Умножитель частоты следования импульсов Советский патент 1983 года по МПК H03K5/01 

Изобретение относиТйя К измерительной и импульсной технике и может HS-ти применение S ус ЬЬйствах разли сного назначения, в частности в устройствах контроля состояния машин и механизмов с вращаиадимися частями с помощью электронных методов измерения уровня частотных составляющих вибраций. Известен умножитель частоты следования импульсов, содержащий гене-г ратор импульсов, делитель частоты, формирователь импульсов, элемент НЕ запоминающий регистр и счетчик импульсов 1. . Недостаток известного устройства невысокая точность умножения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является умножитель частоты следования импул сов, содержащий счетчик импульсов первый вход которого подключен к пе вому выходу блока управления, первы вход которого соединен с входной ши ной, второй вход - с выходом генератора опорной частоты, а второй выход - с управляющим входом первого запоминающего регистра, вход кот рого соединен с выходом счетчика им пульсов, второй запоминающий регист первый ход которого соединен с вых дом сумматора, а выход - с первым Входом су1Ф1атора, делитель частоты и элементы сравнения, ИЛИ и запрета 2. Недостаток известного устройства - невысокая точность умножения. Цель изобретения - повышение точ ности умножения при одновременном расширении функциональных возможнос тей. . - С этой целью в умножитель частот следования импульсов, содержащий счетчик импульсов, первый вход кото рого подключен к первому выходу бло управления, первый вход которого со динен с входной шиной, второй вход с выходом генератора опорной частот ,а второй выход - с управляющим вхоДом первого запоминающего регистра, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, второй запоминающий регистр, первый вход которог соединен с выходом сумматора, а выход - с первым входом сумматора, эл мент сравнения и первый элемент ИЛИ введены второй элемент ИЛИ, вентиль элемент задержки, триггер и коммутатор, первь1й В5 од которого соедине с шиной установки кода коэффициента умножения и первым входом элемента сравнения, управлягаций вход - с выходом триггера, а выход - с вторым входом сумматора, выход которого подключен к второму входу элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом триггера и первым входом вентиля, второй в.ход которого подключен к выходу элемента задержки, а выход - к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с входом элемента задержки и вторым .входом блока управления, а выходы - с вторыми входами соответственно второго запоминающего регистра и триггера. Счетчик импульсов содержит запо- минающий регистр, установочный вход которого является первым входом счетчики импульсов, а управляющий вход вторым входом счетчика импульсов, и.сумматор, первый вход которого подключен к выходу запоминающего регистра, второй вход - к шине установки кода коэффициента умножения, а выход подключен к входу запоминающего регистра и является выходом счетчика импульсов. На чертеже представлена структур-i ная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, блок 2 умножения опорной частоты, блок 2 управления, счетчик 3 импульсов, запоминающие регистры 4 и 5, сумматор 6, коммутатор 7, элемент 8 сравнения, триггер 9, элементы ИЛИ 10 и 11, вентиль 12, элемент 13 задержки, входную шину 14, выходную шину 15, шину 16 установки кода коёфффициента умт ножения. Счетчик 3 импульсов включает в себя запоминающий регистр 17, сумматор 18, шину 19 установки кода коэффициента умножения. , Умножитель частоты следования | .импульсов работает следующим обраБлок 2 управления по входному сигналу, поступающему на шину 14, формирует прямоугольный импульс, который, с целью исключения неопределенности, стробируется сигналом генератора 1 и с различными задержками поступает на выходы блока 2. Первым по времени появляется импульс на втором выходе блока 2 и осуществляет запись числа, накоплен,ного в счетчике 3, в регистр 4. Затем с задержкой на время установления переходных процессов в регистре 4 появляется импульс на ьервом выходе блбка 2 и осуществляет-установку счетчика 3 в исходное состоя- . ние. Импульсы генератора 1 поступают на счетный вход счетчика 3. Каждый импульс производит запидь в регистр 17 числа с выходов сумматора 18, которое является результатом сложения-содержимого Регистра 17 и числа К-, установленного на шине 19. В течение периода Тц сигнала ум ножаемой частоты g а управляющий

вход регистра 17 поступит число импульсов

No T,o-bdN,

где (, - частота следования импульсов генератора 1,

AN- погрешность дискретного представления Т„ f целым числом (йН 1).. °

Исходное состояние регистра 17 нулевое. В этом случае к концу периода в сумматоре 18 находится число

.

Число N переписывается очередным импульсом блока 2 в регистр 4. Коммутатор 7 .в исходном состоянии включен на передачу числа, установленного на шине 16. При данной реализации устройства целесообразно представлять чисйо, дополнительное к требуемому коэффициенту К2.-Однако, если вместо сумматора использовать арифметическое устройство, позволяющее осуществить как сложение, так и вычитание, fo на шине 16 можно установить К. Сумматор 6 выпол,няет операцию арифметического сложения выходных чисел регистра 5 и коммутатора 7. Импульсы генератора 1 поступают через элемент 10 на второй вход регистра 5, записывая в него сумму с выхода сумматора 6. Та. КИМ образом, значение суммы на каждо такте уменьшается на величину К. Если с приходом очередного импульса генератора 1 значение суммы станет меньше, чем Kj, то на выходе элемента 8 появляется потенциал логической единицы, который поступает на первый вход триггера 9 и открывает вентиль 12. На вход, вентиля 12 поступают импульсы с выхода Элемента 13 задержки которые сдвинуты.относительно импуль сов генератора 1 на время переходного процесса в сумматоре 6 и элементе 8. Выходной импульс вентиля 12 потупает через элемент 10 на второй вход регистра 5 и записывает в него значение суммы 6. Этот же импульс поступает через элемент 11 на второй вход триггера 9 и записывает в него сигнал логической- единицы, присутствуквдий на первом входе.

