Частотно-импульсное дифференцирующее устройство

Частотно-импульсное дифференцирующее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

й;634300

Союэ Советских

Социалистических

Республик

Oll ИСАН Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлеио01.04.75 (21) 2119484/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.11 —,8 Бюллетень N 43 (46) Дата опубликования описания 28.11.78

2 (51) М. Кл

qО6 gЛ18

Гасударственный коинтет

Соевтв Мнннстров СССР оо делам нзооротоннй и открытнй (5З) УЛК 681.335 (088.8 ) (72) Автор изобретения

Ю. К. Майоров (71) Заявитель (54) чАстОтнО-импьльсно к д и ффеР енциРжщее

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности, к устройствам дифференцирования частотно-импульсных сигналов с представлением результата в цифровой форме.

Известно дифференцирующее устройство, 5 содержащее преобразователь входного сигнала в цифровой код, сумматор, блок памяти и блок управления (11 . Данное устройство обладает пониженными точностью и быстродействием. t0

Известно также дифференцирующее устройство, содержащее блок выделения разности периодов, блок возведения в квадрат, элемент И и счетчик (21. Недостат ками устройства также являются малая точност.ь вычислений и пониженное быстрод ействие.

Прототипом изобретения является частот но-импульсное дифференцируюшее устройство, содержащее генератор опорной частоты, три группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к входу устройства и соединенный первым выходом с входом обнуления счетчика импульсов, выходы которого подключены к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с вторым выходом блока управления, подключенного третьим выходом к управляющему входу управляемого делителя частоты, а четвертым выходом - к первым входам элементов И второй группы $3$

Недостатками прототипа являются пониженные быстродействие и точность, обусловленные необходимостью осуществления дополнительного преобразования выходного частотно-импульсного сигнала в цифровой код.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Для этого в устройство дополнительно введены счетчики импульсов, элементы И и ИЛИ, блок измерения периодов и частотомер мгновенных значений, подключенный выходом к счетному входу основного счетчика, а первым входом - к пято634300 му выходу блока управления и первому входу блока и зм эре ния периодов, второй вход которого подключен к второму входу частотомера мгновенных значений и первому выходу генератора опорной частоты, 3 второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым входом блока управления и первым входом дополнительного элемента И, подключенного вторым входом к шестому выходу блока 16 управления, а выходом — к счетному входу управляемого делителя частоты, соьдиненного первым выходом с счетным входом первого дополнительного счетчика, поразрядные входы которого подключены к вы- И ходам элементов И третьей группы, соединенных первыми входами с выходами блока измерения периодов, а вторыми входами с выходом дополнительного элемента ИЛИ, подключенного первым входом к седьмому М выходу блока управления, а вторым входом к выходу первого дополнительного счетчика и суммирующему входу второго дополни- . тельного счетчика, соединенного вычитающим входом с вторым выходом управляемого делителя частоты, поразрядными входами — с выходами элементов И первой группы, поразрядными выходами — с вторыми входами элементов И второй

/ группы, выходы которых подключены к выходу устройства.

Кроме этого управляемый делитель частоты содержит счетчики импульсов, группы элементов И, элементы ИЛИ и делитель частоты, выход которого соеди:.- ® нен со счетным входом первого счетчика, подключенного поразрядными выходами к первым входам элементов И трех групп, выходы элементов И первой группы, соединенных вторъми входами с выходом первого элемента ИЛИ, подключены к поразрядным входам второго счетчика, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, поразрядные входы которого подключены к выходам элементов

И второй группы, вторые входы которых соединены с выходом второго элемента

ИЛИ, подключенного первым входом к вихру третьего счетчика, первому выходу управляемого делителя частоты и счетному входу четвертого счетчика, поразрядные входы которого подключены к вь ходам элементов И третьей группы, втоИ рые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ,. подключенного первым входом к выходу четвертого счеъчика и второму выходу управляемого делителя частоты, счетный вход которого соединен с первым входом делителя частоты и счетны входом второго счетчика, а управляющий вход управляемого делителя частоты подключен к второму входу делителя частоты, установочному входу первого счетчика и к вторым входам элементов ИЛИ., Устройство (см. чертеж) содержит блок управления 1, генератор опорной частоты 2, частотомер. мгновенных значений 3, блок измерения периодов 4, счетчики импульсов 5, 6, 7, управляемый делитель частоты 8, элемент И 9,,элемент ИЛИ 10, группы элементов И 11, 12, Управляемый делитель частоты 8 выполнен на счетчиках импульсов 13, 14, 15, 16, группах элементов И 17, 18, 19, элементах ИЛИ 20, 21, 22, целителе частоты 23 с постоянным коз фициентом деления и группе элементов

И 24, Код N >>,>, пропорциональный производной, формируется в устройстве в соответствии с выражением P -Т

