Резервированное устройство для синхронизации

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК бр 4 Н 05 К 10/00,. С 06 Р 11/18 КЬ "ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ( ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП 1 Рз 1 ТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРВ 767764, кл. С 06 Р 11/00, 1977,Авторское свидетельство СССРВ 1008931, кл. Н 05 К 10/ОО, 1981.(54)(57) РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВОДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ, содержащее в каждом из трех каналов последовательносоединенные задающий генератор, первый счетчик и первый дешифратор, последовательно соединенные первыйэлемент И, второй счетчик, второйдешифратор, а также элемент задержки, .элемент ЗИ-НЕ, высокочастотный генератор и одновибратор, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и контролепригодности,в каждый канал введены блок привязки,блок управления, два делителя напряже-.ния, элемент развязки, два триггераШмитта, пять элементов И, шина обнуления, элемент ИЛИ-НЕ и элемент ИЛИ,выход которого соединен с входом одновибратора, первый вход - с выходомвторого элемента И, второй и третийвходы - с выходами соответственнотретьего и четвертого элементов И,первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым обменными входами, вторые входы - соответственно с третьим и четвертым обменными входами, а также с первыми вхо-дами соответственно пятого и шестогоэлементов И, выходы которых соедине -ны соответственно с первым и вторым,ЯО 5489 А входами элемента ИЛИ-НЕ, третий вход которого соединен с выходом блока управления, выход - с первым входом второго элемента И, первым обменным выходом и первым входом блока привяз. ки, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, выход - с установочным входом первого счетчика и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора, третий вход - с выходом первого дешифратора, вторым зходом второго элемента И и вторым обменным выходом, четвертый вход - с шиной обнуления и выходом элемента развязки, выходы которого соединены соответственно с пятым и шестым обменными входами и входами соответственно первого и второго триггеров Шмитта, выходы которых соединены с вторыми входами соответственно пятого и шестого элементов И, причем выходы первого и второго делителей напряжения соединены соответственно с третьим и четвертым обменными выходами, при этом первый и второй обменные выходы первого канала соединены соответственно с третьим и первым обменными входами второго, а также соответственно с четвертыми вторым обменными входами третьего канала,. третий и четвертый обменные выходы - соответственно с пятым и шестым обменными входами соответственно второго и третьего каналов, обменные выходы которых соединены с соответствующими обменными входами первого и третьего, а также первого и второго каналов соответственно.11Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для построения управляющих систем повышеннойнадежности.Цель изобретения - повышение надежности и контролепригодностиустройства,На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг. 2-4 - структураблока привязки, блока управления,измерителя частоты соответственно;на фиг. 5-7 - эпюры временных диаграмм устройства; на фиг. 8 - передаточная характеристика триггераШмитта.Устройство (фиг. 1) содержит в каждом канале последовательно соединенные первый элемент И 1, счетчик 2, дешифратор 3 и элемент задержки 4, элемент ЗИ-НЕ 5 первый вход которого соединен с выходом элемента задержки 4, выход - с первым входом элемента И 1, высокочастотный генератор 6, выход которого соединен со вторыми входами элементов И 1 и ЗИ-НЕ 5, одновибратор 7, выход которого соединен с третьим входом элемента ЗИ-НЕ 5, последовательно соединенные задающий генератор 8, счетчики 9 и дешифратор 10, блок управления 11, второй 12, пятый 13, шестой 14, третий 15 и четвертый 16 элементы И, элементы ИЛИ 17 и ИЛИ-НЕ 18. Блок привязки 19, первый вход 20 которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 18, первым входом элемента И 12 и обменным