Адаптивный формирователь опережающего синхросигнала

Изобретение относится к импульс ной технике и может быть использовано для синхронизации устройств визуа -лизации, работающих по методу пространственной селекции, для наблюдения объектов и предметов в замутнен.ной атмосфере, например в тумане,Цель изобретения - повышение точности фиксации опережающего синхросигнала путем повышения точностиустановки интервала времени опережения,На Фиг,1 приведена структурнаясхема формирователя; на фиг.2 -15графические зависимости процесса егоработы.Адаптивный Формироватепь опережающего синхро сигнала содержит(фиг.1) триггер 1 (Тр 1), счетныйвход которого соединен с входной шиной 2, а прямой выход подключен кпервым входам двух элементов И 3 и 4и к входу сложения (С) счетчика5 (РС), инверсный выход триггера 1 25соединен с первыми входами двух элементов И 6 и 7 и входом сложения (С )счетчика 8 (РС), вычитающий вход (В)которого соединен с выходом элементаИ 4, выход элемента И 7 соединен свходом вычитания (В 1 счетчика 5, выходы старших разрядов счетчиков 5 и8 подключены к входам соответственноэлементов ИЛИ 9 и 10, счетчные (СЧ)входы подключены к выходу генератора11 (Г) импульсов, а установочные35(У) входы - соответственно к выходам элементов И 6 и 3, вторые входыкоторых подключены к шине 2, выходтретьего элемента ИЛИ 12 подключенк выходной шине 13, а входы - отдельно к первым выходам старших разрядовдвух дешифраторов 14 и 15 (ДШ), вторые выходы младших разрядов которыхподключены к вторым входам соответственно элементов И 7 и 4, первыестробируемые входы подключены к выходам соответственно элементов ИЛИ 9и 10, а вторые стробируемые входы -к выходам сложения соответственносчетчиков 5 и 8, выходы сладших свободных разрядов которых подключенысоответственно к основным входам первого и второго дешифраторов 14 и 15.Дешифраторы 14 и 15 имеют (фиг,1)два инверсные стробируемых входа,инверсные выходы и прямые входы, Вкачестве таких дешифраторов могутбыть использована микросхема 155 ИДЗ,которая является преобразователемпрямого 4-разрядного двоичного кодав инверсный десятичный код. Другиетипы выпускаемых промьпцленностьюв микросхемном исполнении дешифраторов могут быть приведены к виду Дй 14и 15 добавлением логических элементов И, И-НЕ, НЕ и др, В качествеэлемента ИЛИ 12 используется логический элемент И-НЕ, который осуществляет операцию логического сложения для инверсных импульсных сигналов с одновгеменным их инвертированием,Алгоритм функционирования формирователя заключается в образовании навыходной шине 13 последовательностиимпульсов (фиг,2 о), которая повторяет по форме и одновременно опережает во времени, интервал которого равен й , поступающую на его входнуюшину 2 (фиг,2 а) входную импульснуюпоследовательность (ВИП) постояннойчастоты.Для пояснения процесса работы формирователя на диаграмме (Фиг,2) приведены три характерных временных отрезка работы Формирователя: первыйучасток, на котором отсутствуют импульсы ВИП, соответствует временному интервалу до первого импульса ВИП(фиг,2 а), второй участок, на которомприсутствует шесть импульсов ВИП, -с постоянным периодом следования;третий участок, на котором отсутствуют импульсы ВИП, соответствует временному интервалу после шестого и последнего импульса ВИП, Первый и третийучастки графических зависимостей характеризуют поведение формирователяпри отсутствии импульсов ВИП,формирователь работает следующимобразом (Фиг.1)Импульсы ВИП постоянной частотыпоступают с входной. шины 2 на счетныйвход триггера 1, поочередно меняя потенциалы его прямого (фиг,26)и инверсного (фиг.2 в), выходов, Потенциалы управляют режимом работыдвух реверсивных счетчиков 5 и 8,на счетный вход которых поступаютсчетные импульсы генератора 11, Этоуправление в формирователе организова.