Преобразователь частота-напряжение Советский патент 1987 года по МПК H03M1/86 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах контроля и измерения частоты, а также в системах автоматического управления с частотными датчиками.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения за счет увеличения диапазона преобразуемых частот.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя частота - напряжение; на фиг. 2 функциональная схема цифроаналогового 15 чение которого пропорционально периопреобразователя; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления.

Преобразователь частота - напряжение (фиг. 1) выполнен на формирователе 1 импульсов, блоке 2 управле- 20 ная матрица 13, проводимость которой

ния, генераторе 3 опорной частоты, первом элементе И 4, счетчике 5, втором элементе И 6, первом и втором регистрах 7 и 8, первом и втором цифро- аналоговых преобр азователях 9 и 10, регистре 11 сдвига, делителе 12 частоты с управляемым коэффициентом деления. Цифроаналоговые преобразователи 9 и 10 аналогичны и выполнены.

(фиг. 2) на кодоуправляемой резистор- 30 рационного усилителя 14. Таким обраной матрице 13, операционном усилителе 14, токозадающем резисторе 15.Блок 2 управления (фиг. 3) выполнен на триггере 16, первом и втором одновиб- раторах 17 и 18.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии первый элемент И 4 закрыт, счетчик 5 обнулен, а регистр 11 сдвига находится в исходном состоянии. При этом коэффициент деления управляемого делителя 12 частоты минимален и равен единице. Под действием входных импульсов формирователь 1 импульсов вьщает в блок 2 управления сформированные импульсы Триггер 16 блока 2 управления под действием входных импульсой выдает разрешающий импульс на первый элемент И 4. Шпульсы частоты с выхода генератора 3 через управляемый делитель 12 частоты поступают на вход .счетчика 5, вызывая его заполнение. Значение опорной частоты выбрано таким образом, чтобы при максимальном значении входной частоты счетчик 5 за период преобразования заполнялся не менее чем на половину. Если ;3начение входной частоты достаточно

велико, счетчик 5 не переполняется. При окончании периода входной частоты блок 2 управления при помощи триггера 16 вырабатывает команду запрета на первый элемент И 4 и с некоторой задержкой, обусловленной наличием одновибраторов 17 и 18, последовательные импульсы записи в регистры 7 и 8 и затем импульсы обнуления счетчика 5 и установки регистра 11 сдвига в исходное состояние. При этом в счетчике 5 фиксируется, а затем переносится н регистр 7 двоичный код, знаду входной частоты, Цифроаналоговый преобразователь 9 производит деление величины опорного напряжения вследствие того, что управляемая резисторпропорциональна управляющему коду, включена в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 14, а опорное напряжение подключено 25 к входу операционного усилителя 14 через токозадающий резистор 15. Величина опорного напряжения выбирается несколько менее, чем половина максимального выходного напряжения опе5

зом,- при максимальном значении входной частоты, что соответствует половинному заполнению счетчика 5, на выходе операционного усилителя 14, а следовательно, и цифроаналогового преобразователя 9 формируется пропорциональное максимальное напряжение. Если в процессе преобразования счетчик 5 не переполняется, что соблюда0

ется в диапазоне f.

/2

ex- мвкС

fl)C ма КС

ex. макс О второй элемент И 6 не формирует импульсов переполнения и состояние регистра 11 сдвига, а так- 5 же и коэффициента деления управляемого делителя 12 частоты не меняется. При этом код с выхода регистра 11 сдвига через регистр 8 подается на цифров ой вход цифроаналогового преобразователя 10, выполненного аналогично цифроаналоговому преобразователю 9. При исходном состоянии регистра 11 .сдвига коэффициент деления цифроанало- roBOiо преобразователя минимален и равен единице. В .этом режиме выходное напряжение устройства равно выходному напряжению цифроаналогового преобразователя 9, пропорциональному входной частоте.

0

5

Если значение входной частоты находится в диапазоне f /4

ОА. МО КС

f.

вх

у2, то в процессе преобразования счетчик 5 переполняется. Пере- полнение счетчика фиксируется вторым элементом И 6, вырабатывающим импульс сдвига, подаваемый в регистр 11 сдвига. Последний меняет свое состояние и увеличивает коэффициент деления уп- равляемого делителя 12 частоты и циф- .роаналогового преобразователя 10 в

два раза. После.переполнения счетчик 5 устанавливается в состояние, соответствующее половинному заполнению а его дальнейшее заполнение осуществляется импульсами с выхода управляемого делителя 12 частоты, следующими с частотой в два раза ниже чем значение опорной частоты

Если значение входной частоты

Ввиду того, что диапазон преобразования цифроаналогового преобразователя 9 в люб ом случае не превышает 2 (при минимальном, а именно половинном за- .g полнении счетчика 5, выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 9 равно и, а при полном его заполнении - 0,5Up|, точность преобразования не ухудшается с уменьшением частоты.

20

Формул а; изобретения

ходйтся в диапазоне f /8

1. Преобразователь частота - напряжение, содержащий формирователь им.WA. ex

if /4, ТО В процессе преобразооУ Mct с

вания счетчик 5 переполняется дважды.

