Устройство для формирования импульсных сигналов

 

Устройство для формирования импульсных сигналов относится к импульсной технике 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 N синхронных D-триггеров 1-1,1-2,...,1-М, объединенных в счетчик Джонсона 2, четыре синхронных D-триггера 5, 6,7, 10, инвертор 8, элемент И-ИЛИ-НЕ 9, тактовую шину 3, обнуляющую шину 4, управляющую шину 11. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

mllzf

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4873736/21, (22) 11.10.90 (46) 07.03,93. Бюл. N. 9 (75) С.В.Корчагин (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1676075, кл. Н 03 К 5/153, 28.03.90.

Авторское свидетельство СССР

М 1758858, кл. Н 03 К 5/153, 27.03.91. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ

ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ (57) Устройство для формирования импульс-" ных сигналов относится к импульсной тех Ы, 1800599 А1 (505 Н 03 К 5/153, Н 03 1 7/00 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 N синхронных D-триггеров 1-1, 1-2,...,1-N, обьединенных в счетчик Джонсона 2, четыре синхронных D-триггера 5, 6, 7, 10, инвертор

8, элемент И-ИЛИ-HE 9, тактовую шину 3, обнуляющую шину 4, управляющую шину

11. 4 ил;

О

О (Л

О

1800599

20

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 N синхронных D-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 D-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 Dтриггера, обнуляющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного D-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 перaoro синхронного триггера, управляющий вход которого обьединен с шиной постоянной логической "1", согласно изобретения введен четвертый синхронный D-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 Dтриггера 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

0-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 t обьединены соответственно с тактовой 3 и обнуляющей 4 шинами устройства.

Устройство содержит также первый, второй и третий синхронные D-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

D-триггера 10.

Управляющая шина 11 подключена к тактовым входам первого и четвертого синхронных D-триггеров 5,10. Обнуляющий вход первого синхронного D-триггера 5 подключен к инверсному выходу второго синхронного D-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 D-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 И5

1800599

ИЛИ-НЕ 9 объединены с прямым выходом второго синхронного 0-триггера 6. Управляющий вход первого синхронного 0-триггера

5 обьединен с шиной логической "1". Выход элемента 13 задержки подключен к тактовому входу второго синхронного D-триггера 6, При этом управляющий вход четвертого синхронного D-триггера 10, первый вход

° элемента И-НЕ 14 и вход элемента 13 задержки подключены к выходу последнего разрядного триггера 1 счетчика Джонсона 2, а второй 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 вЂ” тактовый сигнал на шине 3, сигнал D— сигнал на инверсном выходе четвертого синхронного D-триггера 10, сигнал Š— управляющий сигнал на входной шине 11, сигнал F — сигнал на выходе схемы И-ИЛИ-НЕ

9, сигнал R — сигнал обнуления счетчика 2 на шине 4, сигнал G — сигнал на прямом выходе триггера 6, сигнал Н - сигнал на выходе триггера 5, сигнал К вЂ” сигнал на выходе элемента 13 задержки, сйгнал L- сигнал на выходе триггера 7, сигнал M — сигнал на выходе схемы И-НЕ 14, сигнал N — первый разряд счетчика 2, сигнал Π— второй разряд счетчика 2.

Устройство для формирования импульсных сигналов работает следующим образом.

Предположим для определенности, что счетчик Джонсона 2 состоит из четырех Dтригггеров 1. По тактовой шине 3 поступают тактовые импульсы со скважностью два (см. фиг.2,3,4,С), а на обнуляющей шине 4 нулевой уровень напряжения (фиг,З R) удерживает разрядные триггеры 1 счетчика

Джонсона 2 в нулевом состоянии. На управляющем входе D-триггера 1 первого разряда счетчика Джонсона 2 (см. фиг. ЗМ) и на . выходе третьего 0-тригера 7 (фиг.3 1 )при" сутствуют единичные уровни напряжения, а на прямом выходе второго D-триггера 6— нулевой потенциал (фиг,2 G). На выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 сохраняется единичный потенциал (фиг.4 F). На управляющей шине

1 1 сигнал отсутствует, При подаче на обнуляющую шину устройства единичного потенциала, т.е. как только сигнал R станет высоким, начинает работать счетчик 2 (фиг,3) в режиме деления частоты тактового сигнала С, так как высокий сигнал F определяет инверсное включение элемента И-НЕ 14 и разрешает тем

25

45 передний фронт сигнала А, поступая через элемент13 задержки на тактовый вход триг50 гера 6, устанавливает сигнал G в высокое

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 0-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 D-триггера 10 устанавливают низкий уровень и подают командный импульс Е по управляющей шине 11. Сигнал D при этом устанавливается в высокое состояние.

Если необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставания, на управляющем входе четвертого синхронного 0-триггера

10-устанавливают высокий уровень и также подают командный импульс Е по управляющей шине 11. Сигнал 0 при этом устанавливается в низкое состояние.

В процессе работы устройства производится синхронизация сигнала E 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.2А), второй — в момент высокого уровня сигнала А (фиг.2Б). 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 E. Следующий низкий уровень сигнала А сбрасывает триггер 6 и устанавливает сигнал G в низкое состояние. Длительность импульса G приблизительно равйа длительности импульса сигнала А минус Тзад.-В дальнейшем при анализе работы устройства интересен сигнал G, который является сигналом управле1800599 ния на второй управляющей шине 11 устройства после его синхронизации выходным сигналом А с шины 12 устройства.

