Оптоэлектронный модуль

СОЮЗ . СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК К 23/78 ПИСАНИ АВТОРСКОМУ СВ ИЯ ОБР СТВ ДЕ институт иш вили,КТРОННЫИ МОДУ ие относится к им ет быть использов атики и цифровых(54) ОПТОЭЛ (57) Изобрет технике и мо ройствах авт пульсной ычислиГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССМ 947973, кл, Н 03 К 23/78, 1980,Авторское свидетельство СССВ 978359, кл, Н 03 К 23/78, 1982. Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено в устройствах автоматики и цифровых вычислительных машинах.Цель изобретения - повышение надежности за счет уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования.На фиг.1 представлена схема оптоэлектронного модуля; на фиг,2 - временные диаграммы его функционирования.Оптоэлектронный модуль 1 в каждом разряде 2.1, 2,2, , 2.п содержит регенеративный оптрон, состоящий из источника 3 света, первого 4, второго 5 и третьего б фотоприемников и транзистора 7, а также первый диод 8, кроме того, в первом разряде - четвертый фотоприемник 9 и второи диод 10, а во втором разряде - четвертый фотоприемник 11, Оптоэлектронный модуль снабжен оптическим информационным вхо 1 б 21171 А 1 тельных машинах, Цель изобретения - повышение надежности - достигается путем уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования, Оптоэлектронный модуль в каждом разряде содержит диод и регенеративный оптрон, состоящий из источника света, трех фотоприемников и транзистора, кроме того в первом разряде, дополнительно содержит фотоприемник и диод, а во втором разряде - фотоприемник, Оптоэлектронный мсдуль работает в ц-й системе счисления и фиксирует количество импульсов в режимах суммирования и вычитания в ра.-рядах. количество которых определено как ц/2 (когда ц четная) или ц+1/2 (когда ц нечетная). 2 ил, 1 табл,дом 12, первой 13 и второй 14 управляющими шинами; цепью 15 начальной установки, шиной 16 питания и общей шиной 17. В каждом разряде коллектор транзистора 7 через источник 3 света соединен с шиной 16 питания оптоэлектронного модуля 1, общая шина которого соединена с эмиттером транзистора 7, база которого соединена с объединенными выводами первого 4, второго 5 и третьего 6 фотоприемников. Первый фотоприемник 4 другим выводом соединен с шиной 16 питания и оптически связан с источником 3 света. Второй фото- приемник 5 в каждом разряде, кроме первого разряда 2,1, соединен с первой управляющей шиной 13 оптоэлектронного модуля 1, вторая управляющая шина 14 которого соединена с выводом третьего фотоприемника б, который в каждом разряде, кроме первого 2.1, и последнего 2,п, оптически связан с источником 3 света последую 1621171щего разряда, Второй фотоприемник 5 каждого разряда, кроме первого 2.1 и второго 2,2, оптически связан с источником 3 света предыдущего разряда. Кроме того, в каждом разряде первь 1 й вывод первого диода 8 соединен с базой транзистора 7 регенеративного оптрона, а второй вывод - с цепью 15 начальной установки оптоэлектронного модуля 1, во втором разряде 2.2 четвертый фотоприемник 11 первым выводом соединен с базой транзистора 7 данного разряда, а вторым выводом - с первой управляющей шиной 13 оптоэлектронного модуля 1 и оптически связан с источником 3 света последнего разряда 2.п, третий фотоприемник б которого оптически связан с источником 3 света второго разряда 2.2, второй фотоприемник 5 которого оптически связан с оптическим входом 12 оптоэлектронного модуля 1, первая управляющая шина 13 которого в первом разряде 2,1 соединена с первыми выводами четвертого фотоприемника 9 и второго диода 10, вторые выводы которых соединены с вторым выводом второго фотоприемника 5 данного разряда 2,1, второй б и четвертый 9 фотоприемники первого разряда 2,1 оптически связаны с источниками 3 света соответственно предпоследнего 2,пи последнего 2,п разрядов, Оптические выходы всех разрядов 2.1 - 2. и - 1, кроме последнего 2. и, я ел я ются оптическими информационными выходами оптоэлектронного модуля 1, при этом первый разряд 2,1 предназначен для записи признака кода, а остальные 2.2 - 2.