RU1800599C - Устройство дл формировани импульсных сигналов - Google Patents

Abstract

Устройство дл  формировани  импульсных сигналов относитс  к импульсной технике и может быть использовано в дискретной автоматике и электроизмерительной аппаратуре, в частности в устройствах син- хронизации 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, обнул ющую шину 4, управл ющую шину 11. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в дискретной автоматике и электроизмерительной аппаратуре, в частности в устройствах синхронизации сигналов цифровых вычисли- тельных машин.

Цель изобретени  - расширение области применени  путем обеспечени  возможности автоматического управлени  фазой формируемого сигнала.

Цель достигаетс  тем, что в устройство дл  формировани  импульсных сигналов, содержащее N синхронных D-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона таким образом, что управл ющий вход каждого последующего разр дного триггера объединен с выходом предыдущего, а тактовые и обнул ющие входы разр дных триггеров объединены соответственно с тактовой и обнул ющей шинами, элемент И-НЕ, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом последнего и с управл ющим входом первого разр дных триггеров, первый, второй и третий синх- ронные D-триггеры, инвертор, элемент задержки и элемент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого Снабжен двум  инверсными входами, первый.из которых подключен к управл ющему входу триггера последнего разр да счетчика Джонсона, а второй - к первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, управл ющую шину, подключенную к тактовому входу первого синхронного D- триггера, обнул ющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного D-триггера, соединенного входом обнулени  с выходом триггера послед- него разр да счетчика Джонсона, а через элемент задержки и через инвертор соответственно с тактовым входом второго и управл ющим входом третьего синхронных триггеров, при этом третий триггер подклю- чен своими тактовым входом и выходом соответственно к тактовой шине и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИ- НЕ, а третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены с пр мым выходом второго синхронного триггера, управл ющий вход которого подключен к выходу первого синхронного триггера, управл ющий вход которого объединен с шиной посто нной логической Т, согласно изобретени  введен четвертый синхронный D-триггер, управл ющий вход которого подключен к выходу последнего разр дного триггера счетчика Джонсона, а тактоаый вход и выход- соответственно - к упрэвг. ющей шине и к

первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ.

Введение четвертого синхронного D- триггера  вл етс  признаком существенным , поскольку дл  определени  направлени  изменени  фазы необходим фазовый детектор, определ ющий положение сигнала на управл ющей шине по отношению к сигналу на выходной шине. Этот триггер выполн ет функции фазового детектора . , . .

Выше указанные существенные признаки в научно-технической и патентной литературе , в данном конструктивном выполнении и взаимосв зи не вы влены, хот  примен емые элементы а технике встречаютс , но они используютс  дл  других целей.

. На фиЈ.1 приведена функциональна  схема устройства дл  формировани  импульсных сигналов; на фиг.2,3,4 - временные диаграммы его работы. Диаграммы фиг.4 приведены дл  случа , когда Тзад равно нулю.

Устройство дл  формировани  импульсных сигналов содержит набор синхронных D-триггеров 1, объединенных в счетчик Джонсона; 2 таким образом, что управл ющий вход каждого последующего разр дного триггера 1 объединен с выходом предыдущего. Тактовые и обнул ющие входы разр дных триггеров 1 объединены соответственно с тактовой 3 и обнул ющей 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 двум  инверсными входами, первый из которых подключен к управл емому входу триггера 1 последнего разр да счетчика Джонсона 2, а второй - к объединенным первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ 9 и инверсному выходу четвертого синхронного D-триггера 10.

Управл юща  шина 11 подключена к тактовым входам первого и четвертого синхронных D-триггеров 5,10. Обнул ющий вход первого синхронного D-триггера 5 подключен к инверсному выходу второго синхронного D-тригера 6,соединенного входом обнулени  с выходом триггера 1 последнего разр да счетчика Джонсона 2, выходной шиной 12 и через инвертор 8 с управл ющим 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 И

ИЛИ-НЕ 9 объединены с пр мым выходом второго синхронного D-триггера 6. Управл ющий вход первого синхронного D-триггера 5 объединен с шиной логической 1. Выход элемента 13 задержки подключен к тактово- му входу второго синхронного D-триггера 6. При этом управл ющий вход четвертого синхронного D-триггера 10, первый вход элемента И-НЕ 14 и вход элемента 13 задержки подключены к выходу последнего раз- р дного триггера 1 счетчика Джонсона 2, а второй вход и выход элемента И-НЕ 14 - соответственно к выходу элемента И-ИЛИНЕ 9 и к управл емому входу первого разр дного триггера 1 счетчика Джонсона 2.

