Умножитель частоты следования импульсов Советский патент 1990 года по МПК H03K5/156 H03B19/00 

(Л

с:

Изобретение может использоваться в измерителях и преобразователях частоты низкочастотных датчиков информации. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет введения в выходной сигнал частотной подставки с возможностью изменения ее величины и знака - достигается за счет введения функциональных преобразователей 3 и 11 и кодовых шин 14 - 16 и организации новых функциональных связей. Устройство также содержит генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, делитель 5 с переменным коэффициентом деления,элемент И 6, блок 7 управления, регистр 8 хранения, формирователь 10 импульсов, счетчик 12 импульсов, преобразователь 13 кодов, входную и выходную шины 9 и 4. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

ел

00 Од

Фиг.1

Изобретение относится к импульс- нон технике и может быть использовано в измерителях и преобразователях частоты низкочастотных датчиков информа- ции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет введения в выходной сигнал частотной подставки с возможностью изменения ее величины и знака.

На фиг. 1 приведена электрическая структурная схема умножителя частоты следования импульсов; на фиг. 2 - схема функционального преобразовате- ля; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу умножителя частоты следования импульсов.

Умножитель содержит генератор 1 тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовьм входом делителя 2 частоты и с тактовым входом первого функционального преобразователя 3, вход сбросу которого соединен с выходной шиной 4 и с выходом делителя 5 с переменным коэффициентом деления, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И 6, первый вход которого соединен с выходом блока 7 управления, вход которого соединен с входом записи регистра 8 хранения, с входной шиной 9 и через формирователь 10 импульсов - с входами сброса делителя 2 частоты, второго функционального преобразователя 11 и с входом сброса счётчика 12 импульсов, выходы которого соединены с информационными входами регистра 8 хранения. Первая и вторая группы входов преобразователя 13 кодов соединены соответственно с первой и второй кодовыми шинами 14 и 15, выходы - с информационными входами делителя 5 с переменным коэффициентом деления, третья группа входов соединена с выходами регистра 8 хранения. Счетный вход счетчика 12 импульсов соединен с выходом второго функционального преобразователя 11, тактовый вход которого соединен с выходом делителя 2 частоты, информацион ные входы которого соединены с трет,- ей кодовой шиной 16, выход первого функционального преобразователя 3 соединен с вторым входом элемента И 6

Функциональньш преобразователь 3(11) содержит счетчик 17 импульсов, выходы которого соединены с информационными входами первого и второго делителей 18 и 19 частоты с переменным

5 п

5

коэффициентом деления, входы сброса которых и вход установки счетчика 17 импульсов соединены с входом сброса функционального преобразователя 3, тактовый вход которого соединен с тактовым входом первого делителя 18 частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с так- товьм входом второго делителя 19 частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен со счет- ным (вычитающим) входом счетчика 17 импульсов и с выходом функционального преобразователя 3.

Умножитель частоты следования импульсов работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе блока 7 низкий уровень и элемент 6 закрыт по первому входу. Импульсы с выхода преобразователя 3 на тактовый вход делителя 5 не поступают.

На шину 9 с частотой F g поступает последовательность импульсов (фиг.З -б), По заднему фронту входного импульса на выходе формирователя 10 вьфабаты- вается импульс, который обнуляет делитель 2, счетчик 12 и преобразователь 11. Счетчик 12 заполняется импульсами (фиг. 3 г), поступающими на его счетный вход с выхода преобразователя 11.

С приходом второго и последующих импульсов на щину 9 на выходе блока 7 появляется высокий уровень, открывающий элемент 6, при этом импульсы с выхода преобразователя 3 начинают поступать на тактовый вход делителя 5. К приходу следующего импульса на шину 9 в счетчике 12 имеется число N. По переднему фронту входного импульса число N переписывается из счетчика 12 в регистр 8, с выхода которого поступает на третью группу входов преобразователя 13.

Измерение частоты входного сигнала осуществляется путем -подсчета счетчиком 12 числа квантующих импульсов в течение одного периода входной частоты. Для того, чтобы в конце периода TfiK входного сигнала содержание счетчика 12 соответствовало входной частоте, частота импульсов на выходе преобразователя 11 должна изменяться по закону l/t, где t - текущее время.

Работа преобразователя 3(11) в составе умножителя частоты следования импульсов заключается в следующем.