Регистр 11 сдвига также дважды меняет 25 пульсов, вход которого является входной шиной, выход подключен к первому входу блока управления, первый выход которого подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, второй выход блока управления подключен к установочному входу счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам второго элемента Л и соответствующим

процессы аналогичны. По окончании пе- 35

риода преобразуемой частоты блок 2 управления закрывает первый элемент .

свое состояние, последовательно увеличивая коэффициенты деления управляемого делителя 12 частоты и цифроаналогового преобразователя 10 в два, а затем в четыре раза, вследствие чего напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 10 оказывается пропорциональным входной частоте. При дальнейшем уменьшении входной частоты

30

информационным входам первого регистра, управляющий вход которого объединен, с управляющим входом второго регистра и подключен к третьему выходу блока управления, выходы первого регистра подключены к соответствующим цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого является шиной опорного напИ 4, переписывает содержимое счетчика 5 и регистра 11 сдвига в регистры 7 и 8, затем обнуляет счетчик 5 и ус- танавливает регистр 11 сдвига в ис ходное состояние, подготавливая тем самым устройство к дальнейшему цтслу

информационным входам первого регистра, управляющий вход которого объединен, с управляющим входом второго регистра и подключен к третьему выходу блока управления, выходы первого регистра подключены к соответствующим цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого является шиной опорного нап J.X

г Sx.Manc

преобразования.

„ ряжения, выход подключен к аналоговоДля предотвращения ложного измере- 45

„му входу второго цифроаналогового прения при значении входной частоты , - - .образователя, цифровые входы которого

подключены к соответствующим выходам второго регистра, выход является выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения за счет увеличения диапазона преобразуемых частот, введены делитель часто2Г,

где п - число разрядов регистра 11 сдвига, равное числу разрядов второго цифроаналогового преобразователя 10, сигнал с выхода переполнения регистра 11 сдвига поступает в блок 2 уп50

равления на вход установки в О триг- ты с управляемым коэффициентом деле- гера 16, возвращая его в исходное ния и регистр сдвига, установочный

состояние. При этом блок 2 управления закрывает первый элемент И 4, формирует сигнал записи содержимого счет

г10

чика 5 и регистра 11 сдвига в регистр 7 и 8 и затем обнуляет счетч1п 5 и устанавливает регистр 11 сдвига в исходное состояние. Устройство переходит в режим ожидания следующего импульса входной частоты. Выходное напряжение устройства при этом минимально .

Ввиду того, что диапазон преобразования цифроаналогового преобразователя 9 в люб ом случае не превышает 2 (при минимальном, а именно половинном за- полнении счетчика 5, выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 9 равно и, а при полном его заполнении - 0,5Up|, точность преобразования не ухудшается с уменьшением частоты.

20

Формул а; изобретения

1. Преобразователь частота - напряжение, содержащий формирователь им30

информационным входам первого регистра, управляющий вход которого объединен, с управляющим входом второго регистра и подключен к третьему выходу блока управления, выходы первого регистра подключены к соответствующим цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого является шиной опорного нап50

вход которого объединен с установочным входом счетчика, тактовый выход подключен к выходу второго элемента

и, выход переполнения подключен к второму входу управления, выходы разрядов регистра сдвига подключены к соотвеч ствующим информационным входам второго регистра и соответствующим управляющим входам делителя частоты с управляемым коэффициентом деления, тактовый вход которого подключен к выходу первого элемента И, выход под- ключен к тактовому входу счетчика.

2. Преобразователь по п. 1, о т- личающийся тем, что блок

управления выполнен на двух одновиб- раторах и триггере, счетный вход которого является первым входом блока управления, вход обнуления является вторым входом блока упра вления, выход является первым выходом блока управления и подключен к входу первого одновибратора, выход которого является вторым выходом блока управления и подключен к входу второго одновибратора, выход которого является третьим выходом блока управления.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах контроля и измерения частоты, а также в системах автоматического управления с частотными датчиками. Цель - повьшение точности и расширение области применения. Устройство . содержит формирователь 1 импульсов, блок 2 управления, генератор 3 опорной частоты, первый элемент И 4, счетчик 5, второй элемент И 6, первый и второй регистры 7, 8, первьй и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 9, 10, регистр 11 сдвига, делитель 12 частоты и управлемым коэффициентом деления. Повьппение точности достигается за счет обеспечения в преобразователе диапазона изменения выходного напряжения ЦАП 9 от 0,5U до U(, при любых значениях преобразуемой частоты, а область применения расширяется за счет увеличения диапазона преобразуемых частот. 1 3 . п. ф-лы, 3 ил. I (Л -чш оо 4;; ел СО bU 00 gjue.l

1д

сриг.2

Редактор С.Лисина

Составитель В.Першиков

Техред И.ПоповичКорректор С.Черни

Заказ 4932/55Тираж 899 ИЬдписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 110335, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Г-

/ff

At

(f)U9.3