Устройство для формирования импульсных сигналов

(505 ТЕНТНО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР ТЕНИ О ьс- обн ех. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 21 ) 4873736/2(54) УСТРОЙСТВИМПУЛЬСНЫХ л. В 9идетельство СССР03 К 5/153, 28.03.90.идетельство СССР03 К 5/153, 27.03.91,О ДЛЯ ФОРМИРОВАСИГНАЛОВ Устройство для формирования импусигналов относится к импульсной нике и может быть использовано в дискретной автоматике и электроизмерительной аппаратуре, в частности в устройствах синхронизации сигналов цифровых вычислительных машин, т,к. обеспечивает автоматическое управление фазой формируемого сигнала, Устройство содержит й синхронных О-триггеров 1-1, 1-2 Я, обьединенных в счетчик Джонсона 2, четыре синхронных О-триггера 5, 6, 7, 10, инвертор 8, элемент И-ИЛИ-НЕ 9, тактовую шину 3,уляющую шину 4, управляющую шину 4 ил;10 20 30 35 40 45 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в дискретной автоматике и электроизмерительной аппаратуре, в частности в устройствах синхронизации сигналов цифровых вычислительных машин.Цель изобретения - расширение области применения путем обеспечения возможности автоматического управления фазой формируемого сигнала. Цель достигается тем, что в устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее Я синхронных Р-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона таким образом, что управляющий вход каждого последующего разрядного триггера объединен с выходом предыдущего, а тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров объединены соответственно с тактовой и обнуляющей шийами, элемент И-ХЕ, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом последнего и с управляющим входом первого разрядных триггеров, первый, второй и третий синхронные О-триггеры, инвертор, элемент задержки и элемент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого Сйабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера последнего разряда счетчика Джонсона, а второй - к первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-Н Е, выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, управляющую шину, подключенную 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, а через элемент задержки и через инвертор соответственно с тактовым входом второго и управляющим входом третьего синхронных триггеров, при этом третий триггер подключен своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИНЕ, а третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены с прямым выходом второго синхронного триггера, управляющий вход которого подключен к выходу пераого синхронного триггера, управляющий вход которого обьединен с шиной постоянной логической "1", согласно изобретения введен четвертый синхронный О-триггер, управляющий вход которого подключен к выходу последнего разрядного триггера счетчика Джонсона, а тактовый вход и выход. соответственно - к упрзвляющей шине и к первому входу второго элемента И элемента И-ИЛ И-Н Е.Введение четвертого синхронного О- триггера является признаком существенным, поскольку для определения направления изменения фазы необходим фазовый детектор, определяющий положение сигнала на управляющей шийе по отношению к сигналу на выходной шине. Этот триггер выполняет функции фазового детектора.Выше указанные 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 Таад равно нулю.Устройстводля формирования импульсных сигналов содержит набор синхронных О-триггеров 1, объединенных в счетчик Джонсона 2 таким образом, что управляющий вход каждого последующего разрядного триггера 1 объединен 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 О-триггеры 5,6,7, инвертор 8 и элемент И-ИЛИ-НЕ 9, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляемому входу триггера 1 последнего разряда счетчика Джонсона 2, а второй - к объединенным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ 9 и инвеосному выходу четвертого синхронного О-триггера 10,Управляющая шина 11 подключена к тактовым входам первого и четвертого синхронных О-триггеров 5,10, Обнуляющий вход первого синхронного О-триггера 5 подключен к инверсному выходу второго синхронного 0-тригера б, соединенного входом обнуления с выходом триггера 1 последнего разряда счетчика Джонсона 2, выходной шиной 12 и через йнвертор 8 с управляющим входом третьего синхронного О-триггера 7, подключенного 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 ИИЛИ-НЕ 9 объединены с прямым выходомвторого синхронного О-триггера б, Управляющий вход первого синхронного О-триггера5 обьединен с шиной логической "1". Выходэлемента 13 задержки подключен к тактовому входу второго синхронного О-триггера б,При этом управляющий вход четвертогосинхронного О-триггера 10, первый входэлемента И-НЕ 14 и вход элемента 13 задержки подключены к выходу последнего разрядного триггера 1 счетчика Джонсона 2, авторой вход и выход элемента И-НЕ 14 - .