Універсальний функційний перетворювач

Винахід відноситься до автоматики, обчислювальної техніки систем та мереж телекомунікації та може використовуватись в керуючих комплексах і системах сигналізації. Найближчим до винаходу є функційний перетворювач [2], що містить кільцевий лічильник, перші виходи якого з'єднані з одноіменними першими входами просторового дешифратора, що містить двадцять чотири однотипних блоки дешифрації, що складаються з трьох елементів І, аналого-цифровий перетворювач, вхід якого є інформаційним входом, а виходи якого з'єднані з одноіменними другими входами просторового дешифратора, виходи останнього об'єднані з одноіменними другими виходами лічильника та підключені до відповідних входів цифро-аналогового перетворювача, вихід якого є виходом перетворювача, тактовий та установочний входи кільцевого лічильника є відповідно тактовим та налагоджувальним входами функційного перетворювача. Відомий пристрій реалізує тільки двадцять сім функцій перетворення. Задачею винаходу є створення такого універсального функційного перетворювача, в якому за рахунок зміни числа основних компонентів, їх зв'язків та значності забезпечується збільшення числа функцій перетворення і за рахунок цього розширюються функційні можливості та область застосування. Поставлена задача вирішується тим, що в універсальному функційному перетворювачі, який містить кільцевий лічильник, перші виходи якого з'єднані з одноіменними першими входами просторового дешифратора, що містить двадцять чотири однотипних блоки дешифрації, кожний з яких складається з трьох елементів І, аналого-цифровий перетворювач, вхід якого є інформаційним входом пристрою, а виходи з'єднані з одноіменними другими входами просторового дешифратора, виходи останнього об'єднані з одноіменними другими виходами лічильника та підключені до відповідних входів цифроаналогового перетворювача, вихід якого є виходом перетворювача, тактовий та установочний входи кільцевого лічильника є відповідно тактовим та установочним входами пристрою згідно з винаходом, в просторовий дешифратор уведено двісті п'ятдесят два мультиплексори та додаткових двісті двадцять вісім однотипних блоків дешифрації і в кожний з блоків дешифрації уведено вісім елементів І-НЕ, додаткових три елементи І, один елемент АБО та два RS-тригери, причому об'єднані перші входи першого та другого елементів І кожного з блоків дешифрації є першим об'єднаним входом просторового дешифратора, об'єднані входи першого елемента І-НЕ та другий вхід другого елемента І кожного з блоків дешифрації об'єднані та є другим об'єднаним входом просторового дешифратора, перший вхід третього елемента І кожного з блоків дешифрації є третім об'єднаним входом просторового дешифратора, другий вхід першого елемента І з'єднаний з виходом першого елемента I-НЕ, другий вхід третього елемента І з'єднаний з виходом другого елемента І-НЕ, перший вхід елемента АБО з'єднаний із виходом першого елемента І та об'єднаними входами другого елемента І-НЕ, другий вхід елемента АБО з'єднаний з виходом третього елемента І, вихід елемента АБО з'єднаний з об'єднаними входами третього елемента I-НЕ та з першим входом шостого елемента І-НЕ, вихід другого елемета І з'єднаний з об'єднаними входами четвертого елемента І-НЕ та першим входом восьмого елемента І-НЕ, вихід третього елемента І-НЕ з'єднаний Із першим входом п'ятого елемента І-НЕ, вихід четвертого елемента І-НЕ з'єднаний з першим входом сьомого елемента І-НЕ, другі входи п'ятого-восьмого елементів І— НЕ кожного з двохсот п'ятидесяти двох блоків дешифрації об’єднані та з'єднані з відповідними виходами двохсот п'ятидесяти двох мультиплексорів, відповідні входи яких є налагоджувальними входами просторового дешифратора, виходи з п'ятого до восьмого елементів І-НЕ з'єднані з відповідними входами першого та другого RS-тригерів, виходи яких з'єднані відповідно з входами