ФОРМИРОВАТЕЛЬ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ
PERIODIC PULSE TRAIN SHAPER

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для формирования периодической последовательности импульсов с настраиваемой длительностью импульсов, периода следования и задержки начала формирования относительно стартового импульса, кратными периоду непрерывной периодической последовательности импульсов, подаваемых на ее вход с выхода внешнего кварцевого генератора.
Известны генераторы, обеспечивающие формирование необходимых серий импульсов, содержащие кварцевый резонатор, работающий в непрерывном режиме, устройство синхронизации и выходное устройство, временные параметры которых определяются временными параметрами импульсов, подаваемых на вход (Тактовый генератор. А. С. СССР №307502. - Б. И. №20, 21.06.1971; Тактовый генератор. А. С. СССР №354544. - Б. И. №30, 09.11.1972).
Недостаток известных устройств - ограниченные функциональные возможности, обусловленные настройкой на фиксированный режим временных параметров выходной последовательности импульсов.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату, принятым за прототип, является формирователь тактовых импульсов (Формирователь тактовых импульсов. А. С. Украины №53542 - Б. И. №19, 11.10.2010), который содержит общий источник питания (±Е); первый и второй реверсивные двоичные счетчики, настроенные на режим вычитания, с входом разрешения синхронной параллельной загрузки и входами подачи настроечных переменных, входом разрешения режима счета и входом асинхронной установки в нулевое состояние, выходами переполнения; первый; конденсатор, триггер с входом асинхронной установки нуля; первый и второй двухвходовые элементы И, двухвходовый элемент ИЛИ; трехвходовый элемент ИЛИ; инвертор. При этом последовательно соединенные резистор и конденсатор подключены к общему источнику питания, а их общая точка соединена с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с входом асинхронной установки триггера в нулевое состояние, второй вход второго элемента И соединен с выходом трехвходового элемента ИЛИ, выход переполнения первого счетчика соединен с входом инвертора, с первым входом двухвходового элемента ИЛИ и с первым входом трехвходового элемента ИЛИ, второй вход трехвходового элемента ИЛИ соединен с выходом триггера, второй вход двухвходового элемента ИЛИ соединен с выходом переполнения второго счетчика, выход второго элемента И соединен с входами асинхронной установки счетчиков в нулевое состояние; выход двухвходового элемента ИЛИ соединен с входом разрешения загрузки первого счетчика; выход инвертора соединен с входом разрешения режима счета первого счетчика; тактовые входы первого и второго счетчиков соединены между собой, образуя вход формирователя, на который поступает непрерывная периодическая последовательность импульсов с выхода внешнего кварцевого генератора.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: общий источник питания (±Е); первый и второй реверсивные двоичные счетчики, настроенные на режим вычитания, с входом разрешения синхронной параллельной загрузки и входами подачи настроечных переменных, входом разрешения режима счета и входом асинхронной установки в нулевое состояние, выходами переполнения; резистор; конденсатор, триггер с входом асинхронной установки нуля; первый и второй двухвходовые элементы И; двухвходовый элемент ИЛИ; трехвходовый элемент ИЛИ; инвертор. При этом последовательно соединенные резистор и конденсатор подключены к общему источнику питания, а их общая точка соединена с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с входом асинхронной установки триггера в нулевое состояние, второй вход второго элемента И соединен с выходом трехвходового элемента ИЛИ, выход переполнения первого счетчика соединен с входом инвертора, с первым входом двухвходового элемента ИЛИ и с первым входом трехвходового элемента ИЛИ, второй вход трехвходового элемента ИЛИ соединен с выходом триггера, второй вход двухвходового элемента ИЛИ соединен с выходом переполнения второго счетчика, выход второго элемента И соединен с входами асинхронной установки счетчиков в нулевое состояние; выход двухвходового элемента ИЛИ соединен с входом разрешения загрузки первого счетчика; выход инвертора соединен с входом разрешения режима счета первого счетчика; тактовые входы первого и второго счетчиков соединены между собой, образуя вход формирователя, на который поступает непрерывная периодическая последовательность импульсов с выхода внешнего кварцевого генератора.