выходом 21, второй вход 22 - с выходом элемента задержки 4, выход 23 - с установочным входом счетчика 9 и входом 24 блока управления 11 (при этом выход 59 блока привязки 19 не используется), вход 25 которого соединен с выходом высокочастотного генератора 6, вход 26 - с выходом дешифратора 10, обменным выходом 27 и вторым входом элемента И 12,выход 28 - с третьим входом элемента ИЛИ-НЕ 18, первый и второй входы которого соединены с выходами элементов И 13 и 14 соответственно, первые входы которых соединены с обменными входами 29 и 30 соответственно, а также со вторыми входами элементов И 15 и 16 соответственно, первые входы которых соединены с обменными входами 11 и 32 соответст 95489 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 венно, выходы - с первым и вторымвходами элемента ИЛИ 17, третий входкоторого соединен с выходом элемента И 12, выход - со входом одновибратора 7, шину обнуления 33, элементразвязки 34, триггеры Шмитта 35 и 36,входы которых соединены со вторымивходами 37 и 38 канала соответствен/но, а также с выходами элемента 34развязки, вход которого соединен сшиной обнуления 33 и четвертым входом39 блока управления 11, а также делители напряжения 40 и 41. При этом обменные выходы 21 и 27 первого каналасоединены соответственно с обменнымивходами 29 и 31 второго, а также соответственно с обменными входами 30 и32 третьего каналов, обменные выходы42 и 43 с обменным входом 38 второгои обменным входом 37 третьего каналовсоответственно, обменные входы которых соединены аналогично. Выходом 44устройства является выход любогоразряда счетчика 2.1 Блок привязки 19 (фиг. 2) содержит сдвиговый регистр 45, содержащий последовательно соединенные М-триггеры 46 - 48, входы С которых соединены между собой и образуют тактовый вход 49 сдвигового регистра 45, а также инвертор 50, выход которого соединен со входом К, вход - со входом 1 триггера 46, образующим сдвиговый вход 51, сдвигового регистра 45, при этом прямые выходы триггеров 46 и 47 образуют соответственно выходы 52 и 53, инверсные выходы триггеров 47 и 48 - соответственно выходы 54 и 55, а вход 5 триггера 46 - установочный вход 56 сдвигового регистра 45. Кроме того, блок привязки содержит элементы И 57 и 58, выходы которых соединены соответственно с выходами 23 и 59 блока привязки, первые входы - соответственно с вьходами 52 и 53, вторые входы - соответственно с выходами 54 и 55 сдвигового регистра 45, третьи входы - со входом 22 блока привязки и тактовым входом 49 сдвигового регистра 45, сдвиговый вход 51 которого соединен со входом 20 блока привязки, а также шину "0", соединенную с установочным входом 56 сдвигового регистра 45.Блок управления 11 (фиг. 3) содержит блок привязки 19-1, 1 К -триггер 61, измерители частоты 62-1 и 62-2 шины "0" 63 и "1" 64, сдвиго-.1195489 Измеритель частоты 62 (фиг. 4) содержит элементы И 74 - 76, инвертор 77, блок привязки 19-2, счетчик 78, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 74, установочный вход - с выходом 59 блока привязки 19-2, вход 22 которого соединен со входом 66 измерителя частоты и первым входом элемента И 74, второй вход которого соединен со входом 65 измерителя частоты и входом инвертора 77, выход которого соединен со входом 20 блока привязки 19-2, выход 23 которого соединен с первыми входами элементов И 75 и 76, а также цифровой компаратор (типа 533 СП 1) 79, запоминающее устройство 80 и элемент ИЛИ 81, выход которого соединен с выходом.73 измерителя частоты, первый вход - с выходом переполнения счетчика 78, второй и третий выходы - с выходами элементов И 75 и 76 соответственно, вторые входы которых соединены соответственно с выходами "А В" и вый регистр 45-1, установочныйвход 56 которого соединен со входом 24 блока управления, сдвиговыйвход 51 - с шиной "0" 63, тактовыйвход 49 - с выходом 23 блока 19-1и выходом С триггера 61, входыи К которого соединены с шиной "1"64, прямой и инверсный выходы - спервыми входами 65 измерителя частоты 62-1 и 62-2 соответственно,вторые входы 66 которых соединенысо входом 25 блока управления ивходом 22 блока привязки 19-1,вход20 