Устройство для формирования импульсов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 801285 51) 4 Н АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ У 3еской кибернетигунов скш),кин 1.Л.Л .Само Л льство СССР5/04, 02.07.82ство СССР5/04, 1985,РМИРОВАНИЯ ИМбыть испольатического упя. Цель изобова СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт технички АН БССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОПУЛЬСОВ(57) Изобретение можезовано в системах автравления и регулир ретения - расширение функциональных воэможностей устройства. Устройство содержит генераторимпульсов, триггеры 3 и 6, элемент 4 задержки, коммутатор 5, сумматор 8, элементы И 9, 17 и 13, формирователь 10 логическрй единицы, счетчик 11 импульсов, формирователь 14 импульсов, блок 15 сложения по модулю два, элемент ИЛИ 16 и шины 19 - 23 управления. Введение формирователя 2 двоичных кодов, регистра 12, элемента ИЛИ 18, триггера 7, шины 24 управления и образование новых функциональных связей обеспечивают формирование любой частоты и длительности импульсов из6 всех возможных в рабочем диапазоне.С:Пэобретение относится к импульс "пой технике и может быть испольэовано в системах автоматического управления и регулирования,Цель изобретения - расширение 5функциональных возможностей устройства путем обеспечения формированиялюбой частоты и длительности импульсов из всех возможных в рабочем диапазоне.На фиг. представлена структурнаясхема устройства; на Фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг.З - схема сумматора;на фиг.4 - блок сложения по щой 2.15Предлагаемое устройство Фиг.1)содержит генератор 1 импульсов, формирователь 2 двоичных кодов, первыйтриггер 3, элемент 4 задержки, коммутатор 5, второй 6 и третий 7 триггогеры, сумматор 8, первый элемент И 9,формирователь 10 логической единицы,счетчик 11 импульсов, регистр 12,второй элемент И 13, формирователь14 импульсов, блок 15 сложения пощой 2, первый элемент ИЛИ 16 третийэлемент И 17, второй элемент ИЛИ 18,цервую 19, вторую 20, третью 21,четвертую 22, пятую 23 и шестую 24 шиныуправления и выходную шину 25,В устройстве для формирования импульсов первый и второй входы коммутатора 5 подключены к первому и второму выходам первого триггера 3, входы которого являются второй 20 и пя 35той 23 шинами управления. Третий ичетвертый входы коммутатора 5 подключены соответственно к выходам регистра 12 и формирователя 2 двоичных кодов а выход соединен с третьим входом сумматора 8, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго элемента И 13блока 15 сложения по щой 2, а выход 45соединен с первым входом счетчика 11импульсов и с первым входом регистра12, второй вход которого подключен квыходу первого элемента ИЛИ 16. Первый вход блока 15 сложения по щой 2соединен с третьей шиной 21 управления, а второй вход подключен к четвертой шине 22 управления и соединенс вторым входом второго элементаИ 3, первый вход которого подключенк выходу формирователя 10 логическойединицы. Вход Формирователя 14 импульсов соединен с выходом счетчика11 импульсов, а выход подключен к второму входу третьего элемента И 17, к первому входу второго триггера 6 и к первому входу второго элемента ИЛ 18, выход которого соединен с вторым входом счетчика 11 импульсов.Первый и второй входы третьего триггера 7 подключены соответственно к выходу элемента 4 задержки и второму входу второго триггера 6 и к второй шине 20 управления, а выход соединен с первым входом первого элемента И 9, второй вход которого подключен к выходу генератора 1 импульсов, а выход соединен с вычитающим входом счетчика 11 импульсов. Первая шина 19 управления подключена к первому входу третьего элемента И 17, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ 16. Дополнительная шина 24 управления соединена с вторыми входами первого 16 и второго 18 элементов ИЛИ и с входом элемента 4 задержки, выход которого подключен к третьему входу второго триггера 6, выход которого соединен с выходной шиной 25.Сумматор 8 содержит (фиг.З) п одГ норазрядных полных сумматоров, объединенных входами переноса, При этом на первый сумматор подаются младшие (ЬБВ) разряды чисел, а на его вход распространения переноса поступает сигнал с выхода элемента И 13. На п-й одноразрядный сумматор подаются старшие (МЯВ) разряды двоичных кодов.