п- для записи мантиссы кода цифры.Последний разряд 2,п оптоэлектронного модуля 1 является вспомогательным и его наличие в схеме необходимо для нормального функционирования модуля,Оптический вход третьего фотоприемника б первого разряда 2,1 используется при применении модуля в схеме многоразрядного операционного устройства, например сумматора, и предназначен для обнуления первого разряда 2,1 во время межразрядного переноса; Оптоэлектронный модуль работает следующим образом,В устройстве используется кодирование, которое заключается в разбиении.разрядов унитарного кода цифры на две группыдвоичных знаков и присвоении одной группе веса, равного половине основы системысчисления, и представлении другой группыв унитарном коде,В применяемом новом виде кодирования цифры числовой информации представляются следующим образом:а 31 Ърп где а - признак цифры, принимающей значение 0 или 1;Р 1 Р 2 Ь, - мантисса цифры 5 фЕ(0,1, 1 - порядковый номер двоичного знака мантиссы );и - количество двоичных знаков мантиссы цифры, которое зависит от величины основы системы счисления и определяетСя как 10 и =- 1, если ц четная, - если ц нечетная; ц 15 где ц - основа системы счисления,Признак и мантисса цифры для системы счисления с основой ц, когда ц четная, определяются следующим. образом. 20 Все цифры в количестве ц распределены в двух группах, Первая группа охватывает цифры от О до ц/2 - 1, а вторая группа - от ц/2 до ц - 1,Мантисса р 1 ДРп каждой цифры иэ 25 первой группы представляется в унитарном коде, где п = ц/2 - 1, т,е, если Д = 1, то Д =О, где= 1,п,.Следовательно, порядковый номер-го знака 31 определяет вес записанной цифрь; из первой группы, Когда эта цифра равна нулю, /3; =О, где= Г,п, Для цифр первой группы признак а=.0,Таким образом, каждая цифра первой группы представляется мантиссой - знаками в количестве и. один.из которых равен единице, порядковый номер которой определяется весом цифры, а остальные равны нулю, При этом признак цифры равен нулю,Мантисса каждой цифры второй группы также представляется в унитарном коде знаками в количестве и, где и = ц/2 - 1, т,е если ф = 1, ф =О, гдето = 1,п,1 Ф 1, однако порядковый номер 1-го знака /3 определяет вес записанной цифры второй группы, уменьшенный на ц/2. Когда цифра равна ц/2, 3,= О где = 1,п. Для цифр второй группы признак 0=1 и ему соответственно присвоен вес о/2,Таким образом, каждая цифра второй группы представляется мантиссой - знаками в количестве п, один из которых равен единице, порядковый номер которой определяется весом цифры, уменьшенным на ц/2, а остальные равны нулю, и признаком цифры, который равен единице и соответствует весу ц/2,Представление числовой информации в новом виде кодирования рассмотрим на примере цифр десятичной системы счисле 1621171ния. Следовательно, десятичные цифры закодированы следующим образом (см. таблицу).В начале работы устройства происходит установка модуля в исходное (нулевое) состояние, С этой целью в цепь 15 начальной устаноаки подается импульс отрицательной полярности, который в каждом разряде через первый диод 8 поступает на базу транзистора 7, При этом потенциал на базах транзисторов 7 всех регенеративных оптронов.