Устройство для формирования импульсов переменной частоты Советский патент 1983 года по МПК H03K5/153 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в цифровых устройствах различного назначения, например в цифровых преобразователях, измерительных приборах, системах автоматй- ческого управления и поиска.

По основному авт.св. № 513485 известно устройство для формирования импульсов переменной частоты, содержащее генератор импульсов эталонной частоты, делитель эталонной частоты, генератор интервалов времени, счетчик приращений частоты, счетчикформирователь приращений дополнений, счетчик приращений дополнений, блок управления, выходной формирователь, первые элементы И и первый элемент задержки, используемые для переноса кода из счетчика приращений чаетоты в йчетчик-формирователь приращений дополнений, вторые элементы И и второй элемент задержки, используемые для переноса кода из счетчика приращений дополнений в делитель эталонной частоты, формирователь импульсов первый элемент ИЛИ, младший разряд счетчика приращений дополнений, выходы устройства и вход начальной установкиустройства.

Однако известное, устройство не позволяет задать режим уменьшения часто ы следования выходных импульсов, что приводит к ограничению функциональных возможностей. В связи с этим известное устройство не может быть использовано для автоматической перестройки частоты следования выходных импульсов в пределах заданного диапазона.

Цел изобретения - расширение функциональных возможностей путем задания режима уменьшения частоты следования выходных импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирования импульсов переменной частоты введены триггер со счетньвл входом, второй элемент ИЛИ, восемь элементов И, счетчик интервалов времени и третий элемент задержки, причем вход счетчика интервалов времени соединен с выходом генератора интервалов , единичные входы соответствующих разрядов счетчика интервалов времени соединены с выходом третьего элемента зсщержки, а выход счетчика интервалов времени соединен непосредственно со счетным входом триггера и с вкодсм третьего элемента задержки,, шаход генератора интервалов времени соединен с основным входом счетчика приращений частоты через третий элемент И,1 выход блока управления соединён с основньви входов счетчикаформирователя приращений дополнений через Гетвертый И, единичный выход старшего разряда счетчикаформирователя приращений дополнений соединен с основным входом формирова теля импульсов через последоват,ельно соединенные пятый элемент И и второй элемент ИЛИ, выход младшего разряда счетчика Т1риращений дополнений соединен с основным входом счетчика приращений дополнений через шестой элемент И, а входы третьего, четвертого, пятого и шестого элеMeHtOB И соединены с нулевым выходе триггера,единичный выход которого соединен через седьмой элемент И с реверсивным входом счетчика приращений частоты, через восьмой элемент И - с реверсивным входом счетчик а-фОЕ дирователя приращений дополнений, через девятый элемент И с вторым входом второго элемента ИЛИ, через-десятый элемент И - с реверсивным входом счетчика приращений дополнений, второй вход седьмого элемента И соединен с выходом генератора интервалов времени, второй вход восьмого элемента И с выходным блоком управления, второй вход девятого элемента И - с нулевым выходом старшего разряда счетчика-формирователя приращений дополнений, второй вход десятого элемента И - с выходся4 младшего разряда счетчика приращений дополнений.

Блок управления содержит три триггера и три элемента И, при этом первый вход первого элемента И подключен к первому информационному входу устройства, выход упомянутого {элемента И - к выходу устройства, iвторой вход первого элемента И подключен к первому выходу первого триггера и первому входу второго элемента И, подключенного вторым входом к входам первого триггера и второму информационному входу устройства, второй выход первого триггера подключен к первому входу третьего элемента И, подключенного вторым уходом к выходу второго триггера, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход второго триггера соединен с управляющим входом ус-тройства, вы;ходы второго и третьего элементов И соединены с соответствующими входами третьего триггера, подключенного входом к третьему входу первого элемента И.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2функциональная схема блока управления; на фиг.З - закон изменения частоты в функции времени f(t} и ступечатая функция, аппроксимирующая заданный закон изменения частоты.

