Оптоэлектронный сдвигающий регистр

 

ОПТОЭЛЕКТРОННШ СДВИГАЮЩИЙ РЕГИСТР, содержащий разрядные ячейки , каждая из которых состоит из светодиода основного и дополнительного фотодиодов, аноды которых объединены и являются электрическим разрядным входом разрядной ячейки, катод светодиода соединен с шиной нулевого потенциала,, катод основного фотодиода - с шиной питания, а катод дополнительного фотодиода - с ииной сдвига вправо, при этом светодиод каждой разрядной ячейки оптически связан с основньм фотодиодом данной разрядной ячейки и с дополнительным фотодиодом последующей разрядной ячейки, световой выход светодиода является световым выходом регистра, задающий светодиод и резистор, причем один вывод резистора является первым последовательным входом регистра , второй вывод соединен с анодом задающего светодиода, катод которого соединен с шиной нулевого пот енциала, задающий светодиод оптически связан с дополнительным фотодиодом первой разрядной ячейки регистра, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения регистра за счет выполнения функций реверсивного сдвига и параллельного ввода, в каждую разрядную ячейку введенывторой и третий дополнительные фотодиоды, аноды которых соединены с анодом светориода данной разрядной ячейки, катод второго дополнительного фотодиода соединен с шиной сдвига влево, (П а катод третьего дополнительного фотодиода - с шиной ввода, оптичес- , кий вход третьего дополнительного фот.сдиода каждой разрядной ячейки является параллельным оптическим входом регистра, а второй дополнительный фотодиод каждой разрядной ячейки, кроме последней, оптически связан со светодиодом последующей ячейки, BTop(rii дополнительный фотодиод последней разрядной ячейки оп тически связан с дополнителъньм заСП дающим светодиодом, катод которого соединен с внной нулевого потенциала, а анод - с одним выводом дополнительного резистора, другой вывод которого является вторьм последовательным входом регистра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 011

4(51) G 11 С 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Р ф,ф с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЮСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3542925/24-24 (22) 21. 01. 83 (46) 15. 02.85. Бюл. Ф 6 (72) В.Т. Маликов, В.П. Кожемяко, В.Г. Красиленко и С.Г. Лютворт (71) Винницкий политехнический институт (53) 681.327.66(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Ф 728160, кл. С 11 С 1 9/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 1025260, кл. G 11 С 19/00, 1981 (прототип) . (54) (57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ СДВИГАКМЦИЙ

РЕГИСТР, содержащий разрядные ячейки, каждая из которых состоит из светодиода основного и дополнительного фотодиодов, аноды которых объединены и являются электрическим разрядным входом разрядной ячейки, катод светодиода соединен с шиной нулевого потенциала,, катод основного фотодиода — с шиной питания, а катод дополнительного фотодиода — с шиной сдвига вправо, при этом светодиод каждой разрядной ячейки оптически связан с основным фотодиодом данной разрядной ячейки и с дополнительным фотодиодом последующей разрядной ячейки, световой выход светодиода является световым выходом регистра, задающий светодиод и резистор, причем один вывод резистора является первым последовательным входом регис тра, второй вывод соеди нен с анодом задающего светодиода, катод которого соединен с шиной нулевого потенциала, задающий светодиод оптически связан с дополнительным фотодиодои первой разрядной ячейки регистра, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения регистра за счет выполнения функций реверсивного сдвига и параллельного ввода, в каждую разрядную ячейку введены второй и третий дополнительные фотоциоды, аноды которых соединены с анодом светопиода данной разрядной ячейки, катод второго дополнительного фотодиода соединен с шиной сдвига влево, а катод третьего дополнительного фотодиода — с шиной ввода, оптичес-, кий вход третьего дополнительного фотсдиода каждой разрядной ячейки является параллельным оптическим входом регистра, а второй дополнительный фотодиод каждой разрядной ячейки, кроме последней, оптически связан со светодиодом последующей ячейки, второй дополнительный фотодиод последней разрядной ячейки оптически связан с дополнительным задающим светодиодом, катод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а анод - с одним выводом дополнительного резистора, другой вывод которого является вторым последовательньм входом регистра. дополнительные фотодиоды, аноды которых соединены с анодом светодиода данной ячейки, катод второго дополнительного фотоднода соединен с шиной сдвига влево, а катод третьего дополнительного фотодиода — с

1 114017

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых вычислительных устройствах и в устройствах виэуаль ной индикации.

