Преобразователь частоты в напряжение Советский патент 1987 года по МПК H03M1/60 

которых необходимо проводить очередное преобразование, определяет датчик 19 диапазона преобразования. Код этого числа хранится в регистрах 10, 11 и является задатчиком коэффициента деления для управляемого делителя 20 входной частоты. Блок 7 управления по фронту входного сигнала, поступающего с формирователя 1, вырабатывает через следующих друг за дру гом управляющих сигнала, имеющих длительность, равную нескольким периодам сигнала генератора 15 опорной частоты. Элементы И 2, 3, 4, 5, 6, управляемый делитель 20 с регистром 9 и блоком 7 обеспечивают работу счетчика 8 и сохранение кода накопленного числа, пропорционального длительности заданного количества

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления.

Цель изобретения - повьщ1ение разрешающей способности преобразователя на средних и высоких частотах диапазона за счет автоматического выбора периода преобразования в зависимости от диапазона входной частоты

На фиг.1 изображена функциональная схема преобразователя частоты в код и напряжение) на фиг.2 - блок управленияJ на фиг.З - временные диаграммы сигналов на его входах и выходах; на фиг.4 - датчик диапазона преобразования.

Преобразователь частоты в напряжение содержит формирователь 1 импульсов, элементы И 2-6, блок 7 управления, счетчик 8 импульсов, регистры 9-11, резистивную матрицу 12, группы ключей 13 и 14, генератор 15 опорной частоты, операционный усилитель 16, источник 17 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18, датчик 19 диапазона преобразования, управляемый делитель 20 частоты, элементы НЕ 21-23 входную шину 24, выходную шину 25.

периодов входного сигнала, а первая 13 и вторая 14 группы ключей, резис- тивная матрица 12, операционный усилитель 16, цифроаналоговый преобразователь (1Щ1) 18 и источник 17 опорного напряжения преобразуют код в обратно пропорциональное ему напряжение. Таким образом, выходное напряжение преобразователя на выходной шине 25 обратно пропорционально длительности определенного датчиком 19 числа периодов входного сигнала. При этом оно пропорционально выходному напряжению ЦАП 18, обеспечивающего линейность характеристики устройства соответственно увеличивая свое выходное напряжение, которое является опорным для операционного усилителя 16. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Блок 7 содержит элемент И 26, счетчик 27 импульсов, элемент И-ИЛИ 28, элементы И 29-31.

Датчик 19 диапазона преобразования содержит элемент НЕ 32, элементы И 33 и 34, триггер 35, счетчик 36 импульсов, запоминающее устройство 37. Блок 7 управления предназначен для вьфабатывания по началу выходного импульса формирователя 1 четьфех, следующих друг за другом и выдаваемых по разным цепям, команд управления U1, U2, U3, U4. Длительность каждой из них равна длительности некоторого постоянного числа периодов сигнала опорного генерато- ра.

Управляемый делитель 20 (входной) частоты предназначен для формирования на своем выходе в начале каждого т-го периода преобразуемой частоты сигнала, разрешающего прохождение команд управления через элементы И4-И6, и имеющего длительность, большую суммарной длительности команд U1-U4. Код, соответствующий числу т, поступает на разрядные входы делителя с разрядных выходов датчика 19 диапазона.

Датчик 9 представляет собой блок на разрядных выходах которого на каждом периоде преобразуемой частоты по командам U1, U4 появляется цифровой код, соответствующий номеру-дна- пазона, в котором в данный момент находится частота входного сигнала. В каждом диапазоне преобразование производится за некоторое заранее определенное для каждого диапазона число периодов входной частоты ш. Команда U1 останавливает работу датчика диапазонов для того, чтобы в нем закончились все переходные про- цессы, после чего на его разрядных выходах появляется код номера диапазона, в котором находится входная частота. После считывания кода в управляемый делитель 20 частоты и регистр 10 команда U4 устанавливает датчик 19 диапазона в начальное состояние для работы на следующем периоде входной частоты. Датчик диапазона может иметь- гистерезисную характеристику .