Устройство содержит генератор 1 импульсов эталонной частоты, делител 2 эталонной частоты, генератор 3 интервалов времени, счетчик 4 приращений частоты, счетчик-фОЕ мирователь 5 приращений дополнений, счетчик 6 приращений дополнений, блок 7 управления, выходной формирователь 8, первые элементы 9-1-9-Л И и первый элемент 10 задержки, используе1Ф1е для переноса кода из счетчика 4 приращений частотЕЛ в счет чик-фЬрми-. рователь 5 приращений дополнений, вторые элементы И ll-l-ll-m и второй элемент 12 задержки, используемы для переноса кода из счетчика б приращений дополнений в делитель 2 эталонной частоты, младший разряд 13 счетчика б приращений дополнений формирователь 14 импульсов, первый и второй элементы ИЛИ 15 и 16 соответственно, третий-десятый элементы И 17-24 соответственно, триггер 25 со счетным входом, счетчик 26 интев валов времени и третий элемент 27 задержки, используемый для внесения дополнения в счетчик 26 интервалов времени. Выходом устройства являетс выход 28 выходного формирователя 8, а входом начальной установки устрой бтва вход 29. Блок 7 управления содержит триггеры 30-32, элементы И 33-35, которые могут быть выполнены, например, в базисе элементов И-ИЛИ-НЕ, а также первый и второй информационные входы 36 и 37 соответ ственно, управляющий вход 38 и выход 39. Счетчик 4 приращений частоты, счетчик-формирователь 5 приращений дополнений и счетчик 26 интервалов. времени имеют одинаковое количество разрядов, равное п , счетчик 6 приращений дополнений и делитель 2 эталонной частоты имеют также одинаковое количество разрядов, равное п. Генератор 3 интервалов времени представляет собой, например, делитель частоты с коэффициентом деления, например, меняющимся во времени в соответствии с изменением накло на кусочно-наклонной функции, непосредственно выражающей или аппроксимирующей закон изменения частоты сле дования выходных импульсов. Устройство работает следующим образом. Сигналом начальной установки, который поступает на вход 29, г делитель 2 эталонной частоты и счетчик 6 приращений дополнений вносится чис ло d, соответствующее начальному зн чению -, выходной частоты, в счетчик 4 приращений частоты вносится число -1, в счетчик-формирователь 5 при ращений дополнений вносится число N- где N 2, а 2 следующее значение ступенчатой функции, аппроксимирукнцей закон изменения выходной частоты. В счетчик 26 интервалов времени ПШ1 этом вносится число чЗд, равное 2 -д , где пределы диапазона изменения выходной частоты Кроме того, сигналом начальной установки триггер 25 со счетным входом устанавливается в состояние О, при ётом сигналом с его нулевого выхода третий-шестой элементы 17-20 И будут открыты, а сигналом с единичного выхода триггера 25 со счетным входсм седьмой-десятый элементы 21-24 И будут закрыты. №v пyЛьcы эта лонной частоты подаются на первый вход блока 7 управления, на входы генератора 3 интервалов времени и делителя 2 эталоннойчастоты. Каждым импульсом переполнения делителя 2 эталонной частоты, поступающим на вторые входы вторых элементов 11 И через выходной формирователь 8 и второй элемент 12 задержки, число 6 переносится из счетчика 6 приращений дополнений в делитель 2 эталонной частоты. Импульсы на выходе выходного формирователя 8 и соответственно на выходе 28 устройства следуют i-e . с частотой 1 -:г где М 2 М Ч-М-сЗ частота сохраняется постоянной в течение интервала времени 4t, равного шагу квантования во времени при аппроксимации заданного закона изменения выходной частоты. Шаг квантования во времени, формируемый генератором 3 интервалов времени, изменяется в зависимости от наклона кривой/ изображающей заданный закон изменения частоты, По окончанию интервала времени ut (фиг.З ) на выходе генератора 3 интервалов времени формируется импульс, который поступает в счетчик 26 интервалов времени и через третий элемент И 17 в счетчик 4 приращений частоты.-При этом в счетчике 4 приращений частоты фиксируется число fg 1, где fg - следующее значение ступенчатой функции, аппроксимирующей закон изменения выходной частоты, причем ,а в счетчике 26 интервала времени - число, равное . Импульс, формируемый по окончанию интервала времени At на выходе генератора 3 интервалев времени, чоступает также на управляющий вход 38 блока 7 управления. После этого блок 7 управления в течение одного периода выходной частоты пропускает серию импульсов эталонной частоты f через четвертый элемент И 18 на основной вход счетчика-формирователя 5 при| ащений дополнений. Формирование серии Импульсов на выходе 39 осуществляется следующим образом. В исходном состоянии триггеры 30-32 блока 7 управления находятся в состоянии О, при этом все элементы И 33-35 закрыты. При поступлении импульсов выходной частоты на выход

