Многоканальное устройство для обработки информации датчиков с частотным выходом

Многоканальное устройство для обработки информации датчиков с частотным выходом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ДАТЧИКОВ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ,содержащее четыре регистра, блок управления, два коммутатора, три узла тарировки , арифметический блок индикации, блок постоянной памяти, регистр вывода и в каждом канале последовательно соединенные усилитель и триггер Имитта, счетчик, умножитель частоты, вход которого и счетный вход счетчика соединены с выходом триггера Шмитта, входы первого, второго и третьего усилителей соединены с первым информационным входом устройства, входы четвертого, пятого и шестого усилителей соединены с вторым информационным входом устройства , установочные входы каждого регистра и каждого счетчика соединены с выходом начальной установки блока управления, выход запуска и установочный выход которого соединены соответственно с входом запуска и установочньм входом каждого узла тарировки, тактирующие выходы блока управления подключены соответственно к разрешающим входам первого и второго коммутаторов и к синхронизирующим входам арифметического блока , регистра вывода и блока индикации , выход которого является выходом устройства, а информационный вход подключен к выходам разрядов регистра вывода, информационный вход которого соединен с.информационным выходом арифметического блока, информационньй вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый и второй входы блока управления соединены соответственно с выходом блока постоянной § памяти и управляющим входом тари-. ровки устройства, выходы первого, (Л второго и третьего умножителей частоты и выходы разрядов первого, второго и третьего счетчиков соединены соответственно с информационными входами первого коммутатора, выход которого подключен к информационному входу первого регистра, выходы первого, второго и третьего триггеров Шмитта соединены соответственно с первыми информационными входами первого, второго и третьего узлов тарировки, вторые информационные входы которых соединены соответственно с выходами четвертого, пятого и шестого триггеров Шмит.та, выходы разрядов первого, второго, третьего и четвёртого регистров и выходы первого, второго и третьего узлов тарировки соединены соответственно с информационными входами второго коммутатора, вход опорной частоты устройства подключен к синхронизируквдему входу каждого узла тарировки, выходы четвертого, пя

20 0

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU (11) ав 4 06 (21) 3770260/24-24 (22) 12.06.84 (46) 07.12.85. Бюл. № 45 (71) Смоленское специальное конструкторско-технологическое бюро систем программного управления (72) А.С. Карпицкий (53) 681 .325.22 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 553620, кл. G 06 F 15/20, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1013964, кл. С 06 F 15/20, 1981. (54)(57) 1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ДАТЧИКОВ С ЧАСТОТНЫМ ИЫХОДОМ,содержащее четыре регистра, блок управления, два коммутатора, три узла тарировки, арифметический блок индикации, блок постоянной памяти, регистр вывода и в каждом канале последовательно соединенные усилитель и триггер Шмитта, счетчик, умножитель частоты, вход которого и счетный вход счетчика соединены с выходом триггера Шмитта, входы первого, второго и третьего усилителей соединены с первым информационным входом устройства, входы четвертого, пятого и шестого усилителей соединены с вторым информационным входом устройства, установочные входы каждого регистра и каждого счетчика соединены с выходом начальной установки блока управления, выход запуска и установочный выход которого соединены соответственно с входом запуска и установочным входом каждого узла

Ф тарировки, тактирующие выходы блока управления подключены соответственно к разрешающим входам первого и второго коммутаторов и к синхронизирующим входам арифметического блока, регистра вывода и блока индикации, выход которого является выходом устройства, а информационный . вход подключен к выходам разрядов регистра вывода, информационный вход которого соединен с.информационным выходом арифметического блока, информационный вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый и второй входы блока управления соединены соответственно с выходом блока постоянной памяти и управляющим входом тари-. ровки устройства, выходы первого, второго и третьего умножителей частоты и выходы разрядов первого, второго и третьего счетчиков соединены соответственно с информационными входами первого коммутатора, выход которого подключен к информационному входу первого регистра, выходы первого, второго и третьего триггеров Шмитта соединены соответственно с первыми информационными входами первого, второго и третьего узлов тарировки, вторые информационные входы которых соединены соответственно с выходами четвертого, пятого и шестого триггеров Шмитта, выходы разрядов первого, второго, третьего и четвертого регистров и выходы первого, второго и третьего узлов тарировки соединены соответственно с информационными входами второго коммутатора, вход опорной частоты устройства подключен к синхронизирующему входу каждого узла тарировки, выходы четвертого, пя1 ого и шестого умножителей частоты соединены соответственно с первыми информационными входами второго, третьего и четвертого регистров, вторые информационные входы которых соединены соответственно с выходами разрядов четвертого, пятого и шестого счетчиков, причем каждый узел

