Пристрій для оброблення тривалостей імпульсів

Винахід відноситься до обчислювальної техніки і може бути використаний при розробці пристроїв цифрових обчислювальних машин. Відомо пристрій для додавання тривалостей імпульсів (Кожемяко В.П. Оптоэлектронные логико-временные информационно-вычислительные среды, Тбилиси, 1984, с.73, рис.2.3), який містить K груп, що складаються з n комірок, причому кожна комірка містить бістабільний елемент і елемент затримки, одиничний вхід бістабільного елемента в кожній i -ій комірці ( i = 1,...n ), з'єднаний з виходом елемента затримки, вхід якого з'єднаний з виходом елемента затримки ( i - 1)-ої комірки, а вхід елемента затримки першої комірки підключений до входу тактових імпульсів пристрою, який також з'єднаний з входами синхронізації бістабільних елементів всіх комірок, нульові входи яких з'єднані з входом встановлення у нульовий стан пристрою, виходи бістабільних елементів всіх комірок є інформаційними виходами пристрою. Недоліком цього пристрою є обмежені функціональні можливості, оскільки відсутня можливість зчитування результату додавання у вигляді тривалості імпульсу. Найбільш близькими за технічною суттю є пристрій для додавання тривалостей імпульсів (а.с. СРСР 1575178, кл. G06F 7/62, 1990), що містить K груп, які складаються з n комірок кожна, причому кожна комірка містить бістабільний елемент, елемент І та перший і другий елементи АБО, причому виходи другого елемента АБО з'єднані з нульовим входом бістабільного елемента, крім того кожна з K груп пристрою містить перший і другий елементи І, елемент НІ і елементи АБО-НІ, а кожна з n комірок групи містить елемент затримки і тригер, причому в кожній i -ій комірці ( i = 1,2,..., n ) одиничний вихід бістабільного елемента з'єднаний з першим входом першого елемента АБО, другий вхід якого з'єднаний з виходом елемента затримки, а вихід першого елемента АБО є виходом комірки, одиничний вхід бістабільного елемента в кожній i -ій комірці з'єднаний з входом елемента затримки, входом встановлення в "0" тригера і є інформаційним входом комірки, перші входи елементів І i -х комірок з першої до ( n - 1 )-ої з'єднані відповідно з одиничними виходами бістабільних елементів ( i + 1 )-х комірок, другі входи елементів І i -х комірок з першої до ( n - 1 )-ої є керуючими входами комірок, а керуючим входом n -ої комірки є вхід встановлення в “1” тригера, виходи елементів І i -х комірок з першої до ( n - 1 )-ої з'єднані відповідно з входами встановлення в “1” тригерів, вихід тригера i -ої комірки з'єднаний з першим входом другого елемента АБО, другий вхід якого є настановним входом комірки, а одиничний вхід бістабільного елемента i -ої комірки є синхровходом комірки, вихід кожної i -ої комірки з'єднаний з інформаційним входом ( i + 1 )-ої комірки з першої до ( n - 1 )-ої, вихід n -ої комірки є виходом j -ої групи пристрою (де j = 1,2,..., K ), одиничні виходи бістабільних елементів n комірок j -ої групи з'єднані відповідно з n входами елемента АБО-НІ групи, вихід якого з'єднаний з першим входом першого елемента І групи, другий вхід якого з'єднаний з першим входом другого елемента І, з входом елемента НІ і з інформаційним входом групи, синхровходи j -ої групи з'єднані з другими входами других елементів І відповідних груп і з синхровходом пристрою, вихід кожного j -го другого елемента І з'єднаний з синхровходами n комірок відповідної групи, вихід кожного j -го елемента НІ з'єднаний з керуючими входами n комірок відповідної групи, настановні входи j -x груп з'єднані з настановними входами n комірок відповідної групи і з настановним входом пристрою. