Частотно-импульсное вычислительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G06G7/26 G06G7/16 

сл

с

Частотно-импульсное вычислительное устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано при построении цифровых процентных частотомеров. Цель изобретения - расширение области применения. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит элементы И 1 и 2, реверсивный счетчик 3, регистр 4, блок формирования временных интервалов 5, триггер 6, вычитающий счетчик 7 и блок опорных частот. 1 ил.

ы

,со

iN СО

о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении цифровых процентных частотомеров,

Известны устройства, используемые в измерительной технике, содержащие реверсивный счетчик импульсов, регистр и ключи с соответствующими связями. В этих устройствах, принцип работы которого основан на реализации алгоритма преобразования с итерационной аддитивной коррекцией погрешности, осуществляется преобразование (умножение) входной частоты на число, заданное отношением двух кодов. Характерной особенностью известных устройств является малое время переходного процесса установления выходной величины после скачкообразного измерения входной.

Известно также устройство, содержащее реверсивный счетчик импульсов и ключи, предназначенное для функционального преобразования частоты (умножения частоты).

Данное устройство имеет низкое быстродействие, вследствие отсутствия выборки и запоминания текущего кода реверсивного счетчика (выполняемого регистром). Общим недостатком известных устройств является невозможность непосредственного их использования в случае, если на вход устройства необходимо подавать две частоты, а на выходе получить код, пропорциональный отношению разности этих частот к одной из них.

Известно устройство, содержащее блок сложения и вычитания, реверсивный счетчик импульсов, схему сравнения кодов, счетчик импульсов и блок управления.

Это устройство обладает важным недостатком, который состоит в том, что, благодаря наличию в составе устройства блока сложения-вычитания при изменении неравенства f0 fx на fo fx и наоборот, в известном устройстве возможны сбои, что является недопустимым в целом ряде применений устройства, т.е. этот недостаток ограничивает область применения известного устройства.

Известно устройство, содержащее измерители числа периодов, блок выбора частоты, формирователь интервала измерения и реверсивный накопитель. Одним из недостатков этого устройства является то, что требуются большие аппаратурные затраты за счет наличия в его составе умножителя частоты. Этот блок в ряде случаев должен обеспечивать довольно большой коэффициент умножения частоты (например, 50). К тому же этот коэффициент необходимо изменять при изменении диапазона входной

частоты. Это также является недостатком данного устройства.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее реверсиейый счетчик импульсов, регистр и ключи с соответствующими связями. В этом устройстве осуществляется умножение частоты на отношение двух кодов, т.е. функциональное преобразование вида fiNi/Na, при

0 этом реализуется алгоритм преобразования с иттерационной аддитивной коррекцией погрешности преобразования, обеспечивающий высокое быстродействие. Однако известное устройство не может быть исполь5 зовано непосредственно в случае необходимости функционального преобразования вида (fi - fa) /fi, что ограничивает его функциональные возможности и, следовательно, область применения.

0 Целью изобретения является расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй элементы И, выходы которых соединены с

5 первым и вторым счетными входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с установочным входом регистра, блок формирования временных интервалов, первый выход которого соединен с первым входом

0 первого элемента И, а второй выход - с входом разрешения записи регистра, триггер, вычитающий счетчик и блок опорных частот, а блок формирования временных интервалов выполнен в виде первого и второго

5 счетчиков и триггера, выход которого является первым выходом блока формирования временных интервалов, в котором выход первого счетчика подключен к первому входу триггера и к входу сброса второго счетчи0 ка, выход которого соединен с вторым входом триггера, а выход первого счетчика является вторым выходом блока формирования временных интервалов, а счетные входы первого и второго счетчиков этого блока являются со5 ответственно первым и вторым входами устройства, выход регистра подключен к выходу устройства и к установочному входу вычитающего счетчика, счетный вход которого соединен с первым входом устройства, а вход

0 разрешения счета соединен с первым входом триггера и с первым выходом блока формирования временных интервалов, а выход счетчика соединен с вторым входом триггера, выход которого подключен к первому входу второ5 го элемента И, а ьторые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым выходами блока опорных частот.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит элементы И 1 и 2, выходы которых соединены с первым и вторым счетными входами реверсивного счетчика 3, выход которого соединен с установочным входом регистра 4, блок 5 формирования временных интервалов, первый выход которого соединен с первым входом элемента И 1, а второй выход - с входом разрешения записи регистра 4, триггер 6, вычитающий счетчик 7 и блок 8 опорных частот, а блок 5 формирования временных интервалов выполнен в виде счетчиков 9 и 10 и триггера 11, выход которого является первым выходом блока 5 формирования временных интервалов, в котором выход счетчика 10 подключен к первому входу триггера и к входу сброса счетчика 9, выход которого соединен с вторым входом триггера, а выход счетчика 10 является вторым выходом блока 5 формирования временных интервалов, а счетные входы счетчиков 9 и 10 этого блока являются соответственно первым и вторым входами устройства, выход регистра 4 подключен к выходу устройства и к установочному входу вычитающего счетчика 7, счетный вход которого соединен с первым входом устройства, а вход разрешения счета соединен с первым входом триггера бис первым выходом блока 5 формирования временных интервалов, а выход счетчика 7 соединен с вторым входом триггера 6, выход которого подключен к первому входу элемента И 2, а вторые входы элементов И 1 и 2 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 8 опорных частот.

