Глава 9. Регистры, распределители и коммутаторы

Эти функциональные узлы нашли широкое применение при построении систем телемеханики. Так, в подавляющем большинстве современных систем телемеханики используется временной принцип разделения сигналов (см. гл. 11), требующий применения распределителей. Коммутаторы широко используют в системах телеизмерения для поочередного подключения датчиков измеряемых величин к преобразователям.

§9.1. Основные понятия

Регистром называется устройство, предназначенное для приема, хранения и выдачи информации. Регистр состоит из ячеек, число которых равно числу разрядов кодов комбинации. Имеется несколько разновидностей регистров. Наибольшее применение в телемеханике получили регистры сдвига, или последовательные регистры, запись информации в которые производится только через первую ячейку, и регистры памяти, или параллельные регистры, запись в которые производится одновременно через все ячейки

Распределитель — устройство, имеющее ряд выходов и обеспечивающее поочередное возникновение импульсов (потенциалов) на этих выходах. Существуют самоходные распределители (выполненные, например, на многотактном мультивибраторе), у которых нет входа Однако в телемеханике применяют распределители, на вход которых подаются импульсы, обеспечивающие поочередное возникновение на выходах импульсов (потенциалов).

На рис. 9.1, а представлена структурная схема, общая как для регистра, так и для распределителя. Здесь Яч\—Яч„ — ячейки, или элементы, распределителя (регистра), в которых поочередно записывается поступающая на вход информация. Продвижение записанной информации из ячейки в ячейку осуществляется тактовыми импульсами с помощью цепей связи ЦС.

Принцип действия распределителя иллюстрируется рис 9 1,6. Распределитель распределяет поданпую на его вход последовательность импульсов по четырем цепям, хотя число цепей может быть любым. В каждой цепи образуется своя последовательность импульсов с частотой, в четыре раза меньшей частоты импульсов на входе. Распределение импульсов по цеиям происходит за время, равное циклу Т. Длительность цикла Т распре­ деляется на интервалы tj — Ц между цепями (Т = ti + 12 + 13 + t-ь причем, как правило, t\ = t2 = ts = U) и определяется частотой следования импульсов и числом цепей Т = nt, где п — число цепей, a t — время, отведенное для одной цепи.

В телемеханике распределители могут работать непрерывно в течение длительного времени, поэтому их называют непрерывно действующими. Это значит, что после распределения импульсов в течение 1-го цикла, по одному импульсу в каждую цепь, следует такое же распределение в течение 2-го цикла, затем 3-го и т. д. Характерной особенностью является распределение в данный момент времени лишь одного импульса. Это зна­

(обычно последней) ячейки, однако в других типах регистров она может сниматься с нескольких ячеек, например с выходов В\—В„ (рис. 9.1, а).

Распределители обычно являются циклическими, т. е. непрерывно действующими, устройствами, для чего последний элемент распределителя по цепи связи подготавливает первый. Однако имеются и разомкпутые распределители, поэтому в некоторых частных случаях грани между распределителями и регистрами стираются.

В зависимости от того, используются ли одна или две последовательности тактовых импульсов, сдвипутые по фазе, распределители и регистры подразделяют на однотактные (одноходовые) и двухтактные (двухходовые).

Если сигналы, снимаемые с распределителя, возникают лишь в моменты его переключения (рис. 9.1, б), то имеют дело с распределителем импульсов. Так переключаются магнитные распределители.

Импульсы большей длительности — от момента начала переключения одной ячейки до момента начала переключения следующей (пунктир во 2-м цикле на рис. 9.1, б) — обеспечиваются распределителями потенциалов, выполненными на триггерах.

Коммутатором называется устройство, предназначенное для выбора и подключения одного из многих входов (выходов) только к одному выходу (входу). Любой из ключей (рис. 9.1, е) может быть замкпут по команде со схемы управления, подсоединяя тем самым выбранную входную цепь к выходу схемы. Схемой управления может быть регистр, распределитель, дешифратор или иное устройство, поочередно выдающее сигналы для подключения входов, число которых не ограничено.

Обычно применяют коммутаторы с последовательным или поочередным опросом, т. е. после первого входа подключается второй, затем третий и т. д. Однако входы могут подключаться и не регулярно. В телемеханике коммутаторы используют для различных целей, в частности в многоканальных кодоимпульсных системах телеизмерений для поочередного подключения измеряемых величин к аналого-цифровому преобразователю.

