Устройство для формирования сигналов суммарной и разностной частот Советский патент 1989 года по МПК H03K5/156 

:н1Ьз

fz

1в

20

4 СП

UD

сл

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматической подстройки частоты, а также устройствах автоматики для преобразования перемещения в код. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем формирования сигнала от датчика перемещения с преобразованием его в выходной сигнал в виде кода с высокой точностью. Для .зтого в устройство дополнительно введены элементы И-НЕ 11 и 12, второй RS-триггер 15 и реверсивный счетчик 14 импульсов. Устройство также содержит усилители-ограничители 1 и 2, D-триггеры 3, 4, 9 и 16, сумматоры 5 и 6 по модулю два, первый RS-триг- гер 7, генератор 8 тактовых импульсов, элемент ИЛИ 10, входные шины 17 и 18, выходные шины 19-22. Предложенное устройство по сравнению с прототипом обладает более широкими функциональными возможностями, так как обеспечивает преобразование перемещения в код с более высокой точностью. 3 ил. (Л

11

ti

15

Изобретение относится к импульсной технике и ,может найти применение в устройствах автоподстройки частоты, а также в устройствах автоматики для преобразования перемещения в код.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройЛ- ва за счет обеспечения возможности

формационный вход которого соединен с выходом первого сумматора 5.

Первая и вторая входные шины 17 и 18 соединены с входами первого и второго усилителей-ограничителей 17 и 18, первая и вторая выходные шины 19 и 20 соединены соответственно с информационным входом и выходом чет

- л- - - - - -с VH. , V-fiU, V-.- rj. f3Olfi LJfJl,jr Ч С 1

формирования сигнала от датчика пере-jg вертого D-триггера, третья выходная

мещений с преобразованием его в вы- ходной сигнал в виде кода с высокой трчностью.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 - менные диаграммы работы устройства при измерении перемещений и при,формировании разностной частоты соответственно.шина 21 соединена с. выходом второго RS-триггера 15, четвертая выходная шина 22 соединена с выходом реверси ного счетчика 14.

Устройство работает следующим образом.

Два входных сигнала а,(t) и Ь, (t (фиг.2с, 5) с частотами f, и f усиливаются и ограничиваются усилителями-ограничителями 1 и 2 до получения импульсов с единичной амплитудой. Пр измерении перемещения входные сигналы имеют равные частоты.и фазовый сдвиг /2 вследствие особенностей ра боты известньпс датчиков перемещения. Дискретизация по времени и запоминание сигналов на период дискретизации производится с помощью триггеров 3 и 4, первый из которых тактируется в моменты времени ..., п, п+2, ..., совпадающие с фронтами меандра т(п), формируемого триггером 7 (фиг.2е) который переключается сигналами с вы хода генератора 8, а второй тактируется .в моменты времени ..., п+1, п+3, ..., совпадаюпще со срезами меандра m (17) (фиг.28,0.).

Устройство содержит первый и второй усилители-ограничители 1 и 2, выходы которых подключены к информационным входам первого и второго D-триггеров 3 и 4, выходы которых соединены с первым и вторым входами первого сумматора 5 по модулю ..два. К первому входу второго сумматора 6 по модулю два подключен выход первого сумматора 5, а к второму входу присоединен выход первого RS-тригге- ра 7, установочные S- и R-входы которого соединены соответственно с тактовыми входами D-триггероБ 3 и 4 и с первьм и вторым выходами генератора 8 тактовых импульсов. Выход второго- сумматора 6 соединен с информационным входом третьего D-триггера 9, к тактовому входу которого подключен

20

25

30

35

Два входных сигнала а,(t) и Ь, (t) (фиг.2с, 5) с частотами f, и f усиливаются и ограничиваются усилителями-ограничителями 1 и 2 до получения импульсов с единичной амплитудой. При измерении перемещения входные сигналы имеют равные частоты.и фазовый сдвиг /2 вследствие особенностей работы известньпс датчиков перемещения. Дискретизация по времени и запоминание сигналов на период дискретизации производится с помощью триггеров 3 и 4, первый из которых тактируется в моменты времени ..., п, п+2, ..., совпадающие с фронтами меандра т(п), формируемого триггером 7 (фиг.2е) который переключается сигналами с выхода генератора 8, а второй тактируется .в моменты времени ..., п+1, п+3, ..., совпадаюпще со срезами меандра m (17) (фиг.28,0.).

Сигналы а,2(п) и Ь,(п) с выходов триггеров 3 и 4 суммируются по модуВ..ОД зле„е„,а ШШ ,0.. вкодь, которого 4о лГиГГс.миа ГяГ . :.