Блок 15 сложения по щой 2 содержит (фиг.4) и двухразрядных схем сложения по шос 2, первые входы которых объединены и подключены к шине 22 управления, а вторые входы соединены с шиной 21 управления.Коммутатор 5 выполнен, например, на элементах 2 И-ИЛИ, Формирователь 14 импульсов, например, представляет собой одновибратор со схемой запуска по переднему фронту выходного сигнала.Формирователь 2 двоичных кодов может быть выполнен различными способами. Самой простой реализацией формирователя 2 является представление его в виде наборного поля, состоящего из:переключателей (тумблеров), количество которых равно разрядности регистра 12 и счетчика 11 импульсов. При помощи.переключате-. лей (путем подачи уровня нгическихнуля или единицы) осуществляется поразрядный набор требуемого кода. В более сложных вариантах, позволяющих осуществлять автоматический набор кодов, формирователь 2 двоичных 5 кодов содержит, например, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое занесены двоичные коды, микропроцессор, подключенный к адресной шине ПЗУ и задающий адрес для выборки необходимого кода, и регистр, подключенный к выходу ПЗУ и необходимый для хранения считанного из ПЗУ кода. Выход регистра является выходом формирователя 2.На временных диаграммах (фиг.2) приведены следующие сигналы: П, - напряжение на шине 24, П - напряжение на выходе элемента 4 задержки, Ув напряжение на выходе триггера 7, Б напряжение на выходе генератора 1, П - напряжение на выходе элемента И 9, Б - напряжение на шине 20,Ц, напряжение на выходе формирователя 14, 03 - напряжение на выходе зле 25 мента ИЛИ 8, П, - напряжение на выходе триггера 6, П - напряжение на0шине 9, П- напряжение на выходе элемента И 17, Б - напряжение на выходе элемента ИЛИ 16, Бц - напряжение на шине 22, П, - напряжение на шине 23, Пь - напряжение на прямом выходе триггера 3, Б, - напряжение на выходе элемента И 13. Для показанного на фиг.2 случая с выхода фор мирователя 2 поступает двоичный код числа пять, а на шине 21 управления будет двоичный код числа два (в режиме изменения частоты) и закон изме 40 нения частоты носит линейный характер.Устройство работает следующим об-. разом.С помощью формирователя 2 набира. ется двоичный код (например, числапять 10100), определяющий длительность и частоту формируемых импульсов. Так как в исходный момент триггер 3 находится в состоянии "0",на его инверсном выходе присутствует высокий потенциал, которьгй разрешает прохождение двоичного кода с выхода формирователя 2 через коммутатор 5 на один из входов сумматора 8. На другие входы сумматора 8 поступает55 нулевой код (одни нули) с выхода блока 15 сложения по шой 2 и низкий потенциал с выхода элемента И 13, так как на шинах 21 и 22 нет управляющих сигналов. Следовательно, двоичный код проходит сумматор 8 без изменения и поступает на информационные. входы регистра 12 и счетчика 11 импульсов. Затем на дополнительную шину 24 поступает сигнал пуска, который проходит через элементы ИЛИ 18 и 6 и записывает двоичный код (1000) соответственно в счетчик 11 и в регистр 2. Одновременно сигнал пуска поступает на вход элемента 4 задержки, с выхода которого устанавливает триггеры 6 и 7 в состояние . Задержка на элементе 4 необходима для того, чтобы информация (двоичный код) была записана в счетчик 11 раньше, чем на его вход начнут поступать импульсы.В результате установки триггера 6 в состояние "1" на выходной шине 25 формируется передний фронт первого импульса, а высокий потенциал с выхода триггера 7 открывает элемент И 9 для прохождения импульсов от генератора 1 на вычитающий вход счетчика 11. Как только содержимое счетчика 11 становится равным нулю (т.е. из него вычитается число импульсов, равное числу, записанному в регистр 12), очередной импульс генератора 1, поступивший на вычитающий вход этого счетчика, переводит счетчик 11 нэ нулевого состояния в состояние заполнения, когда все его разряды равны "1". В этот момент на выходе (ВК) счетчика 11 появляется сигнал заема, который поступает на вход формирователя 14. По переднему фронту сигнала заема формирователь 14 вырабатывает импульс, который приходит на счетный вход триггера 6 и устанавливает его в состояние "0", т.