Устройство для формирования импульсных сигналов

 

Использование: устройство для формирования импульсных сигналов может быть использовано при разработке устройств выработки управляющих команд, а также в устройствах синхронизации цифровых сигналов. Сущность: устройство содержит 1 счетчик 2 Джонсона, выполненный на N синхронных триггерах 1,0-триггеры 5, б, 7, инвертор 8, элемент И-ИЛИ-НЕ 9, элемент И-НЕ 14, элемент задержки 13, шину 4 обнуления, тактовую шину 3, управляющие шины 10. 11. выходную шину 12 и соответствующие связи. 4 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 К 5/153

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4867433/21 (22) 14.09.90 (46) 30,08.92. Бюл. М 32 (72) С,В,Корчагин (56) Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.:Энергия, 1980, с. 211, рис. 13-4в.

Авторское свидетельство СССР

М 1676075, кл. Н 03 К 5/153, 1990. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

ИМПУЛЬСН6!Х СИГНАЛОВ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в дискретной автоматике и электроизмерительной аппаратуре, в частности, при разработке устройств выработки управляющих команд, а также в устройствах синхронизации цифровых сигналов.

Аналогом данного устройства является устройство для формирования импульсных сигналов (1), состоящее из набора синхронных В-триггеров, объединенных в счетчик

Джонсона, элемента И-ИЛИ, трех дополнительных синхронных О-триггеров, элемента

ИЛИ, инвертора и элемента И-ИЛИ-НЕ. Устройство имеет тактовую, обнуляющую, две управляющие входные и одну выходную шины. Устройство позволяет формирователь на выходе последовательность импульсов необходимой частоты и в соответствии с управляющими сигналами менять фазу выходного сигнала, Основным недостатком данного устройства является сложность узла управления обратной связью счетчика. Ж, 1758858 А1 (57) Использование: устройство для формирования импульсных сигналов может быть использовано при разработке устройств выработки управляющих команд, а также в устройствах синхронизации цифровых сигналов, Сущность: устройство содержит 1 счетчик 2

Джонсона, выполненный на N синхронных триггерах 1,D-триггеры 5, 6,.7, инвертар 8, элемент И-ИЛИ-НЕ 9. элемент И-НЕ 14, элемент задержки 13, шину 4 обнуления, тактовую шину 3. управляющие шины 10, 11, выходную шину 12 и соответствующие связи. 4 ил.

Джонсона и ограничение на применение элемента ИЛИ.

Цель изобретения — сокращение аппаратных затрат. повышение технологичности и надежности путем применения более простых элементов и сокращения количества связей.

Поставленная цель достигается тем, чта в устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее iU синхронных

О-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона таким образом, чта управляющий вход каждого последующего разрядного триггера объединен с выходом предыдущего. а тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров объединены соответственна с тактовой и обнуляющей шинами, первый, второй и третий синхронные О-триггеры, йнвертор и элемент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера последнего разряда счетчика Джонсона, а

1758858

30

55

В второй — к объединенным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ и первой управляющей шине устройства. вторая управляющая шина которого подключена к тактовому входу первого синхронного D-триггера, обнуляющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного О-триггера, соединенного входом обнуления с выходом триггера последнего разряда счетчика Джонсона, выходной шиной и через инвертор-с управляющим входом третьего синхронного 0.триггера. подключенного своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине устройства и.второму входу вторОго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ, а третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены с прямым выходом второгосинхронного D-триггера, а управляющий вход первого синхронного D-триггера объединены с шиной логической единицы, согласно изобретению, дополнительно введены элемент И-НЕ и элемент задержки, выход кото.рого подключен к тактовому входу второго синхронного D-триггера, при этом первый вход элемента И-НЕ и вход элемента задержки подключены к выходу последнего разрядного триггера счетчика Джонсона, а второй вход и выход элемента И-НŠ— соответственно к выходу элемента И-ИЛИ-НЕ и к управляющему входу первого разрядного триггера счетчика Джонсона.

Дополнительное введение элемента

И-HE является признаком существенным, поскольку необходим элемент, инвертирующий сигнал, поступающий с выхода последнего на управляющий вход первого разрядных триггеров счетчика Джонсона, при высоком значении сигнала на выходе элемента И-ИЛИ-HE и устанавливающий высокий уровень на входе первого триггера счетчика Джонсона при низком значении сигнала на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ. Использование в прототипе элемента И-ИЛИ. усложняет схему и понижает надежность устройства.

Дополнительное введение элемента задержки является признаком существенным, поскольку необходимо осуществлять задержку сигнала, поступающего с выхода последнего разрядного триггера счетчика

Джонсона на тактовый вход второго синхронного D-триггера, по отношению к этому же сигналу, поступающему на обнуляющий вход того же триггера. Использование в этом узле элемента задержки в отличие от элемента ИЛИ, применяющегося в прототипе, повышает. технологичность и надежность устройства, поскольку в качестве элемента задержки может использоваться любой логический элемент, не вносящий изменений в логику сигнала, поскольку к этому элементу предъявляются требования только llo задержке, тогда как к элементу

ИЛИ в прототипе предъявлялись требования как по задержке. так и по логике, Укаэанные 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 Тзад равно нулю.

