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 К груп, що складаються з n комірок, причому кожна комірка містить бістабільний елемент і елемент затримки, одиничний вхід бістабільного елемента в кожній і-ій комірці (і=1,...n), з'єднаний з виходом елемента затримки, вхід якого з'єднаний з виходом елемента затримки (і-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 К 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 К груп пристрою містить перший і другий елементи І, елемент НІ і елементи АБО-НI, а кожна з n комірок групи містить елемент затримки І тригер, причому в кожній і-ій комірці (і=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, одиничний вхід бістабільного елемента в кожній і-ій комірці з'єднаний з входом елемента затримки, входом встановлення в „0" тригера і є інформаційним входом комірки, перші входи елементів І і-х комірок з першої до (n-1)-ої з'єднані відповідно з одиничними виходами бістабільних елементів (і+1)-x комірок, другі входи елементів І і-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 і-х комірок з першої до (n-1)-ої з'єднані відповідно з входами встановлення в „1” тригерів, ви хід тригера і-ої комірки з'єднаний з першим входом другого елемента АБО, другий вхід якого є настановним входом комірки, а одиничний вхід бістабільного елемента і-ої комірки є синхровходом комірки, вихід кожної і-ої комірки з'єднаний з інформаційним входом (і+1)-ої комірки з першої до (n1)-ої, вихід n-ої комірки є виходом j-οї групи пристрою (де j=1,...,К), одиничні виходи бістабільних елементів n комірок j-οї групи з'єднані відповідно з n входами елемента АБО-НІ групи, ви хід якого з'єднаний з першим входом першого елемента І групи, др угий вхід якого з'єднаний з першим входом другого елемента І, з входом елемента НІ і з інформаційним входом групи, синхровходи j-οї групи з'єднані з другими входами других елементів І відповідних груп і з синхровходом пристрою, вихід кожного j-го другого елемента 1 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 гр уп з'єднані з настановними входами n комірок відповідної групи і з настановним входом пристрою. Недоліком прототипу є обмежені функціональні можливості тому, що пристрій тільки формує суму тривалостей в процесі послідовного запису імпульсів, тобто реалізує перетворення тривалостей аналогових сигналів у цифровий код, фіксує їхню суму, але зчитати цифровий код у вигляді відповідної тривалості вихідного сигналу неможливо. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для оброблення тривалостей імпульсів, в якому за рахунок введення нових вузлів і зв'язків досягається розширення функціональних можливостей, а саме, за рахунок зчитування інформації у вигляді тривалості ви хідного сигналу. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для оброблення тривалостей імпульсів, що містить К 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 К груп пристрою містить перший і другий елементи І, елемент НІ й елемент АБО-НІ, причому в кожній і-ій комірці (і=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 ви ходом комірки, вихід другого елемента АБО з'єднаний з нульовим входом бістабільного елемента, одиничний вхід якого в кожній і-ій комірці з'єднаний із входом елемента затримки, R-входом тригера і є інформаційним входом комірки, перші входи елементів І і-х комірок з першої до (n-1)-ої з'єднані відповідно з одиничними виходами бістабільних елементів (і+1)-х комірок, другі входи елементів І і-х комірок з першої до (n-1)-ої є керуючими входами комірок, а керуючим входом n-ої комірки є S-вхід тригера, виходи елементів І і-х комірок з першої до (n-1)-ої з'єднані відповідно з S входами тригерів, ви хід тригера і-ої комірки з'єднаний з першим входом другого елемента АБО, другий вхід якого є настановним входом комірки, а тактовий вхід бістабільного елемента і-ої комірки є синхровходом комірки, вихід кожної і-ої комірки з'єднаний з інформаційним входом (і+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 гр упи, ви хід якого з'єднаний з першим входом першого елемента І групи, др угий вхід якого з'єднаний з першим входом другого елемента І і з входом елемента НІ, вхід синхронізації j-ої групи з'єднаний з другими входами други х елементів І відповідних груп і з входом синхронізації пристрою, вихід кожного j-гo другого елемента І з'єднаний з синхровходами n комірок відповідної групи, ви хід кожного j-гo 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, в кожну j-ту гр упу введений третій елемент АБО і третій елемент І, перший вхід якого з'єднаний з входом зчитування пристрою, другий вхід з'єднаний з інформаційним виходом групи, а ви хід є др угим інформаційним виходом групи, крім того, перший вхід елемента АБО гр упи з'єднаний з інформаційним входом групи, його другий вхід з'єднаний з входом зчитування пристрою, а вихід з'єднаний з другим входом першого елемента І групи. На кресленні представлена функціональна схема пристрою. Пристрій для додавання тривалостей імпульсів містить К груп, які складаються з n комірок 1l,..,1n кожна, причому кожна комірка 1; містить бістабільний елемент 2, тригер 3, елемент 4 затримки, елемент І 5 (крім n-ої комірки) і елементи АБО 6, 7. Кожна з К 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 АБО 16, елемент І 17. В кожній і-ій комірці 1і (і=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 і-ої комірки 1i. Перший вхід елемента І 5 