Устройство для измерения отношения частот последовательностей импульсов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

VJ ГО СЛ

Ј

00

ю

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения частот следования статистических последовательностей импульсов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для измерения отношения частот последовательностей импульсов Содержит входные шины 1 - 5, реверсивные счетчики 6, 7, коммутаторы 12,13, элементы ИЛИ 8,9, кодоуп- равляемые делители 10,11 частоты, триггеры 14, 15. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены коммутатор 17, блок 18 инверторов и входная шина 19. 2 ил.

Фиг.1

I

19

Изобретение относится к импульсной технике, может быть использовано для измерения частот следования статистических последовательностей импульсов, и является усовершенствованием устройства по авт.св. № 1620935.

Известно устройство для измерения отношения двух частот, содержащее два счетчика импульсов, генератор строба, вход которого соединен с выходом одного из счетчиков импульсов, и индикаторное устройство.

В этом устройстве входными сигналами заполняются оба предварительно обнуленных счетчика импульсов. При заполнении счетчика импульсов, соединенного с генератором строба, на индикаторное устройство выдается содержимое другого счетчика импульсов, которое соответствует отношению частот входных сигналов. После считывания результата счетчики импульсов обнуляются, и измерения повторяются.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности непрерывного слежения за изменением отношения частот до окончания периода измерения, что обусловливает низкое быстродействие устройства.

Известно устройство для измерения отношения частот последовательностей импульсов, содержащее две входные шины, реверсивный счетчик и кодоуправляемый делитель частоты, счетный вход которого подключен к первой входной шине, а информационные входы поразрядно подключены к информационным выходам реверсивного счетчика, суммирующий вход которого подключен к выходу кодоуправляемого делителя частоты, а вычитающий вход подключен к второй входной шине.

Недостатком данного устройства является ограничение его функциональных возможностей, обусловленное реализацией устройством всего лишь одной зависимости, а именно отношение частот fi и f2: fi

К

h

На практике часто возникает необходимость использовать более сложные зависимости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения отношения частот последовательностей импульсов, содержащее первую - пятую входные шины, первый и второй реверсивные счетчики, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй ко- доуправляемые делители частоты, первый и второй коммутаторы, первый и второй триггеры, причем первая входная шина соединена

со счетным входом первого кодоуправляемого делителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом первого коммутатора, первый и второй информаци- 5 онные входы которого соединены соответственно с третьей и четвертой входными шинами, вход управления первого коммутатора соединен с выходом первого триггера, вход которого соединен с выходом первого

0 кодоуправляемого делителя частоты и вычитающим входом второго реверсивного счетчика, выход прямого переноса соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и суммирующим входом первого реверсивно5 го счетчика, выходы прямого и обратного переноса которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизации записи первого ре0 версивного счетчика, информационный вход которого соединен с информационным выходом первого реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом обратного переноса второго ревер5 сивного счетчика и вторым входом второго- элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом синхронизации записи второго реверсивного счетчика, информационный вход которого соединен с информационным

0 выходом второго реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом второго кодоуправляемого делителя частоты, счетный вход которого соединен с второй входной шиной, информационный

5 вход второго кодоуправляемого делителя частоты соединен с выходом второго коммутатора, первый информационный вход которого соединен с пятой входной шиной, второй информационный вход второго ком0 мутатора соединен с информационным выходом первого реверсивного счетчика и выходом устройства, вход второго триггера соединен с выходом второго делителя частоты, а выход второго триггера - с входом

5 управления второго коммутатора.

Недостатком известного устройства является ограничение его функциональных возможностей, обусловленное реализацией устройством всего лишь одного типа зави0 симостей, а именно:

Y Ј.(Д + В)-С,

где fi, h - входные частоты;

А, В, С - числа, характеризующие масш- 5 таб и диапазон измеряемого отношения частот.

На практике часто возникает необходимость использовать и другие типы зависимостей.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для измерения отношения частот последовательностей импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения отношения частот последовательностей импульсов введены третий коммутатор, блок инверторов и шестая входная шина, причем первый информационный вход третьего коммутатора соединен с информационным выходом первого реверсивного счетчика и входом блока инверторов, выход которого соединен с вторым информационным входом третьего коммутатора, вход управления которого со- единен с шестой входной шиной, а выход третьего коммутатора - с выходной шиной устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения отношения частот последовательностей импульсов; на фиг.2 представлены зависимости входного кода от измеряемого отношения частот для предлагаемого и известного устройств .

