Преобразователь частоты в код

Преобразователь частоты в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социвлистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1 I) 744974 (6l) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.03.78(21) 2593495/18-21 (51)M. Кл.

Н 03 К 13/20// (., 01 R. 23/10 с присоединением заявки РЙ

Государственный комитет (23) Приоритет— ао делам изооретеиий и открытий

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ((й 24

Дата опубликования описания 02.07.80 (53) УДК 621.317.. 76{088.8) К. К. Волошин, В. Н. Еременко, Г. Б. Попов, В. В. Рудаков и О. Е. Чеботаев (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В КОД

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных измерительных системах с цифровой обработкой информации для быстродействуюшего преобразования сигналов. с частотных дат5 чиков.

Известен преобразователь частоты в код, содержаший формирователь, ключ, счетчик импульсов, генератор опорной

10 частоты, делитель частоты. Этот преобразователь использует счетно-импульсный метод и обладает высокой точностью преобразования в широком диапазоне входных частот (lj.

Но в данном устройстве быстродействие ограничивается требуемой точностью измерения. Так, чем точнее измерение частоты, тем требуется больший интервал времени (t ), а, следовательно, за данный интервал частота () „) может сушественно измениться, и данное изменение может бьггь зафиксировано со значительным запаздыванием.

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому является преобразователь частоты в код, содержащий управляемый делитель частоты и реверсивный регистр, выход которого через схему переноса соединен с первым входом управляемого делителя частоты, на второй вход которого поступает измеряемая (преобразуемая) частотно-импульсная.поспедоватепьность, а выход соединен со схемой переноса и измерителем рассогласования, на второй вход которого поступает опорная частота, а выход подключен ко входу реверсивного регистра. С выхода реверсивного регистра, соединенного со схемой переноса, снимается числовой эквивалент частотно-импульсной последовательности в прямом коде, а с другого выхода — в обрат» ном. Обратная связь осушествляется по частоте путем подачи в реверсивный регистр разности между опорной и выход1ной частотами. Данное рассогласование (образует число (М ) в реверсивном

744

974 ф

)управляемого делители частоты соединен регистре, которое параллельно переносится с каждым выходном импульсом (F ) в управляемый делитель частоты, восстанавливая каждый раз необходимый коэффициент его деления Ж (У) (2g, Недостатком этого устройства также является низкое быстродействи е.

UeIIb изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь частоты в код, содержащий генератор импульсов, управляемый д епит еп ь ч астоты, выход которого подключен к первым входам блока управления и измерителя рассогласования, выходы которого соединены со вторым и третьим входами блока управпения, первый выход которого подключен к первому входу управляемого делителя частоты и выходной шине прямого кода устройства, выходная шина обратного кода устройства подключена ко второму выходу блока управления, введены умножитель и делитель частоты, причем первый вход умножитепя частоты подключен к входной шине устройства, выход генератора импупьсов соединен непосредственно со вторым входом умножитепя частоты, четвертым входом блока управления и через депитепь частоты — со вторым входом измерения рассогласования; второй вход управляемого делителя частоты соединен с выходом умножителя частоты, умножитепь частоты содержит измеритепь рассогласования, делитель частоты, блок унравпения и управляемый делитель частоты, причем к первому входу умножителя частоты подключены первые входы измерителя рассогласования и блока управпения, выходы которого соединены с кодовыми входами управпяемого делителя частоты, выход которого является выходом умножителя частоты и через делитель частоты подкпючен ко второму входу измерителя рассогласования, выходы которого соединены со вторым и третьим входами бпока управления, счетный вход управляемого двпитепя частоты подключен к четвертому входу блока управления и второй входной шине умножителя частоты.

На фиг. 1 изображена блок-схема пре.Образователя частоты в код; на фиг. 2вариант выполнения блоков управления.

Преобразователь частоты в код содержит генератор 1 импульсов, управляемый делитель 2 частоты, блок 3 управпения, измеритель 4 рассогласования, выход

50 с первыми входами блока управления и измерителя рассогласования, два выхода которого подключены ко второму и третьему входам блока управления, выход которого соединен с первым входом управпяемого делителя частоты и является выходом (прямой код) устройства, делителя 5 частоты, умножитель 6 частоты, выход делителя частоты соединен со вторым входом измерителя рассогласования, его вход подключен к четвертому входу бпока управления и выходу генератора импульсов, первый вход умножитепя частоты является входом преобразователя, . второй вход умиожитепя частоты подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен со вторым входом управляемого делителя 7 частоты.