но таким образом, чтобы режимы работы счетчиков были сдвинуты на одинпериод ВИЙ (Фиг.2 г,и), т,е. когдаодин счетчик находится в режиме "Сложение", то другой счетчик в это время"Остановка",Для образования одного синхроим-,пульса, опережающего соответствующийимпульс ВИП, в формирователе используется циклическая последовательностьработы двух режимов работы одногоиз счетчиков (5 или 8):"Сложение",а затем "Вычитание". В последнем ре -жиме работы происходит образованиесинхроимпульса, опережающего на времяй 0 каждый второй импульс ВИП, Этотсинхроимпульс появляется на первомстаршем разрядном выходе того дешифратора (14 или 15), который связанпо основному входу со счетчиком, работающим в режиме "Вычитание". Вследствие сдвига работы режимов счетчиков 5 и 8 на первом выходе дешифраторов 14 и 15 (Фиг,2 е,м) образуютсяпоочередно с частотой, меньшей в2 раза частоты ВИП синхроимпульсы,которые затем логически складываютсяв элементе ИЛИ 12 и поступают на выходкую шину 13 в виде последовательности импульсов (фиг,2 о), совпадающейно форме с ВИП и опережающей каждыйее импульс на времяОбразованию синхроимпульса предшествует выполнение двух условий: подача низкого разрешающего потенциалана первый стробируемый вход ДШ 14 свыхода элемента ИЛИ 9 (Фиг,2 л) и,соответственно, на аналогичный вхоцДШ 15 с выхода элемента ИЛИ 10(фиг,2 е), Кроме того, разрешающийнизкий потенциал должен быть поданна второй стробируемый вход ДШ 14 спрямого выхода триггера 1 (Фиг.26)и, соответственно, на такой же входДЯ 15 с инверсного выхода триггера(Фиг.2 в)Принимая во внимание цикличностьработы счетчиков 5 и 8, дальнейшее 45подробное описание работы формирователя производится на интервале времени, включающем в себя два периодаВИП: например, между 2 и 4-м импульсами - для схемы управления режимом работы счетчика 8, а между 1 и 3-м импульсами ВИП (Фиг,2 а) - для соответствующей схемы счетчика 5Схема управления работой счетчика 8 содержит два элемента И 3 и 4и работает следующим образом,Допустим, что в момент приходавторого импульса ВИП счетчик 8 находился в состоянии "Вычитание" (Фиг,2 г 10 6чему соответствует значение низкого потенциала "0" на входе С счетчика8. Так как вход С этого счетчиканепосредственно связан с инверснымвыходом триггера 1, прямой выходэтого триггера находится под высокимпотенциалом "1" (фиг,26), которыйпоступает на первые входы элементовИ 3 и 4, Высокий потенциал 2-го импульса ВИП во время".появления навтором входе элемента И З,и, соответственно, на входе У счетчика 8(фиг,2 д) производит обнуление разрядов этого счетчика,Цикл работы схема управлениясчетчика 8 начинается в момент ркончания действия второго импульсаВИП (фиг,2 а), при котором состояниетриггера 1 меняется на противоположное, так как в качестве триггерногоэлемента используется двухтактныйтриггер со счетныь входом, например,Т-типа, В этот момент времени на прямом и инверсном выходах триггера 1появляются соответственно низкий(фиг,26) и высокий (фиг.2 в) потенциалы, первый из которых препятствуетпрохождению третьего импульса ВИП навход У счетчика 8 (фиг,2 д), а второй потенциал блокирует ДШ 15 по первому стробируемому входу, препятст".,вуя образованию на сго выходах импульсов, и переводит счетчик 8 в режим"Сложение" (фиг,2 г). Этот режим продолжается до тех пор, пока следующийтретий импульс (Фиг,2 а) не вернеттриггер 1 в исходное состояние(фиг.,2 б,в), При этом счетчик 8 останавливается и в следующий момент -:переходит в режим "Вычитание"(фиг,2 г), так как высокий потенциал прямого выхода триггера 1 (Фиг.26)разрешает прохождение "1" с 2-го разрядного выхода ДШ 15 на вход В счетчика через элемент И 4, Процесс Формирования синхроимпульса в этом режиме работы счетчика 8 определяется механизмом взаимодействия этого счетчика, элемента ИЛИ 1 О и ДШ 15. В момент появдения 4-го импульса ВИП навходе формирователя происходит обнуление всех разрядов счетчика 8 таккак высокий потенциал прямого выходатриггера 1 разрешает прохождение высокого потенциала импульса,ВИП навход У счетчика 8 через элемент И 3.