Преобразователь частоты следования импульсов в постоянный ток или напряжение

Преобразователь частоты следования импульсов в постоянный ток или напряжение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике. Цель изобретения - повьппение и расширение диапазона преобразований.I Преобразователь содержит входной формирователь 1, счетчики 3 и 7, блоки 10 и 11 памяти, блок 5 управления и опорный генератор 9. Введение счетчиков 14 и 15, блока 2 синхронизации, формирователя 17 сигнала установки, триггера 18, блока 19 стабилизации амплитуды импульсов и фильтра 20 нижних частот исключает необходи- / мость в использовании двух цифроаналоговых преобразователей, что увеличивает точность преобразования. За счет того, что цикл преобразования составляет один период входной частоты вместо двух, повышается быстродействие устройства. В описа нии приведен пример выполнения блока 5 управления. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 Н 03 M 1/501 С 01 R 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /3, К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4123397/24-21 (22) 22.09.86 (46) 30.06.88. Бюл. & 24 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) В.И.Дмитриев и З.Л.Подольский (53) 621.317 (088.8) (56) Новицкий П.В. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л.:

Энергия, 1970, с. 281.

Авторское свидетельство СССР

Ф 690404, кл. G 01 R 23/02, 1978. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ В ПОСТОЯННЫЙ ТОК ИЛИ

НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике. Цель изобретения — повышение и расширение диапазона преобразований.I Преобра зователь содержит входной формирователь 1, счетчики 3 и 7, блоки 10 и

11 памяти, блок 5 управления и опорный генератор 9. Введение счетчиков

14 и 15, блока 2 синхронизации, формирователя 17 сигнала установки, триггера 18, блока 19 стабилизации амплитуды импульсов и фильтра 20 нижних частот исключает необходимость в использовании двух цифроаналоговьгх преобразователей, что увеличивает точность преобразования. За счет того, что цикл преобразования составляет один период входной частоты вместо двух, повышается быстродей- Е ствие устройства. В описании приведен пример выполнения блока 5 управления.

1 з.п.ф-лы, 2 ил. С:!

406794!!зобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для преобразования частоты следования импульсов в постоянный ток.

Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расширение диапазон» преобразования.

На фпг. изображена функциональная схема преобразователя частоты следования импульсов в постоянный ток или напряжение; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь (фиг.1) содержит

15 входной формирователь 1, блок 2 синхронизации, вход которого соединен с выходом формирователя 1, а выход со счетным суммирующим в::одом счетчика 3 и с первым входом 4 блока 5 управления. Второй вход 6 блока 5 подключен к выходу старшего разряда счетчика 7. К счетному суммирующему входу счетчика 7 и входу синхронизадии блока 2 подключен первый выход

25

8 опорного генератора 9. Выходы счетВыход блока 19 подключен к входу филь. тра 20 нижних частот, с выхода которого снимается выходной сигнал. Блок

5 содержит элемент И 21, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым 4 и вторым 6 входами блока 5, элемент 22 задержки, 50 формирователь 23 сигнала записи и формирователь 24 сигнала сброса. Вход элемента 22 подключен к выходу элемента И 21, а выход — к входу формирователя 23, выход которого соединен с первым выходом Е2 блока 5 и с

35 чиков 3 и 7 подключены соответственно к кодовым входам блоков 10 и 11 памяти. Входы записи блоков 10 и 11 подключены к первому выходу 12 блока

5, второй выход 13 которого соединен с входами установки в "0" счетчиков

3 и 7. Выходы блоков 10 и 11 подключены соответственно к кодовым входам третьего 14 и четвертого 15 счетчи

35 ков, счетные вычитающие входы которых подключены к второму выходу 16 опорного генератора 9 ° Выход переноса счетчика 15 подключен к входу формирователя 17 сигнала установки, вы- 40 ход которого соединен с входами установки счетчиков 14 и 15 и первым входом триггера 18, второй вход которого подключен к выходу переноса счетчика 14, а выход — к входу блока 45

19 стабилизации амплитуды импульсов. входом формирователя 24 выход кото13 блока 5. Блок 19 может содержать, например, источник стабилизированного напряжения и переключатель, управляемый входным сигналом блока 19 и поочередно подключающий его выход к общей шине и к источнику стабилизированного напряжения. Каждый из блоков 17, 22, 23 и 24 может быть выполнен, например, íà D — триггере.

На фиг. 2 временные диаграммы обозначены следующими позициями: 25— сигнал на выходе 8 генератора 9;

26 — сигнал на выходе формирователя

1; 27 — сигнал на выходе блока 2;

28 — сигнал на входе 6 блока 5; 29— сигнал на выходе элемента 21; 30— сигнал на выходе элемента 22; 31 сигнал на выходе 12 блока 5; 32 сигнал на выходе 13 блока 5.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал произвольной формы преобразуемой частоты F» с помощью формирователя 1 преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов с крутым фронтом. Блок 2 осуществляет синхронизацию входного сигнала по переднему фронту одного ,из импульсов на выходе 8 опорного генератора 9. Работа устройства происходит циклически, причем в начале каждого цикла счетчики 3 и 7 установл ны в "0" сигналом на выходе 13 блока 5 в конце предыдущего цикла.

