Дифференцирующее устройство Советский патент 1985 года по МПК G06G7/18 G06F7/64 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение в составе систем автоматического управления и специализированных вычислительных установок при вычислении производной частотно-импульсных сигналов.

Цель изобретения - расширение диапазона дифференцируемых частот и повышение чувствительности устройства.

На чертеже представлена блок-схема дифференцирующего устройства.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, блок 2 синхронизации, первый и второй счетчики 3 и 4, первый и второй регистры 5 и 6, первый и второй блоки 7 и 8 сравнения, с первого по третий элементы 9-11 задержки, делитель 12 частоты, преобразователь 13 широтно-импульсного сигнала в напряжение, первый и второй триггеры 14 и 15, с первого по третий элементы И 16-18 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19.

Генератор 1 генерирует на первом выходе короткие импульсы с периодом следования То на втором его выходе формируются эти же импульсы, задержанные на время, меньц ее TO.

Блоки 7 и 8 сравнения формируют на своих выходах единичный сигнал в случае совпадения между собой кодов, поступающих на их первые и вторые входы.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчики 3 и 4, регистры 5 и 6 и триггеры 14 и 15 установлены в нуль; сигнал на выходе преобразователя 13 равен нулю; установлен также заданный коэффициент d деления делителя 2 частоты.

Импульсы дифференцируемой частоты f, поступающие на сигнальный вход блока 2 синхронизации, передаются на выход этого блока одновременно с очередными импульсами, поступающими на тактовый вход блока 2 с первого выхода генератора 1. Импульсы частоты fx с выхода блока 2 поступают на счетный вход счетчика 3. На счетный вход счетчика 4 поступают импульсы с второго выхода генератора 1, вызывая периодическое переполнение этого счетчика, в результате на выходе делителя 12 частоты формируются импульсы с периодом

Т, , где п количество разрядов счетчика 4.

Каждый импульс с выхода делителя 12, поступая на в.ход управления регистра 5, вызывает запись в этот регистр содержимого регистра б, затем (спустя время задержки элемента 10) этот импульс поступает на вход управления регистром 6, вызывая запись в этот регистр содержимого счетчика 3, после чего (спустя время задержки элемента 11) этот импульс устанавливает в нуль счетчик 3. Все эти три действия выполняются в промежутке времени между импульсами с первого выхода генератора 1. К моментам времени

считывания информации из счетчика 3 в нем образуется код суммы импульсов дифференцируемой частоты за время Т, т. е. входная частота устройства в определенном масштабе. Таким образом, в регистры 5 и 6 записываются значения входной чатоты устройства, измеренные в моменты времени, отстоящие друг от друга на время Т. Каждый выходной импульс делителя 12 вызывает перемещение информации из счетчика 3 в регистры 5 и 6.

0 Таким образом, в регистре б всегда хранится код Ne последнего замера входной частоты, а в регистре 5 - код Ns предыдущего замера. Разность между этими кодами

A N6-NS

приближенно равна производной L входной частоты устройства по времени.

Пусть содержимое регистра б больше содержимого регистра 5 (входная частота увеличивается) и очередной импульс с выхода делителя 12 осуществляет выщеука0 занный перенос информации, при этом оба счетчика 3 и 4 оказываются установленными в нуль и импульсы с второго выхода генератора 1 начинают заполнять счетчик 4. При этом сигналы на выходах блоков 7 и 8 сравнения отсутствуют, элемент И 18 закрыт

5 по первому входу нулевым сигналом с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 и иимпульсы с первого выхода генератора 1 не проходят на выход элемента И 18. Триггер 14 находится при этом в нулевом состоянии.

Счетчик 4 продолжает накапливать импульсы с второго выхода генератора 1. После очередного импульса код счетчика 4 становится равным коду регистра 5 и срабатывает блок 7 сравнения, благодаря чему на выходе

5 элемента ИСК ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ возникает единичный сигнал и очередной импульс с первого выхода генератора 1 проходит через элемент И 18 на вход элемента 9 задержки и вторые входы элементов И 16 и 17. Импульс с выхода элемента и 18 через элемент И 17 устанавливает триггер 15 в нулевое состояние (это состояние соответствует положительному значению производной f), а спустя время задержки элементом 9 устанавливает триггер 14 в единичное состояние.

Следующим импульсом с второго выхода генератора 1 увеличивается код счетчика 4 и нарушается равенство кодов на входах блока 7 сравнения, выходной сигнал блока 7 становится равным нулю и через эле.мент

0 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 закрывает элемент И 18.

