Устройство для определения первой разности частотно-импульсного сигнала Советский патент 1983 года по МПК G06G7/18 

равления содержит пять элементов И, два счетных триггера, RS-триггер, формирователь импульсов и рлемент ИЛ при этом первый вход первого, элемента И является первым входом блока, выход первого элемента И соединен с первым входом первого счетного триггера и с 5-входом RS-триггера, прямой выход первого счетного триггера соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, инверсный выход первого счетного триггера соединен с первым входом второго счетного триггера и с первым входом четвертого элемента И, вторые входы счетных триггеров соединены с шиной пуска, соединенной с первым управляющим выходом блока, второй вход блока соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И,

прямой выход второго счетного триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого, являющийся вторым управляющим выходом блока, соединен с вторым входом первого элемента И, с R-входом RS-триггера и с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен со знаковым входом блока, выход RS-триггера соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И, выход третьего элемента И соединен с первым информационным выходом блока, выход четвертого элемента И соединен с первым входом, а выход пятого элемента И через формирователь импульсов - с вторым ,входом элемента ИЛИ, выход которого является вторым информационным входом блока.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в дискретных системах контроля и управления с частотно-импульсными входными сигналами. Известно устройство для определе измерения скорости, представленной частотой следования импульсов, которое определяет ускорение или заме ление как разность первого порядка между конечными суммами импульсов входной частоты в соседних интервал дискретизации. Устройство содержит вентиль, реверсивный счетчик, задат ки интервалов и пауз, блок индикаци и источник частотно-импульсного сиг нала 1 . Недостатком устройства является противоречие между статической точностью и динамической погрешностью. Для высокоточного определения конеч ной разности в этом случае следует увеличивать интервал дискретизации. Естественно, что при этом динамичес кие погрешности усредняются. Кроме того, для использования такого устройства в быстродействующих системах необходимо иметь достаточно высокий уровень частоты, что в подавляющем большинстве случаев достигается за счет значительного усложнения первичных датчиков, либо введения сложных устройств - умножителей частоты. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее входную шину, соединенную со входом блока управления, и три счетчика, ко входам обнуления которых подключены управляющие выходы блока управления, а к счетному первого из счетчиков подключен информационный выход блока управления. Кроме того, устройство содержит генератор стабильной частоты, регистры, счетчики, группы кодовых вентилей, распределитель и устройство вычитания частот С2 . Сущность работы устройства заключается в квантовании соседних периодов входной частоты и обратно пропорциональном преобразовании каждого . из результатов квантования с последующим вычитанием результатов преобразований. Недостатками устройства являются ограниченный сверху диапазон входных частот, поскольку для повышения

рутизны преобразования в цепь час- оты, квантующей период, введен делиель частоты с коэффициентом деления ; сложность устройства, обусловленая применением одного счетчика ля квантования соседних периодов входной частоты. Следствием этого вляется необходимость передачи результатов квантования периодов в параллельных кодах, что требует шести групп кодовых вентилей, значительно усложняет блок управления и увеличивает объем связей между элементами устройства. Указанные обстоятельства не могут не снижать надежности работы устройства; кроме того, для получения разности в виде кода, например для ввода в ЭВМ, необходимо еще более усложнить устройство.

Цель изобретения - расширение диапазона входных частот, упрощение и представление результата в числовой форме.

Цель достигается тем, что устройство для определения первой разности частотно-импульсного сигнала, содержащее блок управления, первый вход которого соединен с входной шиной устройства, три счетчика, входы обнуления которых подключены к пер-вому управляющему выходу блока управления, а счетный вход первого счетчика соединен с первым информационным выходом блока управления, генератор опорной частоты и делитель частоты, содержит реверсивный счетчик, три двоичных умножителя, дискриминатор, две группы ключей, группу элементов ИЛИ, RS-триггер и ключ, при этом первый информационный выход блока управления соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а второй информационный выход - с вычитающим входом реверсивного счетчика и со счетным входом второго счетчика, разрядные выходы первого и второго счетчиков соединены с кодовыми входами соответственно первого и второго двоичных умножителей, выход генератора опорной частоты соединен с вторым входом блока управлег ния и с частотными входами первого и третьего двоичных умножителей, выход первого двоичного умножителя соединен с частотным входом второго двоичного умножителя, выход которого соединен с S-входом RS-триггера и черед делитель частоты - с R-входом RS-триггера, прямой выход которого