28 устройства, а также на второй инфориационный вход 37 блока 7 управления и далее - на счетный вход триггера 31, первый импульс выходной частоты устанавливает триггер 31 в состояние 1.. Происходит это в момент спа-г да заднего фронта импульса выходной частоты. Поскольку элемент 35 открыт потенциалом с единичного выхода триггера 31, второй импульс выходной частоты проходит на нулевой вход триггера 30 и подтверждает его в нулевое сост6янйе По окончанию заднего фронта импульса выходной частоты триггер 31 переходит снова в нулевое состояние, и сигналом с его нулевого выхода подготавливается к срабатыванию элемент И 34. При поступлении в этот момен - сигнала на управляющий вход 38, триггер 32 устаи эленавливается в состояние

мент И 34 оказываете открытьам по обоим входам, что приводит к формированию сигнала на его выходе и следовательно к установке в состояние 1 триггера 30, сигналом с единичного выхода которого подготавливается по соответствующему входу элемент И 33. Поступление импульсов, эталонной -частотй fyr с первого информационного входа 36 на выход 39 блока 7 управления начнется после поступления на второй информационный вход 37 очередного импульса выходной частоты, который устанавливает в состояние 1 триггер 31. Первым же импуль сом с выхода 39 блока 7 управления триггер 32 устанавливается в состояние О, а по истечении периода времени, равного периоду импулвсов выходной частоты, очередной импульс выходной частоты устанавливает т&иггер 30. в состояние О. На этом цикл формирования импульсов на выходе блока 7 управления в течение периода времени , равного периоду следования выходной частоты, заканчивается до прихода следующего сигнала с выхода генератора 3 интервалов времени. Поскольку выходная частота при этом равна значению f , а ее период равен т, то число импульсов серии равно

г т iaL.

эт1-

В режиме увеличения выходной част ты f-, дли переключения младшего разряда 13 счетчика б приращений дополнений используются два сигнала с выхода счетчика-Формирователя 5 приращений дополнений - сигнал с единично го выхода.старшего разряда счетчика- формйрователя 5 прираще11ий дополнений, поступающий на первый вход пятого элемента И 19, и импульс пе-, реполнения с выхода этого счетчика,

поступающий на соответствующий вход первого элемента ИЛИ 15. При установке старшего разряда счетчика-формирователя 5 приращений дополнений в состояние 1 сигнал с единичного выхода этбго разряда проходит через пятый . элемент и 19 и второй элемент ИЛИ 16 на вход формирователя 14 импульсов, сигналом с выхода которого младший разряд 13 счетчика 6 приргиае НИИ дополнений осуществляется в сос М ч

В следующий момент вретояниемени при установке всех разрядов счетчика-формирователя 5 приращений дополнений в состояние О на выходе счетчика-формирователя 5 приращений дополнений формируется импульс переполнения, Который поступает через первый элемент ИЛИ 15 и устанавливает в состояние- О младший разряд 13 счетчика б приращений дополнений. Сигнал с выхода млгцциего разряда 13 счетчика б приращений дополнений поступает через шестой элемент И 20 на основной вход счетчика б приращений дополнений и :увеличивает его состояние на 1. Кроме того, импульс переполнения ;счетчика-формирователя 5 прираще|ний дополнений поступает на вторые входы первых элементов И 9 через первый элемент 10 задержки и вносит в этот счетчик чкслоЫ- - обратный код Числа 2 -1, зафиксированного в счетчике 4 приращений частоты. Количество импульсов, поступающих с выхода младшего разряда 13 счетчика б приращений дополнений на вход счетчика б приращений дополнений в течение одного периода выходной частоты, а 2 меньше количества импульсов, поступающих на вход счетчика-формирователя 5 ,приращений

fi

дополнений и равйо , .. . Величина

как видно из указанных соотноtf.ffi

, равна приращению числа в счетчике б приращений дополнений, соответствующему приращению выходной частоты на 1 Гц.

