Устройство для скользящего осреднения частотных сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к импульс ной технике, предназначено для. получения среднего значения непрерывного частотного сигнала в цифровой форме скользящим методом и может быть использовано в различных информациьнно-иэмерительных си с с-частотным вы I ходом. - Известнб устройство для скользя щегб осредненйй частс тного сигнала В1 лючающе§ .ф1,а1% синхронизации, г ератор импульсов, счетчик, сдви говые рёгистры, элементы И, элемен ты ИЛИ, элемент НЕ и блок считывания. В основу работы этого устройств положен принцип разбиения периода осреднения на несколько равных интервалов, в течение каждого из которых производится накопление информации в счетчике, а в конце каждого интервала производится запись накопленной информации в сдви говые регистры и сброс информации в счетчике, после чего начинается новый период накопления Л . Апгоритм осреднения частотного сигнала в этом устройстве имеет дискретный характер и результат на его выходе также имеет дискретный характер и не соответствует те щему среднему значению в реальном масштабе йремени. Кроме того, это устройство конструктивно сложно и обладает универсальностью по отнош нию к диапазону частот входного си нала и периоду осреднения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для скользящего осредне ния частотных сигналов, включающее входную шину, соединенную через формирователь импульсов с управляю щим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блок уп равления и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первом входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, кроме того, данное устройство содержит два регистра, два счетчика и цифровой интегратор. В выходном счетчике данного устройства за счет применения цифрового интегратора формируется код среднего значения частоты входной последовательности импульсов в реальном масштабе времени 2j . Недостатками данного устройства являются сложность и ограниченные функциональные возможности, так как устройство формирует результат, соответствующий среднему значению частоты входной импульсной последовательности, и не имеет возможности одновременного масштабирования входного сигнала, т.е. получения результата, соответствующего значению физического параметра, измеряемого частотным датчиком, . подключенным к входу данного устройства. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Указанная цель достигается тем, что в .устройство для скользящего осреднения частотных сигналов, содержащее входной формирователь импульсов, выходом соединенный с управляющим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блок управления и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, введены элемент И, элемент ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединен с входом записи бЛока памяти, информационный вХод которого подключен к выходу блока синхронизации, а выход блока памяти соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, вход сброса которого является входом запроса устройства и соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, при этом счетный вход второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу переноса первого счетчика, входу элемента задержки и тактовому входу блока синхрони3

зации, а другой вход элемента ИЛИ соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу элемента И, первьй выход блока управления и выход третьего учетчика являются выходами устройства. .

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства , на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для скользящего осреднения частотных сигналов содержит входную шину 1, формирователь 2 импульсов, блок 3 синхронизации, элемент 4 задержки, блок 5 памяти, генератор 6 импульсов, первый счетчик 7, элемент ИЛИ 8, второй счетчик 9, шину 10 запроса, блок 11 управления, элемент И 12, третий счетчик 13, выходные информационные шины 14 и шину 15 ответа.

Входная шина 1 соединена через формирователь 2 импульсов с управляющим входом блока 3 синхронизации тактовый вход которого подключен к выходу переноса счетчика 7, первому входу блока 11 управления, одному из входов элемента ИЛИ 8 и через элемент 4 задержки к входу записи блока 5 памяти, информационный вход которого соединен с выходом блока 3 синхронизации, управляющий вход подключен к первому выходу блока 11 управления и шине 15 ответа, а адресные входы подключены к выходам счетчика 9, счетный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 8;другой вход которого соединен с вторым выходом блока 11 управления,- третий выход которого подключен к одному из входов элемента И 12, другой вход которого соединен с выходом блока 5 памяти, а выход подключен к счетному входу счетчика 13, выходы которого соединены с выходными шинами 14 устройства, а вход сброса подключен к шине 10 запроса и второму входу блока 11 управления, третий вход которого соединен с выходом генератора 6 импульсов и счетным входом счетчика 7, информационные входы которого подключены к шинам задания коэффициента счета 1, а информационные входы счетчика 9 соединены с шинами задания коэффициента счета К2. Блок 11 управления может содержать, например - блок 16

75214

синхронизации, триггер 17, формирователь 18 серии импульсов, элемент 19 задержки и счетчик 20.

В данном варианте реализации 5 блока 11 управления его первый,

второй и третий входы соединены соответственно с тактовым и управляющим входами блока 16 синхронизации и тактовым входом формирователя 18 серии импульсов, управляющий вход которого подключен к прямому выходу триггера 17, единичный вход которого соединен с выходом блока 16 синхронизации, а прямой выход подключен к первому выходу блока 11 управления, при этом триггер 17 подключен к выходу переноса счетчика 20, информационные входы которого соединены с шинами задания коэффициента счета К 2, а счетный вход подключен к выходу формирователя 18 серии импульсов, второму выходу блока 11 управления и через элемент 19 задержки к его третьему выходу.

Устройство работает следующим образе.

С выхода генератора 6 импульсная последовательность частотой i (фиг. 2q ), поступает на счетный вход счетчика 7, на выходе переноса которого формрфуется импульсная последовательность частотой i /k 1 (фиг. 2 &).

С шины 1 через формирователь 2 импульсов на управляющий вход блока 3 синхронизации поступает входная импульсная последовательность частотой вх (фиг. 2 S ).