соединен, с управляющим входом ключа, инверсные разрядные выходы реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами дискриминатора и через первую группу ключзй - с первой группой входов- группы элементов ИЛИ, прямые разрядные выходы реверсивного счетчика через вторую группу ключей соединены с второй группой входов

группы элементов ИЛИ, группа выходов которой соединена с кодовым входом третьего двоичного умножителя, выход которого через ключ соединен со счетным входом третьего счетчика, первый управляющий выход блока управления

5 соединен с входом обнуления реверсивного счетчика, второй управляющий выход блока управления соединен с входами обнуления первого, второго и третьего двоичных умножителей, пря0мой выход дискриминатора соединен с управляющим входом первой группы ключей и со знаковым входом- блока управления, инверсный выход дискриминатора соединен с управляющим входом вто5рой группы ключей.

Блок управления содержит пять элементов И, два счетных триггера, RS-триггер, формирователь импульсов и элемент ИЛИ, при этом первый вход

0 первого элемента И является первым входом блока, выход первого элемента И соединен с первым входом первого счетного триггера и с S-входом RS-триггера, прямой выход первого

5 счетного триггера соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, инверсный выход первого счетного триггера соединен с первым входом второго счетного триггера и с

0 первым входом четвертого элемента И, вторые входы счетных триггеров соединены с шиной пуска, соединенной с первым управляющим выходом блока, второй вход блока соединен с вторыми