1 тарировки содержит первый триггер, первый элемент И, суммирующий счетчик и регистр, выходы разрядов которого являются выходами узла тарировки, первый и второй информационные входы первого вычислителя частот являются соответственно первым и вторым информационными входами узла тарировки, тактовый вход первого вычитателя частот и первый вход первого элемента И соединены с синхронизирующим входом узла тарировки, вход запуска которого соединен с единичным входом первого триггера, а установочный вход подключен к входу установки нулевого состояния суммирующего счетчика и к входу разрешения записи регистра, выход первого элемента И соединен со счетным входом суммирующего счетчика, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в каждый узел тарировки введены второй и третий триггеры, реверсивный счетчик, дешифратор, второй элемент И, элемент НЕ и второй вычитатель частот, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными выходами первого вычитателя частот, тактовые входы второго вычитателя частот и второго триггера соединены с синхронизирующим входом узла тарировки, первый информационный выход второго вычитателя частот соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика и с тактовым входом

196892 третьего триггера, второй информационный выход подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, информационный вход третьего триггера соединен с единичным выходом первого триггера, выход третьего регистра подключен к установочным входам второго триггера и реверсивного счетчика, знаковый и информационный выходы которого соединены соответственно с входами дешифратора, выход которого соединен с входом элемента НЕ-и с информационным входом второго триггера, выход которого соединен с первым выходом второго элемента И и с вторым входом первого элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ, а выход подключен к нулевому входу первого триггера.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит группу элементов И, группу элементов ИЛИ, регистр, узел запуска, дешифратор и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первым входам элементов И группы, к тактовым входам регистра и узла запуска, разрешающий вход которого соединен с выходом дешифратора, вход которого является вторым входом блока, выход узла запуска является запускающим выходом блока, йнформационный вход регистра соединен с первьж входом блока, выходы разрядов регистра являются синхронизирующими выходами блока, вторые входы элементов И группы соединены с первым входом блока, выходы элементов И группы соединены соответственно с входами элементов ИЛИ группы,.выходы которых являются. соответственно установочным выходом и выходами начальной установки блока.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки информации, получаемой от датчиков с частотным выходом.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства1 на фиг.2то же, блока управления; на фиг.З—

1196892 то же, узла тарировки; на фиг.4— то же, первого вычитателя частот; на фиг.5 — то же, второго вычитателя

-частот; на фиг.6 — то же, арифметического блока; на фиг.7 — временные диаграммы работы устройства, на фиг. 8 — временные диаграммы работы узла запуска.

Устройство содержит информационные входы 1 и 2, усилители 3, триггеры 4 Шмитта, умножители 5 частоты, коммутатор 6, узлы 7 тарировки, счетчики 8,. регистры 9, арифметический блок 10, регистр 11 вывода, блок 12 индикации, блок 13 управления, блок 14 постоянной памяти, коммутатор 15, вход 16 опорной частоты, управляющий вход 17, генератор 18 тактовых импульсов, дешифратор 19, узел 20 запуска, распределитель 21 импульсов, группу 22 элементов И, группу 23 элементов ИЛИ регистр 24, вычитатель 25 частот, триггер 26, суммирующий счетчик 27, вычитатель 28 частот, триггер 29, регистр 30, триггер 31, реверсивный счетчик 32, дешифратор 33, элементы И 34 и 35, элемент НЕ 36, триггеры 37-40, элементы И 41 и 42, элементы НЕ 43 и 44, триггер 45, элементы И 46 и 47, элементы HF. 48 и

49, триггер 50, элементы И 51 и 52, узел 53 управления, исполнительный узел 54, программируемую логическую матрицу 55, регистр 56 операций, коммутатор 57, узел 58 памяти, коммутатор 59, регистр 60, коммутаторы 61 и 62 операндов, коммутатор

63, регистр 64, узел 65 выполнения операций, коммутатор 66 данных.