Предположим необходимо изменить фазу сигнала А в сторону опережения 5 (фиг.4А), Для этого на управляющем входе четвертого синхронного О-триггера 10 устанавливают низкий уровень и подают командный импульс Е по управляющей шине 11.

Третий О-триггер 7 и инвертор 8 раба- 10 тают 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 9, который формиру- 15 ет управляющий импульс сигнала F. Он запрещает отрицательную обратную связь. счетчика Джонсона 2 и разрешает положительную на один период тактового сигнала

С. В результате этого высокий уровень сиг- 20 нала М продлевается еще на один период сигнала С, что приводит к увеличению одно- "" го периода выходного сигнала А на один такт.

Предположим необходимо изменить 25 фазу сигнала А в сторону отставания (фиг.4Б). На управляющем входе четвертого синхронного О-триггера 10 устанавливают высокий уровень и подают командный им-, пульс Е по управляющей шине 11. В этом 30 случае работает первый элемент И элемента

И-ИЛИ-НЕ 9, который формирует управляющий импульс сигнала F. Задача импульса F — укоротить низкий уровень сигнала обратной связи М на один период сигнала С, что 35 приводит к уменьшению одного периода выходного сигнала А на один такт.

Разобрав механизм изменения фазы . сигнала А, рассматривают механизм фазовай автаподстройки частоты сигнала А к ча- 40 стоте сигнала Е, поступающего на входную шину 11. Для этого соединяют выход па= следнего разрядного триггера 1 счетчика 2 с управляющим входом четвертого синхронного триггера 10, 45

Предположим, что на управляющую шину 11 поступают импульсы с частотой, в два ,. раза меньшей частоты выходного сигнала А на шине 12 и соответственно в шестнадцат раз меньшей частоты тактового сигна- 50 ла С.

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

E на входной шине 11 поступил в момент высокой полки выходного сигнала А на шине

12. В этом случае сигнал О на инверсном выходе четвертого О-триггера 10 устанавли.вается в низкое состояние и разрешает работу первого. элемента, И элемента

И-ИЛИ-НЕ 9. В этом случае на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 формируется сигнал F, который осуществляет изменение фазы сиг-,, нала А на выходной шине 12 в сторону отставания (фиг.4Б) на величину периода тактового сигнала С. Если следующий импульс сигнала Е на входной шине 11 поступает также в момент высокой полки выходного сигнала А на шине 12, то процесс выборки фазы в сторону отставания повторяется. Так будет продолжаться до тех пор,,пока импульс сигнала Е на входной шине 11 не поступит в момент низкой полки выходного сигнала А на шине 12. Как только это произойдет, сигнал О на инверсном выходе четвертого О-триггера 10 установится в высокое состояние и разрешит работу второго элемента И элемента И-ИЛИ-HE 9. На выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 сформируется сигнал F, который осуществит изменение фазысигнала А на выходной шине 12 в сторону опережения (фиг,4А) на величину периода тактового сигнала С.

Таким образом, устройство постоянно настроено на поиск противоположного состояния сигнала А, стробируемаго входным сигналом Е. Определив на четвертом Отриггера 10 опережение фазы сигнала Е отнасительносигнала А, устройства скаждымтактом сигнала G на прямом выходе второго синхронного D-триггера постепенно выбирает разность фаз и стремится добиться отставания сигнала E отсигнала А Как только это 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 D-триггера 10, а с прямого, та синхронизация все равно имела бы место, только входной сигнал Е синхронизировался бы относительно положительнога фронта выходного сигнала А, а не отрицательного.

Устройство для формирования импульсных сигналов может применяться для синхронизации данных при считывании

1800599

:=информации, например, с накопителей информации 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 s 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 может применяться 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 0-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 тополо, .гия микросхем 0-триггеров позволяет объединять тактовый вход с входом обнуления или входом установки, от элемента задержки можно отказаться вообще, В случае применения входа установки D-триггера 6 вместо входа обнуления схема должна быть эквивалентно преобразована, т,е. на управляющем входе 0-триггера 5 должен быть установлен низкий уровень, а выходы 0триггера 6 необходимо поменять местами.

В качестве варианта конкретного применения можно рекомендовать счетчик

Джонсона 2, реализованный на регистре

К555ТМ9, включенный в режим регистра сдвига, а остальные элементы формировать из элементов серии К555-К555ТМ2, К555ЛН1 и др.

Устройство для формирования импульсных сигналов позволяет получить положи-- -----тельный эффект, выраженный в том, что 0Но обеспечивает 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 которых

20 подключен к управляющему входу триггера

25 равляющую. шину, подключенную к тактовому входу первого синхронного 030

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 выходом второго синхронного триггера, управляющий вход которого объединен с шиной

"Лог 1", о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за

50

Формула изобретения

Устройство для формирования импульсных сигналов, содержащее N синхронных

D-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 D-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 0-триггер, управляющий вход которого подключен к выходу последнего разрядного триггера счетчика

Джонсона, а тактовый вход и выход соответственно — к управляющей шине и к первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИНЕ.

1800599

1800599 П Г1Г1 П.Л ГШ.Г ГШ Л ГШ Г П..г1

L

0

А

Ф ИГ.3

Б) -ФИГ.4

Редактор

Заказ 1173 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

С

E

F

Й и

Ь

t1 . 0

А

Составитель С.Корчагин

Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева