Многопрограммные формирователи временных интервалов

Рассмотрим методику разработки схемы задатчика времени интерва­лов для устройства управления с 7 и 9 программами работы, в каждой из которых генерируется параллельная последовательность импульсов по четырем-шести каналам при общем числе каналов в этих устройствах ~ 16. Использование кварцевого генера­тора и цифрового способа формирования обеспечивает высокую точность и ста­бильность временных интервалов в широком диапазоне температур (от –40 до +60 °С). Принципиальная схема задатчика временных интервалов (рис. 80) состоит из счетчика тактов ТЗ, счетчиков Д4, Д5 со схемой «И» Д6, дешифратора тактов Д7, мультиплек­сора Д8, триггера управления с входными вентилями Д1 и согласова­теля логического уровня Д2. Принцип работы формирователя основан на по­пере­менном счете [25] тактовых импульсов (ТИ), счетчиков такта и счет­чиков вре­мени, причем длительность каждого такта определяется подклю­чением соответ­ствующего входа мультиплексора к выходам счетчика и схеме Д6. Для устране­ния «состязаний» в логических цепях импульсы, по­ступающие на вход обоих счетчиков, сдвинуты на 180° относительно друг друга. Работой счетчиков управ­ляют триггеры Д1.1, Д1.2, которые с помощью входных вентилей Д1.3, Д1.4 переключают ТИ на входы счетчиков тактов (ДЗ) и времени (Д4, Д5). Входы триггера управления соединены с выходом мультиплексора и с выходом согласователя логического уровня Д2 так, что он изменяет свое состояние при появлении соответствующей отметки времени, а также от каждого заднего фронта счетного импульса, поступающего на вход счет­чика тактов. C помощью этого же согласовате­ля уровня Д2 осуществляется уста­новка в нулевое состояние счетчика вре­мени и запрет выхода дешифратора тактов при прохождении счетного им­пульса на счетчик тактов. Таким образом, значи­тельно упрощается процесс формирования меток времени, при котором каждую из них можно брать непосредственно с одного из выходов счетчиков или со схемы «И» Д6. Кодовые цепи дешифратора и мультиплексора соединены с выхо­дами счетчика тактов, т.е. состоянию счетчика тактов (номеру такта) поставлен в соответствие определенный информационный вход мультиплексора, ко­торый со­единен с выходом соответствующей метки времени.

Рассмотрим работу задатчика времени интервалов на примере формирования следую­щей периодической после­довательности: 0,4; 0,6; 0,2; 0,2 мкс. Каждый из временных интервалов формиру­ется на независимых выходах дешифрато­ра тактов, причем задний фронт одного импульса отделен от переднего фронта другого (если их условно привести к од­ному выходу И5) на поло­вину периода тактовых импульсов. Временная диа­грамма работы устрой­ства приведена на рис. 81. Пусть в начальный момент времени оба счет­чика и триггер управления находятся в нулевом состоянии, при этом еди­ничным выходом управления будем считать верхнее плечо (рис. 80). На выходы 1 и 2 поступают ТИ с периодом 0,2 мкс, сдвинутые на 180° относи­тельно друг друга (И1,2 на рис. 81). Проходя через вентиль Д1.4, они по­ступают на вход счетчика времени (ИЗ), при этом на разрешающих входах счетчика времени и дешифратора присутствует уровень лог. «0» (И4) с выхода Д2. Следовательно, счетчик времени начинает счет ТИ, а дешифратор отмечает состояние нулевого такта (И5).

Рис. 80

При поступлении второго тактового импульса на вход счетчика времени на выходе второго разряда появляется импульс уровня лог. «1», который, проходя на выход мультиплексора (И6), перебрасывает триггер управления в единичное состояние (И7). При этом на нулевом выходе триггера (И8) фиксируется также уровень «1», т.к. на его нулевом выходе (И4) все еще находится лог. «0». По переднему фронту следующего ТИ, поступающего на вход 1, происходит запрет выхода дешифратора, сброс счетчика време­ни и переход счетчика тактов в состояние 0001. При этом триггер управле­ния приготовлен к следующему перебросу, который осуществляется зад­ним фронтом ТИ, проходящего на счетный вход счетчика тактов. Работа устройства в первом такте и последующих происходит аналогично. При этом в первом такте счетчик времени отсчитывает 3 ТИ, а во втором – 1. Вход мультиплексора, соответствующий третьему такту счетчика, соеди­нен с сопро­тивлением R1, с помощью которого получают уровень лог. «1». Таким образом, мультиплексор перебросит триггер управления раньше, чем на счетчик времени пройдет тактовый импульс. Следовательно, длительность третьего такта составит 0,2 мкс – период ТИ.