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості. Пристрій формує суму тривалостей в процесі послідовного запису імпульсів, тобто реалізує перетворення тривалості аналогових сигналів у цифровий код, а також фіксує їхню суму, але в ньому неможливо зчитати цифровий код у вигляді відповідної тривалості вихідного сигналу. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для оброблення тривалостей імпульсів, в якому в результаті введення нових вузлів і зв'язків досягається розширення функціональних можливостей, а саме, за рахунок зчитування інформації у вигляді тривалості вихідного сигналу. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для оброблення тривалостей імпульсів, що містить K груп, які складаються з n комірок кожна, причому кожна комірка містить бістабільний елемент, елемент затримки, тригер, елемент І, перший і другий елементи АБО, крім того, кожна з K груп пристрою містить перший і другий елементи І, елемент НІ й елемент АБО-НІ, причому в кожній i -ій комірці ( i = 1,..., n ) одиничний вихід бістабільного елемента з'єднаний з першим входом першого елемента АБО, другий вхід якого з'єднаний з виходом елемента затримки, а вихід першого елемента АБО є виходом комірки, вихід другого елемента АБО з'єднаний з нульовим входом бістабільного елемента, одиничний вхід якого в кожній i -ій комірці з'єднаний із входом елемента затримки, R-входом тригера і є інформаційним входом комірки, перші входи елементів І i -х комірок з першої до ( n - 1 )-ої з'єднані відповідно з одиничними виходами бістабільних елементів ( i + 1 )-х комірок, другі входи елементів І i -х комірок з першої до ( n - 1 )-ої є керуючими входами комірок, а керуючим входом n -ої комірки є Sвхід тригера, виходи елементів І i -х комірок з першої до ( n - 1 )-ої з'єднані відповідно з S-входами тригерів, вихід тригера i -ої комірки з'єднаний з першим входом другого елемента АБО, другий вхід якого є настановним входом комірки, а тактовий вхід бістабільного елемента i -ої комірки є синхровходом комірки, вихід кожної i -ої комірки з'єднаний з інформаційним входом ( i + 1 )-ої комірки з першої до ( n - 1 )-ої, вихід n -ої комірки є інформаційним виходом j -ої групи пристрою (де j = 1,..., K ), одиничні виходи бістабільних елементів n комірок j -ої групи з'єднані відповідно з n входами елемента АБО-НІ групи, вихід якого з'єднаний з першим входом першого елемента І групи, другий вхід якого з'єднаний з першим входом другого елемента І, з входом елемента НІ і з інформаційним входом групи, вхід синхронізації j -ої групи з'єднаний з другими входами других елементів І відповідних груп і з входом синхронізації пристрою, вихід кожного j -го другого елемента І з'єднаний із синхровходами n комірок відповідної групи, вихід кожного j -го елемента НІ з'єднаний з керуючими входами n комірок відповідної групи, настановні входи j -x груп з'єднані з настановними входами n комірок відповідної групи і з настановним входом пристрою, крім того в кожну j -ту групу введений третій елемент І, перший вхід якого з'єднаний з інформаційним входом групи, другий вхід з'єднаний з інформаційним виходом групи, а вихід є другим інформаційним виходом групи. На кресленні (Фіг.) представлена функціональна схема пристрою. Пристрій для додавання тривалостей імпульсів містить K груп, які складаються з n комірок 11,...,1n кожна, причому кожна комірка 1i містить бістабільний елемент 2, тригер 3, елемент 4 затримки, елемент І 5 (крім n -ої комірки) і елементи АБО 6 і 7. Кожна з K груп, крім того, містить елементи І 8 і 9, елемент АБО-НІ 10, елемент НІ 11, інформаційний вхід 12, вхід 13 синхронізації, настановний вхід 14, інформаційний вихід 15, елемент І 16 та інформаційний вихід 17. В кожній i -ій комірці 1i ( i = 1,..., n ) одиничний вихід 18 бістабільного елемента 2 з'єднаний з першим входом елемента АБО 6, другий вхід якого з'єднаний з виходом