Устройство для измерения отношения частот последовательностей импульсов содержит первую 1, вторую 2, третью 3, четвертую 4, пятую 5 и шестую 19 входные шины, первый 2 и второй 7 реверсивные счетчики, первый 8 и второй 9 элементы ИЛИ, первый 10 и второй 11 кодоуправляе- мые делители частоты, первый 12, второй 13 и третий 17 коммутаторы, первый 14 и второй 15 триггеры, выходную шину 16 и блок 18 инверторов, причем первая входная ши- на 1 через первый делитель 10 частоты, информационный вход которого соединен с выходом первого коммутатора 12, соединена с вычитающим входом второго реверсивного счетчика 7, информационный вход которого соединен с информационным выходом второго реверсивного счетчика 7, и входом первого триггера 14, выход которого соединен с входом управления первого коммутатора 12, первый и второй информаци- онные входы которого соединены соответственно с третьей 3 и четвертой 4 входными шинами, выход первого коммутатора 12 соединен с информационным входом делителя 10 частоты, вторая входная шина 2 через второй кодоуправляемый делитель 11 частоты, информационный вход которого соединен с выходом второго коммутатора 13, соединена с суммирующим входом второго реверсивного счетчика 7 и входом второго триггера 15, выход которого соединен с входом управления второго коммутатора 13, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с пятой входной шиной 5 и

информационным выходом первого реверсивного счетчика 6, выходы прямого и обратного переносов которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ 8, выход которого соединен с входом синхронизации записи первого реверсивного счетчика 6, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ 9, выход которого соединен с входом синхронизации записи второго реверсивного счетчика 7, выходы прямого и обратного переносов которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика 6, информационный вход которого соединен с информационным выходом первого реверсивного счетчика 6, первым информационным входом третьего коммутатора 17 и входом блока 18 инверторов, выход которого соединен с вторым информационным входом третьего коммутатора 17, вход управления которого соединен с шестой входной шиной 19, а выход третьего коммутатора 17 соединен с выходной шиной 16 устройства.

Устройство работает следующим образом.

Последовательность импульсов делимого с частотой fi через вторую входную шину 2 поступает на счетный вход второго кодоуправляемого делителя 11 частоты, а последовательность импульсов делителя с частотой h через первую, входную шину 1 - на счетный вход первого кодоуправляемого делителя 10 частоты. На третью 3, четвертую 4 и пятую 5 входные шины поданы соответственно коды чисел А, В и С.

На шестую входную шину 19 подан сигнал, управляющий состоянием третьего коммутатора 17. В зависимости от значения управляющего сигнала (логический О или логическая 1) на выходе коммутатора 17. устанавливается прямой или инверсный код числа, сформированного на информационном выходе первого реверсивного счетчика 6.

На информационные входы делителей 10 и 11 частоты через коммутаторы 12 и 13 соответственно в зависимости от состояния триггеров 14 и 15, которые работают в режиме Т-триггера, т.е. триггера со счетным входом, подключается код числа А или код числа В (на информационный вход делителя 10 частоты) и код числа С или код числа К, который формируется на информационном выходе счетчика 6 (на информационный вход делителя 11 частоты). Вследствие этого на выходе делителя 1Q частоты формируются последовательности импульсов с частотой f2/A или с частотой f2/B в зависимости от состояния триггера 14, а на выходе делителя 11 частоты - последовательности импульсов с частотой fi/C или с частотой fi/K в зависимости от состояния триггера 15. Указанные последовательности импульсов поступают на вычитающий и суммирующий входы второго реверсивного счетчика 7, причем на вычитающий вход счетчика 7 поступают последовательности импульсов с частотами f2/A и f2/B, а на суммирующий вход - последовательности импульсов с частотами fi/C и fi/K. Кроме того, последовательности импульсов с частотами f2/An f2/B управляют состоянием триггера 14, а последовательности импульсов с частотами fi/C и управляют состоянием триггера 15.

В установившемся режиме измерения, т.е. в режиме, при котором средние.значения частот fi и f2 остаются неизменными, число импульсов в импульсных последовательностях, приходящих на суммирующий и вычитающий входы счетчика 7 за одинаковые промежутки времени, равны. Очевидно, что на вычитающий вход счетчика 7 поступят два импульса за промежуток времени г - 1 -1- 1 -А + Вm

Г2 + Г75ЪГ 0)

f2/A T2/Bt2

а на суммирующий вход счетчика 7 два импульса поступят за промежуток времени

1 1 С +К,0ч

1 7-V7T+7-717- ,(2)

f,/C f;/Kf,

Так как устройство работает в установившемся режиме, имеет место равенство

Т1 Т2(3)

или согласно (1) и (2)

А + + К...

-Т.- .(4)

Ь

отсюда К

g.(A + Bj-C

(5)

Таким образом, в установившемся режиме измерения на выходе счетчика 6 формируется код числа К, связанного с частотами fi и f2 выражением (5). Указанный код числа К поступает на выходную шину 16 через коммутатор 17, на выходе которого (в зависимости от значения сигнала управления на шестой входной шине 19) формируется код числа

Yi K . (А+В)-С(6)

или код числа

-. (А + В) + С + (АПП) ,(7)

где К- инверсное значение кода; Ап - максимальное значение числа, записываемого в счетчик 6;

А-основание системы счисления (обычно двоичная);

п - количество разрядов счетчика 6. Таким образом, в установившемся режиме измерения на выходе устройства фиксируется код числа YI или код числа Y2 связанного с частотами fi и h выражениями (6) и (7).