Известен оптоэлектронный сдвигающий регистр, содержащий задающий светодиод, разрядные шины и подключенные к ним и последовательно оптически связанные разрядные ячейки, 10 каждая изкоторых содержит первую оптронную пару иэ последовательно соединенных светодиода и фотодиода, включенньм встречно друг другу, причем оптронная пара первой разрядной 15 ячейки оптически связана с задающим светодиодом, и вторую оптронную пару иэ последовательно соединенньм и встречно включенных светодиода и фотодиода, причем первая и вторая оптрон- 20 ные пары каждого разряда включены встречно одна другой и оптически связаны между собой (1 j.

Недостатком такого сдвигающего регистра является сложность, обус- 25 ловленная наличием двух светодиодов в каждой разрядной ячейке, так как последняя состоит из двух оптронных пар, а также необходимостью подачи на тактовые шины разнополярных импуль-З0 сов. Кроме того, такой регистр не позволяет сдвигать информацию в обе стороны, т.е. имеет ограниченные функциональные возможности и область ,применения.

Наиболее близким к предлагаемдму является оптоэлектронный сдвигающий регистр, содержащий задающий светодиод, управляющий ключ, шину питания, шину сдвига, разрядные шины и подключенные к ним и последовательно оптически связанные разрядные ячейки, каждая из которьм содержит оптоэлектронную пару из последовательно соединенных светодиода и фотодиода, дополнительного фотодиода, являющегося оптическим входом разрядной ячейки, причем анод дополнительного фотодиода подключен к разрядной шине и аноду светодиода оптронной пары, а катод — 50 к шине сдвига, задающий светодиод оптически связан с дополнительным фотодиодом первой разрядной ячейки, первый вход управляющего ключа является входом питания регистра, второй 55 вход — входом синхронизации, первый сигнальный выход управляющего ключа подключен к шине питания, а второй его сигнальный выход подключен к шине сдвига (23.

Недостатками такого регистра являются ограниченные область применения и функциональные возможности, а именно отсутствие функций реверсивного сдвига и параллельного ввода, что позволило бы использовать такой регистр для суммирования и вычитания, для построения не только динамических табло,. но и других вычислительных устройств и устройств обработки информации.

Цель изобретения — расширение области применения регистра за счет выполнения функций реверсивно— го сдвига и параллельного ввода и нфор мации.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный сдвигающий регистр, содержащий разрядные ячейки, каждая из которых состоит из светодиода основного и дополнительного фотодиодов ° аноды которых объединены и являются электрическим разрядным входом разрядной ячейки, катод светодиода соединен с пеной нулевого потенциала, катод основного фотодиода — с шиной питания, а катод дополнительного фотодиода— с шиной сдвига вправо, при этом светодиод каждой разрядной ячейки оптически связан с основным фотодиодом данной разрядной ячейки и с дополнительным фотодиодом последующей разрядной ячейки, световой выход светодиода является световым выходом регистра, задающий светодиод и резистор, причем один вывод резистора является первым последовательным входом регистра, второй вывод соединен с анодом задающего светодиода, катод которого соединен с шиной нулевого потенциала, задающий светодиод оптически связан с дополнительным фотодиодом первой разрядной ячейки регистра, в каждую разрядную ячейку введены второй и третий шиной ввода, оптический вход третьего дополнительного фотодиода каждой разрядной ячейки является параллельным оптическим входом регистра, а.

11401 второй дополнительный фотодиод каждой разрядной ячейки, кроме последней, оптически связан со светодиодом последующей ячейки, второй дополнительный фотодиод последней разрядной ячейки оптически связан с дополнительным задающим светодиодом, катод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а анод — с одним выводом дополнительного резистора, другой 10 вывод к оторого является вторым последовательным входом регистра.

На чертеже изображена схема пред1 лагаемого устройства.

Оптоэлектронный сдвигающий регистр с одержит р аз ряд ные яч ейки 1„— 1 „, состоящие из оптически связанных светодиода 2 и основного фотодиода 3, первого 4., второго 5 и третьего 6 дополнительных фотодиодов с электри20 ческим разрядным входом 7, соединенным с анодом светодиода 2 и анодами основного 3 и дополнительных первого

4, второго 5 и третьего 6 фотодиодов, оптическим разрядным входом 8 парал25 лельного ввода, оптически соединенным. с третьим дополнительным фотодиодом

6, и оптическим выходом 9, являющимся световым выходом светодиода 2, .шину 10 питания, к которой подключены 0 катоды основных фотодиодов 3 ячеек