Выходной сигнал триггера 9 пере;ключает коммутатор 7 на передачу числа из регистра 4. В результате сумма на выходе сумматора возрастает на N и сигнал на выходе элемента 8 принимает значение логического нуля. Очередной импульс генератора 1 записывает в регистр 5 сумму на выходе сумматора б и, поступая через элемент 11 на второй вход триггера 9, записывает в него логический нуль присутствующий на первом входе. Коммутатор 7.переключается в исходное .состояние и продолжается процесс вычитания числа К. Выходной триггера 9также поступает на выход устройства.

. Средняя частота следования импульсов на выходе триггера определяется значениями чисел N и Kg.

- Пусть после очередного импульса генератора 1 значение «суммы в сумматоре б составит нуль. Это число записывается в регистр 5, формируется выходной импульс, а на выходе суммы сумматора появляется число N , которое сохраняется до поступления очереного импульса генератора 1. Этим импульсом число N записывается в ре- гистр 5, а су№ла принимает значение (2. При поступлении следующего, .импульса сумма принимает значение ,5 М-2Ка т.д..

Пусть после поступления импульса генератора 1 число

|Станет меньше К2. Тогда сформируется очередной выходной импульс, а значение суммы на выходе сумматора 6 к моменту поступления следующего импульса генератора 1 станет равным S N(,)

Процесс продолжается и при очередном числе т,, когда

S-Nf-(N-m..,K2j-m2K2 ,станет меньше Kj, сформир гется очередной входной импульс, а сукма примет значение .

I (iT-«-№2)K.2,

Определим среднкно частоту следования импульсов на выходе устройства. Очевидно, что t-ый вы|Ходной импульс формируется при условии

5: еН-К„Е1 , . Пусть f - номер выходного импульса, после которого сумма принимает исходное значение N . Тогда 1

jeN K2E:tT,p.

, п«т

б наиболее об1Йем случае это соотношение будет выполняться при

, - К

К „III m «K«Nof

2

на основании чего можно получить

е к2 .

.где d - основание системы счисления, в которой построено устройство,

Р - количество дробных разрядов коэффициента К2,

Я - количество дробных разрядов числа N.

Временной интервал, необходимый для накопления в сумматоре Г числа К N d составляет Мй периодов Т генератора 1,

Таким образом, средний период .следования импульсов на выходе устройств равен

мальной погрешности частоты следования импульсов на выходе устройст. за. .

NT V.T

Vrx

, P+V

Подставляя значение N , получим

: , К К К- Обозначая К Г ,,получим

W fex- -f N.

Изпоследнего с учетом 1л Nl 1 можно получить выражение для макси Использование предложенного устройства позволяет добиться троекратного расширения диапазона возможных коэффициентов умножения -при мень.шей погрешности. При использовании в устройствах контроля состояния механических систем с вращающимися деталями по вибрациям и акустическим 5 шумам может быть расширен в 3 раза

, частотный диапазон анализирующих

устройств.

J8

1. УМНОЖИТЕЛЕ ЧАСТОТЫ СЛЕ-. ДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ, содержащий счетчик f импульсов, первый вход которого подключей к первому выходу блока управления, первый вход которого соединен с входной шиной, второй вход - с выходом генератора опорной частоты, а второй выход - с управляющим входом первого запоминающего регистра, вход . которого соединен с выходом счетчика импульсов, второй запоминающий регистру первый вход которого соединен с выходоь1 сумматора, а выход - с первым входом сумматора, элемент сравнения и первый элемент 1ШИ, оТ л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повы:шения точности умножения при одновременном расширении функциональных возможностей, в него введены второй элемент ИЛИ, вентиль, элемент задерж .ки, триггер и коммутатрр, первый вход которого соединен с шиной установки кода, коэффициента умножения и первым входом элемента сравнения, управляющий вход - с выходом триггера, а выход - с вторым входом сумматора, выход которого подключен к в.торому входу элемента сравненш, выход которого соединен с первым входом триггера и первьм входом вентиля второй вход которого подключен к выходу элемента задержки, а выход - к первым входам первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с входом элемента задержки и вторым входом блока управления, а выхода -S с вторыми входами соответственно вто рого 3 апокшнакнцего регистра и тригге ра. 2-. Умножитель по п.1, отличающийся тем, что счетчик импульсов содержит запоминающий регистр, установочный вход кот(рго 2 является первым входом счетчика импульсов, а Управляющий вход вторым входом счетчика импульсов., и сумматор, первый вход которого оо подключен к выходу запоминающего К регистра, второй вход .- к йине уста.новки кода коэффициента умножения, а выход подключен к входу запоминающего регистра и является выходом счетчика импульсов.

Т

16

1

12