соответственно к выходу элемента И-ИЛИНЕ 9 и к управляемому входу первого разрядного триггера 1 счетчика Джонсона 2,Устройство имеет следующие сигналы:сигнал А - сигнал на выходной шине 12(последний разряд счетчика 2), сигнал В -предпоследний разряд счетчика 2, сигнал С- тактовый сигнал на шине 3, сигнал О -сигнал на инверсном выходе четвертогосинхронного О-триггера 10, сигнал Е - управляющий сигнал на входной шине 11, сигнал Р - сигнал на выходе схемы И-ИЛИ-НЕ9, сигнал В - сигнал обнуления счетчика 2 нашине 4, сигнал О - сигнал на прямом выходетриггера б, сигнал Н - сигнал на выходетриггера 5, сигнал К - сигнал на выходеэлемента 13 задержки, сйгнал - сигнал навыходе триггера 7, сигнал М - сигнал навыходе схемы И-НЕ 14, сигнал М - первыйразряд счетчика 2, сигнал О - второй разрядсчетчика 2,Устройство для формирования импульсных сигналов работает следующим образом.Предположим для определенности, чтосчетчик Джонсона 2 состоит из четырех Отригггеров 1, По тактовой шине 3 поступаюттактовые импульсы со скважностью два (см.фиг.2,3,4,С), а на обнуляющей шине 4 нулевой уровень напряжения(фиг,З й) удерживает разрядные триггеры 1 счетчикаДжонсона 2 в нулевом состоянии, На управляющем входе О-триггера 1 первого разряда счетчика Джонсона 2 (см, фиг. ЗМ) и на, выходе третьего О-тригера 7 (фиг,З 1 )при" сутствуют единичные уровни напряжения, ана прямом выходе второго О-триггера б -нулевой потенциал (фиг,2 6). На выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 сохраняется единичныйпотенциал (фиг.4 Е). На управляющей шине1 1 сигнал отсутствует,При подаче на обнуляющую шину устройства единичного потенциала, т.е. кактолько сигнал В станет высоким, начинаетработать счетчик 2 (фиг,З) в режиме делениячастоты тактового сигнала С, так как высокий сигнал Р определяет инверсное включение элемента И-НЕ 14 и разрешает тем10 25 40 45 передний фронт сигнала А, поступая через элемент 13 задержки на тактовый вход триг гера 6, устанавливает сигнал 6 в высокое 55 15 20 30 35 самым отрицательную обратную связь счетчика 2,. Количество триггеров в счетчике 2 определяет коэффициент деления, В нашем случае он равен восьми. На выходной шине 12 появляется сигнал А, равный частному от деления сигнала С на коэффициентделения Прежде чем рассматривать механизм автоподстройки частоты сигнала А на выходной шине 12 под частоту сигнала Е на входной шине 11 необходимо рассмотреть механизм изменения фазы выходного сигнала А. Для этого необходимо предположить, что отсутствует связь выхода последнего разрядного триггера 1 счетчика Джонсона 2 с управляющим входом четвертого синхронного О-триггера 10, причем на этот вход подают либо низкий, либо высокий уровень в зависимости от того, в какую сторону необходимо изменить фазу выходного сигнала А на шине 12,Если необходимо изменить фазу сигнала А в Сторону опережения, то для этого на управляющем входе четвертого синхронного О-триггера 10 устанавливают низкий уровень и подают командный импульс Е по управляющей шине 11, Сигнал О при этом устанавливается в высокое состояние.Если необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставания, на управляющем входе четвертого синхронного О-триггера 10 устанавливают высокий уровень и также подают командный импульс Е по управляющей шине 11, Сигнал О при этом устанавливается в низкое состояние.В 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 13 задержки. 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 взводит триггер 5 и устанавливает сигнал Н в высокое состояние, и ближайший 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 (3 в низкое состояние. Длительность импульса 0 приблизительно равйа длительности импульса сигнала А минус Тзад, В дальнейшем при анализе работы устройства интересен сигнал б, который является сигналом управления на второй управляющей шине 11 устройства после его синхронизации выходным сигналом А с шины 12 устройства.