уменьшается до уровня потенциала цепи 15 начальной установки, Транзисторы 7 закрываются, и источники 3 света гаснут,При подаче на первую управляющую шину 13 импульсов положительной полярности, на вторую управляющую шину 14 - потенциала отрицательной полярности и на информационный оптический вход 12 - светового сигнала оптоэлектронный модуль 1 работает в режиме суммирования, При этом второй фотаприемник 5 второго разряда 2,2 оказывается засвеченным и при подаче первого входного импульса нэ шину 13 транзистор 7 второго разряда 2.2 открывается, через источник 3 света проходит ток, достаточный для его свечения. срабатывает положительная Оптическая связь между источником 3 света и первым фаоприем иком 4 данного разряда, т е. соабатьвает первый фатоприемник 4 и транзистор 7 ООД- держивается в Открытом состоянии даке после прекращения" дейстгия входного импульса. Таким образом, второй разряд 2.2 оказывается в возбужденном состоянии. Соответственно, в оптаэлектооном модуле будет записан кад 01000. Так как вгорой разряд 2.2 находится в возбужденном состоянии, второй фОтаприемчик 5 ГОсгОду 0- щего разряда 2.3 оказывается засве епным и при подаче второго импульса аалогич-. ным образом возбуждается данныи разряд 2.3, Так как третий разряд 2.3 находится в возбужденном состоянии, третий Фотоприемник б второго разряда 2.2 оказывается засвеченным и после прекращения второго импульса, т.е. в паузе между импульсам л, транзистор 7 второго разряда 2.2 эакрьвается, так как сопротивление фотоприемника б падает настолько, чта аи шунтирует переход база - эмиттер транзистора 7, и происходит выключение источника 3 света разряда 2.3, т.е. обнуление данного разояд;- 2,2. В оптоэлектронном модуле будем лметь код 00100. Таким образом, при подаче очередных импульсов аналогичным образом последовательно возбуждаются -Й, (1 ,)-й и т.д. разряды, а соответственно обнуляются (Г - 1)-й, Г-й и т,д., кроме первого разряда 2,1, 1.0 с Г е ч Р н 11 ы м и 0 к а 31Г 3 10 т с я 1 т 0 ,э1 ф Р т 0 и Гэ лемчик 5 последне 0 разряда 2.0, второй фатоприемник 5 первого р,э"ряда 2. и ретий фотаприслник 6 раэрЯДС 2.Г, В г 0- следнем разряде 2.0 засгсчс;ьй второй фотаприемник 5, сопротивление которого падает, не дейстэует на состояние разряда 2.п, так как даннь й разряд 2.0, бнулен. Г первом разряде.1 засвеченым оказывается вэсрой фатоприсмник 5, однако обнуления дан:.Ого разряда 1 происход т, ак как пятый фотаприемчи 9, аторый не засвечен, поскольку Обчуле 1 последний разряд 2 и, и втор;и диод 10 предотвращают запирание тоачзисГора 7 и обнулече пер. вага разряда 2,1. Так как третий фотаприемник 6 разряда 2,показывается засвеченным, при одаче входного импуль 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Если предпоследний разряд 2,п - 1 находится в возбужденном состоянии, т.екогдаимеем код 00001, второй фотоприемник 5последнего разряда 2.п и второй фотоприемник 5 первого разряда 2,1 одновременно оказываются засвеченными и при подаче очередного импульса аналогичным образом одновременно возбуждаются разряды 2,п и 2.1 (в первом разряде 2,1 входной импульс через второй диод 10 и фотоприемник 5 поступает на базу транзистора 7). После прекращения входного импульса, т.е, в пауземежду импульсами, последний разряд 2,п способствует обнулению предпоследнего разряда 2,п,.так как засвеченным оказывается третий фатоприемник б данного разряда 2.0-1. Соответственно, будем иметь код 10000, При этом с помощью последнего разряда 2.п четвертый фатоприемник 11 второго разряда 2.2 оказывается засвеченным и при подаче очередного импульса, катарый через этот фотоприемник 11 поступает на базу транзистора 7, воэбуждается второй разряд 2.2, который после прекращения входного импульса, т.е, в паузе между импульсами, способствует обнулению последнего разряда 2,п.11 а данном этапе в в збужденам состоянии накадптсч ОД 1 пвремеИОэервый 2 1 и второи 2.2 разряд:,1, т.е. имеем КОД 11000, В дальейвем Гри под 1; Гэчсэсд 1 ь х м 1 уль СОВ МОДУЛЬ ЭаЭОЭ аС.Т Л аЛО Ч 1 эЛЭаэаМ,При ПОдаЧЕ,а П.рл;Н; ОЛ:,. лащуа шину 13 ГООн 1 ллс: ОГГицзэ Я 1 10 и 105,Оасти и ч э втОГэуэ упгг 11 55-.1 уа 10.чу 1-: 1 МГГуГ ЬСОВ Г О:1 Е г О ГОЛ ч 5;. 0.;.1 С 1- озбек 5 вони, й Глсду:. 1 Гэ;к г,. Г в р. жиме в 1 ита 1 Г 5.