В момент окончания действия 4-го импульса ВИП начинается новый цикл( из которой видно, что ошибка в установкене превышает величины ДЕ,Число М связано с двоичным, например 4-разрядным, числом младших разрядов счетчика по формуле 55 3+ аз 2 М аь:2 + а 2 + аг 2 работы счетчика 8, при котором последовательность операций цикла вновь повторяется.Формирование синхроимпульса, кото рое производится в режиме "Вычитание" счетчика 8, определяется взаимодействием этого счетчика, элемента ИЛИ 10 и ДШ 15. Это взаимодействие рассматривается при следующих усло- О виях, взятых для определенности: счетчик 8 является двоичным, ДШ 15 преобразует двоичный код в десятичный и первый старший выходной разряд ДШ 15 соответствует большему деся тичному числу, чем второй младший выходной разряд, Возникновение синхроимпульса на втором выходе ДШ 15 происходит при условии разрешающего низкого потенциала на первом стробирую щем входе, который возникает на выходе элемента ИЛИ 1 О в момент обнуления старших разрядов счетчика 8, работающего в режиме "Вычитание", В этот момент начинает действовать 25 ДШ 15, который подключен к оставшимся младшим разрядам этого счетчика. Когда десятичное число первого выхода ДШ совпадает с входным числом младших разрядов счетчика, на этом 30 десятичном выходе образуется синхроимпульс инверсной полярности и длительностью, равной периоду следования импульсов генератора 11 (фиг.2 ж). Затем в момент совпадения меньшего по величине двоичного числа, образующегося на младших разрядах счетчика 8 с десятичным номером второго выхода ДШ 15, на этом выходе возникает перепад с высокого на низкий потенциал, 49 которыйпройдя через элемент И 4, попадает на вход В счетчика и переводит его в режим "Остановка" (фиг,2 г) Работа ДШ 15 при этом также прекращается, что соответствует присутст вию низкого потенциала на его второмвыходе (фиг,2 з).Величина времени опережения связана с десятичным М номером выхода ДШ следующей простой формулой; 50 где а - аз - значения соответствующих разрядов счетчика,которые могут приниматьвеличину О или 1.При этом возникающее число возможных градаций И ,установки определяется по формулеМ =2 -1макс9где ш - число младших разрядов счетчика, подключенных к входам ДЯ,Общее количество разрядов п счетчика, равное сумме его младших и старших разрядов, определяется в зависимости от максимально возможного значения периода ВИП по выражениюи = 1 оя (Т ,/дс),Работа схемы управления счетчика5 и формирование опережающего синхроимпульса на выходе ДШ 14 аналогичнаработе схемы управления счетчика 8и ДШ 15, так как процесс функционирования этих схем (фиг.2 и,н) практически одинаков и только сдвинут вовремени на один период ВИП.Таким образом, при поступлении навходную шину 2 формирователя синхросигнала, представляющего собой ВИПпостоянной частоты, на его выходнойшине 13 образуется опережающая навремя о каждый импульс ВИП последовательность синхроимпульса или опережающий синхросигнал, При этом в установке времени :д не превышает величины ДС,В случае прекращения поступленияимпульсов ВИП на шину 2 формирователь работает следующим образом,1Счетчик 8 после прихода 6-го (последнего) импульса ВИП переходит в режим "Сложение" (фиг,2 г), при котором происходит периодическое со временем Т обнуление всех его разрядов и изменение в этот момент перепада потенциала на выходе элемента ИЛИ 10с высокого на низкий и сохранение его в течение времени заполнения младших разрядов счетчика 8 (фиг,2 е) счетными импульсами. Однако наличие высокого потенциала на инверсном выходе триггера 1.и, соответственно, на втором стробирующем входе ДШ 15 препятствует образованию синхроимпульсов в этом режиме работы счетчика.Счетчик 5 после прихода 6-го импульса ВИП переходит в режим "Вы 1554110 Одвоичным реверсивным счетчиком, длясбросов которого в нулевое состояниедостаточно подать короткий импульсевположительной порярности на вход Установка" этой микросхемы, режим работы которой Сложение или Вычитание" обеспечивается подачей высокого потенциала соответственно на входы "+1" и "-1" и счетных импульсовна вход С счетчиков,Элементы И 3,4,6 и 7 и элементыИЛИ 10 и 9 могут быть выполнены налогических элементах микросхем серий 155 или 555.