четвертого-шостого двовходових елементів І, виходи яких є відповідно першим - третім об'єднаними виходами кожного з блоків дешифрації та просторового дешифратора в цілому. Уведення в функційний перетворювач двохсот п'ятидесяти двох мультиплексорів, а також додаткових двохсот двадцяти восьми однотипних блоків дешифрації, в кожний з яких додатково уведені вісім елементів IНЕ, три додаткових елементи І, один елемент АБО та два RS-тригери, забезпечує збільшення числа функційних перетворень із 27 до 256, тобто майже на порядок, що розширює функційні можливості перетворювача та область застосування. На фіг.1 показана структурна схема універсального функційного перетворювача; на фіг.2 - функційна схема просторового дешифратора; на фіг.3 - принципова схема блока дешифрації. Універсальний функційний перетворювач (див.фіг.1) містить аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 1, просторовий дешифратор 2, цифроаналоговий перетворювач (ЦАП) 3, кільцевий лічильник 4, вхід 5 АЦП 1, перші входи 6.1 - 6.3 просторового дешифратора 2, перші входи 7.1 - 7.3 ЦАП 3, виходи 8.1 - 8.256 кільцевого лічильника 4, тактовий вхід 9 кільцевого лічильника 4 та установочний вхід 10 кільцевого лічильника 4, також вихід 11. універсального функційного перетворювача, причому вхід 5 АЦП 1 є Інформаційним входом універсального функційного перетворювача, виходи 6.1 - 6.3 АЦП 1 є першими входами просторового дешифратора 2, виходи 7,1 - 7.3 просторового дешифратора 2 є входами ЦАП 3, виходи 8.2 -8.134, 8.136 8.198, 8.200 - 8.255 кільцевого лічильника 4 є другими входами просторового дешифратора 2, виходи 8.135, 8.199, 8.256 кільцевого лічильника 4 об'єднані з виходами 7.1 - 7.3 просторового дешифратора 2 та є входами ЦАП 3, вихід 11 якого є виходом універсального функційного перетворювача, тактовий вхід 9 та установочний вхід 10 підключені до входів кільцевого лічильника 4. Просторовий дешифратор 2 (фіг.2) містить двісті п'ятдесят два блоки 12.і дешифрації, двісті п'ятдесят два мультиплексори 13.1, що містять чотиривходову схему 14.і, де і - [1 - 252], та дешифратолр 15.і з входами 16.J, 17J і виходом 18.J (j = 1 - 252) через мультиплексор 13, входи 6.1 - 6,3. 8,2 -8.134,8,136-8,198,8.200- 8.255 та виходи 7.1 - 7.3, причому входи 6.1 - 6.3 кожного з 252-х блоків 12 дешифрації об'єднані та утворюють входи просторового дешифратора 2, входи 8.2 - 8.134, 8.136 - 8.198, 8.200 -8.255 мультиплексора 13 є установочними входами кожного із 252-х блоків 12 дешифрації та просторового дешифратора 2 в цілому, виходи 7.1 - 7.3 кожного блоку 12 дешифрації відповідно є виходами просторового дешифратора 2. Блок 12 дешифрації (фіг.3) містить вісім елементів 19 І—НЕ, шість двовходових елементів 20 І, один елемент 21 АБО та два RS-тригери 22, причому об'єднані перші входи першого 20.1 та другого 20.2 елементів І є першим входом 6.1 блока 12 дешифрації, об'єднані входи першого 19.1 елементів I-НЕ та другий вхід другого 20.2 елемента І є другим входом 6.2 блока 12 дешифрації, перший вхід третього 20.3 елемента І є третім входом 6.3 блока 12 дешифрації, другий вхід першого елемента 20.1 І з'єднаний з виходом першого елемента 19.1 І—НЕ, другий вхід третього елемента 20.3 елемента І з'єднаний з виходом другого 19.2 елемента І—НЕ, перший вхід елемента 21 АБО з'єднаний з виходом першого елемента 20.