Умножитель частоты следования импульсов Советский патент 1983 года по МПК H03K23/00 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в качестве . блока управления с:п:ециализировч1нных цифровых устройств, занятых обработкой (вычислением интегральных характеристик) аигчлоговых сигналов, а также в качестве измерительного прибора, позволяющего измерять период входных сигналов и вырабатывать последовательность импульсов с частотой следования, обратно пропорциональной периоду входного сигнала, причем коэффициент пропорциональности может меняться в широких пределах.

Известен умножитель частоты следования иг шульсов, содержащий гене.ратор тактовых импульсов,формирующееустройст1зо, блок управления, два уп(равляющих вентиля,.два делителя частоты, первый регистр, схему переноса, распределитель импульсов, содержащий второй регистр, два делителя частоты, схему переноса, схему И, два вентиля, два элемента ИЛИ,триггер управления и триггер задержки 1 .

Известное устройство характеризуется недостаточно высокой точностью умножения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является умножитель частоты следования импульсов , содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый и второй счетчики импульсов, установочные входы которых соединены с первым входом первого элемента ИЛИ и с выходом элемента задержки, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов и управляющему входу первого регистра, информационные входы которого соединены с информационными выходами второго счетчика импульсов, а информационные выходал.с информационными входами третьего счетчика импульсов, вь/ходкоторого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к шине управления, и с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу третьего счетчика импульсов, вычитающий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов L 2

Недостаток известного устройства - невысокая точность умножения .

Цель изобретения - повышение точностиумножения,

Для достижения цели в умножитель частоты следования импульсов, содержащий последователнно соединенные генератор тактовых импульсов f первый и второй счетчики импульсов, установочные входы которых соединены с первым входом первого элемента ИЛИ и с выходом элемента задержки, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов и управляющему входу первого 5 регистра, информационные входы которого соединены с информационными : выходами второго счетчика импульсов, а информационные выходы - с информационными входами третьего счетчика

0 импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к шине управления, и с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подклю5 чей к управляющему входу третьего счетчика импульсов, вычитающий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов , введены второй, элемент ИЛИ, п дополнительных элементов И, h дополнительных формирователей импульсов, четвертый счетчик импульсов и второй регистр, информационные входы которого соединены с информационными выходами первого счетчика импульсов, управляющий вход - с выходом формирователя импульсов, а информационные выходы - с первыми входами соответствующих дополнительных элементов И, вторые входы которых соединены с ин0 формационными выходами четвертого счетчика импульсов, а выходы - с входами соответствующих дополнительных формирователей импульсов, выходы которых подключены к соответствую5 щим входам второго элемента ИЛИ,

. выход которого соединен с суммирующим , входом третьего счетчика импульсов, при этом установочный вход четвертого счетчика импульсов соединен с

0 выходом элемента задержки а счетный вход - с выходом третьего счетчика ; импульсов.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

с Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов, первый и второй счетчики 2 и 3 импульсов, установочные входы которых соединены с первым входом первого элемента ИЛИ 4 и с выходом элемента 5 задержки, вход которого подключен к выходу формирователя 6 импульсов и управляющему входу первого регистра 7, информационные входы которого сое5 динены с информационными выходами второго счетчика 3 импульсов,а.информационные выходы- с информационными входами третьего счетчика 8 импульсов,выход которого соединен с первым

0 входом элемента И , и с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу третьего счетчика 8 импульсов, вычитающий вход которого соединен с

5 выходом генератора 1, второй элемент ИЛИ 10, дополнительные элементы И 11-1-11-п дополнительные формирователи 12-1-12-п импульсов, четвертый счетчик 13 импульсов и второй регистр 14, информационные входы которого соединены с информационными выходами первого счетчика 2 импульсов, управляющий вход - с выходом формирователя б импульсов, а информационные выхо- ды - с первыми входами соответствующих дополнительных элементов И ll-1-ll-n, вторые, входы которых соединены с информационньми выходами, четвертого счетчика 13 импульсов, а выходы - с входами соответствующих дополнительных формиров ателей 12-1-12-п импульсов выходы которых подключены к соответс вующйм входам второго элемента ИЛИ 10, выход которого соединен с суммирующим входом третьего счетчика 8 импульсов, при этом установочный вход четвертого счетчика IS импульсов соединен с выходом элемента 5 задержки, а счетный вход с выходом третьего счетчика 8 импульсов, шину 15 входную и шину 16 управления.

