Brevet FR2009133A1 — publié le 19700130

La présente invention se rapporte à un multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires destiné à être utilisé, par exemple, dans des systèmes de commande incrémentiels numériques ou dans des systèmes d'instruments et dans des systèmes de calcul à utili-5 sations spéciales. Divers multiplicateurs de fréquence binaire connus utilisent des compteurs binaires qui sont constitués par une série d'éléments bistables ou bascules montées en cascade, la sortie de chaque élément (à l'exception du dernier) excitant l'entrée de 10 l'élément suivant. Les deux états stables de tels éléments bistables ou bascules sont normalement indiqués comme états "0" et "1", où l'état "0" représente l'état "hors-circuit" et l'état "1" représente l'état "en circuit". Dans de tels compteurs, l'arrivée d'une impulsion d'entrée ne fait changer d'état de 0 à 1 qu'un seul éta-15 ge du compteur, tandis qu'un changement d'état de 1 à O peut se produire dans un certain nombre d'étages simultanément. Ces changements de 0 à 1 sont appelés des conditions "sans retenue", et les changements de 1 à 0 sont appelés des conditions "avec retenue". Si l'on obtient des impulsions des changements de O 20 à 1 et du fait qu'elles se produisent à des moments différents, on peut les combiner suivant une seule fréquence de sortie sans risque de coïncidence. La différenciation des états de sortie du compteur binaire peut donner une impulsion positive pour chaque changement de 0 à 1 et une impulsion négative pour chaque changement de 1 à 0. 25 Les impulsions négatives provenant des circuits de différenciation peuvent être supprimées et les impulsions positives peuvent recevoir une forme rectangulaire et, du fait qu'elles ne sont pas coïncidantes, ces trains d'impulsions de sortie pouvant être combinés sélectivement pour donner -un train d'impulsions de sortie dont la 30 fréquence de répétition moyenne est l'une quelconque des diverses fractions de la fréquence de répétition d'entrée. Dans ces multiplicateurs de fréquence binaire, il faut des techniques très précises pour assurer que les trains d'impulsions provenant de chaque étage du compteur binaire compren-35 nent des impulsions dont les durées et les amplitudes sont égales. En conséquence,, la présente invention a pour but de fournir tin multiplicateur de fréquence binaire ne nécessitant aucune mise en forme des impulsions, ni aucun circuit de différenciation. 69 16717 2 2009133 Suivant la présente invention, un multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires comprend une série d1éléments bis-tables ou bascules agencés de manière à fonctionner comme compteurs d'impulsions binaires ou en code Gray progressif, ainsi que des 5 moyens- à l'aide desquels les impulsions qui arrivent aux entrées des éléments bistables sont acheminées vers une ligne d'impulsions de sortie combinées par l'intermédiaire de portes de .choix de fréquences d'impulsions individuelles, de sorte que l'excitation de portes de choix appropriées fait produire dans la ligne d'impul-10 sions de sortie un train d'impulsions de sortie dont la fréquence de répétition moyenne constitue une fraction voulue de la fréquence de répétition moyenne des impulsions d'entrée appliquées au compteur au moyen d'une ligne d'impulsions d'entrée. De préférence, les éléments de circuit utilisés pour construire le multiplicateur 15 de fréquence d'impulsions binaires sont constitués par des résistances, des diodes semi-conductrices et des transistors. On se rend compte, par suite, que le multiplicateur de fréquence d'impulsions selon la présente invention est basé sur une version modifiée d'un compteur d'impulsions conditionnées en 20 code Gray, décrit dans la demande de brevet français n° 69-00323 déposée le 10 Janvier 1969 par la Demanderesse. Le couplage entre les éléments bistables ou bascules peut être commandé au moyen de portes d'"intersection-négation" multiples. En variante, le couplage entre les éléments bistables 25 ou bascules peut être commandé par des éléments logiques fournissant les mêmes décisions -logiques, par exemple des portes de "réunion-négation", ou bien des combinaisons distinctes de portes ET, OU et NON. Les portes qui sont montées entre la ligne d'impulsions d'entrée et les entrées de chacun des éléments bistables ou 30 bascules, à l'exception du premier élément bistable ou bascule, sont commandées par les états de tous les éléments bistables ou bascules précédents. Dans le tableau I, on a représenté des- jeux complets d'éléments logiques servant à produire des fonctions logiques équivalentes en utilisant des éléments ET - OU - NON, "in-35 