Величина остатка в счетчике-формирователе 5 приращений дополнений, имеющегося после окончания промежутка времени, равного периоду выходной частоты, и обуславливающего погрешность при воспроизведении закона 4acv тоты, учитывается следующим образом. При высокой выходной частоте , при которой дополнение N-f,,вносимое в I с етчик-фррмировйтейь( ь приргицений дополнений, существенно меньше емкости этого счетчика и вносится только в его младшие разряды. Еслр после окончания цикла счета в течение промежутка времени, равного периоду выходной частоты f , остаток в счет чиke-фopмиpoвaтeлe 5 приращений дополнениЙ-пЬ величине равеи или превышает 0, N , то старУиЙ разряд в счетчиквг-формирователе 5 приращений дополнений, а, следовательно, и младший разряд 13 счётчика б приращений дополнений будут установлеИмпульсом выны в состояние ходной частоты, соответствующим кон цу периода, в течение которого импульсы эталонной частоты поступа ют на вход счетчика-Формирователя 5 прирёидений дополнений, младший разрдц 13 счетчика 6 приращений дополнений устанавливается в состояни О, и на вход счетчнка б приращений дополнений поступает дополнительный импульс. Если же величина остатка в счетчике-формирователе 5 приращений дОполнений меньше 0,5 N , младший раз ряд 13 счетчика 6 приращений дополнений будет оставаться в состоянии О, и на его выходе дополнительный И1иВ1ульс сформирован не будет. В рё зультате погрешность величины ли, обусловленная остатком в счетчикефop QIpoвaтeлe 5 п|н ршцений дополнений не превБшает величиша 0,5 i т.е. половины значения младаего разря да счетчика б приращё ний дрполнений что позволяет увеличить пр1имерно вдвое точность воспроизведения зако на изменения выходной частоты в вы сокочастотной части диапазона фО11ми руемой выходной частоты . В процессе формирования импульсо выходной частоты f по заданному за кону нарастания постепенно Увеличивается содержимое счетчика 4 прираще ий частоты и счетчика 26 интерва лов времени, и как только значение выходной частоты f становится рав ным ее верхнему граничному значению на выходе счетчика 26 интервалов времени формируется сигнал, который через третий элемент 27 задержки снова вносит начальное дополнение cj в счетчик 26 интервалов времени и, кроме того, устанавливает в состояние 1 триггер 25 со счетным входом. На этот режим;формирования уве личивающейся выходной частоты . ло заданному закону заканчивается к устройство переключается в момент времени -fc на режим формирования уменьшающейся -выходной частоты f. Сигналом с единичного выхода три .гера 25 со счетным входом седьмойдесятый элементы И 21-24 соответствен но открываются, а сигналом нулевого выхода триггера 25 со счётным входтаи третий-шестой элементы И 17-20 соответственно закрываются. При этом сигналы с выхода генерато1ра 3 интервалов времени будут поступать через седьмой элемент И 21 на реверсивный вход счетчика 4 приращений частоты, сигналы с выхода блока 7 управления - через восьмой элемент И 22-и на реверсивный вход счетчикаформирователя 5 приращений дополнений, сигналы с нулевого выхода старшего разряда счетчика-формирователя приращений дополнений - через девятый элемент И 23 на второй вход второго элемента ИЛИ 16, сигнал с выхода младшего разряда 13 счетчика б приращений дополнений - через десятый элемент И 24 на реверсивный вход счетчика 6 приращений дополнений. Функционирование всех узлов устройства в режиме формирования уменьшающейся выходной частоты f осуществляется аналогично выае описанному. При этом счетчик 4 приращений частоты, счетчик-форялирователь 5 приращений дополнений и счетчик 6 прира-. щений дополнений .будут работать в режиме вычитания, и все значения в этих счетч иках будут изменяться от своих верхних граничных значений до начальных значений, которые были зафиксированы в них сигналом.начальной установки, поступившим ранее на вход 29. Для переключения младшего разряда 13 сметчика б приращений дополнений в режиме формирования импульсов уменьшающейся выходной частоты , используются два сигнала с выхода счетчика-формирователя 5 приращений дополнений - сигнал с нулевого выхода стариего разряда счетчика-форяирователя 5 приращений дополнений и импульс переполнения с выхода этого счетчика. Как только старший разряд счетчика-формирователя 5 приращений дополнений установится в состояние О при работе этого счетчика в режиме вычитания, что свидетельствует о том, что оставшееся значение в счетчике-формирователе 5 приращений дополнений не превыиает величины 0,5 N , где N - емкость этого счетчика, сигнал с нулевого выхода старшего разряда счетчика-формирователя 5 приргиценни дополнений через девятый элемент И 23 и второй элемент ИЛИ 16 на вход формирователя 14 импульсов. Сигналом с выхода формирователя 14 импульсов млада1ий разряд 13 счетчика 6 приращений дополнений устанавливается в состояние 1,а в следующий момент врилени при установке всех разрядов счетчика-формирователя 5приращений дополнений в состояние О на выходе счетчика-формирователя 5 приращений дополнений сформируется импульс, который установит в состояние О младший разряд 13 счетчика 6приращений дополнений. При достижении выходной частоты своего нанального значения, счетчик 26интервалов времени переполняется, и устройство снова переключится в момент времени .-(.2 режим формирования увеличивающейся выходной частоты f . Таким образом, введение в предлагаокое устройство второго элемента Ш1И третьего-десятого элементов И 17-24 соответственно, триггера 25 со счетным входом, счетчика 26 интервала времени и третьего элемента 27задержки, используемого для внесения дополнения в счетчик 26 интервалов времени, и их связей ,позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет введения режима уменьшения выходной частоты f и тем самым использовать известное устройство для перестройки частоты в пределах заданного дигшазона. Кроме того, предлагаемое устройство исключает потери в системе использующей известно устройство, за счет расширения его функциональных возможностей.

1. УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЫ ПО авт.СВ. ь134аВ5, о т л и ч а rout е е с я тем, что, с целью расширения функционсшьных возможностей путем задания режима уменьшения частоты следования ьгходных импульсов, в него введены триггер со счетным ; входом, второй злемент IfflMj восемь : элементов И, счетчик интервалов времени и третий злемент задержки, при чем вход счетчика интервалов времени соединен с выходом генератора интервалов времени, единичные входы соответствуняцих разрядов счетчика интервалов времени соединены с выходом третьего элемента задержки, а выход счетчика интервалов времени соединен непосредственно со счетным входом триггера и с входом третьего элемента задержки,.выход генератора интервалов времени соединен с основным входом счетчика приращений частоты через третий злемент И, выход блока управления соединен с основным входом счетчика-формирователя приращений дополнений через четвертый эле-. мент И, единичный выход старшего разряда счетчика-формирователя прира||цений дополнений соединен с осно)вным , ВХОДОМ формирователя импульсов че{рез последовательно соединенные пятый элемент И и второй злемент ИЛИ, выход младшего разряда счетчика приращений. дополнений соединён с основным входом счетчика приращений дополнений через шестой злемент И, а вторые : входы третьего, четвертого, пятого и шестого злементозз И соединвны с нулевым выходом триггера, единичный. выход которого соединен через седьг мой элемент И с реверсивным входом счетчика приращений частоты, через ,восьмой элемент И - с реверсивным входом счетчика-формирователя приращений дополнений, через девятый элемент И - с stopoM входом второго элемента ИЛИ, через десятый элемент И - с реверсивным входом счетчика, приращений дополнений, второй вход седьмого элемента И соединен с выходом генератора интервалов времени,, второй вход восьмого элемента И с выходом блока управления, второй .вход девятого элемента И - с нулевым шлходом стариего разряда счетчикаформирователя приращений дополнений, S второй вход десятого элемента И (Л с выходом младшего разряда счетчика приращений дополнений. 2. Устройство ПОП.1, отли.4 а ю щ ё е с я тем, что блок управ-; ления содержит три триггера и три элемента И, ПЕМ этом первый вход первого элемента И подключен к первому .Информационному входу устройства.,выход упомянутого элемента И - к выхо СД И СО ;ДУ устройства, второй вход первого элемента И подключен к первому выходу первого триггера и первому входу второго элемента И, подключенного вторым входом к входам первого ю триггера и второму информационному входу устройства,второй выход первого триггера подключен к первому входу третьего элемента и, подключен:Ного вторым входом к выходу второго триггера, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход второго триггера соединен с управляющим входом устройства, выхода второго --и третьего элементов И соединены с соответствующими вхо- дами третьего триггера, подключенного выходом к третьему входу первого элемента И.

3ff

OJ9