Устройство работает следующим образом.

Входной периодический сигнал с периодом Tgx поступает на формирователь б, формирующий короткие прямоугольные импульсы, период которых равен T(j. Генератор 1 вырабатывает стабильные импульсы с периодом следования TQ, которые поступают на вход счетчика 2, на его выходе формируется импульсная последовательность с периодом TjjK (к - коэффициент деления счетчи- , ка 2, равный заданному коэффициенту умножения частоты). Эти импульсы поступают на вход счетчика 3.

За первый (после включения устройства) период входного, сигнала осуществляется автоматическая настройка устройства на работу. В этот период времени выходные сигналы не будут отражать требуемую зависи Тру/К.. Для блокировк мость Т

вых данных сигналов испольЭован один элемент 9, включенный на внходе устройства.

- Первый импульс с выхода формирователя б осуществляет перезапись кодов из счетчиков 2. и 3 в регистры 14 и 7. Однако во время первого периода входного сигнала их состояние не отражается на выходном сигнале (выход заблокирован). Этот же сигнал, но задержанный на элементе 5, на время перезаписи кодов, устанавливает в счетчике 3 код1...Г, в счетчиках 2 и 13 - код 0...0, а в счетчике 8 - код, равный коду реги

стра 7, но не оказывающих влияния на первый период входного сигнала.

За период времени Т на вход счетчика 2 поступит. Т. импуль- . сов. Следовательно, на вход счет-5 чика 3 за то же время поступит

N импульсов, где 3-С целая часть. С учетом того, что исходным состоянием счетчика 3 является код 1...1, в этом счетчике за 10 TBX будет код N-1, так как первый импульс с выхода счетчика 2 устано. вит в счетчике 3 код 0...0. Следующий импульс с выхода формирователя

6также осуществляет перезапись ко15 дов из счетчиков 2 и 3 в регистры 14

и 7 соответственно. Т.о. в регистре 14 будет храниться код остатка от деления Тдх/TO на К, а в регистре

7- код N-1. Задержанный сигнал с 20 выхода элемента .5 задержки опять . / устанавливает в исходное состояние

счетчики 2, 3 и 13, а в счетчик 8 переписывает код W-1 (состояние регистров 14 и -7 не изменяется до 25 прихода следующего импульса с формирователя б). Импульсы с генератора 1 с периодом следования Т про-должают поступать на вычитающий вход счетчика 8 и вход счетчика 2. ал При этом каждый- импульс,поступивший на вычитакадий вход счетчика 8, .уменьшает его содержимое на единицу. Следовательно, через время (N-I) Т код в счетчике 8 станет

нулевым, а следующий импульс вызовет

его отрицательное переполнение и на его выходе возникает сигнал (импульс .Импульс переходя через элемент Или 4,осуществляет запись в счетчик 8 код N-1. Этот же сигнал увеличивает 40 код счетчика 13 на единицу.

Как следует из. изложенного выше, период следования выходных импульсов равен Tg, И-Tj) и , что и 5 требовалось получить. Однако ошибка места положения (во времени) выходного импульса при этом горжет достигать Т и должна была бы накапливаться, если бы не импульсы, постугп пающие на суммирующий вход счетчика 8. Коррекция (устранение) ошибки .накопления основана на том, что в счетчике 2 осуществляется усечение (уменьшение) кода Т до величины N. . С&шбка усечения однозначно опреде.ляется кодом, хранящимся в течение

периода входного сигнала в регистре 14. .Следовательно, если за время Т..