На фиг. 7 и 8 обозначены: типичная зависимость 67 изменения мгновенного значения начальной разности частот по времени при наличии помех, импульсная последовательность д 1 68 на первом выходе первого вычитателя, импульсная последовательность 5 69 на втором выходе первого вычитателя 25; импульсная последовательность д " 70 на первом выходе второго вычитателя, импульсная последовательность и 1 7 1 на втором выходе второго вычитателя, сигнал 72 на выходе дешифратора 19, сигнал 73-на выходе генератора 18 тактовых импульсов и сигнал 74 на выходе узла 20.

Устройство работает следующим образом.

Информационные сигналы с выходов трех дифференциальных пар датчиков (с первого датчика каждой пары сигнал поступает на соответствующую шину входа 1, с второго датчикл — на соответствующую шину входа 2) или с трех пар датчикисточник опорного сигнала обрабатываются параллельно в трех идентич10 ных каналах, каждый из которых содержит две функциональные цепочки элементов. В первой функциональной цепочке канала производится обработка сигнала, поступившего на вход 1 устройства, во второй функциональной цепочке обработка сигнала, поступившего на вход 2 устройства (входные шины при этом имеют одинаковые индексы). В арифметическом блоке 10 обработка сигналов каждой пары датчиков происходит последовательно во времени согласно задающей программе.

N. =К(., () где Й;.м — выходной код при j --ом опросе данного канала; — частота следования им11 пульсов на входе умножителя 5 частоты, — цикл внутреннего опроса.

Одновременно во второй регистр 9

15 заносится код в соответствии с выражением

М;2„= К 12; ; (2) Один из трех каналов параллельной обработки работает следующим образом. На входы 1 и 2 поступают информационные сигналы с частотами и f . При прохождении входных

11 2 сигналов через усилители 3 и триггеры 4 Шмитта формируются последовательности прямоугольных импульсов с частотами следования f1„ и поступающие затем на входы умножителей 5, счетные входы счетчиков 8, 35 информационные входы узла 7 тарировки. Умножители 5 частоты при этом осуществляют умножение частоты следования импульсов в К раз. При опросе данного канала выходы умно40 жителя 5 частоты и счетчика 8 через коммутатор 6 подключаются к информационному входу регистра 9, что обеспечивает занесение в регистр 9 параллельного двоичного кода в соот45 ветствии с выражением

1196892 1; (с) изм о л1; (<) 10 изм

15, оо(20

Так как ср иэпп (e) 35

Далее коммутатор 15 поочередно подключает первый и второй регистры

9 к входу арифметического блока 10, в котором происходит обработка результатов опросов по внутреннему циклу устройства, при этом вычисляется код в соответствии с выражением р р

Еи,=Хр„,-г„)и,. м о

Результат м. хранится во

j=o внутренней памяти арифметического блока 10. При таком структурном построении можно получить многоразрядное число при использовании малозарядных счетчиков 8, что существенно снижает требование к быстродействию счетчиков. о

Способ измерения начальной разности частот, используемый в устройстве, основан на следующих математических выкладках. Среднее значение начальной разности частот, если зависимость Зf = дf (<) представляет собой непрерывную функцию, в общем виде может быть определено из выражения иэм

Л„=,,$ (t) gt, изм о — мгновенное значение начальной разности частот, если df (4) о — время, в течение которого мгновенное значение начальной разности д fо (1) = 0 (внутРи интервала виэм ); — мгновенное значение начальной разности частот, если bf (t ) = 0> — время, в течение которого мгновенное значение Ь((<)(0 (внутри интервала изм ) t