которого соединен со входом 26блока управления, а также элементыИ 67 и 68, элемент ИЛИ 69, 3 -триггер 70, элементы И-НЕ 71 и 72, первые входы которых соединены соответственно с выходами 52 и 53,вторые ходы - соответственно с выходами 54 и 55 сдвигового регистра45-1, выходы- соответственно с первыми и вторыми входами элементов И 6и 68, третьи входы которых соединеныс выходами 73 измерителей частоты62-1 и 62-2 соответственно, выходы -соответственно с первым и вторымвходами элемента ИЛИ 69, выход которого соединен со входом 3 установки в единицу, триггера 70, вход1( установки в нуль которого соединенсо входом 40, выход - со входом 28блока управления."А ( В" цифрового компаратора 79,первый вход А которого соединен свыходом счетчика 78, второй вход Вс выходом запоминающего устройст 5 ва 80,Устройство работает следующим образом. После включения питания нашину "обнуление" 33 каждого каналаподается лог. 1, которая устанавли 10вает КЗ триггер 70 в состояние лог.О,открывает диоды элемента развязки 34и поднимает уровень входного напряжения триггеров Шмитта до порога ихвключения (фиг. 8). Триггеры отклю 15 чаются и на их выходах появляетсялог. 1, которая сохраняется и приснятии "обнуления" за счет соответствующих делителей напряжения 40 и41 других каналов. При этом, сни 20 мается блокировка элементов И 13 и14. Делители напряжения рассчитываются так, что во время переходного про 7 цесса, связанного с выключением питания в одном из каналов соответст 25 вующие триггеры Шмитта других каналов выключаются при таком напряжении питания обесточенного канала,при котором его задающий генератор 8и логические элементы нормально функ-,30 ционируют.Импульсы задающего генератора 8соответствующего канала поступаютна счетчик 9, который вместе с дешифратором 10 формирует тактовые импуль 35 сы с частотой Г/, где , - частотаимпульсов задающего генератора," иемкость счетчика. Элементы И 13 и14, а также элемент ИЛИ-НЕ 18 одногоканала через обменные входы 29 и 3040 и обменный вход 21 образуют с аналогичными элементами других каналовтрехстабильный триггер таким образом, что на выходе элемента ИЛИ-НЕ18 одного (ведущего) канала будет45 лог. 1, в двух других каналах -лог,О. При этом, открываются элементы И 12 ведущего канала, а такжеодин из элементов И 15 и 16 другихканалов и на выход элемента ИЛИ 1750 каждого канала проходят одни и те жетактовые импульсы. Блок привязки 19формирует импульс установки счетчика 9 тогда, когда на его входе 20происходит переход из лог. 0 в55 лог. 1. Поскольку в установившемсярежиме таких переходов нет, то импульс установки не формируется и коррекция. фазы счетчика 9 не происхо 11954891 О 20 которое является условием захвата частоты. Оно означает, что фазовый сдвиг импульсов за один период40 тактовых импульсов должен быть больше нуля, но меньше периода импульсов высокочастотного генератора 6. Таким образом, дрейф приведен к тому, что на выходе элемента ЗИ-НЕ 5 появ 45 ляются импульсы обратной полярности, перекрывающие импульсы высокочастотного генератора 6 (эпюра 5 на фиг.5), Длительность этих импульсов увеличивается, а длительность импульсов на выходе элемента И 1 уменьшается, и наступает момент, когда счетчик 2 не воспринимает очередной импульс, т.е. произойдет задержка счета на 1/, В следующем цикле совпадения импульсов,на входах элемента ЗИ-НЕ 5 не будет и естественный счет импуль - сов не нарушается. Через некоторое время дрейф вновь сведет импульсы дит, Естественный счет импульсов не нарушается.Импульсы высокочастотного генератора 6 поступают через элемент5 2 И 1 на счетчик 2. Начинается счет импульсов. Когда счетчик 2 насчитает (К) импульсов, где К - емкость счетчика, на выходе дешифратора 3 появляется лог. 1, К-м импульсом счетчика 2 переполнится и на выходе дешифратора 3 появится лог, О, через К импульсов - вновь лог. 0 и т.