§ 9.2. Регистры

Регистры сдвига

Регистр сдвига, или последовательный регистр,— регистр с последовательным приемом

ивыдачей информации. В простейшем случае в ячейку Яч\ (рис. 9.1, а) записывается единица, затем тактовыми импульсами она сдвигается в ячейки Яч2, Ячз и т. д. Это однонаправленный регистр. Если в регистре можно сдвигать единицу не только вправо, но

ивлево, нанример из ячейки Яч3 в ячейку Яч2то его называют реверсивным.

Вобщем случае в регистр можно занисывать не одпу единицу, а кодовую комбинацию. Если запись начинается с младшего разряда, то при первом тактовом импульсе этот разряд занишется в ячейку Яч\. От второго тактового импульса младший разряд комбинации сдвинется в ячейку Яч2 а в ячейку Яч\ запишется второй разряд и т. д. Выдача комбинации также будет происходить начиная с младшего разряда, записанного в ячейку Ячп,

Грея. В общем случае преобразование двоичного кода в код Грея можно выразить так: ЛГ= ЛД, Вг^Б£~+1гЖл.

Схема преобразователя кода Грея в двоичный код представлена на рис 10 4, б. Код Грея начиная со старшего разряда подается на счетный триггер; 1 переключает его, 0 — нет. Если после переключения триггера на его инверсном выходе возникнет единичный потенциал, то элемент И пронустит имнульс с генератора тактовых имнульсов ПИ и на его выходе снимется 1 двоичного кода. Если на выходе Q триггера имеется пулевой потенциал, то с элемента И снимется 0 двоичного кода.

На рисунке показано преобразование комбинации 10110 кода Грея.1 В исходном состоянии Q=l, a Q = 0. Единица старшего разряда кода Грея переключает триггер и на выходе Q возникает 1, которая снимается с выхода элемента И как единица старшего разряда двоичного кода. Нуль кода Грея не переключает триггера, и так как по-прежнему

Q = 1, то с выхода элемента И снимается вторая 1 двоичного кода. Следующая 1 кода Грея переключает триггер, Q = 0 и с элемента И снимается 0. При к2=\ кода Грея триггер вновь переключится, Q = 1 и второй разряд двоичного кода к2=1. Нуль младшего разряда кода Грея ничего не изменит, Q = 1 и с элемента И снимется 1.

Преобразование двоичного кода в итеративный код

Рассмотрим пример преобразования комбинации 1011. Эта комбинация записывается в регистр (триггеры Тб — Тд на рис. 10.5, а), аналогичный представленному на рис. 9.2, имнульсами с первых четырех ячеек распределителя. Рис. 10.5, б иллюстрирует эту запись.

Занись начинается с символа к4. Первый импульс с ячейки / распределителя, подаваемый на все входы С двухступенчатых триггеров, переключает триггер T6(Q6 = \). При С2=1, к3=0 переключаются как триггер Т6 (Q6=0), так и триггер Т7 (Q7=l), поскольку на оба входа триггеров поданы единицы. В момент окончания третьего синхронизирующего импульса, так как к2=\ вновь переключается триггер Ть и Q6=l. Вследствие того что на входе триггера 7> был нуль, он также переключается (Q7=0). Переключается и триггер 7& на входе которого была единица, поэтому на выходе Qs появится единица. При С*=\, £i=l триггер Тъ не переключается, так как он только что был переключен при той же комбинации входных символов. Триггер Tg переключается в нуль (Qs = О), поскольку на его входах были нуль (Q7=0) и единица (С4= 1), а на выходе триггера Тд возникает единица.

По способу образования итеративного кода преобразуемая комбинация делится пополам, и суммированием ее символов по горизонтальным и вертикальным рядам определяются контрольные символы m (табл. 10.4)

Таким образом, комбинация итеративного кода имеет вид

(1 0) и на элемент Их — сигналы с выходов триггеров Т6 У9 (I, 1). На эти же элементы подается выход с ячейки 10 распределителя Выход с элемента И5 поступает на вход С триггера У, с элемента И6 — триггера Т2 с элемента И7 — триггера У? и с элемента И::— триггера У#. Когда с ячейки 10 поступает импульс, с элементов И5, Ив и И- будут сняты пули, а с элемента Mg — единица, которая и переключит триггер У# из состояния 0 в состояние I.

Считывание исправленных символов двоичного кода происходит с выходов элементов И — И4 после подачи на них импульса с ячейки // распределителя. Установка триггеров в исходное состояние для приема новой комбинации из линии связи осуществляется импульсом с ячейки 12 распределителя. Цепи сброса триггеров на схеме не показаны.