" мгновенное значение начальной разности частот, если л f (t)(o, Ф„„ д1, (t)=О,то Л 3,о (t).dt: = O о

Переходя к средним значениям частот, выражение (5) можно преобразовать следующим образом:

25 где 2 — среднее значение часcp+ о тоты k>(<) за вре1 иэм+ i 4р l — абсолютная величина среднего значения частоты за время где

Выражение (4) может быть преобразовано следующим образом: в иэм в иэм

,р = f Ä (t) at+

Иэм о о рифм . (tidtj> о (о) где иом,5Я (4)— изм среднее значение начальной разности частот за время измерения; мгновенное значение начальной разности частот; время измерения. — время, в течение которого мгновенное значение дf (Ф))О (внутри интервала 1 „ м ) 1

На основании зависимости (6) может быть построено устройство измерения начальной разности частоты

40 со следующим алгоритмом работы.

Формируется измерительный временный интервал длительностью виэм, причем Формирование измерительного интервала начинается по концу нулео

45 вого периода частоты hkcp+, а заканчивается по концу (n+)- ãî периода частоты ь 4 cp y .

В течение времени 1 „при помощи эталонной импульсной последовательности частотой „измеряются следующие величины:

Й иэм —. число периодов частоты ор за время 1 иэ >

N+ — число периодов частоты эа время изм)

М вЂ” число периодов частоты за время 1 и м

7 1 и — число периодов частоты д1 за время 6 едует отметить, что временные рвалы <> эм+ ивмются непрерывными, а состоят из временных интервалов+и и 1

Иэм l+ ИЬм j .чередующихся между собой, а также ,с частотными временными интервалами . Устройство, работающее по .И ЗМ1 алгоритму в соответствии с выражением (6), является достаточно сложным. Это объясняется тем, что в течение всего временного измерительного интервала следует параллельно формировать специальным образом четыре импульсные последовательности и подсчитывать число импульсов в каждой из них. Кроме этого, процесс вычисления дf с при ис пользованин выражения (6) является достаточно длительным.

Все величины, входящие в зависимость (6), можно выразить через измеренные величины

ИЗМ иэм g >

on

К

= — )

l4 М+

on и+ дагер+ вд

ЬГ1

N» иЗм0п Р- N

Подставив величины иэ выражений (7) в выражение (6), можно получить следующую зависимость: — 8 I, Р Мчим

Зависимость еще больше упростится, если обозначить n=n -n т.е.

196892 8 ных последовательностей с частотами следования д +,.дГ и f „, Величины г и f« известны заранее, поэтому вычисление значения S f4 ср

5 сВО ится лишь к ОднОй Операции де пения. Физический смысл величины и заключается в том, что она численно равна числу периодов частоты д(ср, укладывающихся в изме10 рительный временной интервал. Формирование измерительного временного интервала начинается по окончании нулевого периода частоты дф +и о заканчивается по окончании (а+и ) -го

15 периода частоты Ис, т.е. тогда, когда число п периодов частоты д1с превысйт число периодов о частоты Ьс р на величину п, если подсчет периодов ведется от на 0 чала измерительного временного интервала. Величина выбирается исходя из требуемой точности определения значения д2 р..

Измерение начальной разности

g5 частоты в предлагаемом устройстве производится следумцим образом.

При подаче на вход 17 кода команды "Тарировка" на выходе блока !

3 управления вырабатывается импульс, который, поступая на входы запуска узлов 7 тарировки, приводит их в исходное состояние и дает команду, по которой начинается измерение начальной разности частот.

Одновременно на вход 16 поступает

35 импульсная последовательность опор" ной частоты 8 „, которая проходит на входы синхронизации узлов 7 тарировки. При опросе данного ка40 нала вслед за счетчиками 8 и умножителями 5 частоты опрашивается узел 7 тарировки, при этом на его выходе вырабатывается двойной код в соответствии с выражением.

