Частотный компаратор Советский патент 1990 года по МПК H03K5/26 

Фиг.1

15

20

Изобретение относится к импульсной технике и автоматике, может быть использовано для допускового контроля частоты вращения вала путем контроля частоты импульсов, получаемых от дат- чика оборотов, и является усовершенствованием изобретения по ав. св. № 570193.

Цель изобретения - повышение дос- JQ товерности результатов контроля частоты за счет исключения возможности формирования ложных сигналов на выходных шинах.

На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2- - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, выход которого соединен с тактовым входом счетчика 2 импульсов, выходы которого поразрядно соединены с входами первых групп входов первого 3 и второго 4 элементов совпадения. Выход элемента k ния соединен с S-входом первого триггера 5, выход которого соединен с D-входом второго триггера 6, Выход элемента 3 совпадения соединен с - S-входом третьего триггера 7, выход которого соединен с D-входом четвертого триггера 8, С-вход которого соединен с С-входом триггера 6 и S-входом пятого триггера 9. Вход сброса счетчика 2 соединен с R-входами триггеров 5 и 7, С выходом первого формировате- 35 ля 10 импульсов и с S-входом шестого триггера 11. Вход формирователя 10 соединен с выходом второго формирователя 12 импульсов. Инверсный выход триггера 6 соединен с первым входом первого элемента И 13, выход формирователя 12 соединен с первым входом второго элемента И I. Инверсный выход триггера 8 соединен с первым входом третьего элемента И 15, прямой выход триггера 6 соединен с первым входом четвертого элемента И 16. Вход формирователя 12 соединен с входной шиной 17, входы вторых групп входов элементов 3 и k сравнения образуют 50 соответственно первую 18 и вторую 19 кодовые шины, а выходы элементов И 13, 1Ј и 16 образуют соответственно выходные шины 20-22в Выход переполнения счетчика 2 соединен с R-входами три|- 55 гера 9 и триггера 11, выход которого соединен с вторым входом элемента И И, выход которого соединен с S-вхо- i

дом триггера 9, выход которого соединен с третьим входом элемента И 13 и вторыми входами элементов И 15 и 16. Второй вход элемента И 13 соединен с прямым выходом триггера 8.

Устройство работает следующим обра зом.

Импульсы контролируемой частоты f k поступают на вход формирователя 12, который формирует импульс малой длительности по заднему фронту каждого входного импульса, при этом формирователь 10 вырабатывает вторую после1 довательность импульсов с тем же периодом, задержанную относительно первой на длительность импульса, формируемого формирователем 12. На счетный вход счетчика 2 поступают импульсы от генератора 1 опорной частоты 1. Счетчик 2 работает в циклическом режиме, т.е. накапливает импульсы опорной частоты в течение каждого периода контролируемой частоты с последую- совпаде- 25 сбросом в нуль в конце каждого периода импульсом формирователя 10. В течение периода контролируемой частоты счетчик 2 выдает на входы первых групп входов элементов 3 и k совпадения сигналы своего текущего состояния., Код, формируемый на выходах счетчика 2, меняется от нуля до максимальной величины пропорциональной периоду

тх : пк Јгоч т,гАе Јгоч частота импульсов генератора 1, а в случае ,. отсутствия входного сигнала до величины пмакс 2р-1, соответствующей емкости счетчика 2, где Р - разрядность счетчика 2. На входы вторых групп входов элементов 3 и k совпадения поступают опорные коды, соответствующие граничным частотам. Так, на входы второй группы входов элемента 3 совпадения - код частоты, соответствующий верхней границе поля допуска

f гоч

30

40

45

, fпорог

На мента

входы второй группы входов эле- 4 совпадения поступает код частоты, соответствующий нижней границе поля допуска

м ГО

N - -- ,

4 t порог н

при этом N з i N..

Процесс контроля частоты осуществляется следующим образом.

f гоч

, fпорог

На мента

входы второй группы входов эле- 4 совпадения поступает код частоты, соответствующий нижней границе поля допуска

м ГО

N - -- ,

4 t порог н

при этом N з i N..

Процесс контроля частоты ляется следующим образом.