елемента 4 затримки, а його вихід є виходом 19 комірки 1i . Вихід елемента АБО 7 з'єднаний з нульовим входом 20 бістабільного елемента 2, одиничний вхід 21 якого з'єднаний з входом елемента 4 затримки, R- входом тригера 3 і є інформаційним входом i -ої комірки 1i . Перший вхід елемента І 5 i -ої комірки 1i ( i = 1,..., n - 1 ) з'єднаний відповідно з одиничним виходом 18 бістабільного елемента 2 ( i + 1 )-ої комірки 1i+1 , другий вхід елемента І 5 є керуючим входом комірки 1i , керуючим входом n -ої комірки 1n є S-вхід тригера 3, а вихід елемента І 5 з'єднаний відповідно з S-входом тригера 3 комірки 1i . Вихід тригера 3 i -ої комірки 1i ( i = 1,..., n - 1 ) з'єднаний з першим входом елемента АБО 7, другий вхід якого є настановним входом комірки 1i , який підключений до настановного входу 14 групи. Тактовий вхід 22 бістабільного елемента 2 i -ої комірки 1i є синхровходом цієї комірки, який підключений до виходу елемента І 8 групи, вихід 19 кожної i -ої комірки І; з'єднаний з інформаційним входом ( i + 1 )-ої комірки 1i+1 ( i = 1,..., n - 1 ), а вихід 19 n -ої комірки 1n є інформаційним виходом 15 j -ої трупи ( j = 1,..., K ). Одиничні виходи 18 бістабільних елементів 2 n комірок 11,...,1n j -ої групи з'єднані відповідно з n входами елемента АБО-НІ 10 групи, вихід якого з'єднаний з першим входом елемента І 9 групи, другий вхід якого з'єднаний з першими входами елементів І 8, І 16, НІ 11 із інформаційним входом 12 групи. Вхід синхронізації 13 групи з'єднаний з другим входом елемента І 8 групи, вихід якого з'єднаний із синхровходами n комірок 11,...,1n даної групи, а вихід елемента НІ 11 групи з'єднаний з керуючими входами n комірок 11,...,1n даної групи. Настановний вхід 14 групи з'єднаний з настановними входами n комірок 11,...,1n даної групи, другий вхід елемента І 16 групи з'єднаний з інформаційним виходом 15 групи, а вихід елемента І 16 групи є інформаційним виходом 17 групи. Пристрій працює в такий спосіб. Перед початком роботи за сигналом, що надходить на настановний вхід 14 групи пристрою, виконується встановлення в нульовий стан бістабільних елементів 2 всіх комірок 11,...,1n . У початковий момент часу з інформаційного входу 12 групи пристрою надходить вхідний сигнал на один з входів елемента І 9, на другий вхід якого з виходу елемента АБО-НІ 10 надходить логічна “1”, в результаті чого на виході елемента І 9 формується сигнал логічної “1". Таким чином, на вхід комірки 11 , а отже, на одиничний вхід 21 бістабільного елемента 2 і R-вхід RS-тригера 3 комірки 11 надходить одиничний сигнал. У цей же момент часу вхідний сигнал надходить на один з входів елемента І 8, на другий його вхід подаються тактові імпульси з входу 13 синхронізації групи пристрою. З виходу елемента І 8 тактові імпульси подаються на тактові входи 22 бістабільних елементів 2 комірок 11,...,1n , а на входи елемента І 5 комірки 11 надходять нульові сигнали з виходу 18 бістабільного елемента 2 комірки 12 і з виходу елемента НІ 11. Таким чином, на S-вході RS-тригера 3 комірки 11 присутній нульовий сигнал з виходу елемента І 5, а на його R-вході - одиничний сигнал з виходу елемента І 9. RS-тригер 3 комірки 11 встановлюється в нульовий стан і з його прямого виходу через елемент АБО 7 на нульовий вхід 20 бістабільного елемента 2 комірки 11 надходить логічний “0”, що не викликає його обнуління. Через час t проходження сигналу через елемент 4 затримки він надходить на один з входів елемента АБО 6, на другий вхід якого надходить через час t одиничний сигнал з виходу 18 бістабільного елемента 2 комірки 11 , де t - час спрацьовування однієї комірки 1i і відповідно період синхросигналів на вході 13 групи. Аналогічно із затримкою 2t з'являється одиничний сигнал на виході 19 комірки 12 , а із