Недостаток прототипа - ограниченные функциональные возможности, обусловленные фиксированным режимом временных параметров генерируемой последовательности импульсов.
Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей формирователя за счет возможности менять временные параметры генерируемых импульсов.
3
2
1
0
3
2
1
0
3
2
1
0
Это достигается тем, что формирователь периодической последовательности импульсов содержит общий источник питания, первый и второй реверсивные двоичные счетчики, настроенные на режим вычитания, с входом разрешения синхронной параллельной загрузки и входами подачи настроечных переменных, входом разрешения режима счета и входом асинхронной установки в нулевое состояние, выходами переполнения, резистор, конденсатор, триггер с входом асинхронной установки нуля, первый и второй двухвходовые элементы И, двухвходовый элемент ИЛИ, трехвходовый элемент ИЛИ, инвертор. При этом, последовательно соединенные резистор и конденсатор подключены к общему источнику питания, а их общая точка соединена с первыми входами первого и второго элементов И. Выход первого элемента И соединен с входом асинхронной установки триггера в нулевое состояние. Второй вход второго элемента И соединен с выходом трехвходового элемента ИЛИ. Выход переполнения первого счетчика соединен с входом инвертора, с первым входом двухвходового элемента ИЛИ и с первым входом трехвходового элемента ИЛИ. Второй вход трехвходового элемента ИЛИ соединен с выходом триггера. Второй вход двухвходового элемента ИЛИ соединен с выходом переполнения второго счетчика, выход второго элемента И соединен с входами асинхронной установки счетчиков в нулевое состояние. Выход двухвходового элемента ИЛИ соединен с входом разрешения загрузки первого счетчика; выход инвертора соединен с входом разрешения режима счета первого счетчика. Тактовые входы первого и второго счетчиков соединены между собой, образуя вход формирователя, на который поступает непрерывная периодическая последовательность импульсов с выхода внешнего кварцевого генератора. В предложенном решении введены: четырехразрядный цифровой компаратор, задатчик уровня логической единицы, два четырехвходовых элемента ИЛИ, второй, третий и четвертый инверторы, первая и вторая кнопки, работающие на замыкание, второй, третий и четвертый резисторы, первые выводы которых соединены с плюсом источника питания. Второй вывод второго резистора образует вывод уровня логической единицы. Второй вывод третьего резистора соединен с входом асинхронной установки триггера в единичное состояние и первым контактом первой кнопки. Второй вывод четвертого резистора соединен с вторым входом первого элемента И и первым контактом второй кнопки. Вторые контакты кнопок соединены с общей точкой источника питания. Выход переполнения второго счетчика соединен с входом второго инвертора, выход которого соединен с входом разрешения режима счета второго счетчика. Вход третьего инвертора соединен с выходом младшего разряда первого счетчика. Вход четвертого инвертора соединен с выходом младшего разряда второго счетчика. Выход третьего инвертора соединен с первым входом первого четырехвходового элемента ИЛИ. Выход четвертого инвертора соединен с первым входом второго четырехвходового элемента ИЛИ. Выходы второго, третьего и четвертого разрядов первого счетчика соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами первого четырехвходового элемента ИЛИ. Выходы второго, третьего и четвертого разрядов второго счетчика соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами второго четырехвходового элемента ИЛИ. Выход первого четырехвходового элемента ИЛИ соединен с первым входом третьего элемента И. Выход второго четырехвходового элемента ИЛИ соединен с вторым входом третьего элемента И. Выход третьего элемента И соединен с входом разрешения загрузки второго счетчика. Первая группа входов компаратора AAAA соединена с выходами соответствующих разрядов QQQQ второго счетчика. Выход А>В цифрового компаратора, образующий выход F формирователя, соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ. При настройке формирователя на формирование периодической последовательности с периодом следования, равным одиннадцати периодам тактовых импульсов, длительностью, равной четырем периодам тактовых импульсов и задержкой начала формирования относительно стартового импульса на три периода тактовых импульсов, первый и второй входы параллельной загрузки первого счетчика соединены с уровнем логической единицы, третий и четвертый входы параллельной загрузки первого счетчика соединены с уровнем логического нуля, первый, второй и четвертый входы параллельной загрузки второго счетчика соединены с уровнем логической единицы, третий вход параллельной загрузки второго счетчика соединен с уровнем логического нуля, первый, второй и третий входы второй группы BBBB входов компаратора соединены с уровнем логической единицы, четвертый вход второй группы входов компаратора соединен с уровнем логического нуля; управляющие входы компаратора А> и А< соединены с уровнем логического нуля, управляющий вход А= соединен с уровнем логической единицы.