Устройство имеет следующие сигналы: сигнал А - сигнал на выходной шине 12 (последний разр д счетчика 2), сигнал В - предпоследний разр д счетчика 2, сигнал С - тактовый сигнал на 1цине 3, сигнал D - сигнал на инверсном выходе четвертого синхронного О-триггера О, сигнал Е - управл ющий сигнал на входной шине 11, сигнал F- сигнал на выходе схемы И-ИЛИ-НЕ 9, сигнал R-сигнал обнулени  счетчика 2 на шине 4, сигнал G - сигнал, на пр мом выходе триггера 6, сигнал Н - сигнал на выходе триггера 5, сигнал К - сигнал на выходе элемента 13 задержки, сигнал L- сигнал на выходе триггера 7. сигнал М - сигнал на выходе схемы И-НЕ 14, сигнал N - первый разр д счетчика 2, сигнал О - второй разр д счетчика 2.

Устройство дл  формировани  импульсных сигналов работает следующим обра- зом.

Предположим дл  определенности, что счетчик Джонсона 2 состоит из четырех D- тригггеров 1. По тактовой шинеЗ поступают тактовые импульсы со скважностью два (см. фиг.2.3,4,С), а на обнул ющей шине 4 нулевой уровень напр жени  (фиг.3 R) удерживает разр дные триггеры 1 счетчика Джонсона 2 в нулевом состо нии. На управл ющем входе D-триггера 1 первого разр - да счетчика Джонсона 2 (см. фиг. ЗМ) и на выходе третьего D-тригера 7 (фиг.З присутствуют единичные уровни напр жени , а на пр мом выходе второго D-триггера 6 - нулевой потенциал (фиг,2 G). На выходе эле- мента И-ИЛИ-НЕ 9 сохран етс  единичный потенциал (фиг.4 F). На управл ющей шине 11 сигнал отсутствует.

При подаче на обнул ющую шину устройства единичного потенциала, т.е. как только сигнал R станет высоким, начинает работать счетчик 2 (фиг.З) в режиме делени  частоты тактового сигнала С, так как высокий сигнал F определ ет инверсное включение элемента И-НЕ 14 и разрешает тем

самым отрицательную обратную св зь счетчика 2.. Количество триггеров в счетчике 2 определ ет коэффициент делени . В нашем случае он равен восьми. На выходной шине 12 по вл етс  сигнал А, равный частному от делени  сигнала С на коэффициент делени .

Прежде чем рассматривать механизм автоподстройки частоты сигнала А на выходной шине 12 под частоту сигнала Е на входной шине 11 необходимо рассмотреть механизм изменени  фазы выходного сигнала А. Дл  этого необходимо предположить , что отсутствует св зь выхода последнего разр дного триггера 1 счетчика Джонсона 2 с управл ющим входом четвертого синхронного D-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 опережени , то дл  этого на управл ющем входе четвертого синхронного D-триггера 10 устанавливают низкий уровень и подают командный импульс Е по управл ющей шине 11. Сигнал D при этом устанавливаетс  в высокое состо ние.

Если необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставани , на управл ющем входе четвертого синхронного D-триггера 10 устанавливают высокий уровень и также подают командный импульс Е по управл ющей шине 11. Сигнал D при этом устанавливаетс  в низкое состо ние.

