Многоканальное устройство для обработки информации датчиков с частотным выходом Советский патент 1985 года по МПК G06F17/00 

и шестого yмнoжитeлeii частоты соединены соответственно с первыми информационными входами второго, третьего и четвертого регистров, вторые информационные входа которых соединены соответственно с выходами разрядов четвертого, пятого и шестого счетчиков, причем каждый узел тарировки содержит первый триггер, первый элемент И, .суммирующий счетчик и регистр, выходы разрядов кото рого являются выходами узла тариров ки, первый и второй информационные входы первого вычислителя частот являются соответственно первьм и вторым информационными входами узла тарировки, тактовый вход первого вычитателя частот и первый вход первого элемента И соединены с синхронизирующим входом узла тарировки, вход запуска которого соединен с единичным входом первого триггера, а установочный вход подключен к входу установки нулевого состояния суммирующего счетчика и к входу разрешения записи регистра, выход первого элемента И соединен со счетным входом суммирующего счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в каждый узел тарировки введены второй и третий триггеры, реверсивный счетчик, дешифратор, второй элемент И, элемент НЕ и второй вычитатель частот, первый и второй информащюнные входы которого соединены соответственно с первым и BTopbiM информационными выходами первого вмчитателя частот, тактовые входы второго Бычитателя частот и второго триггера соединены с синхронизирующим входом узла тарировки, первый информационный выход второго вычитателя частот соединен с суммируняцим входом реверсивного счетчика и с тактовым входом

196892 ,

третьего триггера,второй информационный выход подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, информационный вход третьего триггера соединен с единичным выходом первого триггера, выход третьего регистра подключен к установочньм входам второго триггера и реверсивного счетчика, знаковый и информационный выходы которого соединены соответственно с входами дешифратора, выход которого соединен с входом элемента НЕ и с информационнь& 1 входом второго триггера, выход которого соединен с первым выходом второго элемента И и с вторым входом первого элемента И, второй вход второго элемента И соединен с выходом элемента НЕ, а выход подключен к нулевому входу первого триггера.

2, Устройство по п,1, о т л ичающееся тем, что блок управления содержит группу элементов И, группу элементов ИЛИ, регистр, узел запуска, дешифратор и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первым входам элементов И группы, к тактовьм входам регистра и узла запуска, разрешающий вход которого соединен с выходом дешифратора, вход которого является вторьм входом блока, вьЬсод узла запуска является запускакицим вьгходом блока, информационный вход регистра соединен с первым входом блока, выходы разрядов регистра являются синхронизирующими выходами блока, вторые входы элементов И групш 1 соединены с первым входом блока, выходы элементов И группы соединены соответственно с входами элементов ИЛИ группы, выходы которых являются соответственно установочным . выходом и выходами начальной установки блока.

1. МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ДАТЧИКОВ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ,содержащее четыре регистра, блок управления, два коммутатора, три узла тарировки, арифметический блок индикации, блок постоянной памяти, регистр вывода и в каждом канале последовательно соединенные усилитель и триггер Имитта, счетчик, умножитель частоты, вход которого и счетный вход счетчика соединены с выходом триггера Шмитта, входы первого, второго и третьего усилителей соединены с первым информационным входом устройства, входы четвертого, пятого и шестого усилителей соединены с вторым информационным входом устройства, установочные входы каждого регистра и каждого счетчика соединены с выходом начальной установки блока управления, выход запуска и установочный выход которого соединены соответственно с входом запуска и установочньм входом каждого узла тарировки, тактирующие выходы блока управления подключены соответственно к разрешающим входам первого и второго коммутаторов и к синхронизирующим входам арифметического блока, регистра вывода и блока индикации, выход которого является выходом устройства, а информационный вход подключен к выходам разрядов регистра вывода, информационный вход которого соединен с.информационным выходом арифметического блока, информационньй вход которого соединен с выходом второго коммутатора, первый и второй входы блока управления соединены соответственно с выходом блока постоянной § памяти и управляющим входом тари-. ровки устройства, выходы первого, (Л второго и третьего умножителей частоты и выходы разрядов первого, второго и третьего счетчиков соединены соответственно с информационными входами первого коммутатора, выход которого подключен к информационному входу первого регистра, выходы первого, второго и третьего триггеров Шмитта соединены соответственно с первыми информационными входами первого, второго и третьего узлов тарировки, вторые информационные входы которых соединены соответственно с выходами четвертого, пятого и шестого триггеров Шмит.та, выходы разрядов первого, второго, третьего и четвёртого регистров и выходы первого, второго и третьего узлов тарировки соединены соответственно с информационными входами второго коммутатора, вход опорной частоты устройства подключен к синхронизируквдему входу каждого узла тарировки, выходы четвертого, пя