В течение цикла счетчик 3 считает импульсы входной частоты Fx,а счетчик 7 — импульсы частоты F с выхода

8 опорного генератора 9. Когда импульсы частоты F заполнят половину емкости счетчика 7, его старший разряд принимает состояние "1" и на входе Ь блока 5 появляется единичный потенциал. Далее очередной импульс на выходе блока 2, поступая на вход

4 блока 5, вызывает появление импульса на выходе элемента И 21, который, пройдя через элемент 22 задержки, запускает формирователь 23, импульс, на выходе которого поступает на входы записи блоков 10 и 11, вследствие чего выходные коды счетчиков 3 и 7 записываются соответственно в блоки

10 и 11. Время задержки элемента 22 выбирается таким, чтобы состояние всех разрядов счетчика 3 успело установиться. При этом в блоке 10 будет

1 4г1r)7 94 эапц "оно чис.1с> Г1, ра дов BÊÎjIIlo1 о с111 наля

Т от момента начача та записи, и в блок равное ч11слу Ilpp«oslo это же время, причем периода Т,:

T MT„ = NT

1 где Т к х гзнос чис пу пери1—

1а время никла

11икла дгi момен

11 — число N, н частоты 1, эа с точностью до где Т, = 1/F ; Т = 1/F — соответственно периоды следования входных импульсов и импульсов опорного генератора 9 на его выходе

8.

Для обеспечения малой погрешности дискретности Т1, должно быть выбрано много больше Т,, а емкость счетчика

7 больше, чем величина F, Т, „,„,, где Тч „„к, — максимальное время цикла.

Далее задним фронтом импульса записи запускается формирователь 24 и импульс на его выходе устанавливает счетчики 3 и 7 в 0 . Длительность импульсов формирователей 23 и

24 выбирается так, чтобы установка

"0 закончилась до начала очередного импульса с выхода 8 опорного генератора 9. Затем весь цикл повторяется. На счетные вычитающие входы счетчиков 14 и 15 подаются импульсы частотой F с выхода 16 опорного генератора 9, причем F à Fl. В момент прохождения счетчика 15 через нулевое состояние на его выходе переноса появляется сигнал, запускающий формиро,ватель 17, на выходе которого появляется короткий импульс, поступающий на входы установки счетчиков 14 и 15 и на первый вход триггера 18 ° Последний при этом устанавливается в единичное состояние. Одновременно происходит передача кодов, хранящихся в памяти блоков 10 и 11, в разряды счетчиков 14 и 15. Далее в процессе счета импульсов частоты F происходит уменьшение кодов, записанных в счетчиках 14 и 15, до нуля. Ввиду того, что M (N, счетчик 14 достигает нелевого состояния раньше, чем счетчик 15. При этом сигнал на его выходе переноса перебрасывает триггер 1 8 в нулевое состояние. Далее достигает нулевого состояния счетчик 15, сигнал перенося с его выхода производит установку в счетчики кодов M u N u весь процесс повторяется периодичесгде F. — амплитуда импульса.

1В Подставив в (2) выражение (1), полччим

Fê

F (3) 2г1 Для получения нужной скважности импульса (с тем, чтобы в верхней точке диапазона она была близка к еди— нице) подключение счетчика 14 к блоку 10 может быть выполнено со

25 сдвигом на К разрядов вправо. При этом

Г1 К вЂ” — 2 и Fz

2 F„„V

1„1

30 ср

Б случае уменьшения входной частоти до нуля исчезает импульс записи, что может привести к искажению выходной информации. Чтобы этого не произошло, можно от заднего фронта импульса выхода старшего разряда счетчика 7 включить формирователь и с его выхода подать сигнал на вход

4О установки 0 блока 10 памяти.

Время задержки элемента 22 выбирается таким, чтобы состояние всех разрядов счетчика 3 успело установиться. Формирователь 23 необходим

45 для формирования импульса записи на блоки 10 и 11 (диаграмма 31), причем ,длительность импульса должна быть достаточна для записи. Импульс сброса (диаграмма 32) на счетчики 3 и 7 должен поступить после окончания импульса записи, поэтому необходим формирователь 24, запускаемый от заднего фронта формирователя 23. В момент прохождения счетчика 15 через нулевое состояние на его выходе пе реноса появляется сигнал, запускающий формирователь 17, на вьгходе которого появляется короткий импульс, поступающий на входы установки счетк11. На гиходе тр1п г ера Я флг1ь111ру. гся широтно-импульсный сигllа. l длитсл»11ость 11мпульса которого г„ опрелеляетсл числом И: t = Г1/F ; ллительь ность периода Т вЂ” числом N: Т

N/Г

Пмпульсы с выхода триггера 18 стабилизируются по амплитуде с помощью блока 19, и их среднее значение равно: t

И к|

V = F --- = Е (2)

Р Т N

50

5 14067 (((кон 14 и 15. В зт(т момент и «р(и(.— ходит за«ись кода с блоков 10 и 1! на счетчики 14 и 15. (lp((прохождении( счетчика 15 (ерез нулевое состояние

5 происходит запуск бл(ка 17, и с выхода блока 17 происходит установка соответствующего кода в счетчик 15.