В качестве дешифраторов 14 и 15наиболее целесообразно использоватьмикросхему 155 ЩЗ, которая имеет дваинверсных стробируемых входа: 4-разрядный прямой вход логического числа и 15-ти разрядный инверсный выходдесятичных чисел,Дпя организации сложения инверсных синхроимпульсов, поступающихс выхода ДШ, наиболее целесообразно в качестве элемента ИЛИ 12 использовать микросхему с элементом 2 И-НЕсерий 155 или 555,Оценим точность с и количествоградаций И установки интервала времени опережения С о в предлагаемомформирователе по сравнению с известным, считая при этом, что в обоихпреобразователях используется одинаковое количество (ш) младших разрядов реверсивного счетчика,Интервал Со в известном устройстве определяется как произведение периода следования д г. счетных им,пульсов и числа два в степени ш:о= 2 3,20 25 Таким образом, увеличение числаградаций установки времени повышаетточность фиксации времени появленияна выходе формирователя импульсовопережающего синхросигнала. Кроме 30того, в случае пропадания импульсовВИП формирователь всегда вырабатываетодин паразитный синхроимпульс, а перед возобновлением следования импульсов ВИП возможно образование такжетолько одного паразитного синхроимпульса, время опережения которого неравно С. Последнее обстоятельствонаряду с присущему формирователю свойству адаптивности по отношению к скачОкообразному изменению частоты ВИП обеспечивает надежность его функционирования при образовании опережающегосинхросигнала,В отношении практического выполнения блоков и схем формирователя можно сказать следующее (фиг,1),В качестве триггера 1 типа Т сосчетным входом могут быть использованы различные двухступенчатые структуры: ВЯ-,В-, ТЧ- и 1 К-триггеры, например микросхема на 155 ТМ 2 или 155 ТВ 1,В качестве импульсного генератора11 счетных импульсов можно использовать микросхему 531 ГГ с подключенным к ней кварцевым резонатором,Блок реверсивных счетчиков 5 и 8может быть организован на микросхеме55 ИЕ 7, которая является 4-разрядным читание , при котором на выходеДШ 14 образуется только один паразитный импульс (фиг,2 м), Затем послепоявления низкого потенциала на вто 5ром выходе этого ДШ счетчик переходитв режим Остановка", в котором находится все время до возобновления импульсов ВИП на шине 2, Естественно,что при этом больше паразитных импульсов не образуется,Перед возобновлением следованияимпульсов ВИП также возможно образование одного паразитного синхроимпульсасо временем опережения сц (фиг, 2 ж) . Этосвязано с работой счетчика 8 в режиме"Сложение", при котором перед приходом 1-го импульса ВИЛ и началомрежима работы счетчика 8 "Вычитание"в счетчике запоминается логическое число, которое не соответствует пе.риоду ВИЛ, например, как показано нафиг,2 г, большее по величине значенияэтого периода,При этом максимальное количество градаций в известном устройстве равно числу ш, Учитывая это обстоятельство, можно определить точность установки интервала, которая определяется как разница в установке двух ближайших интервалов времени опережения при ш и шпо формуле с =де 2"- дс 2 =2 дс,йрВеличина этой точности составляет половину интервалаВ предлагаемом формирователе максимальное значение интервала С о определяется по следующей формуле:12 1554110 1 О 25 Исходя из того, что в предлагаемом формирователе для установки может использоваться любое двоичное число, которое циклически возникает на выходе младших разрядов счетчика в режиме "Вычитание", легко определить искомое число М по следующей Формуле: И = 2 ф ф Эа затем погрешность с, котораябудет равнаи О 2 Иа(КСттЧисленный анализ оценки точности с и количества градаций И интервала времени опережения произведем по следукнцим соотношениям при ш 6: 2.1 о - а и - с(4, - 31 Д 1,. Приведенные результаты расчета погрешности Д показывают, что использование предлагаемого формирователя по сравнению с известным повьппает количество используемых градаций: установки интервала времени опережения почти в И/И= 9 раз, При этом точность установки интервала времени Опережения и, соответственно, точность фиксации времени появления опе 35 режающего синхро сигнала увеличивает-р" ся в 31 раз.