Устройство для формирования импульсных сигналов содержит набор синхронных

D-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

0-триггеры 5, 6, 7, инвертор 8 и элемент

И-ИЛИ- КЕ 9, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера 1 последнего разряда счетчика Джонсона 2, а второй — к объединенным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ 9 и первой. управляющей.шине 10 устройства. Вторая управляющая шина 11 подключена к тактовому входу первого синхронного D-триггера 5, обнуляющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного 0-триггера

6, соединенного входом обнуления с выходом триггера 1 последнего разряда счетчика

Джонсона 2, выходной шиной 12 и через инвертор 8 — с управляющим входом третьего синхронного D-триггера 7, подкл;оченного 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 И-ИЛИ-НЕ 9 объединены с прямым выходом второго синхронного D-триггера 6. Управляющий вход первого синхронного 0-триггера 5 объединен с шиной логической единицы, Выход элемента задержки 13 подключен к тактовому входу второго синхронного 0-триггера 6, при этом первый вход элемента И-НЕ 14 и вход элемента задержки 13 подключен к выходу по1758858

10

25

35

50

55 следнего разрядного триггера 1 счетчика

Джонсона 2, а второй вход и выход элемента

И-НЕ 14 — соответственно к выходу элемента И-ИЛИ-НЕ 9 и к управляющему входу первого разрядного триггера 1 счетчика

Джонсона 2, Устройство имеет следующие сигналы:

А — сигнал на выходной шине 12(последний разряд счетчика 2);  — предпоследний разряд счетчика 2; С вЂ” тактовый сигнал на шине

3; 0 — управляющий сигнал на входной шине

10; Š— управляющий сигнал на входной шине; F — сигнал на выходе схемы И-ИЛИНЕ 9; R — сигнал обнуления счетчика 2 на шине 4; G — сигнал на прямом выходе,триггера 6; Н вЂ” сигнал на выходе триггера 5; К— сигнал на выходе элемента задержки 13; L — сигнал на выходе триггера 7; M — сигнал на выходе схемы И-НЕ 14; N — сигнал на первом разряде счетчика 2; Π— сигнал на втором разряде счетчика 2.

Устройство для формирования импульсных сигналов работает следующим образом.

Предположим, что счетчик Джонсона 2 состоит из четырех 0-триггеров 1. По тактовой шине 3 поступают тактовые импульсы со скважностью два (см. на фиг. 2, 3, 4 сигнал С), а на обнуляющей шине 4 — нулевой уровень напряжения (фиг.3, R) удерживает разрядные триггеры 1 счетчика Джонсона 2 в нулевом состоянии. На управляющем входе D-триггера 1 первого разряда счетчика

Джонсона 2 (см, фиг. 3, М) и на выходе третьего D-триггера 7 (фиг. 3, L) присутствуют единичные уровни напряжения, а на прямом выходе второго D-триггера 6 — нулевой потенциал (фиг. 2, G). На выходе элемента

И-ИЛИ-HE 9 сохраняется единичный потенциал (фиг. 4, F). На первой 10 и второй 11 управляющих шинах сигналы отсутствуют.

При подаче на обнуляющую шину устройства единичного потенциала, т.е. как только сигнал Rстанет высоким,,начнет работать счетчик 2 (фиг.3) в режиме деления частоты тактового сигнала С, так как высокий сигнал Е определяет инверсное включение элемента И-HE 14 и разрешает тем самым отрицательную обратную связь счетчика 2. Количество триггеров в счетчике 2 определяет коэффициент деления (в нашем случае он равен восьми), На выходной шине

12 появится сигнал А, равный частному от деления сигнала С на коэффициент деления.

Если необходимо изменить фазу сигнала А г сторону опережения, то для этого сигнал 0 на первой управляющей шине 10 устанавливают в высокое состояние и подают командный импульс Е по второй управляющей шине 11. А если необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставания, то сигнал 0 на первой управляющей шине

10 устанавливают в низкое состояние и также подают командный импульс Е по второй управляющей шине 11.

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 задержки 13 При этом возможны два случая: первый — импульс Е поступает на шину 11 в момент наличия на выходной шине 12 низкого уровня сигнала

А(фиг,2а), второй — в момент высокого уровня сигнала А (фиг.2,б), В обоих случаях сигнал Е взводит триггер 5 и устанавливает сигнал Н в высокое состояние, и ближайший передний фронт сигнала А, поступая через элемент задержки 13 на тактовый вход триггера 6, устанавливает сигнал G в высокое 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 G в низкое состояние. Длительность импульса G приблизительно равна длительности импульса сигнала А минус Т»А. В дальнейшем при анализе работы устройства для нас будет интересен сигнал G, который является сигналом управления на второй управляющей шине 11 устройства после его синхранизации выходным сигналом А с шины 12 устройства.

Предположим, необходимо изменить фазу сигнала А в сторону опережения (фиг,4,а). Для этого сигнал 0 на первой управляющей шине 10 устанавливают в высокое состояние и подают командный импульс

Е по второй управляющей шине 11.