Рассмотренный итеративный код не обнаруживает две ошибки, если искажения символов произошли в одном проверочном ряду, нанример исказились символы к и к2. или кз и к4 или к и кз, или kg и к4 (на выходах проверочных триггеров образуются нули). Если две ошибки произошли в символах к, расположенных в разных проверочных рядах, то на выходах проверочных триггеров может возникнуть несколько единиц, не соответствующих искажаемым символам Например, при искажении символов к2 к4 исправляться будут символы £\, к2 при искажении символов к , т2— символы к4 к3 и т2.

Искажение двух символов ш, расположенных в одном проверочном ряду, не дает исправления. Однако искажение двух символов в разных проверочных рядах может вызвать ложное исправление одного символа к Например, при искажении символов m , m3 исправляться будут символы kg, ms. И поскольку исправление символов m в рассмотренной схеме не предусмотрено, может возникпуть ложное исправление информационного символа. Частично этого можно избежать, добавив к четырем проверочным триггерам еще два для проверки символов m триггеры Т7 и У/о. Однако этот код рассчитан на обнаружение и исправление только одной ошибки.

Преобразование двоичного кода в код Хэмминга

Принцип построения кодирующего устройства не зависит от числа информационных разрядов передаваемого кода. Поэтому рассмотрим схему кодирующего устройства (рис. 10.7) для числа информационных символов к = 4, контрольных символов m = 3, т. е. п = 7, хотя она без принципиальных изменений может быть использована для кодирования любого числа к за счет увеличения числа элементов схемы. Триггеры Ti—Т4 выполняют роль ячеек памяти, триггеры Т2—У7 предназначены для определения состава контрольных символов; их три, так как число контрольных символов также равно трем для четырехразрядного кода. Кодирование начинается с преобразования последовательного, подлежащего передаче кода в параллельный На рисунке в качестве примера показана запись кодовой комбинации 1101 триггеров У — Т4 через элементы И —И4. Запись произ­ водится при подаче импульса с последней ячейки 9 распределителя на эти элементы, которые одновременно открываются, так как на них сразу

Кварцевый резонатор (рис. 10.25,а) в схеме фильтра эквивалентен последовательному контуру, шунтированному емкостью Со (рис. 10.25,6). Такой контур имеет значительно меньшие потери на рассеяние по сравнению с электрическими контурами. Добротность контуров с кварцевыми резонаторами достигает 500 000. Индуктивность L = 0,1 -ь 100 Гн, емкость колеблется от 0,01 пФ до нескольких десятков пикофарад. Сопротивлением R, равным сотням Ом, пренебрегают

Полоса пропускания полосового кварцевого фильтра лежит в пределах малых долей процента от резонансной частоты. Для ее сужения параллельно с резонаторами включают конденсаторы. Катушки индуктивности, включенные последовательно с резонаторами, расширяют полосу пропускания.

Контрольные вопросы

1.Образуйте из комбинации 11101 код с четным числом единиц, используя схему рис. 10.1.

2.Изложите принцип преобразования двоичного кода в двоично-десятичный.

3.Почему в схеме преобразователя рис. 10 3 младший разряд двоичного кода поступает непосредственно на выход?

4.Почему в схеме преобразователя рис. 10.4 старший разряд двоичного кода поступает непосредственно на выход?

5.Что общего в построении преобразователей в схемах рис. 10.3 и 10.4?

6.Образуйте по схеме рис. 10.5 итеративный код из комбинации двоичного кода 1010

ипроверьте полученный результат аналитически. Если считать, что при передаче ошибка произошла в младшем разряде, произведите ее исправление по схеме рис. 10.6.

7.Образуйте по схеме рис. 10.7 код Хэмминга из комбинации двоичного кода 1010 и проверьте полученный результат аналитически. Считая, что при передаче ошибка

произошла в младшем разряде, произведите ее исправление по схеме рис. 10.8.

8.Примените тот же пример для циклического кода с помощью рис. 10.9,в и 10.11.

9.Сравните комбинации 1110 и 1001 по схеме рис. 10.14.

10.Что такое частотный избиратель?

11.Какие частотные реле с последовательным резонансным контуром Вы знаете?

12.Как работают двухчастотные избиратели?

13.Чем отличаются фильтры типов к и т от обычного резонансного контура и друг от друга?

14.В чем смысл активного фильтра?

15.Как устроены избиратели, основанные на электромеханическом резонансе?

16.Каков принцип действия магнитострикционного избирателя?

17.Как устроен кварцевый резонатор?

18.Что такое добротность и каково ее значение для различных фильтров?