5 входами третьего и четвертого элементов И, прямой выход второго счетного триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого, являющийся вторым управляющим выходом блока, соединен с вторым входом первого элемента И, с R-входом RS-триггера и с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен со знаковым входом блока, выход RS-триггера соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И, выход третьего элемента И соединен с первым информационным выходом блока, выход четвертого элеме та И соединен с первым входом, а вы ход пятого элемента И через формиро ватель импульсов - с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого являет ся вторым информационным выходом бл ка. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - выпол нение блока управления. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, блок 2 управления, двоичные умножители 3 и 4, счетчики 5 и 6, .реверсивный счетчик 7. дискриминатор 8, группы ключей 9 и 10, группу элементов ИЛИ 11, двоичный умножитель 12, делитель 13 част ты, RS-триггер И, ключ 15 и счетМик 16. Блок 2 управления содержит элемент И 17. счетные триггеры 18 и 19,элементы И 20-22, формирователь 23 импульсов, элемент ИЛИ 2k, RS-триггер 25, элемент И 2б. Работа блока 2 управления закяючается в следующем. С подачей сигнала на шину Пуск триггеры 18 и 19 устанавливаются в нулевое состояние. При этом потенциалом выхода элемента И 2б открыва ется элемент И 17. Одновременно сиг налом по шине Пуск в нулевое сост ние устанавливаются счетчики 5, 6, 7, 16, а потенциал выхода элемента И 26 блокирует работу двоичных умножителей 3, . 12. Первый же импульс F (t) через открытый элемент И 17 устанавливает триггеры 18 и 25 в единичное состояние. При этом открывается элемент И 20 и импульсы генератора 1 поступают на су мирующий вход счетчика 7 и вход счетчика 5- Следующим импульсом F (t) триггер 18 устанавливается в нулевое состояние, а триггер 19 в единичное. При этом открывается элемент И 2 и импульсы генератора 1 поступают на вычитающий вход счетчика 7 и вхо счетчика 6. По окончании (i+l)-neриодаF (t), т.е. с поступлением тре тьего импульсаF (t), триггеры 18 и 19 устанавливаются в единичное состояние, на выходе элемента И 26 появляется потенциал, закрывающий элемент И 17, разблокирующий двоичныв умножители 3, , 12 и устанавливающий триггер 25 в нулевое сос56тояние. Если дискриминатор 8 на прямом выходе имеет единичное состояние по окончании П+1 )-периода, на выходе элемента И 22 появится единичный сигнал, который, будучи сформированным по длительности формирователем 23, поступает через элемент ИЛИ на вычитающий вход счетчика 7. Устройство работает следующим об-i разом. В исходном состоянии счетчики 5, 6, 7 и двоичные умножители 3, 12 заблокированы сигналом управляющего выхода блока 2 управления, триггер 1 находится в состоянии О., в счетчике 16 записан код предыдущей разности первого порядка сигнала f (t) С поступлением на вход блока управления 2 очередного импульса Г (t)последний осуществляет кодирование i-ro и i+1-го периодов. При этом результаты кодирования числоимпульсные коды поступают соответственно на вход счетчиков 5 и 6, а также на входы реверсивного счетчика 7. В результате по окончании f+1-го периода коды в указанных счетчиках имеют значения V oTi(1) Nj, foTi + i (2) (,) (3) где fg - частота генератора 1. Очевидно, что возможны два случая:, в первом случае обнуление реверсивного счетчика 7 в процессе вычитания не происходит и дискриминатор 8 не срабатывает. Тем самым разрешающии потенциал, присутствующий на инверсном выходе дискриминатора 8, разрешает выдачу прямого кода из реверсивного счетчика 7 через ключи 10 и элементы ИЛИ 11 на кодовые входы двоичного умножителя 12. Во втором случае в процессе вычитания реверсивный счетчик обнуляется, срабатывает дискриминатор 8 и на его прямом выходе появляется потенциал, открывающий ключи 9. Этот же потенциал подается на блок 2 управления и по окончании (i+1) периода - на вход вычитания реверсивного счетчика 7, тем самым осуществляется инкремент обратного кода в реверсивном счетчике 7, т.е. на кодовые входы 7 двоичного умножителя 12 через ключи 9 и элементы ИЛИ 11 подается дополнительный код числа, характеризующий разность соседних (i) и (i+1) периодов. По окончании (i+1) периода разблокировываются двоичные умножители 3. . 12. На выходе двоичного умножителя 3 имеет место последовательность импульсов, средняя частота следования которых может быть выражена в виде З о где п - число разрядов счетчиков 5,6, 7 и двоичных умножителей 3, t, 12. С учетом (1) последнее выражение приобретает вид f - f о т; Э- 2 Выходная частота двоичного умножители 3 является входной для двоичного умножителя k, поэтому выходная частота последнего равна f - f OTj.TU-r Первый импульс f. устанавливает триггер l в состояние 1 и выходные импульсы двоичного умножителя 12 : поступают через открытый ключ 15 в счетчик 1б. Среднее значение частоты двоичного умножителя 12 определяется выражением f- f о()/ts f,2 . Импульсом переполнения делителя частоты триггер 1 устанавливается в состояние тем самым прекращается подача импульсов f-,2 счетчик 1б. Очевидно, что ключ 15 открыт в течение переменного интервала Т- -l где К - коэффициент деления делител 113 частоты. Последнее выражение с учетом ( 5) .принимает вид 75 Т. .Т. Число в счетчике 16 определится выражением , С учетом (6) и (7) , п ., .. N - (F:,, -F,) С8) Таким образом, код в счетчике 16 по окончании цикла пропорционален разности первого порядка решетчатой функции. Знак разности определяется состоянием выходов дискриминатора 8. Все элементы устройства возвратились в исходное состояние и оно готово к очередному циклу. 2 КРУИз (8) следует, что при К тизна преобразования (точность) предлагаемого и известного устройства одинакова и равна . Вместе с тем, в предлагаемом устройстве периоды Т- и Т- квантуются частотой f , а в известном - , т.е. при прочих равных условиях предлагаемое устройство допускает повышение частоты в К раз по сравнению с известным. Кроме того, техническая реализация предлагаемого устройства проще за счет использования двоичных умножителей и отдельных счетчиков для квантования периодов. При этом существенно сокращается объем связей между элементами, а также число элементов. В настоящее время известна реализация двоичных умножителей в интегральном исполнении (К 155 ИЕ8), в то время, как для реализации двоичного делителя нужен счетчик, п-кодовых ключей и, естественно, связи между ними. Все это обуславливает более высокую надежность предлагаемого устройство по сравнению с известным.