Предположим, и с л вэзбэк, - ;нам сотоя.и 1; нахГ дятся ра:эрядь 2 1 и .и -1, т.е. имеем Од 1000 экак:;:Г,"ОсэеГний раэряд 2.П -1 Ваэбужде 1, ОДИГ Г:пвл; ; ЗЭ 16211715 10 15 20 Если в возбужденном состоянии находятся одновременно разряды 2.1 и 2,2, т,е.когда имеем кад 1100, засвеченным оказывается третий фотаприемник 6 последнего разряда 2,п и при подаче очередного импульса аналогичным образом в возбужденное состояние переходит данный разряд 2.п, а после прекращения входного импульса, т,е. в паузе между импульсами, происходит обнуление второго разряда 2,2, так как засвеченным оказывается его четвертый . фатоприемник 11, Одновременно засвеченным является четвертый фотаприемник 9 первого разряда 2,1, однако он не влияет на внутреннее состояние разряда .2.1, так как одновременно не засвечен в горой фотаприемник 5, поскольку абнулен предпоследний разряд 2,п, и обнуление первого разряда 2,1 не происходит. Соответственно, будем иметь код 10000, При подаче очередного импульса в возбужденное состояние переходит предпоследний разряд 2;п, так кэк засвеченным оказывается третий фотоприемник 6 данного разряда. Так как предпоследний разряд 2,п - 1 в возбужденном состоянии, одновременно засвеченными оказываются второй фотаприемник 5 последнего разряда 2,п, второй фотоприемник 5 и четвертый фатаприемник 9 первого разряда 2.1, поскольку в возбужденном состоянии находится последний разряд 2.п, Тогда после прекращения входного импульса; т.е, в паузе между импульсами, происходит одновременное обнуление первого 2.1 и последнего 2,п разрядов. Соответственно, будем иметь код 00001. В дальнейшем при подаче очередных импульсов оптоэлектронный модуль работает аналогичным образом. са на шину 14 открывается транзистор 7 разряда 2,пи аналогичным образом данный разряд 2.п - 2 переходит в возбужденное состояние. После прекращения входного импульса, т.е, в паузе между импульсами, транзистор 7 предпоследнего разряда 2,пзакрывается, так как фото- приемник 5 данного разряда 2,показывается засвеченным, его сопротивление падает настолько, что он шунтирует переходбаза - эмиттер транзистора 7, и, следова тельно, происходит гашение источника 3света, т,е, обнуление данного разряда 2.п - 1.Соответственна, будем иметь кад 10010.При подаче очередных импульсов аналогичным образом последовательно возбуждаются ( - .1)-й, ( - 2)-й и т,д, разряды, асоответственно обнуляются -й, 1 - 1)-й и т.д.,кроме первого 2,1 и последнего 2.п разрядов,25 30 35 40 45 50 55 В предлагаемом оптоэлектронном модуле каждый регенеративный аптрон состоит из транзистора, источника света и фотоприемников, временные характеристики которых определяют время срабатыва- НИЯ - ВКЛЮЧЕНИЯ 1 вкл. И ВЫКЛЮЧЕНИЯ 1 выкл.регенеративного оптрона, На основе этих параметров выбирается длительность имПУЛЬСа ти И ПаУЗа МЕЖДУ ИМПУЛЬСаМИ 1 Для достоверного функционирования модуля необходимо, чтобы для временныхз параметров входного счетного импульса выполнялись требования;1 вклХи2 1 вкл,1 выкл - тлДопустим, подается на управляющейшине 13 первый счетный импульс длитель.ностью ги, следовательно, срабатывает регенеративный оптрон второго разряда 2.2,Одновременно допустим, что суммарноевремя срабатывания фотоприемника 5,тРанзистоРа 7 и источника 3 света, т.е, 1 вкл.регенеративного оптрона равно ти . Когдаисточник 3 света второго разряда 2,2 оптически воздействует на фатаприемник 5 раз.ряда 2,3, входной счетный импульс науправляющей шине 13 будет закончен, Следовательно, срабаты вание регенеративногооптрона разряда 2,3 до появления следующего счетного импульса не произойдет. ЕсЛИ 1 вклЪи та ПрИ ОПТИЧЕСКОМ ВаэдЕйСтеИИисточника 3 света второго разряда 2,2 навтором фотоприемнике 5 разряда 2:3 ча управляющей шине 13 будет присутствоватьимпульс длительностью Лт:ЛГ = ти - 1 вкл,При этомТи == Гвкл + Ь Г2 1 вкл,т,Е, Л Т1 вклТаким образом, в этом случае послевозбуждения второго разряда 2.2 на управляющей шине 13 будет присутствовать входной импульс длительностью Л 1, которыйчерез фотоприемник 5 разряда 2,3 поступает на базу транзистора 7, но его длительность недостаточна для переключениярегенеративнага аптрана данного разряда 2,3.