Этот импульс установки приходит раньше, чем поступит следующий импульс счета с частотой F, так как, например, время задержки в блоке !7 не более 50 нс, а Е = 1000 кГц.

Блок 2 осуществляет синхронизацию входного сигнала по переднему фронту одного из импульсов на выходе 8 опорного генератора 9 (диаграмма 25), т.е. на выходе синхронизатора имеют— ся импульсы частотой F (диаграмма

27), совпадающие по переднему фронту 20 импульсов с импульсами на выходе 8 опорного генератора 9. Блок 19 может содержать, например, источник стабилизированного напряжения и переключатель, управляемый входным сигналом 25 блока 19 и поочередно включающий его выход к общей шине и к источнику стабилизированного напряжения. Частота опроса счетчиков 15 и 14 равна

F =- Г /N » F„. Коды на выходах блоков 3р

10 и 11 VCTBHBBJIHBB(OTCR с частотой

F = 1/Тц. В течение времени Тц коды на вь(ходах блоков 10 и 11 не изменяются. Этим коды и спись(ваются с частотой Г /N на блоки 14 и 15 соответственно, причем F /N > 1/Т>, напримеру Тц = 0,5 (; F = 1000 КГц

N -=-3000,,тогда Р /N = 330 Гц» 2Гц.

Погрешность дискретности предлагаемого устройства определяется 40 числом импульсов N заполняющих интервал в M периодов входного сигнала ° В случае уменьшения значений входной частоты во всем диапазоне входных частот уменьшается число М до единицы, но число N не может быть меньше половины емкости счетчика 7, т.е. P/2 + N Р, где P — емкость счетчика 7, поэтому точность не снижается при снижении входной частоты, и погрешность дискретности может быть получена достаточно малой во всем диапазоне преобразования за счет выбора емкости счетчика. ,Учитывая, что минимальной входной частоте соответствует И = 1, а максимальной — полное заполнение счетчика 3, за счет выбора емкости последнего может быть получено существенное

q 1 6

p;l(ши(((«((1(7(((апазо((а преобра. (((ателя бс -(у(н (лен «я погреши ости.

Таким образом, постигается расшир(««(e диапазона преобразования и повью(еHHp. точности. Повышение точности достигается также за счет исключения погрешности двух цифроаналоговых преобразователей. Повь(шение быстродействия при минимальной входной частоте достигается тем, что цикл преобразования составляет один период входной частоты вместо двух.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Преобразователь частоты следования импульсов в постоянный ток или напряжение, сопержащий входной формирователь, первый счетчик, выход кото рого подключен к входу первого блока памяти, второй счетчик, выход которого подключен к входу второго блока памяти, блок управления, первый выход которого подключен к входам записи первого и второго блоков памяти, а второй выход — к входам установки в "0" первого и второго счетчиков, и опорный генератор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности, быстродействия и расширения диапазона преобразования, в него введены третий и четвертый счетчики, блок синхронизации, формирователь сигнала установки, триггер, блок стабилизации амплитуды импульсов и фильтр нижних частот, причем вход блока синхронизации подключен к выходу входного формирователя, а выход — к счетному суммирующему входу первого счетчика и первому входу блока управления, выход старшего разряда второго счетчика подключен к второму входу блока управления, выходы первого и второго блоков па" мяти подключены соответственно к кодовым входам третьего и четвертого счетчиков, первый выход опорного генератора соединен с входом синхронизации блока синхронизации и счетным суммирующим входом второго счетчика, а второй выход — со счетными вычитающими входами третьего и четвертого счетчиков, выход переноса четвертого счетчика подключен к входу Формирователя сигнала установки, выход которого соединен с входами установки третьего и четвертого счет чиков и с первым входом триггера, ки. ю ю ю

Фиэ. t

Составитель М.Минкин

Техред М.Дидык КорректорМ.Максимишинец

Редактор Е.Копча

Заказ 3208/55

Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 14067 второй вход которого подключен к выходу переноса третьего счетчика, а выход — к входу блока стабилизации амплитуды импульсов, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит элемент И, эле- 1ð мент задержки, формирователь сигнала записи и формирователь сигнала

94 8 сброса, выход которого соединен с вторьм выходом блока управления, а вход — с первым выходом блока управления и выходом формирователя сигнала записи, вход которого соединен с выходом элемента задержки, первый и второй входы элемента И соединены соответственно с первьм и вторьм входами блока управления, а выход — с входом элемента эадерж