После поступления Д импульсов с второго выхода генератора 1 (с момента срабатывания блока 7 сравнения) код счетчика 4 становится равным коду регистра 6. Срабатывает блок 8 сравнения и формирует на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 единичный сигнал. Очередной импульс с первого выхода генератора 1 поступает через элемент И 18 на вход элемента 9 задержки и на вторые входы элементов И 16 и 17. Этот импульс не проходит на выходы элементов И 16, 17, так как они закрыты сигналом, поступающим с инверсного выхода триггера 14 на их первые входы. Спустя время задержки элемента 9 выходной импульс элемента И 18 устанавливает триггер 14 в исходное нулевое состояние.

Следующий импульс с второго выхода генератора 1 увеличивает код счетчика 4, равенство кодов на входах блока 8 сравнения нарущается и выходной сигнал блока 8 становится равным нулю. После этого происходит дальнейшее накопление импульсов в счетчике 4 до момента его переполнения, после чего выщеописанный процесс повторяется. Таким образом, за время между двумя импульсами переполнения счетчика 4 триггер 14 находится в единичном состоянии в течение времени То Л. Указанный процесс повторяется d раз до появления следующего импульса на выходе деления 12 частоты, который осуществляет обновление информации в регистры 5 и 6 и, следовательно, может изменить величину и знак разности А, т. е. знак и абсолютное значение производной. Таким образом, в процессе работы на входе преобразователя 13 будет щиротно-модулированный сигнал с длительностью импульса, пропорциональной абсолютному значению производной.

В случае понижения входной частоты устройства, т. е. отрицательного значения производной, выщеописанные действия повторяются с той лищь разницей, что вначале срабатывает блок 8 сравнения, а затем блок 7

сравнения. Поэтому импульс с выхода элемента И 18 при нулевом состоянии триггера 14 проходит через элемент И 16 и устанавливает триггер 15 в единичное состояние, соответствующее отрицательному знаку производной.

Если входная частота устройства постоянна, т. е. Д О, то блоки 7 и 8 срабатывают одновременно. При этом на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19 остается нулевой сигнал, запрещающий прохождение импульсов генератор 1 через элемент И 18. Триггер 14 остается в нулевом состоянии, в течение всего времени Td, а триггер 15 индицирует при этом знак предществующего ненулевого значения производной, что соответствует запаздывающему характеру формирования напряжения на выходе преобразователя 13.

Предлагаемое устройство позволяет выполнять дифференцирование в более щироком диапазоне изменения частоты следования входных импульсов, так как минимальное значение imin периода следования входных импульсов ограничено лищь условием

Tmm О,

причем значение периода То может быть уменьшено в два раза, так как каждый из счетчиков 3 и 4 заполняется импульсами только с одного из выходов генератора 1. Отсутствие ограничения Ттт по величине Td позволяет обеспечить высокую чувствительность устройства в щироком диапазоне дифференцируемых частот за счет соответствующего изменения интервала времени между моментами считывания информации в регистры 5 и 6.

fx

ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее делитель частоты, первый регистр, два счетчика, первый из которых соединен счетным входом с выходом блока синхронизации, подключенного сигнальным входом к входу устройства, а тактовым входом - к первому выходу генератора тактовых импульсов, первый триггер, соединенный прямым выходом с входом преобразователя широтно-импульсного сигнала в напряжение, и два элемента И, первый из которых подключен первым входом к инверсному выходу первого триггера, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона дифференцируемых частот и повышения чувствительности устройства, в него дополнительно введены второй регистр, два блока сравнения, три элемента задержки, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий элемент И и второй триггер, выход которого является знаковым выходом устройства, а установочные входы соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, причем второй вход второго элемента И подключен к инверсному выходу первого триггера, соединенного счетным входом через первый элемент задержки с вторыми входами первого и второго элементов И и выходом третьего элемента И, подключенного первым входом к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а вторым входом - к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, подключенного кодовым выходом к первым входам первого и второго блоков сравнения, а выходом переполнения - к входу делителя частоты, соединенного выходом с входом управления i записью первого регистра и входом второго элемента задержки, подключенного выходом к входу управления записью второго регистра и входу третьего элемента задержки, выход которого соединен с входом обнуления первого счетчика, подключенного кодовым выходом к информационному входу второго регистра, соединенного выходом с вторым входом второго блока сравнения и информационным входом первого регистра, подключенного выходом к второму входу первого 00 00 блока сравнения, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подк-тюченного вторым входом к выхоСП ду второго блока сравнения и третьему входу о первого элемента И.