"вы=,„, =К(т,-т 1S,X, i a где g - коэффициент пропорциональностии;

1 1 — входная частота, соответствующая предшествующему периоду 1 1 е

4 - входная частота, соответствующая последующему периоду Р е

Указанное выражение реализуется в виде где 1 - период, соответствующий

Фщ максимальному значению

1щ входной частоты

t< - время, отсчитываемое от на« чала последующего периода входной частоты, Устройство работает следующим о6разом. В течение предшествующего периода входной частоты 1 блок измерения периодов 4 формирует код, пропорциональный предшествующему периоду, и запоминает его, счетчик 5 накапливает

634300 импульсы, подаваемые с выхода частотомера мгновенных значений 3, формируя код, пропорциональный разности между максимальным значением входной частоты и значением частоты, соответствующим М этому периоду, Для формирования этого кода целесообра зно применять частотом ер мгновенных значений, работа которого основана на формировании кода, пропорционального максимальному значению вход- Ф ной частоты, и вычитании из этого кода в течение интервала времени, равного разности между периодом, соответствующим входной частоте, и периодом, соответствующим максимальному значению входной частоты, импульсов с переменной частотой. Подсчет этих импульсов счеч чиком 5 дает возможность получить код, пропорциональный отклонению частоты от максимального значения, 20 . Импульсы, фиксирующие периоды входной частоты, подаются на входы блока измерения периодов 4 и частотомера 3 с соответствующего выхода блока управле ния 1, а частота для формирования кодов снимается с генератора опорной частоты 2, В начале последующего периода входной частоты сигналами с выходов блока управления 1 выходной код блока 4 заносится в счетчик б,работающий в режиме вычитания; код счетчика 5 заносится в счетчик 7; делитель частоты 23 устанавливается в исходное положение; в счетчик 16 заносится код, пропорциональный периоду, соответствующему мак- ™ симальному значению входной частоты и этот же код за счет подачи сигнала с выхода блока управления 1 на вход эле ментов ИЛИ 20, 21, 22 заносится в вычитающие счетчики 13, 14, 15, рабо46 тающие в режиме вычитания. По истечении интервала времени, равного периоду максимальной частоты, сигнал с соответ- . ствующего выхода блока управления 1 открывает элемент И 9 и импульсы гене43

pampa опорной частоты 2 начинают поступать на вход счетчика 14, на выходе которого в моменты его обнуления появляются импульсы. Каждый выходной им96 пульс через элемент ИЛИ 20 поступает на управляющий вход группы элементов

И 17 и осуществляет запись в счетчик

14 кода, имеющегося в счетчике 16.

Таким образом, коэффициент деления счетчика 14 равен коду, имеющемуся в счетчике 16. Так как в исходном состоянии в счетчик 16 записывается код, пропооциональный периоду максимального значения входной частоты, а по истечении интервала времени, равного периоду максимального значения входной частоты, в счетчике 16 накапливается дополнитель ный код, пропорциональный текущему времени, то в счетчике 16 в каждый момент времени хранится код, пропорциональный интервалу времени, отсчитываемому от начала последующего периода. Спедовательно, счетчик 14 выдает импульсы, частота которых изменяется обратно пропорционально времени, отсчитываемому от начала последующего периода.

Аналогично работают часть управляемого делителя частоты 8, включающая счетчик 15, элемент ИЛИ 21, группу элементов И 18 и часть, включающая счетчик 13, элемент ИЛИ 22 и группу элементов И 19. Частота на первом выходе целителя 8 (выходе счетчика 15) обратно пропорциональна квадрату времени, отсчитываемому от начала последующего периода, а на втором выходе делителя 8 (выходе счетчика 13) — кубу этого времени. Импульсы с выхода счетчика 15 подаются на вход счетчика 6. При каждом обнулении счетчика 6 на его выходе появляется импульс, который подается через элемент ИЛИ 10 на группу элементов И 12 и в счетчик 6 записывается выходной код блока 4.

Следовательно, на выходе счетчика 6 формируются импульсы, частота которых обратно пропорциональна длительности предшествующего периода и квадрату времени, отсчитываемому от начала последующего периода. Импульсы с выхода счетчика 6, поступающие на вход счетчика 7, суммируются с кодом, записанным в счетчик 7, а импульсы, поступающие на вход счетчика 7 с выхода счетчика 13, вычитаются из этого кода.