На основе задатчика времени интервалов, принципиальная схема которого приведена на рис. 80, можно строить многоканальные, много­программные формирователи импульсов. Проектирование устройства можно раз­бить на следующие этапы:

1. Временные диаграммы нескольких программ импульсов разбиваются на узловые точки, т.е. моменты фронтов импульсов. При этом находится одна или несколько программ формирования временных интервалов, реализуемых на одном или не­скольких мультиплексорах.

Рис. 81

2. На основе анализа полученных узловых диаграмм выбираются наиболь­ший и наи­меньший интервалы времени, определяющие соответственно период ТИ и число разрядов счетчика времени:

M > log₂ = T _max / τ _ТИ,

где М – число разрядов счетчика времени; T _max – длительность максимального интервала; τ _ТИ – период ТИ. Наибольшее число временных интер­валов в каждой программе определяет число разрядов счетчика тактов.

3. В соответствии с длительностью временных интервалов по каждому со­стоянию тактов определяется определенный выход счетчика времени и составляется комбинационная схема отметок времени при r = k 2^П.

4. В соответствии с необходимой временной диаграммой составляется выходной блок, представляющий совокупность комбинационной схемы и триггеров.

Функции формирователя можно расширить за счет использования программи­руемых логических матриц (ПЛМ). Схема такого формировате­ля приведена на рис. 82. Формирователь временных интервалов содер­жит генераторы 1 и 2 импульсов, элементы И 3–5, элементы ИЛИ 6 и 7, триггер 8 управления, триггер 9, счетчики 10–12 импульсов, программи­руемые логические матрицы (ПЛМ) 13 и 14, ключ 15. На рисунке также показана шина 16 «ПУСК», шина 17 программируемых импульсов, выход­ная шина 18.

4.3.2. Режим реализации нескольких последовательностей
временных интервалов (от 8 до 64)

Формирователь временных интервалов работает следующим обра­зом. В начальный момент времени все счетчики 10–12 находятся в исход­ном состоя­нии. С шины 17 на программируемый вход ПЛМ 13 и 14 пода­ется код одной вре­менной последовательности от ЭВМ или с кодовых пе­реключателей. Импульсом «Пуск» с шины 16 устанавливается в единичное состояние триггер 9, разрешая работу генератора 1, одновременно этот импульс, проходя через элемент «ИЛИ» 7, устанавливает триггер 8 управ­ления в режим счета времени, а счетчик времени 10 – в режим записи на время действия этого сигнала, куда записывается первый код выбранной кон­станты из ПЛМ 13 по сигналу из счетчика 12. По окончании необходи­мого вре­мени импульс переполнения со счетчика 10 устанавливает триггер 8 управления в режим счета такта, и импульс от генератора 1 через элемент «И» 4 и через элемент «ИЛИ» 6 проходит на вход счетчика 11, фиксируя первый такт, через элемент «ИЛИ» 7 устанавливает триггер 8 управления в режим счета времени и записывает новый код в счетчик 10. По коду из счетчика 11 с выхода ПЛМ 14 задается код на выходную шину 18, формируя выходную временную диаграмму. Для увеличения длительности временных интервалов в счетчике 10 из ПЛМ 13 в определенном такте записывается код «0», сопровождаемый сигналом разрешения на первый вход элемента И 5, на второй вход которого подается сигнал со старшего разряда счетчика 10 и с выхода элемента И 5 через элемент «ИЛИ» 7 подается импульс на счетчик 12, который работает в режиме задержки времени, при этом ПЛМ 13 программируется таким образом, что на выходе постоянно поддерживается нулевой код и выдается следующий код при завершении формирования нужной длительности по определенному состоянию счетчика 12. Таким образом, происходит новый счет времени при старом состоянии счетчика 11. Режим счета тактов и времени продолжает чередоваться по окончании формирования временной последовательности, в последнем такте от ПЛМ 14 осуществляется срыв генерации по выходу, сбор триггера 9 и установка в исходное состояние счетчика 11.

Рис. 82

Режим реализации