1„-1„, шину 11 сдвига вправо, к которой подключены катоды первых дополнительных фотодиодов 4, шину 12 сдвига влево, к которой подключены катоды35 вторых дополнительных фотодиодов 5, шину 13 параллельного ввода, к которой подключены катоды третьих дополнительных фотодиодов 6, задающий светодиод 14, катод которого соединен40 с шиной нулевого потенциала, а анод через резистор 15 соединен с первым последовательным входом 16 регистра, дополнительный задающий светодиод 17, катод которого соединен с шиной нуле-4 вого потенциала, а анод через дополнительный резистор 18 — с вторым последовательным входом 19 регистра, причем задающий светодиод 14 оптически связан с первым дополнительным 50 фотодиодом 4 первой разрядной ячейки 1„, дополнительный задающий светодиод 17 оптически связан с вторым дополнительным фотодиодом 5 последней разрядной ячейки 1„, светодиод 2 каж- Я дой разрядной ячейки 1 оптически связан с первым дополнительным фотодиодом 4 последующей разрядной ячейки

75 4

1;+„и с вторым дополнительным фотодиодом 5 предыдущей разрядной ячейки 1,, за исключением светодиода 2

1-1 первой ячейки 1„, связанного только с первым дополнительным фотодиодом 4 второй ячейки 1 и светодиода 2 посг ледней ячейки 1, связанного только

n ° с вторым дополнительным фотодиодом 5 предпоследней ячейки 1„ 1, Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на шины 11, 12 и 13 подается нулевой потенциал, на шину 10 — положительный. Подавая на электрические разрядные входы 7 ячеек 1., — 1„ требуемую для сдвига информацию, заданную электрически в виде нулевого и положительного уровня, согласованного с допустимым уровнем напряжения на светодиоде 2, светодиоды 2 ячеек 1„ - 1„ переходят

I в бежим излучения или нет, т.е. в режим логической "1 или "0", в зависимости от поданной информации: положител ьного (единичного) уровня или нулевого. После отключения сигналов с разрядных входов 7 за счет обратных оптических связей светодиодов 2 с основными фотодиодамн.

3 эти логические состояния разрядных ячеек 1 — 1 запоминаются блал годаря наличию питающего напряжения на шине 10. Состояния дополнительных фотодиодов 4 и 5, а именно их сопротивления зависят от состояний соответственно предыдущих и последующих разрядных ячеек, а для первой 1„ и последней 1„ ячеек — от .состояния задающих светодиодов

14 и 17.

Режим сдвига вправо. На шину 11 сдвига вправо подает-. ся .тактовый импульс длительностью

t„, и на время его действия снимается напряжение с шины 10 питания (напряжение на ней становится равным нулю); Состояние шин 12 и 13 прежнее, т. е. напряжение на них равно нулю, вследствие чего дополнительные фотодиоды 5 и 6 в работе не участвуют.

Если светодиод 2 ячейки 1 иэлу1 чает, то сопротивление дополнительного фотодиода 4 ячейки 1 низкое, если же он не излучает, то сопротивление. этого фотодиода большое.

Время переключения светодиода 2 составляет обычно 10-20 нс, а фото1140175 диодов в зависимости от их типа—

1 — 10 мкс (для некоторых быстродействующих фотодиодов оно составляет

100 нс и меньше) .

Для надежной работы регистра время переключения оптронной пары из светодиода 2 и основного фотодиода

3, определяемое в основном быстродействием основного фотодиода 3 выбирается в несколько раз (2-10) 10 меньше времени переключения дополнительных фотодиодов 4, 5 и 6 ь, ф

Это условие легко выполнить, подобрав различные типы фотодиодов, используемых в качестве основных 3 15 и дополнительных 4, 5 и 6.

Рассмотрим состояние ячейки 1 при переключении потенциалов на шинах 10 и 11 при подаче тактового импульса сдвига. 20

Так как напряжение на шине 10 снимается на время t то независимо от того, в каком состоянии находилась разрядная ячейка 1,, (в "1 " или

"0"), т.е. излучал светодиод 2 или 25 нет, ячейка 1 переходит в состоя1 нне, в котором находилась ячейка

1 так как ее состояние хранит

i-%t первый дополнительный фотодиод 4 ячейки 1, Допустим ячейка 1; была ЗО в состоянии "1", ячейка 1,тоже,при этом сопротивление фотодиода 4 ячейки 1 было низкое. В таком

1 случае при переключении питания при подаче импульса длительностью t„ на шину 11 светодиод 2 ячейки I> остается в режиме излучения, т.е. в состоянии "1". Если же ячейка 1„ была в состоянии "0", а сопротивление фотодиода 4 ячейки 1< было боль- о шое, то при переключении напряжений на шинах 10 и 11 светодиод 2 ячейки