Умножитепь 6 частоты содержит управляемый делитель 7 частоты, блок 8 управления, депитепь 9 частоты, измеритель

10 рассогласования, первый вход управляемого делителя 7 частоты является вторым входом умножителя 6 частоты, а выход подключен ко входу делителя 9 частоты и явпяется выходом умножитепя частоты, выход блока 8 управления соединен со вторым входом управляемого делителя 7 частоты, а первый вход подключен к генератору 1 импульсов, второй вход соединен с первым входом измерителя 10 рассогпасования и является первым входом умножитепя частоты, второй вход измерителя 10 рассогласования соединен с выходом делителя 9 частоты, а два выхода подключены к третьему и четвертому входам блока 8 управления соответственно.

Преобразователь имеет входную 11 и выходную 12 шины.

Каждый из блоков управления 3 и 8 содержит триггер 13, элемент И 14, реверсивный счетчик 15 и счетчик 16, входы 17-20 и выходы 21,22 Ф -прямого кода, A уц — обратного кода.

Преобразователь частоты в код работает следующим образом.

При изменении частоты импульсов Гири умножитель 6 частоты отрабатывает с высоким быстродействием изменение частоты импупьсов повышенной частоты

) Д вЂ” частота импульсов повышенной частоты на выходе управляемого делителя 7 частоты. (м сЦМ»

5 744

Импульсы измеряемой частоты (f »»»н» ) поступают также нв вход 18 блока управления. Импульсы повышенной частоты (»» ) равномерно расположены внутри дискрета входных импульсов (Py4» ).

Регулирование частоты осушествляется изменением коэффициента деления g(N ) ,управляемого .делителя 7 частоть». На счетный вход управляемого делителя 7 частоты поступают импульсы с постоян- 10 ной частотой (F ), вырабатываемые генератором 1 импульсов, При изменении коэффициента деления управляемого делителя 7 частоты, на выходе получается ряд фиксированных частот, соответ- 15 ствуюших различным входным частотам (Fu 4» ). Обратная связь по частоте с помошью делителя 9 частоты позволяет следить с высокими динамическими характеристиками за изменениями входной 20 частоты (Г»»р ). Последовательность импупьсов с частотой (Г щл ) сравнивается в измерителе 10 рассогласования с последовательностью импупьсов на выходе делителя 9 частоты (1р/n ). 25

Если частота последней отличается от требуемой, то на выходе измерителя 10 рассогласования появляется сигнал ошибки (ll $ ) с соответствующим знаком (о»ф»» hg ), который через блок 8 управ-30

;ления изменяет коэффициент депе ния С(. (iV ), управляемого делителя

7 частоты. Причем для исключения автоколебаний в преобразователе управляюшее воздействие на управляемый делитель 35

7 частоты подается таким образом, что коэффициент депения (сС (М ) изменяется каждый раз на один шаг только при опредепенном рассогласовании по частоте (hf, у л ф ). При соответст- 40 вуюшем выборе величины шага можно получить требуемую инерционность устройства (желательно близкую к инерционности изменения F ì, если такую предварительно можно оценить) ° 45

В обшем случае для обеспечения качественного слежения за изменением частоты Г цр инерционность устройства должна быть не больше инерционности процесса изменения входной частоты. 50

В измеритепе 10 рассогласования сравниваются частоты (Ч ц д ) и -

П

И3М

Разность частот а . может в частности измеряться эапопйением разности периодов 4i= (нв фиг. 1 связь генеЛу !

974 6 ратора 1 импульсов с измерителем 10 рассогласования не показана, т.к. в обшем случае не обязательна) °

На реверсивном счетчике 15 за время Ь1 = 6Ф вЂ” С (g), (где ilg — время, определяемое счетчиком 16), заданное триггером 13, подсчитываются импульсы высокой частоты (F ). В установившемся режиме при fuge:con5(й =д»»»»,,» управляющее воздействие с выхода блока

8 управления постоянно, т.е. „= »» Fag»u .

