RU1795542C - Кольцевой делитель частоты - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  построени  экономичных делителей частоты с нечетным коэффициентом делени , который программно может измен тьс  под действием управл ющих сигналов. Устройство содержит шину выходных тактовых импульсов, одноступенчатые потенциальные триггеры на элементах И-ИЛИ, при этом пр мой вход каждого триггера соединен с первыми входами двух элементов И инверсного плеча этого триггера , второй вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и с выходом тактирующего сигнала. Выходы элемента И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом элемента НЕ, выход которого св зан с управл ющим входом последующего триггера и с входом вентил  пр мого плеча триггера. В устройстве задействованы дополнительные входы в элементах И, ИЛИ, дополнительные входы дл  подачи сигналов управлени . Введены дополнительные два элемента И в нечетные разр ды делител . 3 ил., 2 табл. ел с

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  построени  экономических делителей частоты с нечетным коэффициентом делени , который программно может измен тьс  под действием управл ющих .сигналов,

Известные схемы, кольцевых делителей частоты с нечетным коэффициентом делени  содержит в своей структуре двухступенчатые синхронные триггеры, что приводит к увеличению аппаратурных затрат и потребл емой мощности, а также к снижению пре- дельной частоты входных сигналов и к уменьшению надежности устройства. Например , делитель частоты в коде Либау- Крейга с коэффициентом делени  Кд 5, содержит п ть двухступенчатых D-тригге- ров, каждый из которых состоит из четырех вентилей типа И-ИЛИ-НЕ, образующих основной и коммутационный синхронные R$- триггеры (одноступенчатые). Потребл ема  мощность такого делител  пр мопропорциональна числу используемых вентилей (20 вентилей). Максимальна  частота входных сигналов равна

Ттитах 1 /41зтах,

где тэтах - максимальна  задержка переключени  вентил  типа И-ИЛИ-НЕ.

Более быстродействующим и более экономичным  вл етс  кольцевой делитель частоты , содержащий п ть одноступенчатых синхронных D-триггеров, т.е. дес ть вентилей типа И-ИЛИ-НЕ, при этом максимальна  частота входных сигналов равна fomax

1 /2t3max,

т.е. в два раза выше, чем у рассмотренной ранее схемы.

Недостатком его  вл етс  отсутствие возможности измен ть коэффициент делени  под действием управл ющих сигналов,

XI ю

СП

ел

-N

ю

что часто необходимо осуществл ть в программно-управл емых устройствах технической диагностики, в синтезаторах частоты и т.д. .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей кольцевого делител  частоты, содержащего шину входных тактовых импульсов и нечетное число одноступенчатых потенциальных триггеров, построенных на основе потенциальных логических элементов типа И-ИЛИ- НЕ, причем пр мой выход каждого триггера соединен с первыми входами двух элементов VI инверсного плеча этого же триггера, второй вход первого элемента И соединен с управл ющим входом триггера и с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и с входом тактирующего сигнала , выходы элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом элемента НЕ, выход которого св зан с управл ющим входом последующего триггера и с. входом вентил  пр мого плеча триггера.

Поставленна  цель достигаетс  за счет обеспечени  изменени  коэффициента делени  кольцевого делител  под действием управл ющих сигналов путем введени  дополнительных входов в элементы И, ИЛИ, дополнительных двух .элементов И в нечетные разр ды делител , кроме последнего, и дополнительных входов дл  подачи сигналов управлени , при этом первый вход первого дополнительного элемента И соединен с шиной тактовых импульсов, первый вход второго дополнительного элемента И соединен с инверсным выходом триггера этого же разр да, вторые входы дополнительных .элементов И соединены с одним из дополнительных управл ющих входов, а третьи входы этих элементов соединены с инверсным выходом триггера последнего разр да устройства; дополнительные входы первого и третьего основных элементов И в нечетных разр дах соединены с соответствующи- ми дополнительными входами дл  управл ющих сигналов.

На фиг.1. представлена логическа  схема Известного статического триггера; на фиг.2 - логическа  схема триггера с дополнительными элементами; на фиг.З - структурна  схема предлагаемого устройства.

На фиг.1 обозначены: 1, 2, 3 - логические элементы И; 4 - логический элемент ИЛИ; 5 - вентиль пр мого плеча триггера; б -- вход дл  подачи управл ющего сигнала (Di); 7 - вход дл  подачи тактирующего (синхронизирующего ) сигнала (С); 8 - вход установки О элемента пам ти.

На фиг.2 дополнительно обозначены: 9, 10 - дополнительные элементы И; 11, 12 - дополнительные стробирующие (разрешающие ) выходы дл  выбора соответственно уп равл ющего сигнала DI или Da; 13- вход дл  подачи управл ющего сигнала D2.

На фиг.З обозначены: Ti-Ts - триггер- ные каскады предлагаемого делител  частоты; PI-З, Р2-з входы дл  подачи

0 управл ющих сигналов на третий каскад делител  частоты; Pi-5, Р2-5- входы дл  подачи управл ющих сигналов на п тый каскад делител  частоты; 14 - шина тактовых импульсов (с).