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для обработки информации, получаемой от датчиков с частотным выходом.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства,

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства на фиг.2 то же, блока управления; на фиг.З 3

то же, узла тарировки; на фиг,4 то же, первого вычитателя частот; на фиг.5 - то же, второго вычитател частот; на фиг,6 - то же, арифметического блока; на фиг,7 - временные диаграммы работы устройства, на фиг, 8 - временные диаграммы работы узла запуска.

Устройство содержит информационные входы 1 и 2, усилители 3, триггеры 4 Шмитта, умножители 5 частоты, коммутатор 6, узлы 7 тарировки, счетчики 8, регистры 9, арифметический блок 10, регистр 11 вьшода, блок 12 индикации, блок 13 управления, блок 14 постоянной памяти, коммутатор 15, вход 16 опорно частоты, управляющий вход 17, генератор 18 тактовых импульсов, дешифратор 19, узел 20 запуска, распределитель 21 импульсов, группу 22 элементов И, группу 23 элементов ИЛ регистр 24, вычитатель 25 частот, триггер 26, суммирующий- счетчик 27, вычитатель 28 частот, триггер 29, регистр 30, триггер 31, реверсивный счетчик 32, дешифратор 33, элементы И 34 и 35, элемент НЕ 36, триггеры 37-40, элементы И 41 и 42, элементы НЕ 43 и 44, триггер 45, элементы И 46 и 47, элементы НЕ 48 49, триггер 50, элементы И 51 и 52, узел 53 управления, исполнительный узел 54, программируемую логическую матрицу 55, регистр 56 операций, коммутатор 57, узел 58 памяти, коммутатор 59, регистр 60, коммутаторы 61 и 62 операндов, коммутатор 63, регистр 64, узел 65 выполнения операций, коммутатор 66 данных.

На фиг. 7 и 8 обозначены: типичная зависимость 67 изменения мгновенного значения начальной разности частот по времени при наличии помех, импульсная последовательность Л t 68 на первом выходе первого вычитателя, импульсная последовательность jjf 69 на втором выходе первого вычитателя 25; импульсная последовательность 70 на первом выходе второго вычитателя; импульсная последовательность д 71 на втором выходе второго вычитателя, сигнал 72 на выходе дешифратора 19, сигнал 73-на выходе генератора 18 тактовых импульсов и сигнал 74 на выходе узла 20/

Устройство работает следующим образом.

96892

Информационные сигналы с выходов трех дифференциапьных пар датчиков (с первого датчика каждой пары сигнал поступает на соответствующую шину входа 1, с второго датчикя - на соответствующую шину входа 2) или с трех пар датчик источник опорного сигнала обрабатываются параллельно в трех идентичto ных каналах, каждый из которых содержит две функциональные цепочки элементов, В первой функциональной цепочке канала производится обработка сигнала, поступившего на вход 1

)5 устройства, во второй функциональной цепочке обработка сигнала, поступившего на вход 2 устройства (входные шины при этом имеют одинаковые индексы). В арифметическом

2Q блоке 10 обработка сигналов каждой пары датчиков происходит последовательно во времени согласно задающей программе.

Один из трех каналов параллельной обработки работает следукицим образом. На входы 1 и 2 поступают информационные сигналы с частотами 11 и {-При прохождении входных сигналов через усилители 3 и триггеры 4 Шмитта формируются последовательности прямоугольных импульсов с частотами следования и fj поступающие затем на входы умножителей 5, счетные входы счетчиков 8,

информационные входы узла 7 тарировки . Умножители 5 частоты при этом осуществляют умножение частоты следования импульсов в К раз. При опросе данного канала выходы умножителя 5 частоты и счетчика 8 через коммутатор 6 подключаются к информационному входу регистра 9, что обеспечивает занесение в регистр 9 параллельного двоичного кода в соответствии с выражением

со

.

