Преобразователь частота-код Советский патент 1985 года по МПК G01B5/20 

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной технике и может использоваться в качестве функционального преобразовател частоты следования импульсов в код. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобра зователя путем реализации преобразо вания вида Z k-Tj, На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя частота-код; на,фиг,2 - пример выполнения блока управления, Преобразователь код-частота содержит суммирующий 1 и вычитающий 2 счетчики, блоки 3 и 4 элементов И, элементы ИЛИ 5 и 6, первый и второй блоки 7 и 8 сложения (частотноимпульсных последовательностей, элемент 2-2И-ИЛИ 9, первый и второй ключи 10 и 11, генератор 12 образцовой частоты, делитель 13 частоты, блок 14 управления, формирователь 15 импульсов, инвертор 16, каждый из блоков 7 и 8 состоит из элемента ИЛИ 17 и элемента 18 задержки. Блок 14 управления, состоящий из триггеров 19 и 20, элементов И 21-23 элементов 24 и 25 задержки, инверторов 26 -и 27 и RC-цепочек 28-30, Счетчики 1 и 2 выполнены двоичными, п - разрядными с коэффициентом пересчета N 2. Преобразователь частота-код работает следующим образом. Перед началом измерения на выходах блока 14 управления имеются низ кие потенциалы. Формирователь 15, на вход которого поступает преобразу емая частота , формирует импульсы т, 1Я длительностью j, передние фронты которых поступают на первый вход блока 14 управления, вследствие чего на третьем выходе блока 14 появ ляется импульс, который устанавливает счетчик 1 в исходное нулевое состояние, счетчик 2 - в исходное единичное состояние. Одновременно на первом выходе блока 14 появляется высокий потенциал, который открывает ключ 10, Так как на второй и третий входы элемента 2-2И-Ш1И 9 поступаютзапрещающий и разрешающий потенциалы соответственно, то импульсы с выхода генератора 12 через ключ 10, делитель 13 частоты и элемент 2-2И-Ш1И 9 поступают на вход счетчика 1 , в котором в определсзнный мо25мент времени i, формируется число о, . и с соответствующего выхода разряда счетчика 1 поступает импульс на второй вход блока 14 управления, вследствие чего на его втором выходе появляется высокий потенциал,который открывает ключ 11, а также является разрешающим и запре дающим потенциалом соответственно для второго и третьего входов элемента 2-2И-ШШ 9 Поэтому импульс с выхода генератора 12 через блок 7 сложения и элемент 9 поступают на вход счетчика 1, а через делитель 13, ключ 11 и блок 8 сложения - на вход счетчика 2. Импульсы с выходов счетчика 2 через блок 3 элементов И,управляемых кодом числа Ы , записанного в счетчике 1, и элемент ИЛИ 5 поступают на второй вход блока 8 сложения. Импульсы с выходов разрядов счетчика 1 через блок 4 элементов И, управляемых кодом числа N , записанного в счетчике 2, и элемент ИЛИ 6 поступают на второй вход блока 7 сложения , Процесс преобразования заканчивается в момент времени tj прихода заднего фронта импульса на выходе формирователя 15, который устанавливает на первом выходе блока 14 управления низкий потенциал и тем самым закрывает ключ 10, В этот момент времени в счетчиках 1 и 2 формируются результаты преобразования час|тоты N и N2 соответственно. Определим результаты преобразования N и N, Отметим, что все используемые ниже переменные величины являются функциями времени, т,е. f4(t), N- N-(t). Так как блок 4 управляется инверсным кодом числа счетчика 2, то импульсы на выходе элемента ИЛИ 6 отсутствуют. Это означает, что на второй вход блока 7 импульсы с выхода блока 6 не поступают. На выход блока 7 сложения проходят только импульсы частоты i(o , поступающие с выхода ключа 10 на первьй вход блока 7 сложения. Поэтому частота на выходе элемента 9 равна f к,А, где k 2 - коэффициент деления делителя 13; ц - частота генератора 12 образцовой частоты.

Число Ng, , код которого формируется в счетчике 1 в момент времени

Подставив уравнения (2) в систему уравнений (3), получим

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТА-КОД, содержащий генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с первым входом второго ключа, первый вход через формирователь импульсов подключен к входу преобразователя, а второй вход - к первому выходу суммирующего счетчика, вторые и третьи выходы которого соединены с входами соответственно первого и второго блоков элементов И, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы первого и второго блоков элементов К соответ-. ственно объединены и подключены к соответствующим выходам вычитающего счетчика, отличающийся тем; что, с целью расширения функциональных возможностей путем реализации преобразования вида k-T , в него введены два блока сложения, делитель частоты, инвертор и элемент 2-2И-ИЛИ, выход которого соединен с входом суммирующего счетчика, установочный вход которого объединен с установочным входом вычитающего счетчика и подключен к третьему выходу блока управления, выходы первого и второго ключей соединены с первыми входами соответственно первого и второго блоков сложения,вто(Л рые входы которых подключены к выходам соответственно второго и первого элементов ИЛИ, выход первого блока сложения соединен с первым входом элемента 2-2И-ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления и через инвертор - с третьим входом элеменto та 2-2И-ИЛИ, выход первого ключа чеэ рез делитель частоты соединен с четвертым входом элемента 2-2И-ИЛИ и с 4 fO Л вторым входом второго ключа, а выход второго блока сложения подключен к входу вычитающего счетчика.

Счетчик 2 с блоком 3 элементов И и элементом ИЛИ 5 представляют собой двоичный умножитель частоты „ на число N( , соответствующие ин- . версному коду числа N, счетчика 1. Поэтому среднее значение частоты на выходе элемента ИЛИ 5, являющегося выходом двоичного умножителя, определяется выражением

f (Nm- )-;(4) ,

Счетчик 1 с блоком 4 элементов И и элементом ИЛИ 6 представляет собой двоичный умножитель частоты fa на число N, соответствующее инверсному коду числа N счетчика 2.

Поэтому среднее значение частоты f на выходе элемента 6 ИЛИ, являющегося выходом двоичного умножителя, опреде- ., ляется выражением

f(Nm-N) N.

m

Просуммировав уравнения (9) и 5 (10), получаем

, + 2N,dN2 0. (Ю

I Откуда после раэделения перемен40 ных и интегрирования следует

dNi dNz.

- - О--- -

N7 N, N,

м Я,

( dN, , f dNz j dt J N.

«01-Nrr,

N -. N,, In -J- 21n 2

или

N, ,N,n ) NO,

откуда

N, Ы„, (|p.

(12) S1 Продифференцировав уравнения (12) получим ™., С учетом уравнения (13) уравнение (9) примет вид .dN, f,dt . () Проинтегрировав уравнение (14) получим „ , , г dN f 2 ot ni J N o Urn t . Подставив пределы интегрирования , имеем Ч, о(%- или, с учетом того, что f , , получим

3 --шйгЕ

91 i Hfirr 56 IKfilJ- f t « Откуда Л j так как , T - период частоты i, входньк импульсов. Подставив уравнение (16) в уравнение (12), получим 2 N-io,2 (17) г 4N, Ч 4Ы„, ..... , Уравнения (16) и (17) показывают, что в момент окончания периода Т исследуемой частоты f в счетчике 2 устройства формируется код числа N, пропорционального преобразуемой частоте f. , а в счетчике 1 - код числа N,пропорционального квадрату периода Т преобразуемой частоты f.