Таким образом; в счетчике 7 формируется код, пропорциональный производной входной частоты. В момент окончания последующего периода сигналом с выхода блока управления 1 запирается элемент

И 9 и прекращается подача импульсов на счетный вход делителя 8, т.е, на вход счетчика 14, и на вход делителя частоты

23, Одновременно сигналом с выхода блока управления 1 на вход группы элементов И 24 результирующий код счетчика 7 передается на выход устройства. В случае, если в процессе выдачи импульсов на входы счетчика 7 с выходов счетчиков 6 и 13 результирующий код счетчика 7 окажется равным нулю, что прои634300 войдет тогда, когда скорость изменения частоты будет иметь отрицательный знак, то в момент обнуления по команде, вырабатываемой в счетчике 7, входы его меняются, т.е, импульсы с выхода счет- Ф чика 13 начинают с этого момента идти на суммирование, импульсы с выхода счетчика 6 - на вычитание. В этом случае в момент переписи результирующего кода из счетчика 7 на выход устройст- 11 ва со счетчика 7 подается также сооч. ветствующий сигнал отрицательного знака.

В течение периода, когда производится формирование результирующего кода в счетчике 7, происходит измерение этого периода блоком 4 и измерение отклонения входной частоты, соответствующей данному периоду, от максимального значения счетчиком 5 с помощью частотомера 3. Перед этим счетчик 5 сбрасывается на нуль © сигналом с выхода блока управления 1.

Следовательно, в следующий период может опять формироваться код, пропорцио-. нальный производной входной частоты Sk

3S

Обновление информации на выходе устройства происходит после каждого периода входной частоты. Время, затрачиваемое на формирование выходного кода, является предельно м инимальным, Щ

Формула изобретения

1. Частотно-импульсное дифференпирующее устройство, содержащее генератор опорной частоты, три группы элементов

И, блок управления, подключенный первым входом к входу устройства и соединенный первым выходом с входом обнуления счетчика импульсов, выходы которого подключены к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с вторым выходом блока управления, подключенного третьим выходом к управляю-. щему входу управляемого делителя частоты, а четвертым выходом — к первым входам элементов И второй группы, о тличающееся тем,что,сцелью повышения быстродействия и точности, в него дополнительно введены счетчики импульсов, элементы И и ИЛИ, блок измерения периодов и частотомер мгновенных значений, подключенный выходом к счетному входу основного счетчика, а первым входом — к пятому выходу бло1 ка управления и первому входу блока измерения периодов, второй вход которого подключен к второму входу частотомерк мгновенных значений и первому выходу генератора опорной частоты, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым входом блока управления и первым входом дополнительного элемента И, подключенного вторым входом к шестому выходу блока управления, а выходом — к счетному входу управляемого делителя частоты, соединенного первым выходом с счетным входом первого goполнительного счетчика, поразрядные входы которого подключены к выходам элем ент о в И третьей r руппы, с о еди н ен н ых первыми входами с выходами блока измерения периодов, а вторыми входами с выходом дополнительного элемента ИЛИ, подключенного первым входом к седьмому выходу блока управления, а вторым входом к выходу первого дополнительного счетчика и суммирующему входу второго дополнительного счетчика, соединенного вычитающим входом с вторым выходом управляемого делителя частоты, поразрядными входами - с выходами элементов И первой группы, поразрядными выходами - с вторыми входами элементов И второй группы, выходы которых подключены к выходу устройства.

2. Частотно-импульсное цифференцирующее устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что управляемый делитель частоты содержит счетчики импульсов, группы элементов И, элементы ИЛИ и делитель частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, подключенного поразрядными выходами к первым входам элементов И трех групп, выходы элементов И первой группы, соединенных вторыми входами с выходом первого элемента ИЛИ, подключены к поразрядным входам второго счетчика, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, поразрядные входы которого подключены к выходам элементов И второй группы, вторые входы которых соединены с выходом второго элемента ИЛИ, подключенного первым входом к выходу третьего счетчика, первому выходу управляемого делителя частоты и счетному входу четвертого счетчика, поразрядные входы которого подключены к выходам элементов

И третьей группы, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента

ИЛИ, подключенного первым входом

634300

Составитель С. Казинов

Редактор Н, Веселкина Техред М, Ьорисова Корректор Л. Небола

;; " ив

Тираж 784 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал IlIlll Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 выходу четвертого счетчика и второму выходу управляемого делителя частоты, счетный вход которого соединен с первым входом делителя частоты и счетным входом второго счетчика, а управлянший вход управляемого делителя частоты подключен к второму входу делителя частоты, установочному входу первого счетчика и ко вторым входам элементов ИЛИ.

Источники информаиии, принятые во внимание при экспертизе:

Левидов В. А., Тихонов О. h"

Цивирко Г. П. Измерение скоростей. у М., Пзд-во стандартов, 1972, с. 51.

2. Авторское свидетельство СССР

N 39 3860, кл. Cj 06 I- 77//3388, 1971.

3. Авторское свидетельство СССР

И 495675, кл. Cj 06 Cj 7/18, 1974.