tersection-négation" et "réunion-négation". De préférence, les éléments bistables ou bascules utilisés sont du type principal - asservi, par exemple ce qu'on appelle le type J.K. qui retarde le changement d'état de sortie jusqu'à ce que l'impulsion d'entrée de mise en action ait cessé. De cette 69 16717 3 2009133 manière, toute impulsion d'entrée est empêchée de produire plus qu'un seul changement d'état de la sortie du compteur. le procédé de fonctionnement conditionné du multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires selon la présente inven-5 tion donne la possibilité, lorsqu'on l'utilise avec ion générateur d'impulsions polyphasé, (par exemple un générateur de rythme), d'obtenir des sorties polyphasées présentant des états binaires commandés individuels. Un générateur de rythme polyphasé peut être utilisé mais il n'est pas nécessaire qu'un minutage strict produi-10 se des phases séparées qui ne coïncident pas. Une phase de rythme excite le contour et produit des trains d'impulsions de sortie de la même manière que le multiplicateur de fréquence binaire monophasé. Chacune des phases supplémentaires est appliquée à un jeu séparé et supplémentaire de portes, lesquelles sont également 15 commandées par les mêmes signaux de commutation que les portes qui sont alimentées directement par les sorties des éléments bistables ou bascules respectifs mais qui ne sont pas connectées à la ligne d'impulsions du. compteur. Chacune de ces portes supplémentaires fournit une autre sortie de fréquence d'impulsions binaires depuis 20 chaque étage du compteur, laquelle est en phase avec une phase supplémentaire respective. En donnant à ces portes supplémentaires une borne d'entrée supplémentaire on peut également les utiliser comme portes de choix de fréquence des impulsions pour la sortie combinée de phase appropriée. 25 Le multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires selon la présente invention peut être incorporé à un appareil de calcul. Dans l'appareil de calcul, le multiplicateur peut également être utilisé comme diviseur du fait que la division d'une 30 quantité A par une quantité B consiste simplement à multiplier la quantité A par l'inverse de la quantité B. 69 16717 4 2009133 TABLEAU I Sur le tableau I, a et b représentent deux entrées séparées. Les structures du code binaire classique et du code Gray qui correspondent aux nombres décimaux de O à 16 sont repré-5 sentées dans le tableau II ci-après, où les colonne's a^ et a2 représentent les chiffres les moins significatifs dans les codes binaire et G-ray respectivement : 69 16717 5 TABLEAU II 2009133 5 10 15 20 Le code G-ray est un code progressif dans lequel un seul élément change d'état pour chaque incrément, de sorte que tous les changements ne peuvent coïncider«La condition générale pour un changement d'état des chiffres les plus élevés, dans le code 25 Gray est que le chiffre immédiatement inférieur soit à l'état "1" et que les chiffres inférieurs soient tous à l'état "0". En transmettant une impulsion à la sortie appropriée chaque fois qu'un élément passe de 0 à 1 ou de 1 à 0, un compte de 0 à 15 donne huit impulsions de sortie dans la colonne a2> quatre dans la colonne 30 h2, deux dans la colonne C2 et une dans la colonne d2• Les impulsions à transmettre sont les impulsions d'entrée qui font changer d'état 1'élément. De plus, comme on le voit sur le tableau II, pour un compte de 0 à 15, huit conditions "sans retenue" se présentent 35 dans la colonne a^, quatre dans la col'u>me b2, deux dans la colonne Nombre Décimal Code Binaire Code Gray e1 d1 c1. b1 a1 e2 d2 °2 • b2 a2 0 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 3 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 4 0 0 • 1 0 0 0 0 1 ' 1 0 5 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 6 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 7 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 8 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 9 0 1 0 0 1 0 1 1 0 .1 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 11 0 0 1 1 0 1 1 1 0 12 p 1 1 0 0 0 1 0 1 0 13 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 14 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 15 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 16 1 0 0 0 0. 