Изобретение поясняется чертежами, где фиг. 1 представлена схема формирователя, фиг. 2 - граф переходов формирователя, фиг. 3 - эпюры, иллюстрирующие работу формирователя.
0
3
4
Формирователь содержит общий источник питания (±Е), два реверсивных двоичных счетчика (1, 2), каждый из которых имеет вход подачи тактовых импульсов (С), вход настройки на режим суммирования/вычитания (U), вход разрешения синхронной параллельной загрузки (L) и входы (D) подачи загружаемых данных D-D, вход разрешения режима счета (Е), вход асинхронной установки в нулевое состояние (R), выход переполнения (Р) триггер (3) с входами асинхронной установки нуля (R) и единицы (S); четырехразрядный цифровой компаратор (4); первый (5), второй (6), и третий (7) двухвходовые элементы И: двухвходовый элемент ИЛИ (8); трехвходовый элемент И (9); первый (10) и второй (11) четырехвходовые элементы ИЛИ; первый (12), второй (13), третий (14) и четвертый (15) инверторы; первый (16), второй (17), третий (18) и четвертый (19) резисторы; первая (20) и вторая кнопки (21); конденсатор С1 (22).
41
42
3
2
1
0
3
2
1
0
42
0
3
2
1
0
1
2
3
и
и
з
и
1
0
3
2
0
1
2
3
2
2 В
0
3
Цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора 16 и конденсатора 22, подключена к источнику питания (±Е); общая точка резистора 16 и конденсатора 22 соединена с первыми входами элементов 5, 6; выход элемента 5 соединен с входом асинхронной установки триггера в нулевое состояние; второй вход элемента 6 соединен с выходом элемента 9, первый вход которого соединен с выходом Q триггера; выход элемента 5 соединен с входами асинхронной установки счетчиков в нулевое состояние. Выход переполнения P счетчика 1 соединен с входом инвертора 12 и первым входом элемента 8, второй вход которого соединен с выходом переполнения Р счетчика 2. Выход элемента 8 соединен с входом разрешения загрузки L счетчика 1. Тактовые входы (С) счетчиков соединены между собой, образуя вход формирователя (С), на который поступает непрерывная периодическая последовательность импульсов с выхода внешнего кварцевого генератора. Первые выводы резисторов 17-19 соединены с плюсом источника питания (+Е), второй вывод резистора 17 образует задатчик уровня логической единицы ("1"). Второй вывод резистора 18 соединен с входом S и первым контактом кнопки 20 (Start), второй вывод резистора 19 соединен с вторым входом элемента 5 первым контактом кнопки 21 (Stop), Первая группа входов (А) компаратора 4 (AAAA) соединена с выходами соответствующих разрядов (QQQQ) счетчика 2. Выход Р счетчика 2 соединен с входом инвертора 13. Выход инвертора 13. соединен с входом разрешения режима счета (Е). счетчика. Выход инвертора 14 соединен с первым входом элемента 10. Вход инвертора 14 соединен с выходом Q счетчика 1. Выходы QQQ счетчика 1 соединены с остальными входами элемента 10, выход которого соединен с первым входом элемента 7, Второй вход элемента 7 соединен с выходом элемента 11. Вход инвертора 15 соединен с выходом Q счетчика 2. Выходы второго, третьего и четвертого разрядов (QQQ) счетчика 2 соединены с остальными входами элемента 11. Выход А>В компаратора 4, образующий выход F формирователя, соединен с третьим входом элемента 9. При настройке формирователя на формирование периодической последовательности, временные параметры которых (длительность импульса - t=4Т, длительность паузы - t=7T, длительность задержки начала формирования относительно стартового импульса на три периода тактовых импульсов t=3Т, период следования Т=11Т определяются значениями настроечных переменных, установленных на входах параллельной загрузки счетчиков и компаратора. Входы DD параллельной загрузки первого счетчика соединены с уровнем логической единицы ("1") (с вторым выводом второго резистора), входы DD с уровнем логического нуля ("0") (с общей точкой - минусом источника питания). Аналогично, первый, второй и четвертый входы (DD DD) параллельной загрузки счетчика 2 соединены с уровнем логической единицы ("1"), вход Dсоединен с уровнем логического нуля ("0"). Подобным же образом входы В]В компаратора соединены с уровнем логической единицы ("1"), вход В компаратора соединен с уровнем логического нуля ("0"), управляющие входы I (А>), I (А<) соединены с уровнем логического нуля ("0"), управляющий вход I (А=) соединен с уровнем логической единицы ("1").