затримкою n t -на виході 19 комірки 1n , тобто на виході 15 групи. По закінченні вхідного сигналу тривалістю it на виході 18 бістабільного елемента 2 і на виході 19 комірки 1i зберігається одиничний сигнал. На входи елементів І 5 комірок 11,...,1i +1 , надходить одиничний сигнал з виходів 18 бістабільних елементів 2 комірок 12 ,...,1i і одиничний сигнал з виходу елемента НІ 11. В результаті з виходу елементів І 5 на S-вхід RS-тригерів 3 комірок 11,...,1i -1 надходить одиничний сигнал, встановлюючи останні в одиничний стан. Логічна “1” на прямому виході RS-тригерів 3 комірок 11,...,1i -1 надходить на нульові входи 20 бістабільних елементів 2 комірок 11,...,1i -1 і обнулює їх. Таким чином, бістабільні елементи 2 спрацьовують послідовно доти, поки часовий інтервал не перетвориться в цифровий код, що відповідає кількості бістабільних елементів 2, які спрацювали за цей час. При цьому після припинення надходження вхідного сигналу відбувається обнуління всіх бістабільних елементів 2 комірок 11,...,1i -1 , що спрацювали, крім останнього, у комірці 1i . Наявність одиничного сигналу хоча б на одному з входів елемента АБО-НІ 10 забезпечує логічний “0” на його виході. Тому при надходженні наступного вхідного сигналу певної тривалості на інформаційний вхід 12 групи пристрою на виході елемента І 9 залишається нульовий сигнал, що приводить до спрацьовування бістабільного елемента 2 комірки 1i+1 , який є наступним після останнього, що спрацював. Аналогічно спрацьовують бістабільні елементи 2 наступних комірок 1i +k ( k = 1,2,... ), кількість яких відповідає тривалості вхідного сигналу. У такий спосіб відбувається додавання тривалостей імпульсів у всіх K групах. У режимі зчитування інформації, яка записана і зберігається у групі комірок 11,...,1n , на інформаційний вхід 12 групи необхідно подати сигнал t вх тривалістю nt , який також подається на один з входів елемента І 16. Але одиничний сигнал на інформаційному виході 17 групи з'явиться у випадку, коли спрацює остання n -а комірка 1n у групі, тобто через проміжок часу зсуву, що дорівнює t зс = (n - i )t , де i -та комірка 1i , що спрацювала останньою в попередньому циклі оброблення (після останнього запису інформації). В результаті на інформаційному виході 17 групи одиничний сигнал буде мати тривалість t вих = t вх - t зс = nt - (n - i)t = it (1) яка дорівнює кількості комірок 11,...,1n , що спрацювали, наприклад, при запису інформації. У такий спосіб відбувається зчитування цифрового коду в K групах комірок 11,...,1n у вигляді вихідного сигналу з відповідною тривалістю. Функціонування пристрою визначається такими часовими характеристиками. 1. В режимі запису час спрацьовування групи комірок 11,...,1n визначається таким чином: Tзп = t 31 + t 32 + ... + t 3P = P å t 3P p =1 де t 3P - час запису тривалості p -го вхідного сигналу; причому t 3P = t × m p , p = 1,2,...P , де mp - кількість комірок , що спрацювали при запису p -ого вхідного сигналу; t - час спрацьовування однієї комірки 1i . Час t може регулюватися часом t спрацьовування елемента 4 затримки у кожній комірці 11,...,1n . 2. В режимі зчитування час спрацьовування групи комірок 11,...,1n визначається так t зс = (n - i )t , де i -та комірка 1i , що має одиничний сигнал на своєму виході 19 перед початком зчитування. Тоді тривалість одиничного сигналу на інформаційному виході 17 групи з урахуванням виразу (1) буде дорівнювати: t вих = і × t . Отже, запропонований пристрій виконує пряме перетворення тривалості імпульсів вхідного сигналу у відповідну кількість комірок групи, що за час запису спрацювали, тобто в цифровий код, а також зворотне перетворення кількості комірок групи, тобто певне значення цифрового коду, у тривалість вихідного сигналу при зчитуванні.