е. заканчивает формирование первого импульса на выходной шине 25. Одновременно импульс с выхода формирователя 14 проходит через элемент ИЛИ 18 и вновь записывает код (10100) с выхода суммато-, ра 8 в счетчик 11, который начинает новый цикл уменьшения своего содержимого, а также поступает на вход элемента И 17. Но так как на шине9 нет управляющего сигнала, поступивший импульс на вход элемента ИЛИ 16 не проходит. Очередной сигнал заема счетчика 11 приводит к появлению нового импульса на выходе формирователя 14, который, поступив на счетный вход триггера 6, изменяет его состоя 1285574ние на противоположное, т.е, переводит его из состояния "0" в "1". Импульс с выхода формирователя 14 записывает код с выхода сумматора 8 в счетчик 11, а описанный процесс формирования импульсов на выходной шине 25 устройства повторяется.Если необходимо очень быстро перейти на новую частоту (практически мгновенно),на шину 21 подается двоичный код (10000 или 0100, или 1100 и т,д.) любого натурального числа (1,2,3 и т.д.) в пределах разрядности счетчика 11, определяющий величину изменения длительности формируемых импульсов и их частоты. Двоичный код поступает на вход блока 15 сложения по шой 2.Если необходимо уменьшить частоту формируемой последовательности импульсов, на шине 22 управления остается сигнал "0", который по-прежнему закрывает элемент И 13, а также поступает на второй вход блока 15 сложения по шой 2, В результате сложения по шой 2 каждого разряда двоичного кода с нулем, поступивший код не изменяется и с выхода блока 15 приходит на второй вход сумматора 8. Так как элемент И 13 закрыт, сигнал "0" с его выхода поступает на третий вход (вход СК распространения переноса) сумматора 8. Сумматор 8 осуществляет суммирование кода формирователя 2 с двоичным кодом (например, 0100 числа два), поступившим с выхода блока 15. Первый же (после подачи двоичного кода на шину 21) импульс с выхода формирователя 14 записывает получаемый на выходе сумматора 8 результат (код 1110 числа семь) в счетчик 11, который начинает новый цикл уменьшения своего содержимого.Так как содержимое счетчика 11 теперь увеличилось на величину двоичного кода, следующий сигнал заема на его выходе появляется позже, чем предыдущий, а следовательно, и новый импульс на выходе формирователя 14 . формируется позже, чем предыдущий.Таким образом, увеличивается интервал появления сигналов на выходе формирователя 14 и,следовательно, уменьщается частота формируемых на выходной шине 25 импульсов.Если же необходимо увеличить частоту формируемой последовательности импульсов, одновременно с подачей ко 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 да на шину 21 на шину 22 управления поступает сигнал "1", который открывает элемент И 13, а также поступает на вход блока 15 сложения по шой 2. Процесс увеличения частоты заключается в уменьшении содержимого, записываемого в счетчик 11, т.е. в вычитании из кода формирователя 2 двоичного кода на шине 21. Для выполнения вычитания необходимо суммировать код формирователя 2 с дополнительным кодом, равным обратному (инвертированному) значению двоичного кода плюс единица. Поэтому в результате сложения по шой 2 каждого разряда двоичного кода (0100) с единицей в блоке 15, поступивший код инвертируют (в разряде, где была "1", становиткод 0100 становится теперь кодом 1011), а с выхода формирователя 10 логической единицы через элемент И 13 подают в сумматор 8 сигнал "1". В результате суммирования на выходе сумматора 8 появляется код формирователя 2 (код 1100..О числа три);уменьшенный на величину двоичного кода, а устройство работает так же, как и в случае уменьшения частоты, Однако последующий сигнал заема на выходе счетчика 11 появляется быстрее, чем предыдущий, на число периодов тактовых импульсов генератора 1, соответствующее двоичному коду на шине 21, а следовательно, уменьшается временной интервал между импульсами на выходе формирователя 14, частота сигналов на выходной шине 25 увеличится.Если теперь необходимо вернуться к первоначальной частоте, на шину 21 вновь подается нулевой код, а на шину 22 поступает сигнал "0". В результате код формирователя 2 проходит на выход сумматора 8 без изменения и переписывается в счетчик 11, и устройство переходит на формирование импульсов первоначальной частоты и длительности.