Третий 0-триггер 7 и инвертор 8 работают по образу и подобию первого триггера 1 счетчика 2 в режиме отрицательной обратной связи, В случае изменения фазы в сторону опережения работает второй элемент

И элемента И-ИЛИ-НЕ, который формирует управляющий импульс сигнала Е. Он запрещает отрицательную обратную связь счетчика Джонсона 2 и разрешает положительную на один период тактового сигнала

С. В результате этого высокий уровень сигнала M продлевается еще на один период сигнала С, что, в свою очередь, приводит к увеличению одного периода выходного сигнала А на один такт.

Предположим, необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставания (фиг.4,б). Для этого сигнал 0 на первой уп1758858 равляющей шине 10 устанавливают в низкое состояние и подают командный импульс

Е по второй управляющей шине 11.

В этом случае работает первый элемент

И элемента И-ИЛИ-НЕ 9. который формирует управляющий импульс сигнала Е. Задача импул ьса Š— укоротить низкий уровень сигнала обратной связи M на один период сигнала С, что, в свою очередь, приводит к уменьшению одного периода выходного сигнала А на один такт, Изменение одного периода сигнала А на один такт сигнала С тождественно изменению фазы сигнала А на один такт. Сколько поступит управляющих импульсов Е, на столько периодов изменится фаза сигнала

А. Импульсы Е должны поступать не чаще одного периода сигнала А, В качестве элемента задержки 13 может применяться любой логический элемент, не нарушающий логику сигнала А, а также,любые активнйе или пассивные линии задержки. Величина времени задержки не должна превышать периода тактового сигнала С минус задержка сигнала на D-триггере 6 и элементе И-ИЛИ-НЕ 9.. Задача элемента задержки — развязать во времени сигналы на тактовом входе и входе обнуления второго D-триггера 6, В тех случаях, когда топология микросхем О-триггеров позволяет объединять тактовый вход с входом обнуления или входом установки, от элемента задержки можно отказаться. В случае применения входа установки D-триггера вместо вхоца обнуления схема должна быть эквивалентно преобразована.

В качестве варианта конкретного применения можно рекомендовать счетчик

Джонсона 2, реализованный на регистре

К555ТМ9, включенном в режим регистра сдвига, а остальные элементы формировать из элементов серии К555 — K555TM2, К555ЛН1 и др.

Если на входную шину 11 подавать сигнал предпоследнего ра::ряда счетчика 2— сигнал В и при этом сн4.мать информацию словами параллельно со всех разрядов счетчика 2, то данное устройство будет выполнять функции генератора псевдослучайных чисел, при этом сигнал R на обнуляющей шине 4 должен быть пассивен.

Устройство для формирования импульс44ых сигналов позволяет получить положительный эффект, выраженный в том, что оно обеспечивает, при уменьшенных аппаратных затратах с одновременным увеличением технологичности и надежности, получение любого интервала изменения фазы, определяемого разрядностью счетчика

Джонсона и.тактовой частотой, что позволя5 ет применять данное устройство в различных устройствах сопровождения цифровых сигналов по фазе и частоте, а также в различных устройствах синхронизации, Формула изобретения

10 Устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее N синхронных триггеров, объединенных в счетчик Джонсона, при этом управляющий вход каждого последующего разрядного триггера соеди15 нен с выходом предыдущего, а тактовые и обнуляющие входы разрядных триггеров соединены соответственно с тактовой и обнуляющей шинами, первый, второй и третий синхронные О-триггеры, инвертор и эле20. мент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого снабжен двумя инверсными входами, первый из которых подключен к управляющему входу триггера последнего разряда счетчика Джонсона, а второй — к объединен25 ным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ и первой управляющей шине устройства, вторая управляющая шина которого подключена к тактовому входу первого синхронного О-триггера, обнуляю30 щий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного О-триггера, соединенного входом обнуления с выходом триггера последнего разряда счетчика

Джонсона, выходной шиной и через инвер35 тор — с управляющим входом третьего синхронного О-триггера, подключенного своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине устройства и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ, 40 третьи входы элементов И элемента И-ИЛИНЕ объединены с прямым выходом второго синхронного О-триггера, а управляющий вход первого синхронного О-триггера объединен с шинойлог."1", о тл ич а ю щее45 с я тем, что, с целью повышения технологичности и надежности, в него дополнительно введены элемент И-НЕ и элемент задержки, выход которого подключен к тактовому входу второго синхронного О-триггера, при

50 этом первый вход элемента И-HE и вход элемента задержки подключены к выходу последнего разрядного триггера счетчика

Джонсона, а второй вход и выход элемента

И-НЕ соответственно к выходу элемента И55 ИЛИ-НЕ и к управляющему входу первого разрядного триггера счетчика Джонсона.

1758858

С

А

Е

C

С

L

0

В

А

1758858

С

I.

6

Я

М е

4

О.

F

0

А

Составитель С. Корчагин

Редактор Т, Орловская Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л. Лукач

Заказ 3011 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Рэушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101