5 Предлагаемое устройство содержит в своей структуре нечетное число триггерных каскадов, каждый из которых представл ет синхронный одноступенчатый D-триггер (фиг.1), построенный на основе потенциаль0 ных логических элементов типа И-ИЛИ-НЕ, причем пр мой выход Q каждого триггера соединен с первыми входами элементов И 1 и 3, второй вход элемента 1 соединен с входом 6 триггера (дл  подачи управл ющего

5 сигнала Di), вход 6 соединен с первым входом элемента И 2, второй вход которого и второй вход элемента 3 соединен с входом 7 (подача тактирующего сигнала С), выходы элементов И 1, 2, 3 соединены с входами

0 элемента ИЛИ 4, выход которого подключен к входу элемента НЕ, формирующег р инверсный выходной сигнал триггера Q, выход этого элемента НЕ соединен с входом вентил  5 пр мого плеча триггера (вентиль 5

5 может представл ть собой либо элемент

НЕ, либо вентиль И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИНЕ , выполн ющий логическую операцию

НЕ.

Как в прототипе, инверсные выходы Q

0 каждого триггерного каскада соединены с управл ющим входом (Di) последующего каскада (см. фиг.З), тактирующие входы 7 триггеров соединены с шиной тактовых импульсов 14.

5

В отличие от прототипа,в нечетные триггерные каскады (Тз и ТБ) введены (фиг,2) дополнительные элементы И 9 и 10, при этом: первый вход элемента 9 соединен с

0 входом 7 триггера, второй вход элемента 9 соединен с входом 12 дл  подачи стробиру- ющего сигнала Ра, а третий вход соединен с входом 13 дл  подачи второго управл ющего сигнала Da; первый вход элемента 10 со5 единен с выходом Q триггера, второй вход соединен с входом 13 триггера, а третий вход соединен с.входом 12 триггера; выходы элементов 9, 10 соединены с дополнительными входами элемента ИЛИ 4; инверсный выход Q последнего каскада (Ti) соединен с

дополнительными входами 13 нечетных каскадов (Тз, Ts).

Работа предложенного устройства происходит в соответствии с табл.1 при комбинации входных сигналов Р2-з 0; Pi-з 1; P2-s 1; Pi-s 0.

В исходном состо нии () .

Исходное .состо ние может устанавливатьс  с помощью дополнительных элементов специальным сигналом сброса (если это необходимо), или может устанавливатьс  в процессе циклической работы делител  частоты (без использовани  цепей и сигнала сброса). Дл  простоты цепи сброса в исходное состо ние триггеров не привод тс , так как они могут быть выполнены известными способами.

В такте t 1 сигнал С 1, при этом элемент 9 на выходе выдает 1, так как на его входах в этом такте С 1, Р2-5 1, D2 Qi 1; сигнал 1 с выхода элемента 10 проходит через элемент 4 и устанавливает на инверсном выходе триггера Ts сигнал Qs- 0, под действием которого измен ет свое состо ние вентиль 5 этого триггера (Q,- 1). В следующем такте (t 2) сигнал С О, однако триггер Ts сохран ет состо ние неизменным , так как элемент 10 выдает сигнал 1 (на всех его входах сигналы Р2 1, Da 1, Qs 1), поддерживающий состо ние триггера Qs 0; .

В этом такте возбуждаетс  и переключаетс  триггер Т/к так как все элементы И его инверсного плеча выдают сигналы элементов 2,3 под действием С 0, элемент 1 под действием Pi-5 0, элементы 9, 10 под действием Qs - 0; при этом на выходе элемента 4 триггера ТА устанавливаетс  сигнал О, а на выходе инверсного плеча этого триггера CU 1, соответственно переключаетс  вентиль 5 (QA 0).

В очередном такте (t 3) сигнал С 1, при этом триггеры Ts и ТА сохран ют состо ние неизменными (в триггере Ts сигнал 1 выдают элементы 9, 10. подтверждающие состо ние QS 0, а в триггере ТА все элементы И в инверсном плече выдают сигнал. О, поддерживающий на выходе См 1: Элементы 3,1- под действием сигнала Qn- 0; элемент 2 - под действием сигнала Qf 0, В этом такте переключаетс  триггер Тз, так как его инверсное плечо переключаетс  в состо ние Оз 0 под действием сигнала 1 с выхода элемента 9, на выходах которого устанавливаютс  сигналы Рьз 1; DI QA 1; С 1, следовательно вентиль инверсного плеча на выходе выдает О, а вентиль пр мого плеча - 1 (Оз 1).

В очередном такте (t 4) сигнал .С О, при этом переключаетс  триггер Та в состо ние Q2 1, Qa О (аналогично, как триггер ТА в такте t 2), при этом триггеры Ts, ТА, Тз 5 сохран ют состо ни  неизменными.

В такте t 5 переключаетс  только триггер Ti в состо ние Qi О, Qi 1, так как его элемент 1 выдает сигнал 1 под действием входных сигналов Q2 1 и С 1. 0 В тактеj 6 переключаетс  триггер Ts в состо ние Qs 1; Qs 0. так как все его элементы И в инверсном плече выдают сигналы элементы 3, 1, 10 под действием С О, элемент 2 под действием PI-S О, 5 элемент 9 - под действием сигнала Qi D2 0.