Импульсы с выходца генератора 1 с частотой F (фиг. За) поступают через:

51

делитель 2 на тактовый вход делителя 18. Рассмотрим случай, когда коэффициент К деления делителя 2 равен единице. С приходом первого импульса на шину 9 делителя 18 и 19 устанавливаюся в нулевое состояние, а счетчик 17 в состояние N, соответствующее максимальному значению измеряемой частоты Для полнрго использования емкости счетчика 17 импульсов это число должно быть равно его емкости N 2 , где п - число его разрядов. С приходом импульса с выхода делителя 19 на счетный вход счетчика 17 значение кода числа N в нем уменьшается, а коэффициенты деления делителей 18 и 19 увеличиваются на одну единицу. В результате на выходе пре

образователя 3(11) формируются импул сы, частота которых изменяется по закону l/t .

За период Т входного сигнала число импульсов (фиг.З в), поступивших на счетный вход счетчика 12, будет равно

„2п

N,

2

-«

..

бх

A-F

Вх

где А ; коэффициент пропорциот нальности.

Если коэффициент К деления делителя 2, установленньш на шине 16, не равен единице, то на тактовый вход . преобразователя 11 поступают импульсы (фиг. 3 г) с частотой и число импульсов N, станет равным N , .

2 FVT 6 K-A-Fg.

С при}Содом каждого импульса на шину 9 начинается новый цикл заполнения счетчика 12, в результате чего за. время, равное одному периоду Т , в нем накапливается число, пропорциональное значению частоты входных импульсов.

Импульсы на выходе делителя 5 и на

с возможностью и нения ее величины и знака. Станов возможным ввести в выходной сигна устройства К-Fg частотную подстав FJI . Частота К-Fg может располагат 25 как Bbmie частотной подставки . ( так и ниже ее (F - K-F). Кроме того, частотная подставка может б расположена как выше частоты К-F. (K-Fex+ Fp), так и ниже ее (K-Fg 30 Рассмотрим дополнительные режи работы устройства.

35

R4tx

К- F

бх

где К 1,2,3,...

- коэффициент у 40жения (целое ч

ло) .

На шину 16 поступает код числа Код N частотной подставки на шине имеет нулевое значение. Преобразов j тель 13 передает без изменения код N, K-A Fgx, сформированный на вы де счетчика 3.

принимать одно из трех значений:

шине 4 формируются следующим образом. Рассмотрим случай, когда величина

частотной подставки F, , поступающей частота выходного сигнала может на шину 14j равна нулю, а коэффициент М, поступающий на шину 15, равен единице. Код N на выходе счетчика 12 равен

55

N К-A-F

F

eiitx

K-Fex

+ F

е

Fftux FO - K-F,

BX

Ha выходе делителя 3 формируется импульс, если на его тактовый вход

о вх

На шину 16 поступает код числа К Код N, частотной подставки подается на шину 14 преобразователя 13, кото

поступит N импульсов (фиг.З д), равное коэффициенту N деления делителя 5, причем

«7 .

тогда

1 При

н, К.А.Г,,

А-Р8.п;Рв.,,

N.

F 5« О, N K-A-Fg ; |-tNp±NJ |±F

Выходная частота , tK. + Fj, I (фиг.З е).

.-AtK.

тотная подставка

Таким образом, частоту следования .входных импульсов увеличивается в К раз, а в выходной сигнал вводится часс возможностью изменения ее величины и знака. Становится возможным ввести в выходной сигнал устройства К-Fg частотную подставку FJI . Частота К-Fg может располагаться 25 как Bbmie частотной подставки . ( , так и ниже ее (F - K-F). Кроме того, частотная подставка может быть расположена как выше частоты К-F. (K-Fex+ Fp), так и ниже ее (). 0 Рассмотрим дополнительные режимы работы устройства.

5

R4tx

К- F

бх

где К 1,2,3,...

- коэффициент умно- 40жения (целое число) .

На шину 16 поступает код числа К. Код N частотной подставки на шине 14 имеет нулевое значение. Преобразова- j тель 13 передает без изменения код N, K-A Fgx, сформированный на выходе счетчика 3.