1
1
Наличие цепочки, состоящей из соединенных последовательно резистора 16 и конденсатора 22, подключенной к шине питающего напряжения (±Е), при включении источника питания в течение некоторого промежутка времени (определяемого постоянной времени цепи RC) формирует уровень логического нуля на входах элементов 5, 6 обеспечивая формирование уровня логического нуля на их выходах, подсоединенных к входам асинхронной установки в нулевое состояние триггера 3 и счетчиков 1, 2. По окончании переходного процесса, связанного с включением источника питания, формируется уровень логической единицы на выходе резисторов 17, 18 и 19, триггер и оба счетчика переходят в нулевое состояние, формируя уровень логического нуля соответственно на выходе триггера и на выходах переполнения счетчиков 1, 2, что ведет к формированию уровня логического нуля на выходе элемента 9, подсоединенного к входу элемента 6, что обеспечивает подтверждение (блокировку) уровня логического нуля на его выходе и по окончанию переходного процесса, связанного с зарядом конденсатора 22, когда напряжение на нем превысит уровень логического нуля, что обеспечивает уровень логического нуля на входах (R) асинхронной установки счетчиков 1, 2 в нулевое состояние. Поскольку режим асинхронной установки счетчиков в нулевое состояние имеет приоритет по отношению ко всем остальным режимам, то до тех пор, пока на входе элемента ИЛИ 9 (а, следовательно, и на его выходе) будет сохраняться уровень логического нуля, нулевое состояние счетчиков будет оставаться неизменным.
3
2
1
0
При нажатии кнопки 20 (Start) происходит переход триггера 3 в единичное состояние (Q=1), формируя уровень логической единицы на выходе элемента 9, а, следовательно, на входе и выходе элемента 6, что обеспечивает уровень логической единицы на входах R счетчиков, снимая блокировку нулевого состояния счетчиков, и тогда активное значение (уровень логического нуля) на выходе элемента 8 и входе разрешения синхронной параллельной загрузки счетчика 1, подготавливая его к приему информации с входов DDDD=0011.
3
2
1
0
При поступлении первого (после окончания переходного процесса, связанного с запуском) тактирующего импульса (С), по его фронту происходит параллельная загрузка, счетчик 1 переходит в состояние QQQQ=0011. В результате этого перехода на выходе переполнения счетчика 1 и выходе элемента 7 формируется единичное, а на выходе инвертора 12 - нулевое значения, что ведет к запрету параллельной загрузки и разрешению режима счета счетчика 1. Исходное (нулевое) состояние счетчика 2 и нулевое значение сигнала на выходе формирователя осталось неизменным.
При поступлении второго тактового импульса содержимое счетчика 1 становится равным 0010. При поступлении третьего тактового импульса содержимое счетчика 1 становится равным 0001, на выходе инвертора 14 появляется нулевое значение, в результате чего на выходе элемента 10 формируется уровень логического нуля, что ведет к формированию уровня логического нуля на входе элемента 7 (на входе разрешения загрузки счетчика 2).