д. Таким образом,на выходе дешифратора 3 формируются импульсы с периодом 15 К/, где- частота импульсов высокочастотного генератора (эпюра 3 на фиг. 5). На выходе элемента задержки 4 формируются задержанные на 1/ импульсы (эпюра 4 на фиг. 5), которые поступают на первый вход и стробируются по второму входу элемента ЗИ-НЕ 5 импульсами высокочастотного генератора 6, На вход одновибратора 7 поступают тактовые им пульсы. Он формирует из них импуль-. сы длительностью0,5/ (эпюра 7 на фиг, 5), которые поступают на третий вход элемента ЗИ-НЕ 5. Для совпадения импульсов на входах этого элемента необходимо обеспечить дрейф импульсов элемента задержки 4 относительно тактовых импульсов, т.е. выполнить неравенство. вместе и произойдет очередная коррекция фазы счетчика 2 и т.д. Таким образом, происходит периодическое удлинение всех импульсов счетчика 2 на 1/, за счет этого частоты импульсов на выходе каждого канала устройства становятся кратными час- . тоте тактовых импульсов. Точность привязки выходных импульсов к такто- вым не превышает 1/, значит, и несинфазность одноименных импульсов разных каналов не превышает этой величины.Тактовые импульсы каждого канала поступают на вход 26 блока управления 11 и на блок привязки 19-1, который привязывает их к импульсам высокочастотного генератора,6 так, что на выходе 23 блока привязки 19-1 формируются импульсы, длительность которых равна 0,5/, а частота частоте тактовых импульсов. Равенство частот обеспечивается эа счет периодического удлинения периода этих импульсов на 1/, т.е. аналогично тому, как и в счетчике 2. Импульсы блока привязки 19-1 поступают на тактовый вход 49 сдвигового регистра 45-1 и на счетный вход С триггера 61, который работает в режиме деления частоты на два. В первый полупериод, когда на прямом выходе триггера 61, имеется лог. 1, открывается элемент И 74 измерителя частоты 62-1 и его счетчик 78 начинает счетимпульсов высокочастотного генератора 6. Во второй полупериод счет импульсов начинается в измерителе частоты 62-2, а в измерителе частоты 62-1 прекращается. При этом, в его счетчике 78 записывается код, соответствующий числам К или К+1, который подается на первый вход А цифрового компаратора 79, на второй вход В которого с запоминающего устройства 80 подается код эталона частоты. Младший разряд счетчика 78 на цифровой компаратор 79 не подается, т.к. его значение меняется во времени и образует погрешность счета, Сравнение кодов начинается со старшего разряда. Если условие захвата частоты выполняется, то на обоих выходах цифрового компаратора 79 формируется лог. О. После того, как на прямом выходе триггера 61 образовался лог.0 и счет импульсов прекратился, блок привязки 19-2 формирует два не пере 1195489крывающихся импульса, первый из которых производит опрос состояния выходов цифрового компаратора 79, который сбрасывает счетчик 78. В следующий полупериод прекращается счет импульсов в измерителе частоты 62-2 и вновь начинается в измерителе частоты 62-1 и т.д. Таким образом, осуществляется непрерывный контроль частотьГ тактовых импульсов . 10 каждого канала (эпюры 6, 10, 19-1, 62-1, 62-2 на фиг. 6).Пусть в ведущем канале произошло отклонение частоты тактовых импуль 15 сов на величину, при которой условие (1) не выполняется. Это отклонение может быть вызвано, например, отка- . зом задающего генератора 8, отказом счетчика 9 (какой-то разряд не делит частоту, а пропускает), отказом20 дешифратора 10 (ча выходе его нет тактовых импульсов, или очи есть, но с удвоенной частотой) или отказом блока привязки 19 (на счетчик 925 периодически подаются импульсы установки) и т.д. Если отклонение частоты тактовых импульсов произошло так, что /1 - К/1О, то измерители частоты 62-1 и 62-2 насчитывают число импульсов меньше К, Если/( - К/1 ) 1/ то измерители частоты насчитывают число импульсов больше К+1. В любом случае при опросе цифрового компаратора 79 произойдет установка к 5 триггера 70 в состояние лог, 1 и трех стабильный триггер переключается. Ведущим становится любой иэ резервных каналов, Если отклонение тактовых импульсов произошло в резервных каналах, то срабатывают их К 5 триггеры 40 70, но трехстабильный триггер не переключается. Наличие лог. 1 на выходе й 5 триггера 70 свидетельствует о неисправности канала, т.