Счетчик 9 импульсов осуществляет подсчет импульсов, поступающих на первый вход устройства частоты f0, а счетчик 10 - импульсов, поступающих на второй вход устройства частоты fx. Импульс переноса счетчика 9 устанавливает в единичное состояние триггер 11, а импульс переноса счетчика 10 сбрасывает триггер 11 в нулевое состояние. Поскольку счетчик 9 устанавливается в нулевое состояние импульсом с выхода счетчика 10, то длительность импульса на выходе триггера 11 определяется выражением

N2 INi fx То

где NI и N2 - модули пересчета счетчиков 9 и 10 соответственно;

Ti и Та - время, за которое переполняются счетчики 9 и 10 от момента сброса в О.

Импульс переноса счетчика 10 осуществляет также перепись кода реверсивного счетчика 3 в регистр 4. За время между

ДТ Т2-Т1

0)

0

5

0

5

0

5

очередными импульсами переписи ке 3 поступает пачка импульсов по входу суммирования с числом импульсов, равным

N+ AT f3Ti,(2)

где fsri - частота импульсов, поступающих с блока 8. Подставив (1) в (2), получим

N+ -)

По входу вычитания за время между соседними импульсами переписи в счетчик 3 поступает пачка импульсов с числом импульсов, равным

N- Тхтэт2,(4)

где Тх - длительность импульса на выходе триггера 6;

f3i2 - частота импульсов, поступающих с блока 8.

Поскольку триггер 6 устанавливается в единичное состояние в момент переписи кода Ывых из регистра 4 в счетчик 7, а в нулевое состояние - импульсом переноса счетчика 7, который подсчитывает убывающим итогом импульсы частотой fx , то его длительность определяется выражением

.(5)

В установившемся режиме в счетчике 3 наблюдается баланс чисел импульсов, поступающих по обоим входам, т.е. N+ N-. С учетом (3), (4) и (5) получим rNz NbЈ NB

/IV2 iMUr

47 lo-)1-fsT2

(6)

TX io fx

Преобразовав последнее выражение, положив NI N2, получим

NBMX

fo -fx

KAfTo

(7)

0

5

0

5

где К

Nifail Тэт2

-постоянная величина;

A f f о - fx - абсолютное отклонение частоты fx от f0.

Выражение (7) представляет собой уравнение преобразования устройства, осуществляющего преобразование относительного отклонения частоты в код, т.е. функциональное преобразование вида Af/f- N. Такое устройство может использоваться в качестве процентного частотомера.

Данное устройство работоспособно при fo fx. Легко доработать его и до варианта, не зависящего от этого условия, поставив схемы коммутации, однако это не оправданно, так как это не всегда надо и так как схемы коммутадии больше зависят от условий применения данного устройства, чем от него самого.

Введениме в состав устройства таких простых блоков, как три счетчика импульсов, двух триггеров и блока опорных частот

(роль последнего также могут выполнять счетчики импульсов, если в качестве опорной используется одна из выходных частот fo). позволяет расширить его функциональные возможности, а именно, предлагаемое устройство может использоваться в качестве процентного частотомера, что значительно расширяет его область применения и устраняет в ряде случаев необходимость в разработке новых устройств аналогичного назначения.

Формула изобретения Частотно-импульсное вычислительное устройство, содержащее первый и второй элементы И, выходы которых соединены с первым и вторым счетными входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с установочными входами регистра, блок формирования временных интервалов, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, а второй выход - с входом разрешения записи регистра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены триггер, вычитающий счетчик и блок опорных частот, а блок формирования

временных интервалов выполнен в виде первого и второго счетчиков и триггера, выход которого является первым выходом блока формирования временных интервалов, в котором выход первого счетчика подключен к первому входу триггера и к входу сброса второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом триггера, выход первого счетчика является вторым выходом блока формирования временных интервалов, а счетные входы первого и второго счетчиков этого блока являются соответственно первым и вторым входами устройства, выход регистра подключен к выходу устройства и к установочному входу вычитающего счетчика, счетный вход которого соединен с первым входом устройства, вход разрешения счета соединен с первым входом триггера и с первым выходом блока формирования временных интервалов, а выход счетчика соединен с вторым входом триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, а вторые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым выходами блока опорных частот.