і І та об'єднаний входами другого елемента 19.2 І-НЕ, другий вхід елемента 21 АБО з'єднаний з виходом третього елемента 20.3 І, вихід елемента 21 АБО з'єднаний з об'єднаними входами третього елемента 19.3 І-НЕ та з першим входом шостого елемента 19.6 І-НЕ, вихід другого елемента 20.2 І з'єднаний з об'єднаними входами четвертого елемента 19.4 І-НЕ та першим входом восьмого елемента 19.8 І-НЕ, вихід третього елемента 19.3 І-НЕ з'єднаний з першим входом п'ятого елемента 19.5 І-НЕ, вихід четвертого елемента 19.4 І-НЕ з'єднаний з першим входом сьомого елемента 19.7 І—НЕ, другі входи п'ятого-восьмого елементів 19.5 - 19.8 І-НЕ є налагоджувальними входами 8.2 - 8.134, 8.136 - 8.198, 8.200 - 8.255 блоку 19 дешифрації, виходи п'ятоговосьмого елементів 19.5 - 19.8 елементів І-НЕ з'єднані з відповідними входами першого 22.1 та другого 22.2 RS-тригерів, виходи яких з'єднані відповідно з двовходовими чет-вертим-шостим елементами 20,4 - 20.6 І, виходи яких відповідно є першим 9, другим 10 та третім 11 виходами блоку 12 дешифрації. Універсальний функційний перетворювач працює таким чином. У початковому стані на вхід 5 пристрою (див.фіг.1) надходить нульовий початковий сигнал X = 0, що забезпечує наступні сигнали на виходах 6.1 - 6.3: , тобто на одноіменні входи 6.1 - 6.3 блоку 12.271 дешифрації надходить сигнал від компараторів АЦП 1 на відповідні входи елементів І та І-НЕ. При цьому, на установочному вході 10 сигнал нулевий, тому на виходах 7.1 - 7.3 сигнали також дорівнюють нулеві. Таким чином, на входи 7.1 - 7.3 ЦАП 3 надходять нулеві керуючі сигнали, І ні один із аналогових ключів ЦАП 3 не буде у включеному стані під дією сигналів від просторового дешифратора 2. Опишемо роботу універсального функційного перетворювача в цілому для випадку значності k = 4. Перетворювач є універсальним логічним перетворювачем, оскільки потужність множини перетворень, що ним реалізуються, дорівнює kk = 4 4 = 256. У відповідності Із чотирма логічними значеннями вхідного сигналу X Є Е4 = {0, 1, 2, 3} АЦП 1 забезпечує на виходах 6.1 - 6.3 логічні стани, наведені в табл.1. Таким чином, над множиною значень {X} вхідного сигналу здійснюються функційні перетворення, при яких кожному з 4-знач-них символів ставиться у відповідність своє значення одиничного просторового коду: нулеві ; одиниці - ; двійці ; трійці - . Ці значення одиничного просторового коду надходять на входи 6.1 - 6.3 просторового дешифратора 2, де дешифруються та керують ключами ЦАП 3. Робота блоку 12 дешифрації просторового дешифратора 2 при k = 4 описується Наступними функціями алгебри логіки де L1-L3 - сигнали на входах 6.1 - 6.2, Υ1 – Υ3 - сигнали на виходах 7.1 - 7.3 дешифратора 2. Вид логічної функції, що реалізується на виході 11 універсального функційного перетворювача, вибирається подачею установочного сигналу від кільцевого лічильника 4 на вхід відповідного мультиплексора 13, дешифратора 2, а також відповідною шинною комутацією входів 7.1 - 7.3 ЦАП 3. Перетворення, що здійснюються просторовим дешифратором 2, сумісно Із кільцевим лічильником 4, наведені в табл.2, де також наведені й функції однієї змінної, які реалізуються універсальним функційним перетворювачем. Розглянемо роботу універсального функційного перетворювача, при здійсненні ним функційного перетворення для довільно вибраних функцій 4-значної логіки, на ряді прикладів. Приклад 1. Розглянемо реалізацію функції повторення: Υ = f(X) = . З початкового стану універсальний функційний перетворювач (УФП) переводиться у відповідний режим реалізації даної функції шляхом налагодження його через вхід 10 за рахунок подавання послідовності із 256 одиниць послідовного коду . При цьому, на виході 8.2 кільцевого лічильника 4 з'явиться сигнал логічної "1", який дозволяє роботу відповідного 1-го блоку 12.і (фіг.2). За наявності на вході 5 УФП нульового сигналу, на виходах 6.1 - 6.3 - АЦП 1 будуть (табл.1) присутніми сигнали , а на відповідних входах 6.1 - 6.3,18 просторового дешифратора 2 - . Тому на виходах 7.1 - 7.3 (табл.2) просторового дешифратора 2 будуть сигнали і на вихід 11 перетворювача надійде нулеве значення 4-значної функції повторення. Якщо ж на вхід 5 надійде значення "1" 4-значного сигналу, то на виходах 6.1 - 6.3 АЦП 1 будуть сигнали , а на входах 6.1 - 6.3, 18 - відповідно (табл.2). На виходи 7.1 - 7.3 просторового дешифратора 2 надійдуть сигнали . З появою на виході 7.1 логічної "1" включиться перший ключовий транзистор