в счетчик 8 добавить такое количество импульсов, которое равнялось 0 бы коду регистра 14, то величина ошибки места положения (во времени) К -го импульса лт будет равна Tjj.. Естественно, что увеличение кода в счетчике должно быть посте5 пенным и, по врзможности, равномерным во времени Т,. Указанную коррекцию в устройстве осуществляют счетчик 13, элементы И 11-1-11- И формирователи 12-1-12-h и элемент 10. Заметим, что в соответствии с представленной структурной схемой устройства код в регистре 14 соответствует коду счетчика 2, но имеет при этом обратный порядок записи. Например, если код в счетчике 2 имеет вид 1100, то в регистре 14 - ООН. Рассматриваемый пример указывает на то, что счетчик 2 состоит в примере из четырех триггеров и, следовательно, 1C 16. Код 1100 (слева, младшие разряды} указывает на то, что в устройстве f усечен при

представлении его кодом N на величину 3 Т .То естЬ| только три раза по одному импульсу необходимо, добавлять в содержимое счетчика 8. Моменты формирования импуль:сов коррекции однозначно определяются регистром 14, счетчиком 13, элементами 11-1-11-h, формирователями 12-1-12-п, элементрм ИЛИ 10, работа которых поясняется таблицей, где № Tg,x - порядковый номер выходного сигнала счетчика 8 с момента прихода импульса с элемента 5 и формирователей, 12-1-12-4 выход первого - четвертого формироватлей . Причем первый соответствует первму младшему разряду счетчика 13.

УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ, содержащий последовательно соединенные генератор тактовБвс импульсов, первый и второй счетчики импульсов, установочные входы которых соединены с первым входом первого злемента ИЛИ и с вы- ходом .злемента задержки, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов и управляющему входу первого регистра, информационные входы которого соединены с.информационными выходами второго счетчика импульсов, а информационные выходы с информационными входами третьегр счетчика импульсов, выход которогЬ соединен с первьлл входом элемента И, второй вход которого подключен к шине управления, и с вторым -; входом первого элемента ИЛИ,выход которого подключен к управляющему входу третьего счетчика импульсов, вычитающий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов , отличающийся тем, что, с целью повышения точности умножения, в него введен 1 второй элемент ИЛИ,н дополнительных элементов И, ti дополнительных формирователей импульсов, четвертый счетчик импульсов и второй регистр, информационные входы которого соединены с информацион1 ЕЛ4и выходами первого счетчика импульсов, управляю щий вход - с выходом формирователя е импульсов , а информационные выходы с первыми входанш соответствующих дополнительных элементов И, вторые входы которых соединены с информационными выходами четвертого счетчика импульсов, а выходы - с входами Соответствующих дополнительных формирователей импульсов, выходы «оторых подключены к соответствующим входам второго элемента ИЛИ; выход которого соединен с суммир5тощим входсм третьего счетчика импульсов, 4 41ib при этом установочный вход четвертого счетчика импульсов соединен с выходом элемента задержки, а счет вход - с выходом третьего счетчика импульсов. Л

Как следует из приведённой таблицы, сигнал на выходе элемента 10 появляется только в момент .появления единицы в 1-м разряде счетчика 13, если в i-M разряде регистра 14 хранится единица. Сравнение состояний (наличие единицы) в одноименных разрядах сметчика 13 и регистра 14 осуществляют элемейты 11-11-п. а формирователь импульра в момент сравнения - формирователи 12-1-12-п. Таким образом, введение новых функциональных блоков и связей обеспечивает повьшение верхнего предела частотного диапазона, так как он будет определяться с учетом частоты генератора тактовых импульсов , а не импульсов с выхода дели,теля частоты, как это имеет место в прототипе, а также повышение точности (уменьшение погрешности места положения на временной оси выходных импульсов), так

как независимо от соотношения Tg,

и Т л все К импульсов будут

вых

равномерно распределены внутри интервала (.

Предлагаемое устройство отличается отсутствием накопления ошибок. В устройстве-прототипе погрешность положения во времени выходных импульсов накапливается и э конце, например, m-rb периода входного сигнала при постоянной его частот1е может становиться равной . . . гдеК - коэффициент умножения частоты следованиям импульсов, Те - период Тс1ктовых импульсов. в данном устройстве осуществляется коррекция положения во времени выходных импульсов внутри каждого периода входногр сигнала. Таким образом погрешность положения во времени выходных импульсов в этом устройстве в конце hi -го периода равна погрешности в конце первого периода, т.е. примерно значению TQ.