1; гаснет за время i< т.е. ячейка

1. переходит в состояние ".О". До1 пустим далее, что ячейка 1; была в состоянии "0", а ячейка 1;,в состоянии "1". В таком случае прй переключении питания на шинах 10 и 11 за счет низкого сопротивления дополнительного фотодиода 4 ячейки 1, светодиод 2 этой ячейки переходит в режим излучения за время 10-20 нс и.. включает свой основной фотодиод 3 за время

При исчезновении тактового импуль-5 са напряжения на шинах 10 и 11 меняются на исходные. Если длительность тактового импульса такова, что „ С, то ячейки, 1„— 1 успевают и переключиться в состояние, заданное дополнительными фотодиодами и подготовить свои основные фотодиоды. Если же, кроме того Ф w t„ в несколько раз, то дополнительные фотодноды не успевают изменить свое состояние, хотя ячейки переключились. При исчезновании тактового импульса новое состояние ячейки 1. сохраняется за

1 счет основного фотодиода 3, успевшего включиться за время, до обратного переключения шин 10 и 11 в исходное состояние. По истечении времени состояния дополнительных фоАф тодиодов 4 i-х ячеек принимают состояния (i-1)-х разрядных ячеек и можно подавать следующий тактовый импульс. Отсюда определяется минимальный период следования тактовых импульсов T„ -,, который ограни- мчН чивается быстродействием дополнительнык фотодиодов 4, 5 и 6.

Для сдвига информации влево тактовый импульс подается на шину 12 сдвига влево, а на шину .10 на время t„ подается нулевой уровень. Шины 11 и 13 в работе не участвуют — на них нулевой уровень напряжения.

В таком режиме процесс переключения ячеек идет аналогично описанному с той лишь. разницей, что в работе участвуют вторые дополнительные фотодиоды 5 и дополнительный задающий светодиод 17. Резистор 18, как и резистор 15, служит для ограничения тока через светодиод 17. При этом благодаря тому, что фотодиоды 5 запоминают состояния не предыдущих, а последующих ячеек вследствие определенных оптических связей, сдвиг информации происходит в обратном направлении, а именно влево. В этом режиме информация может вводиться ка параллельно посредством электричес-ких входов 7, так и последовательно с помощью второго последовательного входа 19, аналогичного первому входу 16.

Если же задействовать шину 13 ввода, подавая на нее тактовый импульс, то регистр принимает параллельно оптическую информацию, выставленную на оптических входах 8, так как последние оптически связаны с третьими дополнительными фотодиодами 6.

1140175

f1

15 .

Составитель А. Дерюгин

Редактор Л. Алексеенко Техред М. Надь Корректор О. Тигор

Заказ 266/40 Тираж 589 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

rio делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Кроме этих трех режимов работы ( регистра возможны такие режимы, когда тактовые импульсы подаются сразу на две шины сдвига и ввода . или сразу на все три шины 11, 12 5 и 13. Такие режимы являются оригинальными и позволяют использовать регистр для обработки как оптической информации, так и электрической, заданной на входах 7. 10

Рассмотрим, например, режим, когда в работе участвуют сразу две шины 11 и 12 сдвига. При этом первый дополнительный фотодиод 4 ячейки 1; помнит состояние 1; „-й ячейки, а второй дополнительный фотодиод

5 ячейки 1. помнит состояние 1. -й

1 341 ячейки. Отсюда следует, что при подаче тактового импульс а на две шины 11 и 12 в работе участвуют 20 дополнительные фотодиоды 4 и 5, и ячейка 1; принимает состояние " 1", если хотя бы одна из соседник ячеек находится в единичном состоянии.

Состояние ячейки 1..после переклю1 чения напряжений на шинах 10, 11 и 12 тактовым импульсом определяется фактически схемой ИЛИ, для которой входами являются выходы соседних ячеек, а для крайних ячеек выходы задающих светодиодов. Если в состояние "1" перевести несколько или одну ячейку путем ввода с электрического 7 или оптического 8 входов, то с каждым тактом количество ячеек в состоянии "1" будет увеличиваться на две, по одной слева и справа. Это позволит создать разбе- . гающийся световой луч, световую увеличивающуюся линейку, масштабировать изображение и т.д. Если в таком режиме подать " 1" на входы 16 и 19, то световые лучи будут двигаться друг другу навстречу.

Такое разнообразие режимов расширяет область применения и функциональные возможности регистра сдвига.