1р„

Н. = " . (1oi

)1 ye o

1 21 где

Ифм о. в

55

На основании зависимости (9) может быть построено устройство измерения начальной разности частот сравнительно простое по евоей -структуре. Формируется измерительный временный интервал и в течение этого интервала производится подсчет числа импульсов трех импульсвыходной код узла 7 тарировки при 1 -ом опросе; цикл внутреннего опроса; входные частоты по данному каналу в начальных условиях, когда производится .тарировка.

9 .

Нетрудно заметить, что, 1196892 10

Каждый из узлов 7 тарировки ра40

h OII

iMSI„Llf. ° где df ° — среднее значение иа«

j1ср чальной разности час- . тот при ) -ом опросе. у — °

Далее этот код через коммутатор

15 поступает на вход арифметического блока 10, где происходит обаботка результатов опросов по нутреннему циклу устройства в сответствии с выражением

Р P > ч. =,0 — ", In> рО 1ср

Результат - М „ хранится во

3=0 )1 внутренней памяти арифметического блока 10.

Другие два канала,с входными частотами 1 и f,f è F2> работают аналогично.

Следует отметить, что для получения высокой точности при ограниченном времени измерения необходимо, чтобы среднее значение начальной разности частот в каждом,из каналов отличалось от нуля. В предлагаемом устройстве к датчикам предъявляется требование:

11 ср 21 ср

fo Ко

12сР 22ср в о

Йср 23 ср причем диапазон средних значений начальной разности частот и число п, определяющее длительность временного интервала, выбирается исходя из требуемой точности и допустимого времени измерения, т.е. узлы 7 тарировки могут обеспечить высокую точность только в весьма ограниченной части всего диапазона входных частот. По окончании измерения во внутренней памяти арифметического блока хранится число

Из выражения. (13) легко вычислить значение Ь|„

30 ботает следующим .образом.

На информационные входы вычитателя 25 частот поступают импульсные последовательности с частотами „ и f, а в условиях тарировки, и 1 .,Если среднее значение f f2ср To Hcl ОДНОМ выхоДе вычитателя 25 частот вырабатывается импульсная последовательность д2,, а на первом выходе импульс 1 ная последовательность отсутствует, причем выходные импульсы последовательности формируются из входных следующим образом.

Если после прихода импульса частоты Е на вход вычитателя 25 частот на первый его вход пришел один импульс частоты „, то он не проходит на выход вычитателя 25 частот, если же он проходит не один, а два импульса частоты при отсутствии импульсов частоты то второй импульс частоты f, проходит на первый выход вычитателя 25 частот, формируя последовательность частотой bf+. Последовательность частотой bf формируется аналогичным образом при наличии двух идущих подряд импульсов частот

При чередовании во времени импульсов последовательностей с частотами., и (случай равных частот) импульсные последовательности Ла+ и не вырабатываются.

Вычитатель 28 частот работает аналогичным образом.

Иэ временных диаграмм (фиг.7) видно, что первые импульсы послеI I довательностей bk + и bf, вырабатываемые после каждого изменения знака мгновенного значения частоты д f (+)I характеризуют изменение знака разностей частоты. Количество же последующих импульсов (кроме первых) последовательностей Ье и характеризует число периодов о частоты Ь| cp или Ь а ср от однои смены знака до другой. Импульсная

Il последовательность bf формируется из последовательности ЬЯ исключением из нее первых импульсов после каждого перехода значений ф из области отрицательных значений в область положительных значений.

Так каю число импульсов импульсн ной последовательности bf q числен1196892 12

1

11 но равно числу периодов частоты рО Ecch а число импульсов импульсной последовательности и — — числу периодов частоты й1 о,то последоИ П вательности ЛГ, 6 1 используются для формирования измерительного временного интервала.

