Преобразователь частоты в код Советский патент 1993 года по МПК H03M1/60 

(Л

С

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки сигналов с частотных датчиков. .Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет того, что в устройство, содержащее счетчики 1-4. цифровой компаратор 5. триггер 6, элемент 9 ИЛИ, делитель 10 частоты, генератор 11 опорной частоты, элементы 12 и 13 И, введены элемент 7 ИЛИ-НЕ, элемент 8 ИЛИ, элементы 14 и 15 И, реверсивный счетчик 16, дифференцирующий элемент 17. Введение этих блоков позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет возможности задания коэффициента пропорциональности преобразования, в частности, подключив шину 18 задания коэффициента к выходной шине 19,выходной код связан с входной частотой по квадратичной зависимости. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки сигналов с частотных датчиков.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлена временная диаграмма работы устройства; на фиг. 2 - функциональная схема устройства.

Устройство содержит счетчик 1-4, цифровой компаратор 5, триггер 6, элемент 7 ИЛИ-НЕ, элементы 8, 9 ИЛИ, делитель 10 частоты, генератор 11 опорной частоты, элементы 12-15 И, реверсивный счетчик 16, дифференцирующий элемент 17, шины 18- 21 задания коэффициента, выходная, синхронизации и входная соответственно.

Диаграмма поясняет работу преобразователя частоты в код. На входную шину 21 устройства поступают импульсы Nf периодом следования, равным периоду входной

частоты. При приходе очередного входного импульса в счетчик 2 с делителя 10 начинают поступать импульсы Nf. После каждого этого импульса устройство производит деление постоянного числа 1 10Р на число импульсов NT, находящихся в данный момент в счетчике. Степень р (емкость счетчика 3) зависит от заданной точности деления. Необходимо отметить, что деление, т.к. подсчет суммы Ni+...+Np импульсов должно происходить за время, меньшее периода следования импульсов NT. Таким образом, устройство сначала производит деление на 1, потом на 2, 3 и т.д. до тех пор, пока не придет очередной импульс Nf. При этом результат последнего деления будет равен коду частоты следования входного Сигнала, т.к. в процессе деления получается число, обратно пропорциональное периоду следования импульсов Nf, который измеряется известным методом: умножением периода

XI Ч XI

ОТ

ю

следования импульсов NT на их количество. При определенном соотношении параметров можно получать код, который непосред- ственно отражает величину частоты входного сигнала, т.е. численно равен этой величине.

Устройство работает следующим образом.

До момента прихода на шину 21 очередного импульса триггер 6 находится в состоянии, когда на его прямом выходе О. На выходах элементов 12-14 логический О, на выходе элемента 8 и выходе элемента 17 логический О, а на выходах элементов 7 ИЛИ-НЕ, 9 ИЛИ. 15 И - логическая 1. На выходе последнего элемента лог. 1 получается потому, что на выходе R счетчика 3 (вследствие его переполнения) высокий потенциал. Счетчики 1,3,16 находятся в нулевом состоянии, в счетчике 2 - число, равное количеству импульсов генератора 11, пришедших в счетчик 2 через делитель 10 с момента прихода предыдущего импульса на шину 21. На выходах счетчика 4-код прямо пропорциональный входной частоте, причем величина пропорции зависит от числа (коэффициента) на информационных входах реверсивного счетчика 16 (шина 18 устройства). Так, например, если на шине 18 код единицы, то на шине 19 код прямо пропорционален частоте, если на шине 18 код двойки, то на шине 19 величина кода в два раза больше, чем в предыдущем случае, если на шине 18 код тройки, то на шине 19 величина кода в 3 раза больше, чем в первом случае и т.п. Для определенности положим, что на шине 18 установлен код двойки.

Когда на шину 21 приходит очередной импульс, на выходе элемента 13 И формируется 1, которая поступает на шину 20 Синхронизация и на входы установки в ноль счетчиков 2, 3. Высокий потенциал на шине 20 Синхронизация информирует о возможности снятия кода входной частоты с выходов счетчика 4, т.е. с шины 19 устрой ства. Счетчик 2 обнуляется, в счетчике 3 подтверждается 0.

После окончания действия импульса на входной шине 21. на выходе элемента 12 И появляется О, запрещающий снимать информацию с шины 19, счетчики 2.3 готовы к началу нового преобразования. При появлении на выходе делителя 10 импульса триггер 6 переходит в единичное состояние, при этом 0й на его инверсном выходе подготавливает счетчик 16 к приему информации и формирует на выходе элемента 9 ИЛИ низкий потенциал, разрешающий запись информации в счетчик 1, а в счетчик 2 записывается 1. Одновременно на входе

элемента 12 И появляется 1, разрешающая прохождение импульсов с генератора 11 на входы счетчиков 1, 3. При записи одного импульса в счетчик 1, на выходе равнозначноети цифрового компаратора появляется 1й, которая записывается в счетчик 4 и через элемент 9 ИЛИ обнуляет счетчик 1. После этого в счетчики 1, 3 с генератора .11 запишется еще один им0 пульс, после которого счетчик 1 опять обну- лится и т.д. Это будет продолжаться до тех пор, пока счетчик 3 не накопит количество импульсов, равное его емкости, при этом на его выходе R сформируется импульс, кото5 рый поступит на вход элементов 14, 15 И и вход установки триггера 6 в ноль, при этом последний не изменит своего состояния, т.к. на его тактовом входе О.