Предположим необходимо изменитьфазу сигнала А в сторону опережения 5(фиг,4 А), Для этого на управляющем входечетвертого синхронного О-триггера 10 устанавливают низкий уровень и подают командный импульс Е по управляющей шине 11.Третий О-триггер 7 и инвертор 8 рабатают по образу и подобию первого триггера1 счетчика 2 в режиме отрицательной обратной связи. В случае изменения фазы в сторону опережения работает второй элементИ элемента И-ИЛИ-НЕ 9, который формирует управляющий импульс сигнала Р, Он запрещает отрицательную обратную связь.счетчика Джонсона 2 и разрешает положительную на один период тактового сигналаС, В результате этого высокий уровень сигнала М продлевается еще на один периодсигнала С, что приводит к увеличению одного периода выходного сигнала А на один.такт.Предположим необходимо изменить 25фазу сигнала А в сторону отставания(фиг.4 Б), На управляющем входе четвертогосинхронного О-триггера 10 устанавливаютвысокий уровень и подают командный им-,пульс Е по управляющей шине 11. В этом 30случае работает первый элемент И элементаИ-ИЛИ-НЕ 9, который формирует управляющий импульс сигнала Р. Задача импульса Р- укоротить низкий уровень сигнала обратной связи М на один период сигнала С, что 35приводит к уменьшению одного периодавыходного сигнала А на один такт.Разобрав механизм изменения фазы., сигнала А, рассматривают механизм фазовай автаподстройки частоты сигнала А к частоте сигнала Е, поступающего на входнуюшину 11, Для этого соединяют выходпа=следнего разрядного триггера 1 счетчика 2с управляющим входом четвертого синхронного триггера 10, 45Предположим, что на управляющую шину 11 поступают импульсы с частотой, в двараза меньшей частоты выходного сигнала Ана шине 12 и соответственно в шестнадцатраз меньшей частоты тактового сигналаС,Задача устройства - выработать на выходной шине 12 такой сигнал, чтобы его фаза совпадала с фазой входного сигнала Е, 55 т.е. синхронизировать входной сигнал Е сигналом А, и при изменении частоты вход-. ного сигнала Е в некотором интервале частот удерживать синхронизацию, кроме того, чтобы отдельные случайные импульсы на входной шине 11 не сбивали полностью синхронизацию.Предположим первый импульс сигнала Е на входной шине 11 поступил в моментвысокой полки выходного сигнала А на шине 12. В этом случае сигнал О на инверсномвыходе четвертого О-триггера 10 устанавли.- вается в низкое состояние и разрешает работу первого. элемента, И элементаИ-ИЛИ-НЕ 9. В этом случае на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 формируется сигнал Р, который осуществляет изменение фазы сиг- нала А на выходной шине 12 в сторону отставания (фиг.4 Б) на величину периодатактового сигнала С. Если следующий импульс сигнала Е на входной шине 11 поступает также в момент высокой полкивыходного сигнала А на шине 12, то процессвыборки фазы в сторону отставания повторяется. Так будет продолжаться до тех пор пока импульс сигнала Е на входной шине 11 не поступит в моментнизкой полки выходного сигнала А на шине 12, Как только этопроизойдет, сигнал О на инверсном выходечетвертого О-триггера 10 установится в высокое состояние и разрешит работу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ 9. На выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 сформируется сигнал Е, который осуществит изменение фазы сигнала А на выходной шине 12 в сторонуопережения (фиг,4 А) на величину периода тактового сигнала С,Таким образом, устройство постоянно настроено на поиск противоположного состояния сигнала А, стробируемаго входным сигналом Е. Определив на четвертом О- тригера 10 опережениефазы сигнала Е отнаситель- носигнала А, устройства скаждымтактом сигнала 6 на прямом выходе второго синхронного О-трщтерапостепенно выбирает разность фаз и стремится добитьсяотставания сигнала Е отсигнала А Как толькоэто происходит, начинается обратный процесс, В результате на выходной шине 12 устройства формируется синхронный сигнал, причем входной сигнал Е колеблется относительно отрицательного фронта выходного сигнала А в интервале, равнамсумме периода тактового сигнала С и величины отклонения периода входного сигнала Е от идеального,Необходимо отметить, что если бы сигнал О поступал на элемент И-ИЛИ-НЕ 9 не с инверсного выхода четвертого синхронного О-триггера 10, а с прямого, та синхронизация все равно имела бы место, только входной сигнал Е синхронизировался бы относительно положительного фронта выходного сигнала А, а не отрицательного.