Блоком 3 синхронизации осуществляется временная привязка входных информационных импульсов к импульсной последовательности с выхода счетчика 7,(фиг. 2 г ). При этом на вход управления блока 5 памяти с первого выхода блока 11 управления поступает потенциал (фиг. 2 ), устанавливающий его в режим записи. Блок 5 памяти является одноразрядным с количеством ячеек, выбираемым из соотношения

fBx.MaKc

l -TT- (1)

где F g мако. максимально возможное

значение частоты следо5вания входных импульсов, uF - цена деления одного

.входного импульса, например, по отношению к физическому параметру, измеряемому частот ным датчиком. Каждым импульсом с выхода счетчи ка 7 производится переключение адре са ячейки в блоке 5 памяти и запись в соответствующую ячейку О или 1 в зависимости от того, поступил ли в данном такте входной информационный импульс;. Элемент 4 обеспечивает формирование импульса записи с некоторой задержкой по отношению к моменту переключения адреса и появления сигнала на инфор мационном входе блока 5 памяти, что необходимо для нормальной его работ в режиме записи. Частота следования импульсов с выхода счетчика 7 должна соответствоватьvf. U, где Тд - требуемый интервал осреднения. Это соотношение обеспечивает один полньй цикл записи за интервал осреднения. С учетом соотношения (1) при ли нейной зависимости частоты входного сигнала от физического параметра, измеряемого частотным датчиком, после первого полного цикла записи (один цикл работы счетчика 9) количество единиц в блоке 5 памяти соответствует среднему значению фи зического параметра за данный интервал осреднения. При uF 1, это количество единиц соответствует среднему значению частоты входного сигнала. В процессе последующих циклов записи в блоке 5 памяти осуществля ся поддержание количества единиц в соответствии с текущим средним значением измеряемого физического параметра, поскольку при записи единицы или нуля в очередную ячейк происходит обновление информации, срок давности которой равен интерв лу осреднения. Очевидно, что для получения код среднего значения физического пара метра достаточно организовать один полный цикл считывания информ ции из блока 5 памяти. С этой целью при поступлении по шине 10 запроса от потребителя 216 на вьщачу информации блок 11 управления формирует серию из К2 импульсов, которая должна укпадьшаться в интервале между двумя соседними импульсами записи. Поэтому коэффициент счета К 1 счетчика 7 должен несколько превышать коэффициент 1C 2. Из этого требования определяется частота генератора 6 импульсов. в момент поступления очереднрго сигнала запроса по шине 10 (фиг. 2а) сбрасывается предьщущее содержимое счетчика 13. В блоке 11 управления импульс запроса привязывается по времени к ближайшему импульсу записи блоком 16 синхронизации и по заднему фронту этого импульса триггер 17 переключается в единичное состояние, что обеспечивает переключение блока 5 памяти в режим считывания и разрешает работу формирователя 18 серии импульсов, с выхода которого серия из 1C 2 импульсов с частотой генератора 6 импульсов через элемент ИЛИ 8 (фиг.20) поступает на счетный вход счетчика 9 адреса. Количество импульсов в серии регулируется счетчиком 20, коэффициент счета которого так же, как и счетчика 9, равен К 2. Сигнал переноса с выхода счетчика 20 возвращает триггер 17 в нулевое состояние, что обеспечивает переключение блока 5 памяти снова в режим записи. В процессе цикла считывания на выходе блока 5 памяти, сигнал меняется в соответствии с состоянием опрашиваемых ячеек. Этот сигнал стробируется импульсами с выхода злемента 19 за- . держки блока 11 управления на элементе И 12, в результате чего по окончании цикла считьта«ия в счетчике 13 формируется код среднего значения физического параметра; на данньй момент времени. Поскольку цикл считывания не мешает процессу записи информации в блок 5 памяти и он может начинаться с любого адреса, то требование запроса на вьщачу информации может поступать в произвольный момент времени . Шина 15 ответа является вспомогательной и необходима для организации интерфейса с потребителем. Нулевой потенциал по этой шине должен запрещать съем информации со счетчика 13, поскольку он в это вре71

мя работает, а положительный перепад по шине 15 сигнализирует о готовности результата по очередному запросу. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простой алгоритм работы и, следовательно, более простую реализацию. Кроме того, помимо функции скользящего осреднения имеется возможность одно675218

временного масштабного преобразования частотного сигнала в код, соответствующий значению измеряемого физического параметра.

5 Подбором коэффициентов Ми К 2 возможна перестройка устройства на другой частотный диапазон и интервал осреднения без конструктивных изменений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО ОСРЕДНЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее входной формирователь импульсов, выходом соединенный с управляющим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блок управления и генератор импульсов, выход которого соединен со . счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первому входу блока управления, .. первыИ выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены элемент И, элемент ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединен с входом записи блока памяти, информационный вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а выход блока памяти соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, вход сброса которого является входом запроса устройства и соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, при этом (Л счетньй вход второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу переноса первого счетчика, входу элемента задержки и тактовому входу блока синхронизации, а другой вход элемента ИЛИ соединен ci вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу элемента И, первый выход бло9 ка управления и выход третьего счетчика является выходами устройсл ства. о

Запрос о

ОШет