1 1 0 0 0 .69 .16717 6 2009133 , et une dans la colonne d^. De cette manière, les impulsions binaires déterminées obtenues dans le compteur en code Gray se produisent aux mêmes intervalles que celles obtenues du fait des changements de O à 1 dans des multiplicateurs de fréquence binai-5 res connus» D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisa-10 tion conformes à l'invention. Sur ces dessins,. la figure .1 -représente un type simple de compteur connu servant à compter des impulsions en code binaire ; la figure 2 représente un diagramme logique d'une ver-15 sion à sept étages d'un multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires pour des impulsions monophasées, selon l'invention ; la figure 3 représente un diagramme logique pour une version à quatre étages d'un multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires pour des impulsions biphasées, suivant la présente 20 invention ; et la figure 4 représente une variante du multiplicateur de la figure 3. En se reportant à la figure 1, elle représente un compteur d'ondulations connu comportant une cascade de cinq -(Fa à Fe). 25 éléments bistables ou bascules, la sortie de chacun des cinq éléments étant disponible aux bornes a à e respectivement,- et la sortie de chaque élément ( excepté le dernier ) excitant l'entrée de l'élément suivant. Les états des éléments bistables représentent le chiffre binaire qui équivaut au nombre total d'impulsions intro-30 duites dans le compteur» Le tableau II dans les colonnes , b^, , d^, et e^ indique les états des éléments du compteur de la figure 1 qui suivent l'arrivée de 0 à 16 impulsions d'entrée. • Le compteur de la figure 1 peut- être utilisé dans un multiplicateur de fréquence binaire qui accepte un train d'impul-35 sions d'entrée présentant une certaine fréquence de répétition et qui divise les impulsions d'entrée par les facteurs.binaires.2, 4, 8, 16, etcoooo pour fournir des trains d'impulsions;séparées* non coïncidantes, dont les fréquences de répétition correspondent 69 16717 7 2009133 de sortie suivant un rapport binaire. Du fait que ces trains d'impulsions/ne coïncident pas, on peut les combiner sélectivement pour obtenir un train d'umpulsions de sortie dont la fréquence de répétition moyenne est l'une quelconque des diverses fractions de l'entrée. Par 5 exemple,avec une fréquence d'entrée de x impulsions par seconde, on pourrait choisir les sorties représentant x et x par seconde 2 3 pour obtenir une fréquence de sortie composite de 5 x impulsions B par seconde. Ceci constitue l'équivalent logique de la multiplication de x par le chiffre binaire 0,1010 , et de ce fait utilise le 10 dispositif comme multiplicateur. En se reportant à la figure 2, tous les étages du multiplicateur à sept étages sont identiques, à l'exception du premier et du dernier étage, et le multiplicateur peut être étendu pour obtenir n'importe quel nombre voulu d'étages. Le couplage en-15 tre les sept étages de bascules Fx, Fa, Fb, Fc, Fd, Fe, et Ff est commandé au moyen de portes multiples d' "intersection-négation" £.. Chaque porte d'"intersection-négation" fournit une sortie logique de"0" lorsque toutes ses entrées sont déclenchées à "1" et une sortie logique de "1" pour tout autre jeu de conditions d'entrée# 20 Toutes les impulsions d'entrée, présentant une fréquen ce moyenne f, sont appliquées à la bascule Fx qui par suite change d'état à la fin de chaque impulsion. Les portes £ qui se trouvent entre la ligne d'impulsions d'entrée et l'entrée de la bascule Fa sont commandées par l'état de la bascule Fx qui permet à des im-25 pulsions d'entrée alternées d'être appliquées à la.bascule Fa. Les portes & entre la ligne d'impulsions d'entrée et les entrées de toutes bascules de Fb à Ff sont commandées par les états de toutes les bascules précédentes et elles sont agencées de telle sorte que les bascules Fa, Fb, Fc, etc... fonctionnent comme compteur en code 30 Gray. De ce fait, une impulsion sur quatre est appliquée à l'entrée de Fb, une impulsion sur huit à l'entrée de Fc, le nombre d'impulsions d'entrée diminuant suivant des rapports binaires pour chacune des bascules successives. Les impulsions qui arrivent aux entrées des bascules 35 Fa, Fb, Fc, etc... du compteur en code Gray sont également acheminées vers la ligne d'impulsions de sortie combinée 0 par des portes de sélection de fréquence d'impulsions individuelles G1 à G7. En excitant les portes de sélection de fréquences d'impulsions appro 69 16717 8 2009133 priées G-1 à G7, on peut obtenir un train d'impulsions de sortie dont la fréquence de répétition moyenne est l'une quelconque de diverses fractions ( de O à 127 ) de l'entrée. 