При детерменированных значениях ча0 стот f 1 и fa состояние счетчика 7 изменяется только в пределах одного импульса, что обусловлено наличием фазового сдвига между частотами (fi/C + fi/K) или (f2/A + f2/B). Обычно емкость реверсивных счетчи5 ков устанавливается равной не менее десяти импульсов, что обусловлено конструкцией интегральных микросхем. Следовательно, колебания состояния счетчика 7 в пределах одного импульса не вызы0 вают появления сигналов на его выходах прямого и обратного переноса, и состояние счетчика 6 остается неизменным. Однако за счет статистических колебаний значений частот fi и f2 колебания состояния счетчика 7

5 выходят за пределы одного импульса. Поэтому емкость Qrt/KJCC счетчика 7 выбирают таким образом, чтобы код числа Q(t), определяющего состояние счетчика 7 в установившемся режиме измерения, обеспечивал

0 выполнение условия

Q..Q(t) Омакс,

при этом на суммирующем и вычитающем выходах счетчика 6 импульсы отсутствуют, и выходной код числа К счетчика 6, а следова5 тельно, и выходной код устройства остаются неизменными.

При изменении среднего значения частот fi и f2 или среднего значения одной из них, т.е. при работе устройства в переход0 ном режиме, на один из счетных входов счетчика 7 поступает больше импульсов, чем на другой. Состояние счетчика 7 начинает изменяться либо в сторону возрастания, либо в сторону убывания накапливаемых

5 импульсов до тех пор, пока на одном из выходов прямого или обратного переноса не появится импульс. Этот импульс через логический элемент ИЛИ 9 поступает на вход синхронизации записи счетчика 7 и

0 своим передним фронтом осуществляет запись кода Q(t), поступающего на его информационные входы с его же информационных выходов, При этом блокируется изменение кода на информационных

5 выходах счетчика 7 по заднему фронту входного импульса, и предельное состояние счетчика 7, которому соответствует код числа О О, Q Омакс, сохраняется до тех пор, пока не изменится направление накопления импульсов в счетчике 7. Из изложенного

следует, что после достижения счетчиком 7 одного из предельных состояний каждый импульс высокой частоты, нескомпенсированный импульсом низкой частоты, повторяется на соответствующем выходе переноса, поступает на соответствующий суммирующий или вычитающий вход счетчика 6 и i изменяет код К на информацион- ных выходах последнего и на информационном входе делителя 11 частоты (через второй информационный вход коммутатора 13). Изменение кода К на информационном входе делителя 11 частоты приводит к изменению промежутка времени ri, за который поступают два импульса на суммирующий вход счётчика 7, таким образом, что разбаланс между промежутками времени т- и Z2, вызванный изменением частоты fi и f2 или одной из них, уменьшается. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет восстановлено равенство (3), после чего наступает установившийся режим измерения.

Изложенные выкладки справедливы при условии

1 Ј (А+В)-С Ап,(8)

где Ап - максимальное значение числа, записываемого в счетчике 6. Очевидно, что при условии

f2

(А + В) - С Ап

произойдет переполнение счетчика 6, и на его выходе прямого переноса появляется импульс, который через первый логический элемент ИЛИ 8 поступает на вход синхронизации записи счетчика б и своим передним фронтом осуществляет запись кода числа А, поступающего на его информационные входы сего же информационных выходов. При этом блокируется изменение кода числа А на информационных выходах счетчиков 6 по заднему фронту этого импульса. Таким образом, после достижения К значения Ап дальнейшему увеличению К соответствует максимальное число Ап, задаваемое кодом на информационных входах счетчика 6, при этом на выходной шине 16 устанавливается либо максимальный код Ап, либо ноль в зависимости от состояния коммутатора 17.

Аналогичным образом блокируется переход счетчика 6 через ноль при условии

Ј. (А + В)-С 1,

при этом на информационных выходах счетчика 6 фиксируется код нуля, а на выходной шине 16 либо код нуля, либо максимальный код А.

Таким образом, на выходе предлагаемого устройства для измерения отношения частот последовательностей импульсов формируется код УВых, связанный с измеряемым отношением частот зависимостями (6)

и (7):

YBb,x Yi |i. (А+В)-С

или

15

Увых Y2 - :g . (А+В) + С + (Ап-1),

т.е. по сравнению с известным устройством, реализующим зависимость, изображенную линией а (фиг.2), в предлагаемом устройстве возможна реализация двух типов зависимостей (линиямиа и б).

Следовательно, введение третьего коммутатора, блока инверторов и шестой входной шины с соответствующими связями расширяет область применения устройства

за счет обеспечения возможности получения на выходе информации с различными характеристиками преобразования, в частности, предлагаемое устройство может быть использовано в технологических линиях для

представления информации о протекающих процессах в удобном виде и для одновременного управления автоматическими регуляторами с различными переходными характеристиками.

Формула изобретения Устройство для измерения отношения частот последовательностей импульсов по авт.св. № 1620935, отличающееся тем,

что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены шестая шина, третий коммутатор и блок инверторов, входы которого соединены с информационными выходами первого реверсивного счетчика импульсов и с первыми информационными входами третьего коммутатора, вторые информационные входы которого подключены к выходам блока инверторов, вход управления третьего коммутатора подключен к шестой входной шине, а выход третьего коммутатора подключен к выходной шине устройства.

Фиг. 2