В такте t 7 триггер Т А переключаетс  в состо ние CJ4 О, CU 1 под действием сигналов Qs 1, С 1 на входах элемента 2 0 этого триггера.

В такте t 8 триггера Тз устанавливаетс  в состо ние Оз 1, Оз 0, так как все элементы И в инверсном плече этого триггера выдают сигнал элементы 3, 2, 9 - 5 поддействием С 0, элемент 1 под действием Q4 0, элемент 10, под действием Р2 0. В такте t 9 переключаетс  триггер Ta(Qa 0; Qa 1), аналогично триггеру ТА а такте t 7.

0 В такте t 10 триггер TI устанавливаетс  в состо ние Q, 1, Qi 0 под действием сигналов С 0, Qa О на его входах, аналогично триггеру ТА в такте t 2.

Таким образом, делитель вернулс  в ис- 5 ходное состо ние, которое было в такте t 0.

В дальнейшем работа устройства циклически повтор етс .

Из табл.1 следует, что на один период

0 повторени  сигналов на выходе делител 

(например, на выходе Qi) приход тс  п ть

периодов повторени  сигналов С на входе

делител  частоты.

При установке коэффициента делени  5 Кд 3 нужно подать входные сигналы Ра-5 0, Pi-s 0, Ра-з 1, Рьз 0.

В этом случае сигнал Pi-з 0 блокирует действие сигнала на входе Di триггера Тз, а сигнал Ра-з разрешает прохождени  сигна- 0 ла с входа Da этого триггера.

Так образуетс  кольцевой делитель с трем  каскадами (Тз, Та. Ti), который работает аналогично, как и делитель с п тью 5 каскадами (как описано выше). При этом исходное состо ние этих трех каскадов также аналогично исходному состо нию их в табл.1, однако переключение их будет происходить согласно табл.2.

Из табл.2 видно, что на один период повторени  сигнала СЬ приходитс  три периода повторени  входных сигналов С.

Задержка переключени , как и в прототипе , при работе делител  составл ет задержку переключени  двух вентилей, образующих соответствующий, переключаемый в данном такте, триггер. . Таким образом, незначительное увеличение аппаратурных затрат (четыре элемента И, два дополнительных входа в элементе ИЛИ и по одному входу в двух элементах И) позволило обеспечить программное изменение коэффициента делени .

Это существенно более экономичное решение, по сравнению с построением отдельного дополнительного делител  с Кд

3. . . .V-. : ..... - . ..

Следовательно, функции прототипа расшир ютс  с минимальными затратами, практически без снижени  быстродействи .

Число каскадов делител  частоты может быть увеличено путем подключени  соответствующих пар триггеров, аналогичных, например, триггерам (каскадам) Тз, т.е.

Можно соответственно добавить группу триггеров Т, Те, тде Т аналогичен Ts, а Те аналогичен ТА, при этом выход Qe триггера Те соедин етс  с входом DI триггера Ts, выход Q триггера Т соедин етс  с выходом

FI триггера Те. В этом случае при комбинации управл ющих сигналов Р2- - 1, Pi-7 О, Р2-5 0. Pi-5 1, Ра-з О, Pi-з 1 делитель будет иметь коэффициент делени  7 с возможностью егр изменени  на 5 или 3.

. ..-:. , ; . . . .

Таким образом, можно наращивать число каскадов и увеличивать коэффициент делени  делитеЛ  до 7,9,11 и т.д., обеспечива  при этом возможность программного выбора требуемого нечетного коэффициента делени .

Ф о рм у л а и з о б р е т е н и  

Кольцевой делитель частоты, содержащий шину входных тактовых импульсов и нечетное число одноступенчатых потенциальных триггеров, построенных на основе логических элементов типа И-ИЛИ-НЕ, причём пр мой выход каждого триггера соединен с первыми входами двух элементов И инверсного плеча этого триггера, второй вход первого элемента И соединен с управл ющим входом триггера и с первым входом третьего элемента И. второй вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и с входом тактирующего сигнала, выходы элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом элемента НЕ, выход которого св зан с управл ющим входом последующего триггера и с входом вентил  пр мого плеча триггера, о т л и ч а ю щ и и с   тем. что. с целью расширени  функциональных возможностей устройства за счет обеспечени  изменени  коэффициента делени  под действием управл ющих сигналов, введены дополнительные входы в элементы И, ИЛИ, дополнительные входы дл  подачи сигналов управлени , дополнительные два элемента Ив нечет ные разр ды делител , кроме последнего , лри этом первый вход первого дополнительного элемента И соединен с шиной тактовых импульсов/первый вход второго дополнительного элемента И соединен с инверсным выходом триггера этого же разр да, вторые входы дополнительных элементов И соединены с одним из дополнительных управл ющих входов, а третьи входы этих элементов соединены с инверсным выходом триггера последнего разр да устройства, дополнительные входы первого и третьего основных элементов И в нечетном разр де соединены с соответствующим дополнительным входом дл  управл ющих сигналов.