где JJ1 - выходной код при j-ом

опросе данного канала;

f - частота следования им50

пульсов на входе умножителя 5 частоты; : - цикл внутреннего опроса, Одновременно во второй регистр 9 заносится код в соответствии с выражением

N,, K{,;t,. . (2) 51 Далее коммутатор 15 поочередно подключает первый и второй регистры 9 к входу ари я етического блока: 10, в котором происходит обработка результатов опросов по внутреннему циклу устройства, при этом вычисляетсн код в соответствии с выражени| Vf..)tiРезультат N. хранится во внутренней памяти арифметического блока 10. При таком структурном построении можно получить многоразрядное число при использовании малозарядных счетчиков 8, что существенно снижает требование к быстродействию счетчиков. Способ измерения начальной разности частот, используемый в устройстве, основан на следующих математических выкладках. Среднее значение начальной разности частот, если зависимость ) представляет собой непрерьюную функцию, и общем виде может быть определено из выражения AC(t)cli , (4 J - среднее значение начальной разности частот за время измерения; Л- (i) - мгновенное значение начальной разности частот; изм время измерения. Выражение (4) может быть преобразовано следующим образом: мам t MjM и) fdiИ м UJ о «SM A 4t|dtj, где ивм время, в течение которого мгновенное значение fCtj O (внутри интервала i цям V) 196892 5 10 15 20 час раз 30 гд 35 жет рен 40 со Фор ный чем инт 45 вог кан рио сл мощ дов ряю о 5 за за 6 Af(t) - мгновенное значение начальной разности частот, если df(-t)-70) Mi/w о время, в течение которого мгновенное значение начальной разности 4f(i) 0 (внутри интервала t); ) - мгновенное значение начальной разности частот, если д(-Ь) 0 изм время, в течение которого мгновенное значение (|)о (внутри интервала 1„а)) Ai(t) - мгновенное значение начальной разности час. тот, если €(i)o,i:,3 Так как if (i)0,To J и f J ( С Переходя к средним значениям тот, выражение (5) Можно преобовать следующим образом: .м.-КсР-1 Д€ср+ среднее значение частоты 4f.(t) за вреМо I мя t yj .; cp-i - абсолютная величина среднего значения частоты за время Ea основании зависимости (6) мобыть построено устройство измеия начальной разности частоты следующим алгоритмом работы. мируется измерительный временинтервал длительностью ) приформирование измерительного ервала начинается по концу нуле- о периода частоты а зачивается по концу ( педа частоты д { ср - В течение времени i,,, при поИэи эталонной импульсной послеательности частотой оп измется следующие величины: N HiM число периодов частоты п за время изм N - число периодов частоты время изм) N. - число периодов частоты „ время i щ. -, 11 - число периодов частоты д{°р. за время iuswСледует отметить, что временны интервалы-fc и t „.цл- являются непрерывными, а состоят из временных интервалов i, - и nj .чередующихся между собой, а также ,с частотными времеиньми интepвaпa tij .Устройство, работающее по И АЛ 1 О алгоритму в соответствии с вьфаже иием (6), является достаточно сло ным. Это объясняется тем, что в течение всего временного измерительного интервала следует параллельно формировать специальным об разом четыре импульсные последовательности и подсчитывать число пульсов в каждой из них. Кроме эт го, процесс вычисления Р чпользовании выражения (6) являетс достаточно длительным. Все величины, входящие в зависимость (6), можно выразить чере измеренные величины Подставив величины из вьфажений (7) в выражение (6), можно получить следукицую зависимость: Зависимость еще больше упростится, если обозначить г .е Р На основании зависимости (9) может быть построено устройство мерения начальной разности часто сравнительно простое по своей ст туре. Формируется измерительный временный интервал и в течение этого интервала производится под счет числа импульсов трех импуль 928 ных последовательностей с частотами следования д,. и (,„, Величины п и о„ известны заранее. позтому вычисление значения 4{ сводится лишь к одной операции деления. 1 зический смысл величины п заключается в том, что она численно равна числу периодов частоты {(.р,, укладатающихся в измерительный временной интервал. Формирование измерительного временного интервала начинается по окончании нулевого периода частоты и заканчивается по окончании (п + п)-го периода частоты , т.