Устройство для формирования импульсных сигналов может применяться для синхронизации данных при считывании:-информации, например, с накопителей ин-.формации на гибких дисках, поступающей как с частотой 250 кГц, так и частотой 500 кГц. В первом случае на тактовую шину 3 необходимо подать сигнал 4 мГц, во втором - 8 мГц. Количество разрядов в счетчике Джонсона 2 в этом случае должно быть че.тыре. Это обеспечит синхронизацию в интервале частот + 3 для синхронизации информации в коде "МФМ" (модиффицированная фазовая модуляция), Если необходимо синхронизировать информационный сигнал в интервале частот+ 1,5 то количество разрядов в счетчике Джонсона должно быть восемь, а частота тактового сигнала С должна быть 8 мГц и 16 мГц соответственно.В качестве элемента 13 задержки можетприменяться любой логический элемент, не нарушающий логику сигнала А, а также любые активные или пассивные линии задержки. Величина времени задержки не должна превышать периода тактового сигнала С минус задержка сигнала на О-триггере 6 и элементе И-ИЛИ-НЕ 9. Задача элемента задержки - развязать во времени сигналы на 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 вообще, В случае применения входа установки О-триггера 6 вместо входа обнуления схема должна быть эквивалентно преобразована, т,е. на управляющем входе О-триггера 5 должен быть установлен низкий уровень, а выходы О- триггера 6 необходимо поменять местами.В качестве варианта конкретного применения можно рекомендовать счетчик Джонсона 2, реализованный на регистре К 555 ТМ 9, включенный в режим регистра сдвига, а остальные элементы формировать из элементов серии К 555-К 555 ТМ 2,К 555 ЛН 1 и др.Устройство для формирования импульсных сигналов позволяет получить положительный эффект, выраженный в том, что онообеспечивает синхронизацию входного сигнала с величиной изменения фазы, определяющейся разрядностью счетчика Джонсона и тактовой частотой, что позволяет применять данное устройство в различных устройствах синхронизации.ными входами, первый из которых20 подключен к управляющему входу триггера 25 равляющую. шину, подключенную к тактовому входу первого синхронного О 30 35 ответственно к тактовой шине и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛ ИНЕ, а третьи входы элементов И элемента 40 И-ИЛИ-НЕ объединены с прямым выходомвторого синхронного триггера, управляющий вход которого объединяй с шиной "Лог 1", о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения области применения за 50 5 10 15 Формул а и зоб рете н ия Устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее М синхронных О-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона таким образом, что управляющий вход каждого последующего разрядного триггера объединен с выходом предыдущего, а тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров объединены соответственно с тактовой и обнуляющей шинами, элемент И-НЕ, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом последнего и с управляющим входом первого из разрядных триггеров, первый, второй и третий синхронные О-триггеры, инвертор, элемент задержки и элемент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого снабжен двумя инверспоследнего разряда счетчика Джонсона, а второй - к первому входу второго элемейта И элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, уптриггера, обнуляющий. вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного О-триггера, соединенного входом обнуления с выходом триггера последнего разряда счетчика Джонсона, а через элемент задержки и через инвертор - соответственно с тактовым входом второго и управляющим входом третьего синхронных триггеров, при этом третий триггер подключен своими. тактовым входом и выходом сосчет обеспечения возможности автоматического управления фазой формируемого сигнала, в него дополнительно введен четвертый синхронный О-триггер, управляющий вход которого подключен к выходу последнего разрядного триггера счетчика Джонсона, а тактовый вход и выход соответственно - к управляющей шине и к первомувходу второго элемента И элемента И-ИЛИНЕ.1800599 ФИГ,З С Е 0 6 Й и ОС Е о 1 6 Г оставитель С.Корчагиехред М,Моргентал Корректор С.Патруше дакто аказ 1173 . ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035; Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Г а, 101