е. данное устройство обеспечивает диаг ,ностику состояния резерва. Если формирование тактовых импульсов прекратилось совсем (частота равна нулю), то один иэ измерителей частоты будет непрерывно считать импульсы, пока 50 его счетчик 78 не переполнится. В этом случае установка КБ триггера 70 в состояние лог. 1 производится импульсом переполнения через элемент ИЛИ 81. Поскольку положение тактовых 55 импульсов ведущего канала в первый момент после переключеиия трехстабильного триггера случайно по отношению к одноименным импульсам счетчика 2 разных каналов, то может быть так, что в одном канале импульс одновибратора 7 опережает, а в других каналах отстает от импульса элемента задержки 4, или наоборот, в одном канале отстает, а в других каналах опережает. В обоих случаях синфазная работа одного канала по отношению к другим каналам нарушается. Чтобы исключить это, после переключения трех- стабильного триггера в ведущем канале на выходе 23 блока привязки 19 формируетсй импульс, привязанный к импульсам элемента задержки 4; который корректирует фазу счетчика 9, таким образом, чтобы следующий тактовый импульс занял однозначное фазовое положение по отношению к импульсам элемента задержки 4 каждого канала. Поскольку при коррекции фазы счетчика 9 происходит изменение частоты тактовых импульсов, может произойти ложный контроль частоты и ложное переключение трехстабильного триггера. Чтобы исключить это, импульс блока привязки 19 через вход 24 блока управления 11 записывается лог.1 в первый разряд сдвигового регистра 45-1, которая сдвигается тактовыми импульсами блока привязки 19-1, При этом,на выходах элементов И-НЕ 71 и 72 формируются импульсы отрицательной полярности, которые по вторым и третьим входам элементов И 67 и 68 блокируют выходы измерительной частоты 62-1 и 62-2 на время, за которое происходит восстановление частоты тактовых импульсов (на это уходит 2-3 тактовых импульсов).1После коррекции фазы счетчика 9 ведущего канала во всех каналах начинается переходный процесс поиска фазы тактовых импульсов. При этом несинфазность одноименных выходных импульсов разных каналов увеличивается. Величина несинфазности зависит как от скорости расхождения каналов, так и от времени поиска фазы тактовых импульсов, которое в свою очередь зависит от того, какое число будет записано в счетчик 9 ведущего канала. Для расчета несинфазности рассмотрим двухканальный режим работы устройства, т.к. критерием его работоспособности является синфазная работа минимум двух каналов при любой возможной1195489 неисправности. Пусть напряжение питания ведущего канала снимается. Поскольку триггеры Шмитта 35 и 36 . других каналоввыключаются при напряжении, при котором ведущий канал в переходном режиме еще работает устойчиво, то синфаэная работа каналов в этот момент не нарушается. После того, как обменные связи,идущие с обесточенного канала и работающие каналы, будут заблокированы соответствующими триггерами Шмитта, ведущим станет один из двух оставшихся каналов. Возьмем худший слу-, чай, когда счетчик 9 ведущего канала устанавливается в такое состояние,. при котором поиск фазы тактовых импульсов происходит максимальное время (эпюры б 4 , , 7 на фиг.7). В этом случае максимальная несинфаз- ность(к -0,5) л (2)щак ( Да) н/ к "огде Й - относительное отклонение частотыот номинала;5- допустимая величина несинфаэности.Выражения (1) и (2) определяютфункциональную связь параметров устройства (а, к , ,) при которойоно надежно функционирует при всехвозможных видах отказов, Чтобы ввес-.ти обесточенный канал в работу необходимо подать на него напряжение питания, а, затем в каждый канал подать 15 команду "обнуление".Изобретение позволяет обеспечитьсинфазную работу двух каналов прилюбой возможной неисправности третьего канала, в том числе и при сня тии напряжения питания, а также контроль неисправности каналов.1195489 к-) кЪйлг ллл а.7 ставитель В. Максимред И.Асталош дактор Ю. Петрушко Тех Корректор Л. Пата 793 Подписинного комитета СССРений и открытийРаушская наб.,д. 4/5 каз 82 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тира ВНИИПИ Государст по делам изобр 13035, Москва, Ж у в/ +Д дврд) ф в -Ю(/ ееав)