В процессе работы устройства производитс  синхронизаци  сигнала Е на второй управл ющей 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 случа : первый-.импульс Е поступает на шину 11 а момент наличи  на выходной шине 12 низкого уровн  сигнала А (фиг.2А), второй - в момент высокого уровн  сигнала А (фиг.2Б). В обоих случа х сигнал взводит триггер 5 и устанавливает сигнал Н в высокое состо ние, и ближайший передний фронт сигнала А, поступа  через элемент 13 задержки на тактовый вход триггера 6, устанавливает сигнал G в высокое состо ние. При этом сбрасываетс  триггер 5 и тем самым подготавливаетс  дл  приема следующего импульса сигнала Е. Следующий низкий уровень сигнала А сбрасывает триггер б и устанавливает сигнал G в низкое состо ние. Длительность импульса G приблизительно равна длительности импульса сигнала А минус Тзад. В дальнейшем при анализе работы устройства интересен сигнал G, который  вл етс  сигналом управлени  на второй управл ющей шине 1.1 уст ройства после его синхронизации выходным сигналом А с шины 12 устройства.

Предположим необходимо изменить фазу сигнала А в сторону опережени  (фиг.4А). Дл  этого на управл ющем входе четвертого синхронного D-триггера 10 устанавливают низкий уровень и подают командный импульс Е по управл ющей шине 11.

Третий Ь-триггер 7 и инвертор 8 рабо- тают по образу и подобию первого триггера 1 счетчика 2 в режиме отрицательной обратной св зи. В случае изменени  фазы в сторону опережени  работает второй элемент И элемента И-ИЛИ-НЕ 9, который формиру- ет управл ющий импульс сигнала F. Он запрещает отрицательную обратную св зь счетчика Джонсона 2 и разрешает положительную на один период тактового сигнала С. В результате этого высокий уровень сиг- нала М продлеваетс  еще на один период сигнала С, что приводит к увеличению одного периода выходного сигнала А на один такт.

Предположим необходимо изменить фазу сигнала А в сторону отставани  (фиг.4Б). На управл ющем входе четвертого синхронного D-триггера 10 устанавливают высокий уровень и подают командный импульс Е по управл ющей шине 11. В этом : случае работает первый элемент И элемента И-ИЛИ-НЕ 9, который формирует управл ющий импульс сигнала F. Задача импульса F - укоротить низкий уровень сигнала обратной св зи М на один период сигнала С, что приводит к уменьшению одного периода выходного сигнала А на один такт.

Разобрав механизм изменени  фазы сигнала А, рассматривают механизм фазовой автоподстройки частоты сигнала А к ча- стоте сигнала Е, поступающего на входную шину 11. Дл  этого соедин ют выход по- следнего разр дного триггера 1 счетчика 2 с управл ющим входом четвертого синхронного триггера 10.

Предположим, что на управл ющую шину 11 поступают импульсы с частотой, едва раза меньшей частоты выходного сигнала А на шине 12 и соответственно в шестнадцать раз меньшей частоты тактового сигна- лаС.

Задача устройства - выработать на выходной шине 12 такой сигнал, чтобы его фаза совпадала с фазой входного сигнала Е, т.е. синхронизировать входной сигнал Е сигналом А, и при изменении частоты входного 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 Е на входной шине 11 поступил в момент высокой полки выходного сигнала А на шине 12. В этом случае сигнал D на инверсном выходе четвертого D-триггера 10 устанавливаетс  в низкое состо ние и разрешает работу первого, элемента. И элемента И-ИЛИ-НЕ 9. В этом случае на выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 формируетс  сигнал F, который осуществл ет изменение фазы сигнала А на выходной шине 12 в сторону отставани  (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 отставани  повтор етс . Так будет продолжатьс  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 D на инверсном выходе четвертого D-триггера 10 установитс  в высокое состо ние и разрешит работу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ 9. На выходе элемента И-ИЛИ-НЕ 9 сформируетс  сигнал F, который осуществит изменение фазы сигнала А на выходной шине 12 в сторону опережени  (фиг.4А) на величину периода тактового сигнала С.

Таким образом, устройство посто нно настроено на поиск противоположного состо ни  сигнала А, стробируемого входным сигналом Е. Определив на четвертом D- триггера 10 опережение фазы сигнала Е относительно сигнала А, устройство с каждым тактом сигнала G на пр мом выходе второго синхронного D-триггера постепенно выбирает разность фаз и стремитс  добитьс  отставани  сигнала Е отсигнала А Как только это происходит, начинаетс  обратный процесс. В - результате на выходной шине 12 устройства формируетс  синхронный сигнал, причем входной сигнал Е колеблетс  относительно отрицательного фронта выходного сигнала А в интервале, равномсумме периода тактового сигнала С и величины отклонени  периода входного сигнала Е от идеального.