3
2
1
0
И тогда при поступлении следующего (четвертого) тактового импульса счетчик 1 переходит в нулевое состояние, а счетчик 2 - в состояние, определяемое значением сигналов на его входах параллельной загрузки (DDDD=1011), что ведет к формированию единичного значения на выходе формирователя и нулевого значения на выходе инвертора 13. При этом до тех пор, пока содержимое счетчика 2 будет превышать (больше) значения, установленного на входах второй группы компаратора 4 (0111), значение сигнала на выходе формирователя будет оставаться, равным 1. Как только содержимое счетчика 2 станет равным 0111, значение сигнала на выходе формирователя станет равным 0. При поступлении следующих тактовых импульсов содержимое счетчика 2 продолжает уменьшаться, а значение сигнала на выходе будет оставаться равным 0, до тех пор, пока содержимое счетчика 2 не станет равным 0001. Как только счетчик 2 перейдет в состояние 0001 на выходе элементов 11,7, 15 и на входе разрешения загрузки счетчика 2 формируется уровень логического нуля. При поступлении следующего тактового импульса счетчик 2 снова переходит в состояние 1011, формируя единичное значение на выходе. При поступлении следующих тактовых импульсов процессы повторяются.
и
п
з
и
Таким образом, по окончании переходного процесса, связанного с запуском, при поступлении на вход формирователя периодической последовательности импульсов (с периодом, равным Т) на выходе формирователя генерируется периодическая последовательность импульсов, кратных периоду тактовых импульсов, временные параметры которых (длительность импульса - t=4Т, длительность паузы - t=7Т, длительность задержки начала формирования относительно стартового импульса на три периода тактовых импульсов t=3Т, период следования Т=ИТ определяются значениями настроечных переменных, установленных на входах параллельной загрузки счетчиков и компаратора 4.
Остановка режима формирования выходной последовательности осуществляется нажатием кнопки 21 (Stop), формируя уровень нуля на входе асинхронной установки (R) триггера 7, что приводит к переходу его в нулевое состояние (Q=0). Момент нажатия кнопки 21 (Stop) асинхронен по отношению к импульсам тактового генератора и к состоянию счетчиков.
Если в момент нажатия кнопки содержимое счетчика 2 меньше или равно 0111, то, то при переходе триггера в нулевое состояние на входах элемента 9 и его выходе будет сформирован уровень логического нуля, обуславливая уровень нуля на входе и выходе элемента 6, что произведет к блокировке нулевого состояния первого счетчика и к переходу второго в нулевое состояние, следовательно, к прекращению режима генерации.
Если в момент нажатия кнопки содержимое счетчика 2 больше 0111, то при переходе триггера в нулевое состояние единичное значение на выходе элемента 9 останется неизменным, поскольку на выходе компаратора 4, соединенного с третьим входом элемента 9, уровень логической единицы. Отсюда следует, что в этом случае в момент нажатия кнопки прекращения генерации не произойдет, обуславливая тем самым предотвращение искажения последнего импульса в формируемой выходной последовательности. При поступлением следующих тактовых импульсов (С) на вход формирователя будет происходить переход второго счетчика в соответствии с алгоритмом до тех пор, пока его содержимое не станет, равным 0111, обуславливая уровень логического нуля на входе и выходе элемента 6, что приведет к переходу счетчика 2 в нулевое состояние, следовательно, к прекращению режима генерации. При следующем нажатии кнопки 20 (Start) процессы повторяются.
Поскольку момент нажатия кнопки 21 (Stop) асинхронен по отношению к импульсам тактового генератора, то длительность задержки начала формирования относительно стартового импульса находится в диапазоне больше 3Т и меньше 4Т.
Граф переходов формирователя, состоящий из трех колец с общей вершиной, соответствующей нулевому состоянию счетчиков приведен на фиг. 2.
Независимая настройка формирователя на заданную длительность импульсов и паузы, задержки начала формирования относительно стартового импульса, а также предотвращение возможного укорочения последнего выходного импульса при нажатии кнопки 21 (Stop), расширяет его функциональные возможности и область использования.