частота выходного сигнала може

частота выходного с

F

eiitx

K-Fex

+ F

е

Fftux FO - K-F,

о вх

На шину 16 поступает код числа К. Код N, частотной подставки подается на шину 14 преобразователя 13, который осуществляет операцию суммирования (шш вычитания) кодов N и N,:

N, -ь N,; N, - N,

5

где N K-A-Fg - код на выходе счетчика 3;

Np A fp-код частотной подставки.

W - - . F вых м вх

15981368

ся постоянная частотная подставка с возможностью изменения ее величины и

К

знака . Частота г:-Р., может располагать- М Вх

ся как вьше частотной подставки

CFo o-iV- Кроме того, частотная подставка может быть расположена выше частоты

K/M-Fg,(-Fa + Рд); так и ниже ее

К (т я ) Одновременно осуществрД ол О

ляется синхрониза ция выходных импуль- 15 сов относительно входных.

где 11 1,2,3,.. - знаменатель дроби (целое число); Коды NO и N,. равны:

о М; N,

K-A-F,

N л - i l i 1 ex

Выходной сигнал формируется при

A-F

6UK

K-A-FBX . Е

F .F- . Вых j Вх

Таким образом, преобразователь 13 осуществляет операцию деления кодов, поступивших на его входы.

N5 A-M-F.

Преобразователь 13 осуществляет деление на М суммы кодов N и N.

NO+N, A-M-FO +K-A.Fftx. р .к..., 1Г м .

Выходной сигнал формируется при условии.

Ь N,A.F, |A-F, A-F,,

V

т « F + Т БЫК и вк с

Если преобразователь 13 осуществляет деление на М разности кодов . ±Н и +N, то частота импульсов на- выходе устройства будет равной

F - . F Sfctx М бх

- «ли -|- вх-55

Таким образом, частота следованияj входных импульсов увеличивается в К/М раз. а в выходной сигнал вводитОпределим некоторые количественные соотношения для данного устройства, Если выбрать частоту F генератора 1, равной

F 2,

где п - число разрядов счетчика 17, то А 1 и операция умножения кодов в преобразователе 13 на коэффициент А сводится к их передаче на выход без изменения.

Число п разрядов счетчика 17 и относительная приведенная погрешность «Г измерения входной частоты связаны соотношением

2 ,

г, F . где t) - ,

3F - погрешность измерения частоты;F - значение частоты.

При полном использовании емкости счетчцка 17 максимальная частота входного.сигнала при п 12

гг

Ьх

4096 Гц.,

Абсолютная и относительная приведенные погрешности измерения частоты определяются из неравенства

iF 2 Гц (0,04%).

Частота имхтульсов на выходе ратора 1

t

F

. 16777216 Гц.

Формул

изобретения

входом сброса счетчика, импульсов, вы- to выход соединен с тактовым входом втоходы которого соединены с информационными входами регистра хранения, вход .записи которого соединен с входной шийой, с входом формирователя импульсов и через блок управления - с fiep- вым входом элемента И, выход которого соединен с тактовьм входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с вькодной шиной, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможносте1й путем введения в выходной сигнал частотной подставки с возможностью изменения ее величины и знака, в него введены пер- вый и второй функциональные преобра- зователи, первая, вторая и третья кодовые шины и преобразователь кодов первая и вторая группы входов которого соединены соответственно с первой и второй кодовыми шинами, третья группа входов соединена с. выходами регистра хранения, выходы соединены с информационными входами делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с

входом сброса первого функционального преобразователя, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, вход сброса второго функционального преобразователя соединен с входом сброса делителя частоты, информационные входы которого соединены с третьей кодовой шиной.

1520 25

0

5

рого функционального преобразователя, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, выход первого функционального преобразователя соединен с вторым входом элемента И.

1

2, Умножитель поп. 1, о т л и- чающийся тем, что каждый функциональный преобразователь содержит счетчик импульсов, выходы которого соединены с информационными входами первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, входы сброса которых и вход установки счетчика импульсов соединены с входом сброса функционального преобразователя, тактовый вход которого соединен с тактовьм входом первого делителя частоты с переме нным коэффициентом деления, выход которого соединен с тактовым входом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен со счетным входом счетчика пульсов и с выходом функционального преобразователя.

Фи8.2

«I I I I I I I II II I I I I

N,

m I I I lull 11 I I I I

f

гл

N,

фуг.З