Прн изменении частоты Fup изменяется количество импульсов повышенной частоты с выхода управляемого делителя 7 частоты, что приводит к динамической ошибке внутри дискрета входных импульсов (F»» »»» ). Требуемое в этом случае изменение частоты импульсов повышенной частоты (1 г» ) осушествляет-. ся изменением коэффициента деления ((g ) управляемого делителя 7 частоты через блок 8 управления, по реэультататм не только подсчета количества импульсов высокой (Fa ) частоты за период hk, но и с учетом частоты (.» д ) входных импульсов, что эквивалентно », (). За счет такого управления сохраняется точность умножения частоты в широком диапазоне входных частот. Умножитель частоты осушествляет спежение за частотой входных импульсов и ее умножение. Изменение частоты импульсов повышенной частоты (f»I ) достигается изменением коэффициента деления (с((h/ ) управляемого двпителя 2 частоты таким образом, что

Для достижения данной пропорции блок

8 управления изменяет (й (h ) пропор-. ционально d,(У); при сравнительно низкой частоте (Fg »I») управляюшее воздействие изменяется нв большую величину, позволяющую более эффективно компенсировать ошибку по частоте. При высокой частоте входных импульсов управляющее воздействие изменяется на меньшую величину, чем достигается меньшая динамическая ошибка. При отсутствии счетчика 16 управляюшее воздействие определилось бы только величиной рассогласования, в общем случае не зависяшем от частоты поступления (Г ц)щ ) входных импульсов и поэтому при широком изменении частоты входных импульсов точность преобразования была бы максимальная только для опредепенной частоты (Гнут. /эасД, для

744074 откуда

Так как

И 3М. A то, о

"изб оI-+ 9o или гае (Mlgon (2 -м) .

55

7 ! которой расчитан умножитель 6. Для остальных же частот точность преобразования резко бы ухудшилась, что существенно снизило бы функциональные возможности устройства.

Счетчик 16, с триггером 13 и элементом И 14 выполняет функцию обрат ной связи по управлению воздействием реверсивного счетчика 15 на управляемый делитель 7 частоты. Счетчик 16 <0 подсчитывает импульсы высокой частоты с выхода генератора 1 импульсов в интервале от выходного импульса () щ ) до импульса переноса счетчика 16.

Импульсы высокой частоты суммируются с числом, введенным в счетчик 16 с выхода реверсивного счетчика 15, причем разрешение на ввод числа дается каждым входным импупьсовм (f д @ ) ° С выхода счетчика 16 поступает информация через 20 триггер 13 и элемент И 14 на реверсивный счетчик 15 для изменения управляющего воздействия на управляемый делитель частоты. На счетный вход реверсивного счетчика 15 поступают импуль- 5 сы высокой частоты (Fo ) с выхода генератора 1 импульсов через элемент

И 14, управляемый триггером 13. Триггер 13 устанавливается каждым импульсом частоты („„, ) и сбрасывается З0 сигналом с выхода счетчика 16. Переключение реверсивного счетчика 1 5 на сложение ипи вычитание осуществляется в зависимости от знака рассогласования частот с другого выхода измерителя 10 35 рассогласования (Б gfl l! f y ).

Преобразователь повышенной частоты в код (, ) работает следующим образом.

Высокой частотой для управляемого делителя 2 частоты является повышенная частота („) с выхода умножителя 6.В данном случае преобразователь, повышенной частоты в код работает в режиме преобразования частоты, в час-45 тоту . Таким образом, ц о

Достижение данного равенства возможно нри работе преобразователя аналогично умножитепю 6, только в данном случае на вход поступает не измеряемая(преобразуемая) частота (Vq g), а постоянная частота, где К вЂ” коэффициент деления делителя 5 частоты. Выходная частота поддерживается таким обра1К зом, чтобы выполнялось вышеприведенное равенство.

Блок 3 управления работает! аналогично блоку 8 управления.