Таким абоаэам, за время действия одНОГО ВХадНОГО ИМПуЛЬСа дЛИтЕЛ НОСтЬЮ тисрабатывает толька один регенеративныйаптрон соответствующего разряда модуля.В реальных схемах регенеративных аптРаНОВ 1 вклк, 1., клтаГДа гиГНа фиг.2 приведена временная диаграмма функционирования оптоэлектронна.го модуля в десятичной системе счисления, регенеративные оптроны которого построены на транзисторе КТ 3102 Е, светодиоде АЛ 310 А, оптроне АОД 109 Б и для которых 1 вкл18,8 нс и твыкл. = 75,5 нс,Таким образом. предлагаемый оптоэлектронный модуль позволяет осуществить как режим сложения, так и режим вычитания поступающей информации, Кроме того, оптоэлектронный модуль может быть использован как реверсивный сдвиговый регистр и измеритель временных интервалов. Формула изобретения Оптоэлектронный модуль, содержащий разрядные ячейки, выход каждой ячейки оптически связан с входом следующей ячейки, а каждая разрядная ячейка состоит из транзистора, источника света и трех фотоприемников, первый вывод источника света соединен с шиной питания оптоэлектронного модуля, общая шина которого сзединена с эмиттером транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом источника света, база транзистора соединена с первыми выводами первого. второго и третьего фотоприемников, первый фотоприемник вторым выводом соединен с шиной питания оптоэлектронного модуля и оптически связан с источником света, второй фотоприемник, кроме первого разряда, вторым выводом соединен с. первой управляющей шиной оптоэлектронного модуля, вторая управляющая шина которого соединена с вторым выводом третьего фотоприемника, который в каждом разряде, кроме первого и последнего, оптически связан с источником света последующего разряда, оптический вход второго фотоприемника является входом разрядной ячейки, а оптический выход источника света - выходом разрядной ячейки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью 5 повышения надежности эа счет уменьшения разрядности модуля и использования унитарного кодирования, введены цепь начальной установки, в каждый разряд - первый диод, в первый разряд - четвертый 10 фотоприемник и второй диод, а во второйразряд - четвертый фотоприемник, в каждом разряде первый вывод первого диода соединен с.базой транзистора регенеративного оптрона, а второй вывод - с цепью 15 начальной установки оптоэлектронного модуля, во втором разряде первый вывод четвертого фотоприемника соединен с базой транзистора данного разряда, а второй вывод - с первой управляющей. шиной опто электронного модуля и оптически связан систочником света последнего разряда, третий фотоприемник которого оптически связан с источником свста второго разряда, второй фотоприемник которого оптически 25 связан с оптическим информационным входом оптоэлектронного модуля, первая управляющая шина которого в первом разряде соединена с первыми выводами четвертого фотоприемника и второго диода, 30 вторые выводы которых соединены с вторым выводом второго фотоприемника данного разряда, второй и четв. ртый фотоприемники первого разряда опт:чески связаны с источниками света соогветствен но предпоследнего и последнего разрядов,оптические выходы всех разрядов, кроме последнего, являются оптическими информационными выходами оптоэлектронного модуля,1621171 Составитель П,Бестемьяновктор А,Лежнина Техред М,Моргентал рректор И.Мус роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гаг 10 Заказ 4254ВНИИП Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035; Москва, Ж, Раушская наб 4/5