е. тогда, когда число п частоты превысит число периодов на величину п, есчастотыли подсчет периодов ведется от начала измерительного временного интервала . Величина выбирается иско-дя из требуемой точности определения значения рИзмерение начальной разности частоты в предлагаемом устройстве производится следующим образом. При подаче на вход 17 кода команды Тарировка на выходе блока 13 управления вырабатывается импульс, который, поступая на входы запуска узлов 7 тарировки, ,приводит их в исходное состояние и дает команду, по которой начинается измерение начальной разности частот. Одновременно на вход 16 поступает импульсная последовательность опорной частоты fon, которая проходит на входы синхронизации узлов 7 тарировки. При опросе данного канала вслед за счетчиками 8 и умножителями 5 частоты опрашивается узел 7 тарировки, при этом на его выходе вырабатывается двойной код в соответствии с выражением. лв и 1 выходной код узла 7 тарировки при -ом опросе j цикл внутреннего опросаi .0. б входные частоты по t ш о Ш 21 данному каналу в начальных условиях, когда производится тарировка. Нетрудно заметить, что. . W где .p- среднее значение начальной разности час тот при J-OM опрос Далее этот код через коммутато 15 поступает на арифметического блока 10, где происходит обработка результатов опросов по внутреннему циклу устройства в со ответствии с выражением Р Р WU I J о j,,p Результат хранится во внутренней памяти ари(}н 1етического блока 10. Другие два канала ,с входными частотами ,и работаю аналогично. Следует отметить, что для полу чения высокой точности при ограни ченном времени измерения необходи мо, чтобы среднее значение началь ной разности частот в каждом, из каналов отличалось от нуля. В пре лагаемом устройстве к датчикам предъявляется требование: f y-f 11 ср ° 7f MCf 22ср licp 25 ср Причем диапазон средних значений начальной разности частот и число п, определяющее длительность временного интервала, выбирается исходя из требуемой точности и допустимого времени измерения, т.е. узлы 7 тарировки могут обеспечить высокую точность только в весьма ограниченной части всего диапазон входных частот. По окончании изме ния во внутренней памяти арифмети ческого блока хранится число J . 1«гм Из выражения (13) легко вычислить значение Д юр92-10Каждый из узлов 7 тарировки работает следующим образом. На информационные входы вычитателя 25 частот поступают импульсные последовательности с частотами к j а в условиях тарировки ° и t 2 .Если среднее значение f ср 2срО ия одном выходе вычитателя 25 частот вырабатывается импульсная последовательность fl , . а на первом выходе импульсная последовательность отсутствует, причем выходные импульсы последовательности формируются из входных следующим образом. Если после прихода импульса частоты 2 на вход вычитателя 25 частот на первый его вход пришел один импульс частоты f, то он не проходит на выход вычитателя 25 частот, если же он проходит не один, а два ш пульса частоты f, при отсутствии импульсов частоты f,, то второй импульс частоты , проходит на первый выход вычитателя 25 частот, формируя последовательность частотой д. Последовательность частотой формируется аналогичным образом при наличии двух идущих подряд импульсов частот . При чередовании во времени импульсов последовательностей с частотами и f, случай равных частот) импульсные последовательности if{. и не вырабатываются. Вычитатель 28 частот работает аналогичным образом. Из временных диаграмм (фиг.7) видно, что первые импульсы последовательностей и if. , вырабатываемые после каждого изменения знака мгновенного значения частоты (-t), характеризуют изменение знака разностей частоты. Количество же последующих импульсов (кроме первых) последовательностей . и характеризует число периодов частоты ilcp+ или от одной смены знака до другой. Импульсная последовательность й{1 формируется из последовательности исключением из нее первых импульсов после каждого перехода значений (ifitl из области отрицательных значений в область положительных значений.. Так как число импульсов импульсной последовательности -Af числен1Гно равно числу периодов частоты 4f cf f-V а число импульсов импульсной последовательности - числу периодов частоты Af p-iTo последовательности , 4 f