Считая, что длительность интервала времени стробирования отраженных Световых импульсов или время открыто го состояния затвора равно 2 йй, можно оценить улучшение отношения сигнал/шум, достигаемое в устройстве визуализации, в котором используется предлагаемы Формирователь, 45Допустим, что необходимо устано": вить значение интервала опережения, равное 47 дй. Ближайшее и большее по величине значение этого интервала, которое можно установить в известном устройстве, равно 64 Де. В результате этого время появления синхросигнала должно превьппать необходимое значение интервала времени опережения на 17 дй. При этом дли 55 тельность интервала времени стробирования также должна быть равна 17 ДС.В предлагаемом формироватепе точность установки интервала времени опережения составляет 2 ДС, поэтомунеобходимую величину интервала времени можно установить в пределах47 й + ас, при котором длительностьвремени стробирования в предлагаемомформирователе составит величину, равную 2 де.В результате этого отношение сигнал/шум в устройстве визуализации спредлагаемым формирователем улучшится в 17/2 = 8,5 раз,увеличение чувствительности устройства визуализации обеспечиваетуменьшение мощности излучения лазера при сохранении прежнего расстояния до предмета наблюдения; увеличения дальности действия устройствавизуализации при сохранении мощности излучения лазера на прежнем уровне,Используя возможность улучшения. чувствительности в 2 раза, мощность излучения лазера может быть уменьшеиа в (8,5/2 " 2 раза, При этом ресурс работы такого лазера увеличится в 2 раза,Формула изобретения Адаптивный формирователь опережанюцего синхросигнала, содержащий триг" гер, счетный вход которого соединен с входной шиной, прямой выход триг.гера подключен к первым входам первого и второго элемента И и к входу сложения первого счетчика, инверсный выход триггера соединен с первыми входами третьего и четвертого элемента И и входом сложения второго счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом вычитания первого счетчика, выходы старших разрядов первого и второго счетчиков подключены к входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, счетные входы подключены к выходу генератора импульсов, а установочные входы - соответственно к выходам третьего и первого элементов И, вторые входы которых подключены к входной шине, выход третьего элемента ИЛИ подключен к выходной шине, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ" ности фиксации опережающего синхро" сигнала путем повьппения точности ус)3 1554110 Составитель Е,СуровРедактор М.Петрова Техред А.Кравчук. Корректор М,Кучерявая,Тираж 664 Заказ 46 Подписно сударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 тановки интервала времени опережения, введены первый и второй дешифраторы, первые выходы старших разрядов кот 6- рьщ подключены отдельно к двум входам третьего элемента ИЛИ, вторые выходы5 младших разрядов подключены к вторым входам соответственно четвертого и второго элементов И, первые стробируе" и, Иипуяьаы ВИП 6.Прои,бьи. ТР 1 Юдю 8 щ 8 ы ТР 1 г, Режоироб. Рсд д бхай, УРС 8 е. дьиад ЮИ 10 ж дыад 1 ДШ 75 э. выонг Юш 5 и Реим,ааЮРЛ к Юхан, У" РС 5 ю Выпад ИЮУ м дед 7 ДЫ 74 и. дыюд ГДОВ о. Вьиаа ИВИ 12 мые входы подключены к выходам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, а вторые стробируемые входы - к входам сложения соответственно первого и второго счетчиков, выходы мпадших свободных разрядов которыхподключены соответственно к основнымвходам первого и второго дешифраторов,