соединены г nf,tvr, г,,,,,-,о. , па ос1лиде КОТО

соединены с выходами генератора 8. К первым входам первого и второго элементов И-НЕ П и 12 присоединены соответственно -прямой и инверсный выходы второго сумматора 6, к вторым уходам - прямой и инверсный выходы третьего D-триггера 9, а к третьим - выходы элемента 13 задержки, выход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 10. Выход первого элемента И-НЕ 11 соединен с. входом сложения реверсивного счетчика 14 импульсов и установочным S-входом второго -RS-триггера 15, а выход второго элемента И- НЕ 12 - с входом вычитания реверсивного счетчика 14 и установочным R-входом второго RS-триггера 15, выход которого подключен к тактовому входу четвертого D-триггера 16, инрого формируется сигнал 5(п) сумыар- . ной частоты f 1 + f (фиг.2д). Этот сигнал инвертируется в интервалах времени ...,п+1, п+2, п+З, п+4, 45 «и что вьтолняется в сумматоре 6, на другой вход которого поступает меандр m(n), формируемый триггером 7. Сумматор -6 вьщает как прямой, так и инверсный-сигналы, которые являются д разрешающими сигналами, действующими на первых входах элементов И-НЕ 11 и 12. Прямой сигнал сумматора - сигнал d(n) (фиг.2ж).

Сигналы d(n) и d(n) задерживаются на D-триггере 9 на один такт его работы, поэтому на прямом выходе D- триггера 9 будет сигнал d(n-1) (фиг.2;ь). Сигналы d(n-1) Hd(n-l) действуют на вторых входах элементов

формационный вход которого соединен с выходом первого сумматора 5.

Первая и вторая входные шины 17 и 18 соединены с входами первого и второго усилителей-ограничителей 17 и 18, первая и вторая выходные шины 19 и 20 соединены соответственно с информационным входом и выходом чет- л- - - - - -с VH. , V-fiU, V-.- rj. f3Olfi LJfJl,jr Ч С 1

вертого D-триггера, третья выходная

jg вертого D-триггера, третья выходная

5

0

5

0

5

шина 21 соединена с. выходом второго RS-триггера 15, четвертая выходная шина 22 соединена с выходом реверсивного счетчика 14.

Устройство работает следующим образом.

Два входных сигнала а,(t) и Ь, (t) (фиг.2с, 5) с частотами f, и f усиливаются и ограничиваются усилителями-ограничителями 1 и 2 до получения импульсов с единичной амплитудой. При измерении перемещения входные сигналы имеют равные частоты.и фазовый сдвиг /2 вследствие особенностей работы известньпс датчиков перемещения. Дискретизация по времени и запоминание сигналов на период дискретизации производится с помощью триггеров 3 и 4, первый из которых тактируется в моменты времени ..., п, п+2, ..., совпадающие с фронтами меандра т(п), формируемого триггером 7 (фиг.2е) который переключается сигналами с выхода генератора 8, а второй тактируется .в моменты времени ..., п+1, п+3, ..., совпадаюпще со срезами меандра m (17) (фиг.28,0.).

Сигналы а,2(п) и Ь,(п) с выходов триггеров 3 и 4 суммируются по модуо лГиГГс.миа ГяГ . :.

лГиГГс.миа ГяГ . :.

. , па ос1лиде КОТО

рого формируется сигнал 5(п) сумыар- ной частоты f 1 + f (фиг.2д). Этот сигнал инвертируется в интервалах времени ...,п+1, п+2, п+З, п+4, «и что вьтолняется в сумматоре 6, на другой вход которого поступает меандр m(n), формируемый триггером 7. Сумматор -6 вьщает как прямой, так и инверсный-сигналы, которые являются разрешающими сигналами, действующими на первых входах элементов И-НЕ 11 и 12. Прямой сигнал сумматора - сигнал d(n) (фиг.2ж).

Сигналы d(n) и d(n) задерживаются на D-триггере 9 на один такт его работы, поэтому на прямом выходе D- триггера 9 будет сигнал d(n-1) (фиг.2;ь). Сигналы d(n-1) Hd(n-l) действуют на вторых входах элементов

RS-триггера 15, на выходе которого будет формироваться сигнал 1(п) разностной частоты (фиг.Зи).

Фронты и срезы сигнала разностной частоты формируются в моменты времени, когда фронты (срезы) . входного сигнала более высокой частоты обгоняют фронты (срезы) входного сигнала

Н-НЕ 11 и 12. Третьи входы элементов И-НЕ 11 и 12 стробируются сигналами f(n) с выхода элемента 13 задержки (фиг.2м).

Таким образом, отрицательньш импульс (сигнал k(n)) на выходе элемента И-НЕ 11 формируется при условии

(фиг.2к) d(n)d(n-1) 1 и импульс от- г-.... ..,.

сутствует, когда d(n)d(n-1) 0. Ус- ю более низкой частоты, ловия формирования и отсутствия отри- Но при обгоне фронт (срез) сиг- цательного импульса (сигнала 1(п)) нала более высокой частоты из oTcia- на выходе элемента И-НЕ 12 будут ющего становится операжающим, что (фиг.2 А); d(n)d(n-1) 1 и d(n) j{.- равнозначно изменению знака фазового

15-сдвига сигналов, т.е. изменению знака формируемых при этом элементарных перемещений. Если знак элементарных перемещений изменяется с - на. +, то триггер 15 сформирует фронт сиг- 20 нала разностной частоты, а если знак изменяется с + на -, то будет сформирован срез сигнала разностной

X d(n-1) 0.