Если необходимо плавно изменить частоту по линейному или любому другому закону, на шину 23 поступает сигнал перехода с одной частоты на другую, который устанавливает триггер 3 в "1". В результате этого на инверсном выходе триггера 3 устанавливается сигнал "0", а на прямом выходе - высокий потенциал ("1"), который разрешает прохождение содер 1285574жимого регистра )2 через коммутатор5 на вход сумматора 8. После сигналаперехода на шины 19, 21 и 22 подаются остальные управляющие сигналы, Нашину 19 поступает сигнал "1", который открывает элемент И 17, а на шину 21 - двоичный код, задающий крутизну иэменения частоты (как и ранееэто код 0100 числа два), На шину22 подается сигнал 0 , если требуети 1 10ся уменьшить частоту, и сигнал "1",если необходимо ее увеличить. Допустим, частоту надо уменьшить и на шине 22 находится сигнал "0". Содержи мое регистра 12 (код 10100 числа5пять), поступающее с выхода коммута. - .тора 5, суммируется с двоичным кодом(0100 числа два), поступающим свыхода блока 15 сложения по шос 2.20Первый же импульс (после подачи сигнала перехода) с выхода формирователя 14 проходит через элемент ИЛИ 18и записывает результат (код 11100 . числа семь) с выхода сумматора 8 всчетчик 11, который начинает очередной цикл уменьшения своего содержимого. Одновременно этот же импульс поступает на счетный вход триггера 6и изменяет его состояние на противоположное, а также проходит через элементы И 17 и ИЛИ 16 и записывает результат (код 1100) с выхода сумматора 8 в регистр 12. Новое содержимое регистра 12 поступает на входсумматора 8 через коммутатор 5 и суммируется с двоичным кодом еще рая.На выходе у сумматора 8 получаетсяновая сумма (100100 числа девять).Так как содержимое счетчика 11 увеличивается, очередной сигнал заема наего выходе появится позже, чем предыдущий, Формирователь 14 формируеточередной импульс, который записывает новую сумму (код 100100 числа девять) в регистр 12 и счетчик 11. Описанный процесс формирования импульсов повторяется до тех пор, пока на шине 19 управления присутствует сигнал "1". При этом каждый последующий сигнал заема на выходе счетчика 11 и импульс на выходе формирователя 14 появляются позже предыдущего на число (в нашем случае, на два) периодов тактовых импульсов, соответствующее двоичному коду на ши 55 не 21 (так как содержимое счетчика11.последовательно увеличивается на величину двоичного кода). Следовательно, длительность очередного сформированного импульса больше длительности предыдущего на одну и ту же величину, что и обеспечивает плавность изменения частоты. Как только пропадает сигнал "1" на шине 19, элемент И закрывается и содержимое счетчика 11 перестает увеличиваться, так как результат суммирования с выхода сумматора 8 в регистр 12 не переписывается и получаемая сумма не изменяется и на выходную шину 25 устройства поступает теперь импульсная последовательность с частотой, меньшей исходной.Если необходимо плавно увеличить частоту импульсов, на шину 22 поступает сигнал 1, и ранее описанный процесс вычитания ия одного числа с выхода коммутатора 5 двоичного кода с выхода блока 15 сложения по той 2 повторяется, и устройство работает так же, как и в случае плавного уменьшения частоты. Однако каждый последующий сигнал заема на выходе счетчика 11 появляется быстрее предыдущего на число периодов тактовых импульсов генератора 1, соответствующее двоичному коду (так как содержимое счетчика 11 последовательно уменьшается на величину двоичного кода), а следовательно, длительность очередного сформированного импульса меньше длительности предыдущего импульса на одну и ту же величину.Если на шину 21 поступает нулевой код, а на шине 19 есть сигнал "1", то независимо от сигнала на шине 22 содержимое счетчика 11 и регистра 12 в результате суммирования не изменяется. Таким образом, на выходе 25 устройства будет постоянная частота. Если на шину 20 управления поступает сигнал выключения, триггеры 3, 6 и 7 устанавливаются в состояние и и0 , элемент И 9 закрыт для прохождения импульсов и устройство прекращает формирование импульсной последовательности.Плавность изменения частоты формируемых импульсов определяется как частотой генератора 1, так и величиной двоичного .кода, поступающего на шину 21, меняя который, можно в широких пределах иэменять крутизну увеличения или уменьшения частоты нетолько по линейному, по и другим законам.