5155

При включении питания устройства все переключающиеся элементы, триггеры устанавливаются в исходное состояние логического О. Первый импульс контролируемой частоты fx поступает на формирователь 12, выходной сигнал которого запускает формирователь 10, при этом импульс с выхода формирователя 12 не проходит через элемент И 1, который закрыт нулевым .сигналом с выхода триггера 11, поэтому триггеры 6, 8 и 9 по прежнему остаются в исходном состоянии и на выходных шинах 20-22 не формируются выходные сигналы. Тем самым устранен недостаток известного устройства - формирование недостоверных выходных сигналов во время первого измерения частоты, выходные сигналы сформированы по за- вершении процесса измерения. На выходе формирователя 10, по окончании сигнала на его входе, формируется импульс, который поступает на S-вход триггера 11 и переключает его. CHI- нал уровня логической 1 с его прямого выхода поступает на второй вход элемента И 1, открывая его для прохождения с выхода формирователя 12 при приеме второго входного импульса. Кроме того, импульс с выхода форми рователя 10 поступает на обнуляющие входы счетчика 2 и триггеров 5 и 7 и приводит их в состояние логического О. С этого момента начинается контроль частоты входного сигнала.

На фиг. 2 представлена временная диаграмма работы устройства допуско- вого контроля частоты. Условные обозначения на временных диаграммах фиг. 2- соответствуют номерам элементов и шин устройства на фиг. 1; на фиг. 2а - входные сигналы контролируемой частоты на фиг. 2, б и в - импульсы, формируемые соответственно на выходах формирователей 12 и 10; на фиг. 2, г условно показано увеличение числа в счетчике 2, считающего в течение периода контролируемой частоты импульсы генератора 1; Т. и Ти - пороговые числа, запрограммированные на опорных входах в элементах совпадения и определяющие соответственно верхнюю и нижнюю границу допуска по частоте (периоду). Как видно на фиг. 2, г, счетчик 2 начинает и заканчи- вает счет по приходу задних фронтов смежных контролируемых импульсов; на фиг. 2, д - формирование сигнала

Q 0 5 о

5

0

5

0

уровня логической 1 на выходе триггера 11, разрешающего прохождение через элемент И лишь второго синхроимпульса, формируемого на выходе формирователя 12; на фиг. 2, е - отсутствие сигналов на выходах элементов k-б, поскольку число, записанное в счетчике 2, превысило лишь меньший порог, определяемый нижней границей допуска частоты и вызвало срабатывание лишь элемента 3 совпадения; на фиг. 2, ж - импульс, формируемый элементом 3 совпадения в момент совпадения текущего состояния счетчика 2 и порога Тн; на фиг. 2, з - сигнал уровня логической 1 на прямом выходе триггера 7, существующий от момента превышения порога в элементе 3 совпадения до момента прихода синхроимпульса по заднему фронту второго импульса контролируемой частоты; на фиг.

2,и - импульс, прошедший через элемент И 14. С приходом этого импульса на триггеры 6, 8 и 9, триггеры 8 и 9 (фиг. 2, к) переключаются в состояние логической 1 и на выходной шине 20 формируется сигнал уровня логической 1 (фиг. 2, м), на шинах 21 и 22 - уровни логического О (фиг. 2, л и н); на фиг. 3, а - диаграмма работы устройства при частоте входного CHI- нала ниже нижнего допуска (fк f«). Отличие данной диаграммы от предыдущей в том, что число импульсов генератора 1, сосчитанных счетчиком 2 (фиг. 3, г), превысило пороговые числа Тн и Тв, определяющие нижнюю и верхнюю границу допуска по частоте. Поэтому оба элемента 3 и k совпадения сформировали короткие выходные сигналы (фиг. 3, е и ж), которые переключили триггеры 7 и 5 в состояние логической 1 (фиг. 3, е и ж); на фиг.