і-ої комірки 1i (і=1,...,n-1) з'єднаний відповідно з одиничним виходом 18 бістабільного елемента 2 (і+1)-ої комірки 1i+1, другий вхід елемента І 5 є керуючим входом комірки Іi, керуючим входом n-ої комірки 1n є Sвхід тригера 3, а вихід елемента І 5 з'єднаний відповідно з S-входом тригера 3 комірки її. Вихід тригера 3 і-ої комірки 1i (і=1,...,n-1) з'єднаний з першим входом елемента АБО 7, другий вхід якого є настановним входом комірки 11, який підключений до настановного входу 14 групи. Тактовий вхід 22 бістабільного елемента 2 і-ої комірки 1i є синхровходом цієї комірки, який підключений до виходу елемента І 8 гр упи, ви хід 19 кожної і-ої комірки 1i з'єднаний з інформаційним входом (і+1)-ої комірки 1i+1 (і=1,...,n-1), а вихід 19 n-οϊ комірки 1n є інформаційним виходом 15 j-οї групи (j=1,...,К). Одиничні виходи 18 бістабільних елементів 2 n комірок 1i.....1n j-οї гр упи 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 і з 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 1i.....1n даної гр упи, а ви хід елемента НІ 11 групи з'єднаний з керуючими входами n комірок 1i.....1n даної групи. Настановний вхід 14 групи з'єднаний з настановними входами n комірок 1i.....1n даної гр упи, другий вхід елемента І 17 групи з'єднаний з інформаційним виходом 15 групи, другий його вхід з'єднаний з входом 23 зчитування групи і другим входом елемента АБО 16, а ви хід елемента І 17 є інформаційним виходом 24 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 1i.....1n. У початковий момент часу з інформаційного входу 12 гр упи пристрою надходить вхідний сигнал через елемент АБО 16 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 1і, 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 син хронізації групи пристрою. З ви ходу елемента І 8 тактові імпульси подаються на тактові входи 22 бістабільних елементів 2 комірок 1i.....1n . а на входи елемента І 5 комірки 1i 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 τ 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 1і, де t час спрацьовування однієї комірки 1і і відповідно період синхросигналів на вході 13 групи. Аналогічно із затримкою 2τ з'являється одиничний сигнал на виході 19 комірки 12, а із затримкою nτ-на виході 19 комірки 1n, тобто на виході 15 гр упи. По закінченні вхідного сигналу тривалістю it на виході 18 бістабільного елемента 2 і на виході 19 комірки 1i зберігається одиничний сигнал. На входи елементів I 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 1 1.….1i-1 и надходить на нульові входи 20 бістабільних елементів 2 комірок 11....1i-1 і обнулює їх. Таким чином, біетабільні 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 1 1.….1i-1 , що спрацювали, крім останнього, у комірці 1i. Наявність одиничного сигналу хоча б на одному з входів елемента АБО-НІ 10 забезпечує логічний “1” 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 1і+1 який є наступним після останнього, що спрацював. Аналогічно спрацьовують бістабільні елементи 2 наступних комірок 11+k (k=1, 2, ...), кількість яких відповідає тривалості вхідного сигналу. У такий спосіб відбувається додавання тривалостей імпульсів у всі х К групах. У режимі зчитування інформації, яка записана і зберігається у гр упі комірок 11,...,1n, на вхід 23 зчитування пристрою необхідно подати сигнал tзч тривалістю nt, який також подається на один з входів елемента І 17. Але одиничний сигнал на інформаційному виході 24 групи з'явиться у випадку, коли спрацює остання n-а комірка 1 n у групі, тобто через проміжок часу зсуву, що дорівнює tзc=(n-i)t , де і-та комірка 1i, що спрацювала останньою в попередньому циклі оброблення (після останнього запису інформації). В результаті на інформаційному виході 24 гр упи одиничний сигнал буде мати тривалість tвих=tзч-tзс=nt-(n-і)t=it, (1) яка дорівнює кількості комірок 11,...,1n , що спрацювали, наприклад, при запису інформації. У такий спосіб відбувається зчитування цифрового коду в К гр упах комірок 11,...,1n у вигляді ви хідного сигналу з відповідною тривалістю. Функціонування пристрою визначається такими часовими характеристиками. 1. В режимі запису час спрацьовування групи комірок 11,...,1 nвизначається таким чином: P Tзп = t 31 + t 32 + ... + t 3p = å t 3 p p =1 , де t3р- час запису тривалості р-го вхідного сигналу; причому t3р=t.m р, р=1,...Р де m р - кількість комірок , що спрацювали при запису р-ого вхідного сигналу; t- час спрацьовування однієї комірки 1i. Час t може регулюватися часом τ спрацьовування елемента 4 затримки у кожній комірці 11,...,1n. 2. В режимі зчитування час спрацьовування групи комірок 11,...,1n визначається так tзс=(n-i)t, де і-та комірка 1i, що має одиничний сигнал на своєму виході 19 перед початком зчитування. Тоді тривалість одиничного сигналу на інформаційному ви ході 24 групи з урахуванням виразу (1) буде дорівнювати: tвих=і.t. Отже, запропонований пристрій виконує пряме перетворення . тривалості імпульсів вхідного сигналу у відповідний цифровий код, значення якого визначається кількістю комірок групи, що за час запису спрацювали, а також зворотне перетворення певного значення цифрового коду, що відповідає кількості комірок групи, у тривалість вихідного сигналу при зчитуванні. Крім того, для зчитування використовується окремий вхід зчитування, оскільки тривалість сигналу зчитування tзч має фіксоване значення, а саме, tзч=nt, де n- кількість комірок 11,...,1n у групі.