Преобразователь работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на вход формирователя 1, где преобразуется в импульсную форму, необходимую для работы логических и пересчетных схем. Частота сигнала при этом сохраняется

При поступлении с выхода формирователя 1 т-го.(от конца предыдущего интервала преобразования) импульса управляемый делитель 20 входной частоты вьщает сигнал, открывающий элементы И4-6. В противном случае счетчик 8 продолжает подсчет импульсов опорного генератора, команды U1, U4 поступают только на входы датчика диапазона для обеспечения его работы на очередном периоде входной частоты выработанный им на предыдущем периоде выходной код сбрасывается. При от крытых элементах И4-6, команда U1 через элемент НЕ 23 поступает на вход элемента И 2 и закрывает его. Импульсы генератора 15 опорной частоты перестают проходить на вход счетчика 8, что дает возможность закончиться переходным процессам в нем и на его выходах устанавливается код числа п . импульсов генератора 15 опорной частоты, подсчитанных счетчиком за m периодов входного сигнала. Команда U2 через элемент НЕ 22 продолжает закрывать элемент И2 и переносит код

счетчика 8 в регистр 9, где он сохраняется на протяжении следующего периода измерения. Этой же командой в регистр 11 заносится код номера диапазона, соответствующий числу m периодов входного сигнала, за время прохождения которых подсчитывались импульсы генератора 15 опорной частоты. Разрядные выходы регистра 11 подключены к разрядным входам ЦАП 18, на выходе которого появляется напряжение

,

где Uo - выходное напряжение источника 17 опорного напряжения i

q - коэффициент передачи ЦАП 18. Разрядные выходы регистра 9 управляют первой 13 и второй 14 группами ключей, которые вместе с резистивной матрицей 12 и операционным усилителем 16 представляют собой цифроана- логовый преобразователь, переводящий код числа п на выходе регистра 9 в обратно пропорциональное ему напряжение, которое появляется на выходе операционного усилителя 16 и равно

„ и

11 -пг р

h

где Р - коэффициент передачи резистивной матрицы 12. С учетом вьфажения для U и того, что число п пропорционально длительности m периодов входного сигнала

п

™

получим

вх

и

ЗЕНе.- qUpf I Pfвых р

h

где f - частота опорного генератора

fgj( - входная частота. Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя 16 про-, порционально входной частоте. Если в счетчике 8 записалось предельное число импульсов, которое задается соответствуюпщм включением элемента ИЗ, то на выходе элемента.И 3 появляется сигнал, закрывающий через элемент НЕ 21 элемент И 2. В дальнейшем до конца интервале преобразования на выходе преобразователя поддерживается напряжение, соответствующее минимальной входной частоте. Командой из счетчик 8 устанавливается в начальное состояние, при котором на его выходе появляется код числа К,

равного числу импульсов генератора 15 опорной частоты, составляющему суммарную длительность команд Ul, U2, из. Это необходимо для устранения возникающего рассогласования, так как по началу команды U1 заканчивается очередной период измерения и начинается следующий, и, если бы счетчик работал, то за время прохождения команд U1, U2, U3 в нем накопилось бы число К. Одновременно этой же командой U3 новый код номера диа- йазона m ,, выработанный датчиком диапазона на последнем закончившемся периоде входного сигнала, заносится в регистр to и в управляемый делитель 20 входной частоты. Следовательно, на очередном периоде измерения будут подсчитаны импульсы генератора 15 опорной частоты на протяжении и, периодов входной частоты, а в регистре 10 будет сохраняться код числа m . Далее при поступлении 1-го, 2-го,...,()-го импульров входного сигнала блок управления будет вырабатывать команды U1-U4, управляющие только датчиком 19 диапазона, потому что элементы И4,5,6 будут закрыты. При поступлении импульса на выходе управляемого делителя 20 входной частоты появляется сигнал открываннций элементы И4,5,6, после чего весь цикл измерения повторяется. Целое число п, накапливаемое счетчиком 8 за га периодов входной частоты, равно

1 где СО целая часть числа. Приращение лп, соответствующее при- ращению входной частоты дается выражением

. Так как п - целое, то минимальное значение , следовательно, минимальное различимое преобразователем приращение :входной частоты равно г

мин ()

вх

1м

mf

Формула изобретения

1. Преобразователь частрты в напряжение, содержащий первую и вторую группы ключей, формирователь импульсов, вход которого является входной шиной, источник опорного напряжения, и первый элемент И, первый и второй

2955206

входы которого соединены соответст- венно с выходами генератора опорной частоты и первого элемента НЕ,а выход подключен к счетному входу счетчика 5 импульсов, выходы которого соответственно соединены с информационными /входами пер вого регистра,инверсные выходы которого соединены с соответствую9