Коэффициент деления управляемого делителя 7 частоты в умножителе 6 равен

W(N)-- O -u где ٠— число разрядов управляемого

У делителя 7 частоты, — код на выходе реверсивного счетчика 15 блока 8 управления.

Для умножителя 6 в установившемся режиме справедливы соотношения

Fî изм. п где И. — коэффициент деления делителя

9,частоты. и f fl: Ю I аулс.

Для преобразователя повышенной частоты в код справедливы следующие соотношения (по аналогии с умножителем 6)

4п

" г -м где  — число разрядов управляемого делителя 2 частоты, Q — код на выходе реверсивного счетчика 15 блока 3 управления

Fe R (<„- 1,(-м = — — -(-м .

Снимая с других выходов реверсивного счетчика 15 блока. управления обратный код числа получаем числовой эквивалент измеряемой частоты.

В принципе можно выбрать параметры преобразователя так, что Fo - g аког р

Ри ГМ 190

К 1

Предлагаемый преобразователь частоты в код, в отличие от известного устройства, сравнительно легко результируется на устройствах дискретной техники. Использование простого схемного решения умножения частоты в сочетании ,с преобразованием в код позволит значи9 7449 тельно сократить время преобразования при высокой точности преобразования н меньшем времени переходного процесса (периода измеряемой частоты) .

Минимальная частота предлагаемого устройства определяется разрядностью управляемых делителей частоты и частотой генератора 1 импульсов (F< ).

Минимальная частота, в основном, определяется воэможностью генератора импуль- О сов. В определенных частотных диапазонах настоящий преобразователь обладает лучшими статическими и динамическими характеристиками. Переход из одного частотного поддиапазона на другой может !5 быть сравнительно просто реализован (например, использованием дополнительного делителя частоты с выхода генератора 1 импульсов и соответствующим изменением коэффициентов деления делите щ лей 5 и 9 частоты, таким образом, чтобы сохранилась пропорпии а = 1, F«

К II. чтобы с«1,п =Я7-п так «ак Раалиаапии д ) преобразователя на все поддиапазоны с высокой точностью преобразования практи-25 чески невозможна.

При испытаниях в диапазоне частот ц ц =300 Гц — 20 кГц при плавном изменении входной частоты статическая ошибка не превышала единицы младшего 30 разряда при четырнадцатиразрядном выходном коде Я) .

При испытаниях в динамических режимах наблюдались существенные отклонения в точности (. 50%) при вариациях 35 выходной частоты цу больше 1 кГц в секунду.

Формула изобретения

1. Преобразователь частоты в код, содержащий генератор импульсов, управляемый делитель частоты, выход которого подключен к первым входам блока управления и измерителя рассогласования, 45 выходы которого соединены со вторым

74 10 и третьим входами блока управления, первый выход которого подключен к первому входу управляемого делителя частоты и выходной шине прямого кода устройства, выходная шина обратного кода устройстваподключена ко второму выходу блока управления, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены умножитель и делитель частоты, причем первый вход умножителя частоты подключен к входной шине устройства, выход генератора импульсов соединен непосредственно со вторым входом умножителя частоты, четвертым входом блока управления. и через делитель частоты — со вторым входом измерителя рассогласования; второй вход управляемого делителя частоты соединен с выходом умножитепя частоты.

2. Преобразователь по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что умножитель частоты содержит измеритель рассогласования, делитель частоты, блок управления и управляемый делитель частоты, причем к первому входу умножителя частоты подключены первые входы измерителя рассогласования и блока управления, выходы р которого соединены с кодовыми входами управляемого делителя частоты, выход которого является выходом умножителя частоты и через делитель частоты подключен ко второму входу измерителя рассогласования, выходы которого соединены со вторым и третьим входами блока управления, счетный вход управляемого делителя частоты подключен к четвертому входу блока управления и второй входной шине умножителя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шляндин В. М. цифровые электроизмерительные приборы, М., Энергия, 1972, с. 66, рис. 2-21.

2, Оранский А. М. Вычислительная техника, Минск, Наука и техника, 1965,. с. 285, рис. 106.

Составитель Л. Плетнева

Редактор С. Тимохина Техред Я. Бнрчак Корректор Е. Папп

Заказ 3831/21 Тираж 995 Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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