128 lorsqu'il est alimenté avec un train continu d'impul- 5 sions d'entrée, le compteur fonctionne comme s'il était formé par les étages initiaux d'un compteur infiniment long. Le compteur à sept étages représenté sur la figure 2 peut fournir un maximum de 127 impulsions de sortie à la ligne d'impulsions de sortie chaque fois que 128 impulsions sont appliquées à la ligne d'impulsions 10 d'entrée., Par suite,le rapport maximal d'impulsions de sortie aux impulsions d'entrée est de 127. ce qui correspond à la somme de la 128 série 1+1+1+1+1+1 + 1 . Une impulsion d'entrée,sur 128 2 4 S TE 32 3? T2S serait transmise pour faire fonctionner les étages supplémentaires si la longueur du compteur était augmentée. L'incorporation d'un 15 conditionnement approprié à l'extrémité du compteur permet de collecter ces impulsions pour produire une impulsion d'identification M à l'extrémité de chaque configuration complète de 0 à 127 impulsions de sortie. En se reportant à la figure 3, les impulsions de rythme 20 biphasées ( 01 et 02 ) appliquées à la bascule Et la font changer d'état à la fin de chaque impulsion, et au moyen des portes S commandées par ses états de sortie, des impulsions alternatives entrelacées sont dirigées vers deux lignes de phase de rythme séparées, chacune à la fréquence f. 25 Une première phase de rythme (phase 01)• excite le comp teur et produit des trains d'impulsions de sortie, 01 (0 — 15^) Par l'intermédiaire de portes de sélection de fréquence à*impulsions , G'2, Gj et G4, de la même manière que le multiplicateur "binaire monophasé décrit en liaison avec la figure 2. La seconde phase de rythme 30 (phase 02) est appliquée à un jeu supplémentaire de portes A,, A?, A,, A., qui sont également commandées par les mêmes signaux ae com-aLatatism statiques que les portes qui sont alimentées directement par les bascules Fx,~'Fa, Fb et Fc, mais qui ne sont pas connectées à la ligne d'impulsions du compteur. Ces portes supplémentaires 35 A,, A«, A, st A/ produisent-une seconde sortie d© fçéqu&nae- d1 impulsions binaires ae chaque étage du multiplicateur de fié^uence binaire qui est en phase avec la seconde phase de ryt3aae«,Ea munissant ces. portes supplémentaires A.,, Aj_ d'une borne" ciTentrée sup plémentaire, on peut égalément les utiliser oomme pertes de .sélection 40 d® fréquence d*impulsions pour la sortie combinée"d»-la seconde phase comme on le voit .'sûr-la figure 3, en 02 avec une fréquence (0 - l'agencement ae la figure 3 peut êtyç^teaâu facilement pour obtenir a.* Importe quel nombre-voulu de pîtasea^âe-,sortie présentant .des ..fréquences biliaires commandées" individuellement. "Par 45 exemple, les~4mx phases -dë rythme .séparées de la figure '3 pourraient bAD QRJ0INAL 69 16717 9 2009133 être divisées chacune en deux phases, pour donner quatre phases séparées, et le compteur pourrait commander trois jeux extérieurs de portes pour donner un total de quatre fréquences binaires commandées individuellement. Du fait que. ces sorties proviennent de 5 phases différentes du même générateur d'impulsions de rythme ( non représenté ), les impulsions ne peuvent pas coïncider et on peut à volonté combiner ces sorties. En se reportant à. la figure 4, qui représente une variante de l'agencement de la figure 3, la seconde phase de rythme 10 n'est pas appliquée aux portes de "intersection-négation" supplémentaires , A2, A^ et A^, mais elle est dirigée vers deux autres portes de "intersection-négation" S1 et S2. Les portes A1, A2, A^ et A^ sont commandées par les mêmes signaux de commutation statique que les portes qui sont alimentées directement par les bascules Fx, 15 Fa, Fb et Fc. Les signaux de sélection de fréquence d'impulsions pour la seconde phase sont appliqués aux portes A^, A2, A^ et A^, et les sorties des portes A^, A2> A^ et A^ sont combinées sous la forme de signaux logiques statiques. Le signal de la seconde phase de rythme est ensuite ajouté par les portes et S2 aux signaux 20 logiques statiques combinés provenant des portes A^, Ag, A^ et A^. Dans l'agencement représenté sur la figure 4, les portes À.j, A2, A^ et A^ peuvent être réalisées sous la forme de portes de "intersection-négation" à trois positions au lieu de portes de "intersection-négation" à quatre positions, de manière à réduire le 25 prix du multiplicateur. On peut également étendre 2,'agencement de la figure 4 à n'importe quel nombre voulu de phases. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif , mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son 30 cadre• 69 16717 10 2009133 REVENDICATIONS 1. Multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires, caractérisé en ce qu'il comprend une série d'éléments bistables ou bascules agencés de manière à fonctionner comme compteurs d'im pulsions binaires ou en code Gray progressif, et des moyens à 5 l'aide desquels les impulsions qui arrivent aux entrées des éléments bistables sont acheminées vers une ligne d'impulsions de sortie combinées par des portes de sélection de fréquence d'impul sions individuelles, de sorte tue l'excitation des portes de sélection appropriées produit dans la ligne d'impulsions de sortie 10 un train d'impulsions de sortie dont la fréquence de répétition moyenne constitue une fraction voulue de la fréquence de répétition moyenne des impulsions d'entrée appliquées au compteur au moyen d'une ligne d'impulsions d'entrée. 2. Multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires 15 suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le couplage entre les éléments bistables ou bascules est commandé au moyen de portes d'"intersection-négation" multiples ou d'agencements équivalents d'élément logiques ET - OU - NON et de 'Iréunion-intersec-tion". 20 3* Multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les portes montées entre la ligne d'impulsions d'entrée et les entrées de chacun des éléments bistables ou bascules, à l'exception du premier élément bistable ou bascule, sont commandées 25 par les états de tous les élémeniB bistables ou bascules précédents. . - - 4. Multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments bistables ou bascules sont du type principal- 30 asservi qui retarde le changement d'état de sortie jusqu'à ce que l'impulsion d'entrée de commande ait-cessé, de sorte qu'une impulsion d'entrée quelconque est empêchée de produire plus qu'un seul changement d'état de la sortie du compteur. 5. Multiplicateur de fréquence d.'impulsions binaires 35 suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4,. caractérisé en ce qu'il est utilisé en combinaison avec un générateur d'impulsions polyphasé l'alimentant, une première phase excitant le 69 16717 n 2009133 compteur et produisant des trans d'impulsions de sortie de la même manière que dans le multiplicateur de fréquence binaire monophasé, et chacune des phases supplémentaires étant appliquée à un jeu supplémentaire et séparé de portes qui sont également commandées 5 par les mêmes signaux de commutation que les portes alimentées directement par les sorties des éléments bistables ou bascules respectifs, mais qui ne sont pas connectées à la ligne d'impulsions du compteur, de sorte que chacun des jeux supplémentaires de portes fournit une sortie de fréquence d'impulsions binaires supplémentai-10 re de chaque étage du compteur, laquelle est en phase avec une phase supplémentaire respective, le multiplicateur fournissant des sorties polyphasées présentant des fréquences binaires commandées individuelles. 60 Multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires 15 suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'impulsions polyphasé dont une phase excite le compteur et produit des trains d'impulsions de sortie de la même manière que dans le multiplicateur de fréquence binaire monophasé, un jeu séparé et supplémentaire de portes pour 20 chacune des phases supplémentaires, les portes de ces jeux supplémentaires étant commandées par les mêmes signaux de commutation que les portes alimentées directement par les sorties des éléments bistables ou bascules respectifs mais qui ne sont pas connectées à la ligne d'impulsions du compteur, la sortie de chacune des por-25 tes de chaque jeu supplémentaire de portes étant appliquée à une porte de combinaison pour la phase et sa sortie logique étant combinée avec la phase supplémentaire appropriée provenant du générateur d'impulsions polyphasé, de sorte que chacun des jeux supplémentaires de portes fournit une autre sortie de fréquence d'impul-30 sions binaires qui est en phase avec la phase supplémentaire respective, et le multiplicateur fournit des sorties polyphasées comportant des fréquences binaires commandées individuellement. 7. Multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires suivant la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en 35 ce que chacune des portes supplémentaires comporte une borne d'entrée supplémentaire de sorte qu'on peut les utiliser également comme portes de sélection de fréquence d'impulsions pour la sortie combinée de phase appropriée. —^ BAC OR!GInAL 69 16717 12 2009133 8. Appareil à calculer caractérisé en ce qu'il comprend le multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 7, pour effectuer les opérations mathématiques de l'appareil. 5 9. Appareil à calculer suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le multiplicateur est destiné à effectuer à la fois des multiplications et des divisions. 10. Multiplicateur de fréquence d'impulsions binaires suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé 10 en ce que les éléments de circuit utilisés pour le construire sont constitués par des résistances, des diodes semi-conductrices et des transistors. BAD OR/GJfsiAj^") ~