3,и - на прямых выходах триггеров 6, 8 и 9 после поступления на них сигнала с выхода элемента И И появился выходной сигнал, соответствующий уровню логической 1. На шине 22 формируется выходной сигнал Меньше (фиг. 3, м); на фиг. k - диаграмма работы устройства при контроле сигнала с частотой, большей верхнего порогового значения. Кроме того, представлены эпюры, показывающие работу устройства при пропадении входного сигнала fy. (импульсы 3 и 4) во время контроля частоты; на фиг. , б и в - импульсы на выходах соответственно форми,71555

рователей 12 и 10; на фиг. k, г - за время измерения первого периода между импульсами 1 и 2 счетчик 2 не успевает насчитать число импульсов опорного генератора, превышающее меньший порог, поэтому элементы 3 и k совпадения не формируют входные сигналы. Триггеры остаются в исходном состоянии логического О и при поступ- лении второго входного импульса, импульс с выхода элемента И 1 переводит в состояние логической 1 только триггер 9 (фиг. 4, и). При этом на шине 21 формируется выходной сиг- нал Больше (фиг. Ь, к). Если после прихода (фиг. , а) импульсов дальнейшее поступление импульсов прекращается, счетчик 2 считает импульсы генератора 1 до переполнения. И хотя триггеры 5 и 7 при этом переключились в состояние логической 1 (фиг. 4, с и ж), но из-за отсутствия импульсов эта единица не переписана в триггеры 6 и 8, а сформированный счетчиком 2 сигнал переполнения, поступив на R-вход триггера 9, переключает его в состояние логического О. Сигнал уровня логического О с прямого выхода триггера 9 запрещает формирова- ние выходных сигналов, поскольку возникает неопределенность и устройство не может определить отсутствует ли входной сигнал постоянно либо период его поступления стал существенно боль ше порогового значения.

Технико-экономическая эффективност технического решения заключается в повышении достоверности результатов допускового контроля частоты за счет исключения возможности формирования ложных выходных сигналов при отсутствии входного сигнала либо пропадания его в процессе контроля.

Так, в случае выхода из строя датчиков и прекращения поступления на входную шину устройства импульсов контролируемой частоты, результат последнего измерения сохраняется на од«v,

нои из выходных шин устройства в те-

5 о

П

U

0

8

чение времени заполнения счетчика 2 импульсами генератора 1 опорной частоты. По окончании этого времени выходной сигнал - результат последнего измерения автоматически снимается с выходных шин устройства в отличие от известного, в котором при попадании входного сигнала результат последнего измерения сохраняется и устройс гво не отслеживает действительные изменения частоты входного сигнала. При отсутствии входного сигнала с начала процесса контроля устройство так же не формирует ложных выходных сигналов в отличие от известного, на выходе которого формируется сигнал частоты Больше как при действительном превышении частоты контролируемого сигнала верхнего порога допуска, так и при полном отсутствии входного сигнала.

Формула изобретения

Частотный компаратор по авт. св. № 570193, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов контроля частоты за счет исключения возможности формирования ложных сигналов на выходных шинах, в него введены второй элемент И, включенный между выходом второго формирователя импульсов и С-входами второго и четвертого триггеров, третий элемент И, включенный между инверсным выходом четвертого триггера и второй выходной шиной, четвертый элемент И, включенный между прямым выходом второго триггера и третьей выходной шиной, а также пятый и шестой триггеры, причем выход шестого триггера соединен с вторым входом второго элемента И, S-вход - с выходом первого формирователя импульсов, а R-вход с выходом переполнения счетных импульсов и с R-входом пятого триггера, S-вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход - с третьим входом первого элемента И и с вторыми входами третьего и четвертого элементов И.

±П

ell

г

JT

л

Изобретение относится к импульсной технике и автоматике и может быть использовано для допускового контроля частоты вращения вала путем контроля частоты импульсов, получаемых от датчика оборотов. Частотный компаратор содержит генератор 1 опорной частоты, счетчик 2 импульсов, элементы 3 и 4 совпадения, триггеры 5 - 9 и 11, формирователи 10 и 12 импульсов, элементы И 13 - 16, входную шину 17, кодовые шины 18 и 19, выходные шины 20 - 22. Исключение возможности формирования ложных сигналов на выходных шинах позволяет повысить достоверность результатов контроля частоты. 4 ил.

в Лfl

I

1

п

г JL.

ЧЦСЛО&

4Ж 45

3 74

1

/Г Л

больше 21

Норма 20

м Меньше 22

г

«,

Фиг. it