используются для формирования измерительного временного интервала, В исходном состоянии суммирующий счетчик 27 и регистр 30 обнуле на выходах триггеров 26 и 29 сигнал логического нуля. Выходной сигнал триггера 29 поддерживает триггер 31 и счетчик 32 в обнуленном состоянии. Выходньм сигналом триггера 31 закрыты элементы И 34 и 35. Выходньм кодом реверсивного счетчика 32 на выходе дешифратора 33 установлен сигнал логической единицы. Сигнал логического нуля на выходе дешифратора 33 устанавли вается только в том случае, если на выходе знакового разряда реверсивного счетчика 32 установлен нулевой сигнал (число положительно), а на информационном выходе реверси ного счетчика 32 - двоичный код числа п. Процесс измерения начальной раз ности частот узлом 7 тарировки начинается с установки в единицу триггера 26 -положительным импульсо с блока 13 управления. Первым же с этого момента импульсом последовательности д (нулевьМ импульсом измерительного временного инте вала) на выход триггера 29 переписывается сигнал логической единицы разрешающий работу реверсивного счетчика 32 и триггера 31. После этого первым же импульсом частоты fpf, с момента начала работы триггера 31 на его выход с выхода деши ратора 33 переписывается сигнал логической единицы. Таким образом на выходе триггера 31 формируется начало измерительного временного и тервала. I Необходимая длительность измерительного временного интервала задается реверсивным счетчиком 32 и дешифратором 33. В течение всего измерительного временного интервал реверсивньй счетчик 32 увеличивает свои показания на единицу счета ка дьм импульсом последовательности. uf и уменьшает двои показания н единицу счета каждым импульсом последовательности Как толь 9212 ко наступит момент, когда на вход вьпитания реверс.ивного счетчика 32 поступит п ,. а на вход сложения n. n-i-n, импульсов, то на информационном выходе реверсивного счетчика 32 установится код числа. п, а на знаковом выходе - сигнал логического нуля. С этого момента начинает формироваться конец иэмерительного временного интервала. На выходе дешифратора 33 устанавливается сигнал логического нуля, а на выходе элемента НЕ 36 - сигнал логической единицы, которьм через элемент И 35 перебрасьтается триггер 26. Первым же импульсом частоты of, после срабатывания дешифратора 33 на выход триггера 31 переписывается сигнал логичес- кого нуля. На этом г аканчивается формирование измерительного временного интервала на выходе триггера 31. В свою очередь первым же импульсом последовательности Л . с момента срабатывания дешифратора 33 на выход триггера 29 переписывается сигнал логического нуля, которым запрещается работа триггера 31 и реверсивного счетчика 32, т.е. узел 7 тарировки возвращается в исходное состояние. В течение всего измерительного временного интервала импульсы эталонной частоты оп через элемент И 34 посту-пают на вход суммирующего счетчика 27. В соответствии с внутренним циклом работы устройства импульсами с выхода блока 13 управления показания суммирующего счетчика 27 периодически переписываются в регистр 30 и поступают на выход узла 7 тарировки. При каждом опросе суммирующий счетчик 27 обнуляется. Вычитатель 25 частот работает следую1цим образом. Триггерами 37 и 39 и элементом И 41 осуществляется привязка импульсов частоты f к импульсам частоты оп- каждый входной импульс на выходе элемента И 41 также вырабатывается один импульс, но длительностью Т. --- .Передний и задний фронты этого импульса совнадают с одноименными фронтами соседних импульсов частоты следования оп- Триггеры 38 и 40 и элемент И 42 осуществляют аналогичную

13

привязку импульсов частоты f,. Триг 45, элементами A3 и 4Л и элементами И 46 и 47 осуществляется непосредственное вычитание частот. встроенной логики на информамационнызс входах триггера 45 и элементов НЕ 43 и 44 осуществляется искдвочение импульсов, совпадающих между собой по

196892 14

времени, из импульсных последовательностей f и 2 привязанных к частоте опВычитатель 28 частот содержит 5 лишь элементы, необходи1 011е для непосредственного вычитания частот, так как привязка и исключение совпадакицих импульсов уже осуществлена вычитателем 25 частот.

г

и I-

м

bffi-

«««2

Фиг.З

tpuz. 4

фиг. 5

фиг.6

4fi

ЛЯП П n n и fl n n n

n «:ПППППППППППППП