Сумматор 8 работает следующим образом,В режиме уменьшения частоты с. выхора блока 15 сложения по шой 2 поступает неинвертированный двоичныйкод (0100 числа два), а также кодс выхода коммутатора 5 (10100 числа пять). В результате сложения1100100- получаем код 1110 числа семь,1 1110Так как в этом режиме работы с выхода элемента И 13 на вход распространения переноса (СК) поступает сигнал0 , результат суммирования не изме- .ня ется .В режиме увеличения частоты сумматор 8 выполняет операцию вычитанияследующим образом . С выхода блока 1 5поступает инвертированное значениедвоичного кода ( 1 О 1 1 - инв ер тированный код числа два )а с выхода эл емента И 1 3 - сигнал логической единицы от формирователя 1 0 , которыйпоступает на вход распространенияпереноса . С выхода коммутатора 5 подается с одержимо е или формирователя2 , или регистра 1 2 ( код 1 О 1 О . . . Очисла пять) , В результате сложения1 О 1 Ополучаем результат 0100, к ко -10 И0100торому добавляется единица по входу0100переноса +1100 Полученный код1100 числа три и есть результат вычитания из числа пять числа два.Блок 15 сложения по шос 1 2 работает следующим образом. По шине 21 в блок 15 поступает двоичный код(01000 числа два), а по шине 22 управления - сигнал "0", что соответствует режиму уменьшения частоты, В результате поразрядного сложения с нулем двоичного кода О 1 О0 0 00 1 0 получаем поступивший код (0100)без изменения.В режиме увеличения частоты по шине 22 поступает сигнал "1", поэтому в результате поразрядного сложе-,: ния каждого разряда кода с единицей+ + +О 11 1 10 1 двоичный код инвертируетсяи в разрядах, где была логическая "1", становится "0", а где был "0" - становится 1 еВ качестве формирователя 1 О логической единицы обычно используют инвертор, вход которого подключен к шинеЗемля , т.е, к логическому нулю, В результате на выходе инвертора постоянно присутствует сигнал логической единицы.Формула изобретенияУстройство для формирования импульсов, содержащее генератор импульсов, формирователь логической единицы, сумматор, первый, второй и третий элементы И,первый элемент ИЛИ,первый и второй триггеры, коммутатор,блок сложения по шоо 2, счетчик импульсов, формирователь импульсов ипервую, вторую, третью, четвертую ипятую шины управления, причем первыйвход второго элемента И соединен свыходом формирователя логической единицы, а выход подключен к первомувходу сумматора, первый вход третьего элемента И соединен с первой шиной управления, а выход подключен кпервому входу первого элемента ИЛИ,первый вход первого триггера соединен с второй шиной управления, а первый и второй выходы подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, первый и второй входы блока сложения по шой 2 соединенысоответственно с третьей шиной управления и с четвертой шиной управленияи вторым входом второго элемента И,а выход подключен к второму входусумматора, первый вход счетчика импульсов соединен с выходом сумматора,а выход подключен к входу формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом второго триггера,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с 50целью расширения функциональных возможностей, в него введены формирователь двоичных кодов, регистр, второйэлемент ИЛИ, третий триггер и допол.нительная шина управления, при этомпервый и второй входы регистра соединены соответственно с выходами сумматора и первого элемента ИЛИ, а выходподключен к третьему входу коммутато ра, четвертый вход которого соединенс выходом формирователя двоичных кодов, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый и второй входытретьего триггера соединены соответст-.венно с выходом элемента задержки и свторой шиной управления и вторым вхо -дом второго триггера, а выход подключен к первому входу первого элементаИ, второй вход которого соединен свыходом генератора импульсов, а выход подключен к вычитающему входусчетчика импульсов, выход формирователя импульсов соединен с вторым входом третьего элемента И и с первымвходом второго элемента ИЛИ, выходкоторого подключен к второму входусчетчика импульсов, дополнительнаяшина управления соединена с вторымивходами первого и второго элементовИЛИ и с входом элемента задержки,выход которого подключен к третьемувходу второго триггера, выход которого соединен с выходной шиной, пятаяшина управления подключена к второмувходу первого триггера.Составитель Л.БрынскиГТехред В.Кадар Редактор А.1 ишки емчи ректо аказ 7534(56ВН Подписно СССР ии б.( роизводственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная ИИПИ Го по де 3035, М