В исходном состоянии суммирующий счетчик 27 и регистр 30 обнулень на выходах триггеров 26 и 29— сигнал логического нуля. Выходной сигнал триггера 29 поддерживает триггер 31 и счетчик 32 в обнулен-. ном состоянии. Выходным сигналом триггера 31 закрыты элементы И 34 и 35. Выходным кодом реверсивного счетчика 32 на выходе дешифратора

33 установлен сигнал логической единицы. Сигнал логического нуля на выходе дешифратора 33 устанавлиФ вается только в том случае, если на выходе знакового разряда реверсивного счетчика 32 установлен нулевой сигнал (число положительно), а на информационном выходе реверсивного счетчика 32 — двоичный код числа и.

Процесс измерения начальной разности частот узлом 7 тарировки начинается с установки в единицу триггера 26 .положительным импульсом с блока 13 управления. Первым же с этого момента импульсом последовательности .d(+ (нулевым импульсом измерительного временного интервала) на выход триггера 29 переписывается сигнал логической единицы, разрешающий работу реверсивного счетчика 32 и триггера 31 После этого первым же импульсом частоты с момента начала работы триггера 31 на его выход с выхода дешифратора 33 переписывается сигнал логической единицы. Таким образом на выходе триггера 31 формируется начало измерительного временного интервала.

Необходимая длительность измерительного временного интервала задается реверсивным счетчиком 32 и дешифратором 33. В течение всего измерительного временного интервала реверсивный счетчик 32 увеличивает свои показания на единицу счета каждым импульсом последовательности.

Г 11

df+ и уменьшает свои показания на единицу счета каждым импульсом последовательности dE" Как только наступит момент, когда на вход вычитания реверсивного счетчика

32 поступит и,. а на вход сложения n+=n+< импульсов, то на информационном выходе реверсивного счетчика 32 установится код числа.

1, а на знаковом выходе — сигнал логического нуля. С этого момента начинает формироваться конец измерительного временного интервала.

На выходе дешифратора 33 устанавливается сигнал логического нуля, а на выходе элемента НЕ 36 — сигнал логической единицы, которьи через элемент И 35 перебрасывается триггер 26. Первым же импульсом частоты Гоп после срабатывания дешифратора ЗЗ на выход триггера

31 переписывается сигнал логичесZ0 кого нуля. На этом заканчивается формирование измерительного временного интервала на выходе триггера

31. В свою очередь первым же импульсом последовательности ЬФ

25 с момента срабатывания дешифратора 33 на выход триггера 29 переписывается сигнал логического нуля, которым запрещается работа триггера 31 и реверсивного счетчика 32, т.е. узел 7 тарировки возвращается в исходное состояние. В течение всего измерительного временного интервала импульсы эталонной частоты акоп через элемент И 34 постулают на вход суммирующего счетчика

27. В соответствии с внутренним циклом работы устройства импульсами с выхода блока 13 управления показания суммирующего счетчика 27 периодически переписываются. в регистр 30 и поступают на выход узла 7 тарировки. При каждом опросе суммирующий счетчик 27 обнуляется.

Вычитатель 25 частот работает

4 следующим обРазом.

Триггерами 37 и 39 и элементом И 41 осуществляется привязка импульсов частоты 1„ к импульсам частоты о„. На каждый входной импульс на выходе элемента И 41 также вырабатывается один импульс, но длительностью Т = .Передний

on и задний фронты этого импульса совнадают с одноименными фронтами соседних импульсов частоты следования Ео . Триггеры 38 и 40 и элемент И 42 осуществляют аналогичную

13 1 йривязку импульсов частоты f Триг: гером 45, элементами 43 и 44 и элементами И 46 и 47 осуществляется непосредственное вычитание частот. При помощи встроенной логики на информамационных входах триггера 45 и элементов HK 43 и 44 осуществляется исключение импульcos совпадающих между собой по

19б892 14 времени, из импульсных последова-. тельностей g и привязанных к . частоте

Вычитатель 28 частот содержит лишь элементы, необходимые для непосредственного вычитания частот, так как привязка и исключение совпадающих импульсов уже осуществлена вычитателем 25 частот.

1196892

1196892. 1196892

Фиаб

1196892

72

Составитель А. Жеренов

Редактор А. Шандор Техред Л.Мюртяшова Корректор Л. Пилипенко

Заказ 7566/49 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4