Необходимо отметить, что если бы сигнал D поступал на элемент И-ИЛИ-НЕ 9 не с инверсного выхода четвертого синхронного D-триггера 10, а с пр мого, то синхронизаци  все равно имела бы место, только входной сигнал Е синхронизировалс  бы относительно положительного фронта выходного сигнала А. а не отрицательного.

Устройство дл  формировани  импульсных сигналов может примен тьс  дл  синхронизации данных при считывании

-мнформации, например, с накопителей ин формации 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 разр дов в счетчике Джонсона 2 в этом случае должно быть четыре . Это обеспечит синхронизацию в интервале , частот i3% дл  синхронизации информации в коде МФМ (модиффициро- ванна  фазова  модул ци ). Если необходимо синхронизировать информационаый сигнал в интервале частот 1,5%, то количество разр дов 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 примен тьс  любой логический элемент, не нарушающий логику сигнала А, а также лю- быё активные 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 - разв зать во времени сигналы на тактовом входе и входе обнулени  второго D-триггера 6. В тех случа х, когда топологи  микросхем D-триггеров позвол ет объедин ть тактовый вход с входом обнуле- ни  или входом установки, от элемента задержки можно отказатьс  вообще. В случае применени  входа установки D-триггера б вместо входа обнулени  схема должна быть эквивалентно преобразована, т.е. на управ- л ющем входе D-триггера 5 должен быть установлен низкий уровень, а выходы D- триггера 6 необходимо помен ть местами.

В качестве варианта конкретного применени  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 дл  формировани  импульсных сигналов позвол ет получить положи- тельный эффект, выраженный в том, что оно обеспечивает синхронизацию входного сигнала с величиной изменени  фазы, опреде- л ющейс  разр дностью счетчика Джонсона и тактовой частотой, что позвол ет примен ть данное устройство в различных устройствах синхронизации.

. Формула., изобретени 

Устройство дл  формировани  импульсных сигналов, содержащее N синхронных D-триггеров, объединенных в счетчик Джонсона таким образом, что управл ющий вход каждого последующего разр дного триггера объединен с выходом предыдущего, а тактовые и обнул ющие входы разр дных триггеров объединены соответственно с тактовой и обнул ющей шинами, элемент И-НЕ, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом последнего и с управл ющим входом первого из разр дных триггеров, первый, второй и третий синхронные D-триггеры, инвертор, элемент задержки и элемент И-ИЛИ-НЕ, один из элементов И которого снабжен двум  инверсными входами, первый из которых подключен к управл ющему входу триггера последнего разр да счетчика Джонсона, а второй - к первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, управл ющую шину, подключенную к тактовому входу первого синхронного D- триггера, обнул ющий вход которого подключен к инверсному выходу второго синхронного D-триггера, соединенного входом обнулени  с выходом триггера последнего разр да счетчика Джонсона, а через элемент задержки и через инвертор - соответственно с тактовым входом второго и управл ющим входом третьего синхронных триггеров, при этом третий триггер подключен своими тактовым входам и выходом соответственно к тактовой шине и второму входу второго элемента И элемента И-ИЛИ- НЕ, а третьи входы элементов И элемента И-ИЛИ-НЕ объединены с пр мым выходом второго синхронного триггера, управл ющий вход которого объединен с шиной Лог.1, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени  за счет обеспечени  возможности автоматического управлени  фазой формируемого сигнала , в него дополнительно введен четвертый синхронный D-триггер, управл ющий вход которого подключен к выходу последнего разр дного триггера счетчика Джонсона, а тактовый вход и выход соответственно - к управл ющей шине и к первому входу второго элемента И элемента И-ИЛИ- НЕ.

JJ

J

j

-

и

С

1

«о х Ч 4i tЈ,to Ч 4i : ki

t

i о

-4

з