щими управляющими входами второй группы

10 J лючeй, выходы которых соответственно объединены с выходами первой группы ключей и подключены к соответствующим входам резистивной матрицы, выход которой соединен с инвертирующим

5 входом операционного усилителя, выход которого является выходной шиной и подключен к объединенным между собой коммутационным входам первой группы ключей, управляющие входы ко20 торых соответственно соединены с прямыми выходами первого регистра, отличающийся тем, что, с целью повьш1ени разрешающей способности преобразователя на средних

25 и высоких частотах диапазона, в него введены второй и третий регистры, цифроаналоговый преобразователь, блок управления, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, второй и

30 третий элементы НЕ, управляемый делитель частоты и датчик диапазона преобразования, первый вход которого объединен с первым входом блока управления и подключен к выходу гене35 ратора опорной частоты, а второй

вход объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к первому выходу блока управления, второй вход которого объединен с частотным

40 входом управляемого делителя частоты и подключен к выходу формирователя импульсов, второй и третий выходы соединены соответственно с первыми входами четвертого и пятого эле45 ментов И, а четйертый выход подключен к третьему входу датчика диапазона преобразования, при этом информационные входы второго регистра объединены с соответствующими инфор50 мационными входами управляемого делителя частоты и соответственно подключены к выходам датчика диапазона преобразования, вход записи второго .регистра объединен с входом установ5f ки начального значения счетчика импульсов и с входом синхронизации управляемого делителя частоты и подключен к выходу пятого элемента И, а выходы второго регистра соответст7 -1 венно соединены с информационными входами третьего регистра, вход записи которого объединен с входом записи первого регистра и входом первого элемента НЕ и подключен,к выходу четвертого элемента И, а выходы третьего регистра соответственно соединены с первыми входами цифроана- логового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения, а выход - с неинвертирующим входом операционного усилителя, причем входы второго элемента И соединены с соответствующими выходами счетчика импульсов, а выход второго элемента И через третий элемент НЕ подключен к третьему входу первого элемента И, четвертый вход которого через второй элемент НЕ подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого объединен с вторыми входами четвертого и пятого элементов И и подключен к выходу управляемого делителя частоты, а коммутационные входы второй группы ключей объединены и являются шиной ну-, левого потенциала.

2. Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что блок управления выполнен на счетчике импульсов, четырех элементах И и элементе И-ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управления, а первый вход объединен с первым входом четвертого элемента И и подключен к первому прямому выходу счетчика импульсов, первый инверсный выход которого соединён с первым входом третьего элемента И, второй вход которого объединен с вторыми входами четвертого элемента И и элемента И-ИЛИ и подключен к второму прямому выходу счетчика импульсов, второй инверсный выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого является вторым выходом блр95520 . 8

ка управления, а второй вход объединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И и подключен к третьему прямому выходу счетчика 5 импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого является первым входом блока управления, вторым входом которого является второй вход

0 счетчика импульсов, а третьим и четвертым выходами являются соответственно выходы третьего и четвертого элементов И, при этом третий и четвертый входы элемента И-ИЛИ объеди иены и подключены к третьему инверсному выходу счетчика импульсов, четвертый инверсный выход которого соединен с вторым входом первого элемента И.

3. Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что датчик диапазона преобразования выполнен на . двух элементах И, элементе НЕ, счет- . чике импульсов, запоминающем устройстве и триггере, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом переноса счетчика импульсов, счетньй вход которого соединен с выходом второго элемента И,- первый вход которого соединен с выходом триггера, второй вход является первым входом датчика диапазона преобразования, а третий вход объединен с

35 вторым входом первого элемента И и подключен к выходу элемента НЕ, вход которого является вторым входом датчика диапазона преобразования, выходами которого являются соответствующие выходы запоминающего устройства, входы которого соответственно соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, вход сброса которого объединен с вторым входом триггера и является третьим входом датчика диа- .пазона преобразования.

25

30

40

45

f.t

Редактор С.Патрушева

ФигА

Составитель В.Войтов

Техред В.Кадар Корректор М. Самборская

Заказ 627/61Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Чиг.3

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления. Цель изобретения состоит в повьшении разрешающей способности преобразователя на средних и высоких частотах диапазона за счет автоматического выбора периода преобразования в зависимости от диапазона входной частоты. Число периодов входной частоты, на протяжении ю со СИ СЛ |С