ЦАП 3 1 на вихід 11 УФП надійде одиничне значення 4-значної функції повторення (табл.3). При надходженні на вхід 5 УФП сигналу логічної "2" 4-значного коду, на виходах 6.1 - 6.3 АЦП 1 будуть присутні сигнали (табл.1), а на входах 6.1 - 6.3, 18 просторового дешифратора 2 - відповідно. Тому на виходи 7.1 - 7.3 дешифратора 2 надійдуть сигнали (табл.2). З появою на виході 7.2 логічної "1" включиться другий ключовий транзистор ЦАП 3 і на вихід 11 УФП надійде значення "2" 4-значної функції повторення (табл.3). Якщо тепер на вхід 5 надходить сигнал логічної "3" 4-значного коду, то на входах 6.1 -6.3, 18 дешифратора 2 будуть присутні сигнали (табл.2), а в результаті цього на виході 7.3 з'явиться одиничний керуючий сигнал у блоці 12, на виходах 7.1, 7.2 при цьому будуть нулеві сигнали (табл.3). У такому випадку на вихід 11 УФП надійде логічна "З" 4-значної функції повторення. Таким чином, якщо сигнали вхідної змінної X пробігають в часі всі значення із кЄ{0,1,2,3}, то УФП, при даній установці через вхід 10, буде реалізовувати функцію Υ повторення, значення якої повторяють вхідну послідовність в аналогічному порядку, пробігаючи значення Із Ек у наступній послідовності . Приклад 2. Розглянемо також особливості функціювання УФП у випадку реалізації функцій класу f(x) . При наявності нульового сигналу на вході 5 УФП, на виходах 6.1 - 6.3 АЦП 1 будуть (табл.1) присутні сигнали , на входах 6.1 - 6.3, 18 просторового дешифратора 2 - відповідно. Тому на виходах 7.1 7.3 (табл.2) просторового дешифратора 2 будуть сигнали І на вихід 11 УФП надійде нульове значення 4-значного коду. При надходженні на вхід 5 сигналу логічної "1", на виходи 6.1 - 6.3 АЦП 1 надійдуть сигнали . На виходах 16.J та 17.J відповідного блоку 12.1 дешифрації будуть сигнали Χ 1, Χ2 (фіг.3), які дешифратором 15.J, що реалізує в даному випадку функцію z(Χ1, Χ2) = Χ1 & Χ2, перетворюються в логічний "0", який надходить у подальшому на вхід логічного комутатора 14.1 чотириканальної групи та відключає блок 12.1 дешифрації через вхід 18.1. На входах 7.1 - 7.3 просторового дешифратора 2 будуть присутні сигнали , після чого на вихід 11 УФП надійде логічний "0" 4-значного коду. Якщо на вхід 5 УФП поданий сигнал логічної "2", на виходах 16.j та 17.j відповідного блоку 12.1 дешифрації (фіг.3) будуть використовуватись сигнали Χ 1, Χ2, які дешифратором 15.j перетворюються в логічний "0", що надходить на вхід логічного комутатора 14. I чотириканальної групи, забезпечуючи відключення блоку 12.і дешифрації через вхід 18.J. Таким чином, на виходах 7.1 - 7.3 (табл.2) просторового дешифратора 2 будуть сигнали і на вихід 11 УФП надійде необхідне для реалізації вибраної функції нульове значення 4-значної функції однієї змінної. Якщо на вхід 5 УФП поданий сигнал логічної "3", то одиничний керуючий сигнал появиться на виході 7.3. Сигнали на виходах 7.1 і 7.2 при цьому дорівнюють нулю. Оскільки вихід 7.3 просторового дешифратора 2 в даному випадку з'єднаний відповідним шинним з'єднувачем з першим входом 7.1 ЦАП 3, то на вихід 11 УФП надійде значення логічної "1" вибраної 4-значної функції (табл.2). В результаті пробігання вхідною змінною X значень із Ек Î {0,1,2,3} на виході 11 УФП отримуємо всі значення вибраної для реалізації 4-значної функції «3001 >. Якщо аналогічним чином здійснити перебір 4-х класів установок тригерів кільцевого лічильника 4 (фіг.1) та просторового дешифратора 2 (фіг.2), то можна переконатись, що УФП реалізує всю множину функцій однієї змінної 4-значної логіки, потужність якої kk = 4 4 - 256, при пробіганні вхідною змінною X значень із Ек Î {0,1,2,3}. Таким чином, запропонований універсальний функційний перетворювач забезпечує реалізацію 256 функцій 4-значної логіки, що в 90 раз підвищує число функцій перетворення у порівнянні з прототипом та дозволяє розширити область використання УФП в системах керування та сигналізації.