Выполнение условия d(n)d(n-1) - 1 или,соответственно, условия d(n) х X d(n-1) 1 означает, что в сигнале d(n) сохраняется значение 1 или значение О при переходе через момент, дискретизации входньк сигналов. Эти случаи имеют место, если входные сигналы аг(п) и Ь(п) имеют равные час- частоты. тоты и фазовый сдвиг, что соответст- Наконец, рассмотрим формирование вует случаю измерения перемещений. 25 сигнала г(п) знака разностной часто- Импульсы k(n) и 1(п) подсчитываются ты предлагаемьи способом. При совпа- реверсивным счетчиком 15, по приращению содержимого которого можно судить о перемещении.

дении фронтов суммарной и разностной частот D-триггер 16 устанавливается в состояние 1, а при несовпадении (у , лл.х1, . JlC( |г1 -

Таким образом, можно сказать, что . зо в состояние О (фиг.Зк). В первом слуположительное элементарное перемещение следует суммировать при сохранении . единичного значения сигналом d(n), а отрицательное элементарное перемещение - при сохранении тем же сигналом нулевого значения.

Тем самым доказано, что импульсы на выходах элементов И-НЕ 11 можно использовать для счета элементарно перемещений с учетом их знаков и при этом отсчитывать четыре элементарных перемещения на период входного сигнала. Для каждого же из входных сигналов оказывается достаточным всего двух отсчетов на период.

Теперь рассмотрим формирование

чае (слева на фиг.3) частота сигнала bj(n) выше частоты сигнала аэ(п), во втором случае (справа) - наоборот. Фронты и срезы сигнала разностной

2g частоты 1(п) (фиг.2, Зж) формируются в моменты обгона фронтом ;(срезом) сигнала более высокой частоты фронта или среза сигнала более низкой частоты. Поэтому формирование фронта или

40 среза сигнала разностной частоты производится с некоторой задержкой (менее интервала дискретизации) после фронта или среза того из входных сигналов, частота которого вьш1е.

45 Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает более широкими .функциональными возможностями, так как обеспечивает преобразование перемещения в код

Формул, а изобретения

сигнала разностной частоты предлагаемым способом. Входные сигналы после

дискретизации аз(п) и bз(п), имеющие . .„

разные частоты, показаны на фиг.За,5. 50 высокой точностью. Формируемые сигнал S(n), меандр m(n), сигнал d(n),..a также импульсы элементарных перемещений - сигналы k(n) и 1(п) - показаны на фиг.Зв-и. Формиро- Устройство для формирования сигна- вание сигнала разностной частоты сво- 55 ° суммарной и разностной частот дится к подаче импульсных последова- содержащее первый и второй усилители- тельностей, соответствующих злемен- ограничители, входы которых соединены тарным перемещениям разных знаков, с первой и второй входными шинами, на разные установочные входы второго а выходы под1 лючены к информационным

RS-триггера 15, на выходе которого будет формироваться сигнал 1(п) разностной частоты (фиг.Зи).

Фронты и срезы сигнала разностной частоты формируются в моменты времени, когда фронты (срезы) . входного сигнала более высокой частоты обгоняют фронты (срезы) входного сигнала

г-.... ..,.

более низкой частоты, Но при обгоне фронт (срез) сиг- нала более высокой частоты из oTcia- ющего становится операжающим, что равнозначно изменению знака фазового

частоты. Наконец, рассмотрим формирование сигнала г(п) знака разностной часто- ты предлагаемьи способом. При совпа-

дении фронтов суммарной и разностной частот D-триггер 16 устанавливается в состояние 1, а при несовпадении (у , лл.х1, . JlC( |г1 -

в состояние О (фиг.Зк). В первом слу. зо в состояние О (фиг.Зк). В первом случае (слева на фиг.3) частота сигнала bj(n) выше частоты сигнала аэ(п), во втором случае (справа) - наоборот. Фронты и срезы сигнала разностной

2g частоты 1(п) (фиг.2, Зж) формируются в моменты обгона фронтом ;(срезом) сигнала более высокой частоты фронта или среза сигнала более низкой частоты. Поэтому формирование фронта или

40 среза сигнала разностной частоты производится с некоторой задержкой (менее интервала дискретизации) после фронта или среза того из входных сигналов, частота которого вьш1е.

45 Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает более широкими .функциональными возможностями, так как обеспечивает преобразование перемещения в код

. .„

50 высокой точностью. Устройство для формирования сигна- 55 ° суммарной и разностной частот содержащее первый и второй усилители- ограничители, входы которых соединены с первой и второй входными шинами, а выходы под1 лючены к информационным

Формул, а изобретения

высокой точностью. Устройство для формирования сигна- ° суммарной и разностной частот содержащее первый и второй усилители- ограничители, входы которых соединены с первой и второй входными шинами, а выходы под1 лючены к информационным

Фие.2

в (П)

S mfn) JHJlJTJTjnjTJTJlJlJlJnL

Фие.З