0). На выходе элемента И-ИГ(И-НЕ 9 сохраняется единичный потенциал (фиг,4, Р), На первой 10 и второй 11 управляющих шинах сигналы отсутствуют.При подаче на обнуляющую шину устройства единичного потенциала, т.е, как только сигнал В станет высоким, начнет работать счетчик 2 (фиг.3) в режиме деления частоты тактового сигнала С, так как высокий сигнал Е определяет инверсное включение элемента И-НЕ 14 и разрешает тем самым отрицательную обратную связь счетчика 2. Количество триггеров в счетчике 2 определяет коэффициент деления (в нашем случае он равен восьми), На выходной шине 12 появится сигнал А, равный частному от деления сигнала С на коэффициент деления.Если необходимо изменить фазу сигнала А г, сторону опережения, то для этого сигнал О на первой управляющей шине 10 устанавливают в высокое состояние и подают командный импульс Е по вгорой управляющей шине 11, А если необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставания, то сигнал О на первой управляющей шине 10 устанавливают в низкое состояние и также подают командный импульс Е по второй управляющей шине 11В процессе работы устройства производится синхронизация сигнала Е. На второй управляющей шине 11 устройства выходным сигналом А с шины 12 (см.фиг.2) сигнал Е синхронизируют сигналом А на триггерах 5, 6 и элементе задержки 13. При этом возможны два случая: первый - импульс Е поступает на шину 11 в момент наличия на выходной шине 12 низкого уровня сигнала А(фиг,2 а), второй - в момент высокого уровня сигнала А (фиг,2,б), В обоих случаях сигнал Е взводит триггер 5 и устанавливает сигнал Н в высокое состояние, и ближайший передний фронт сигнала А, поступая через элемент задержки 13 на тактовый вход триггера 6, устанавливает сигнал 6 в высокое состояние. При этом сбрасывается триггер 5 и тем самым подготавливается для приема следующего импульса сигнала Е, Следующий низкий уровень сигнала А сбрасывает триггер 6 и устанавливает сигнал 6 в низкое состояние. Длительность импульса 6 приблизительно равна длительности импульса сигнала А минус Таад. В дальнейшем при анализе работы устройства для нас будет интересен сигнал 6, который является сигналом управления на второй управляющей шине 11 устройства после его синхронизации выходным сигналом А с шины 12 устройства. Предположим, необходимо изменить фазу сигнала А в сторону опережения(фиг,4,а). Для этого сигнал О на первой управляющей шине 10 устанавливают в высокое состояние и подают командный импульс Е по второй управляющей шине 11.Третий О-триггер 7 и инвертор 8 работают по образу и подобию первого триггера 1 счетчика 2 в режиме отрицательной обратной связи, В случае изменения фазы в сторону опережения работает второй элемент И элемента И-ИЛИ-НЕ , который формирует управляющий импульс сигнала Е, Он запрещает отрицательную обратную связь счетчика Джонсона 2 и разрешает положительную на один период тактового сигнала С. В результате этого высокий уровень сигнала М продлевается еще на один период сигнала С, что, в свою очередь, приводит к увеличению одного периода выходного сигнала А на один такт.Предположим, необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставания (фиг.4,б), Для этого сигнал О на первой уп 1758858равляющей шине 10 устанавливают в низкое состояние и подают командный импульсЕ по второй управляющей шине 11.В этом случае работает первый элементИ элемента И-ИЛИ-НЕ 9. который формирует управляющий импульс сигнала Е. Задачаимпул ьса Е - укоротить низкий уровень сигнала обратной связи М на один период сигнала С, что, в свою очередь, приводит куменьшению одного периода выходногосигнала А на один такт,Изменение одного периода сигнала Ана один такт сигнала С тождественно изменению фазы сигнала А на один такт. Сколькопоступит управляющих импульсов Е, настолько периодов изменится фаза сигналаА. Импульсы Е должны поступать не чащеодного периода сигнала А,В качестве элемента задержки 13 можетприменяться любой логический элемент, ненарушающий логику сигнала А, а также,любые активные или пассивные линии задержки. Величина времени задержки не должнапревышать периода тактового сигнала С минус задержка сигнала на О-триггере 6 и элементе И-ИЛИ-НЕ 9 Задача элементазадержки - развязать во времени сигналына тактовом входе и входе обнуления второго О-триггера 6, В тех случаях, когда топология микросхем О.триггеров позволяетобъединять тактовый вход с входом обнуления или входом установки, от элемента задержки можно отказаться. В случаеприменения входа установки О-триггеравместо вхоца обнуления схема должна бытьэквивалентно преобразована.В качестве варианта конкретного применения можно рекомендовать счетчикДжонсона 2, реализованный на регистреК 555 ТМ 9, включенном в режим регистрасдвига, а остальные элементы формироватьиз элементов серии К 555 - К 555 ТМ 2,К 555 ЛН 1 и др.Если на входную шину 11 подавать сигнал предпоследнего раряда счетчика 2 -сигнал В и при этом сн.мать информациюсловами параллельно со всех разрядов счетчика 2, то данное устройство будет выполнять функции генератора псевдослучайныхчисел, при этом сигнал В на обнуляющейшине 4 должен быть пассивен.Устройство для формирования импульсных сигналов позволяет получить положительный эффект, выраженный в том, что онообеспечивает, при уменьшенных аппаратных затратах с одновременным увеличением технологичности и надежности, получение любого интервала изменения фазы, определяемого разрядностью счетчика Джонсона и.тактовой частотой, что позволя ет применять данное устройство в различных устройствах сопровождения цифровых сигналов по фазе и частоте, а также в различных устройствах синхронизации,Формула изобретения 10 Устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее М синхронных триггеров, объединенных в счетчик Джонсона, при этом управляющий вход каждого последующего разрядного триггера соеди нен с выходом предыдущего, а тактовые иобнуляющие входы разрядных триггеров соединены соответственно с тактовой и обнуляющей шинами, первый, второй и третий синхронные О-триггеры, инвертор и эле. мент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера последнего разряда счетчика Джонсона, а второй - к объединен ным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ и первой управляющей шине устройства, вторая управляющая шина которого подключена к тактовому входу первого синхронного О-триггера, обнуляю щий вход которого подключен к инверсномувыходу второго синхронного О-триггера, соединенного входом обнуления с выходом триггера последнего разряда счетчика Джонсона, выходной шиной и через инвер тор - с управляющим входом третьего синхронного О-триггера, подключенного своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине устройства и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ, 40 третьи входы элементов И элемента И-ИЛИНЕ объединены с прямым выходом второго синхронного О-триггера, а управляющий вход первого синхронного О-триггера объединен с шинойлог."1", о тл ич а ю щее с я тем, что, с целью повышения технологичности и надежности, в него дополнительно введены элемент И-НЕ и элемент задержки, выход которого подключен к тактовому входу второго синхронного О-триггера, при 50 этом первый вход элемента И-НЕ и входэлемента задержки подключены к выходу последнего разрядного триггера счетчика Джонсона, а второй вход и выход элемента И-НЕ соответственно к выходу элемента И ИЛИ-НЕ и к управляющему входу первогоразрядного триггера счетчика Джонсона.1758858СОбИМфд4Составитель С. КорчагинРедактор Т, Орловская Техред М.Моргентал Корректор Л ЛчкачЗаказ 3011 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Рэушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101