К этому моменту в счетчике 4 получи0 лось частное от деления содержимого счетчика 3 на содержимое счетчика 2, Далее наличие высоких потенциалов на входах элемента 15 И приводит к появлению на его выходе 1, которая поступит на вход зане5 сения счетчика 16. Информация с шины 18 (код двойки) перепишется в счетчик 16, при этом на выходе элеме-нта 7 ИЛИ-НЕ появится О, который препятствует прохождению сигнала через элемент 15 И и способствует

0 формированию на выходе элемента 14 И 1, которая поступит на вычитающий вход счетчика 16 и уменьшит его содержимое на единицу. Так как триггер 6 не изменил своего состояния (единичного), то очередной

5 импульс с генератора 11 запишется в счетчики 1, 3, при этом на выходе R счетчика 3 появится О, а на выходе компаратора 5 появится 1, которая запишется в счетчик 4 и через элемент 9 ИЛИ обнулит счетчик 1.

0 После этого в счетчики Л, 3 с генератора 1 опять запишется импульс, и счетчик 1 снова обнулится и т.д. Это будет продолжаться до тех пор, пока счетчик 3 не накопит количество импульсов, равное его емкости, при этом

5 на его выходе R сформируется импульс, который поступит на входы элементов 14, 15 И и вход установки триггера 6 в ноль.

К этому моменту в счетчике 14 получилось удвоенное частное от деления содер0 жимого счетчика 3 на содержимое счетчика 2. Далее, т.к. в счетчике 16 оставалась 1, то О с выхода элемента 7 ИЛИ-НЕ запрещает прохождение импульсов через элемент 15 и способствует прохождению импульса с вы5 хода R счетчика 3 через элемент 14 И на вычитающий вход счетчика 16, содержимое которого уменьшается на единицу, при этом он переходит в нулевое состояние, и на выходах элемента 7 ИЛИ-НЕ формируются единицы. С выхода элемента 17 1 через

элемент 8 ИЛИ поступает на вход синхронизации триггера б и переводит его в нулевое состояние, а 1 с выхода элемента 7 ИЛИ- НЕ запретит прохождение импульсов через элемент 14 И. С инверсного выхода триггера 6 сигнал 1 поступит на вход установки счетчика 16 в ноль, обнулит его и запретит прием информации. Низкий потенциал с прямого выхода триггера 6 запретит прохождение импульсов с генератора 11 через элемент 12 И на входы счетчиков 1, 3. Отметим, что в счетчике 4 по-прежнему осталось удвоенное частное отделения емкости счетчика 3 на содержимое счетчика 2.

При/появлении следующего импульса на выходе делителя 10, описанный процесс повторяется, при этом, т.к. в счетчике 2 теперь будет записано два импульса, то деле- ние содержимого счетчика 3 будет происходить на два. Затем в счетчик 2 запи- шется три импульса и деление будет происходить на три и т. д. Это будет п родолжаться до тех пор, пока на входную шину 21 не придет очередной импульс. При этом, если импульс пришел раньше, чем закончилось очередное деление, то он не изменит состояние системы, т.к. О с инверсного выхода триггера б запрещает прохождение импульса через элемент 13 И. При появлении на инверсном выходе триггера б единицы (де- ление закончено) на выходе элемента 13 И и шине 20 Синхронизация появляется 1. информирующая о возможности снятия информации с шины 19 и переводящая счетчики 2, 3 в нулевое состояние, на выходе элемента 9 ИЛИ появляется 1, которая обнуляет счетчик 1. Система вернулась в исходное состояние. Заметим, что длительность импульса на входной шине 21 должна быть больше времени деления, т.е. времени нахождения триггера 6 в единичном состоянии. Таким образом, в момент появления на шине 20 Синхронизация единицы, в счетчике 2 формируется код, прямо пропорциональный периоду входной частоты, а п

Формула изобретения Преобразователь частоты в код, содержащий генератор опорной частоты, делитель частоты, вход которого объединен с первым входом первого элемента И и подключен к выходу генератора опорной частоты, второй вход первого элемента И объединен с входом обнуления первого счетчика и подключен к прямому выходу триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом первого элемента

счетчике 4 формируется код, прямо пропорциональный величине входной частоты и величине содержимого на шине 18, т.е. величина кода частоты умножается на число, код которого установлен на входах 18 устройства. В случае необходимости код периода входной частоты можно снимать с выходов счетчика 2 одновременно с кодом входной частоты по сигналу 1 на шине 20 Синхронизация.

Если информационные входы вычитающего счётчика 16 поразрядно соединить с соответствующими выходами счетчика 4, то в счетчике 4 будет формироваться код, прямо пропорциональный квадрату входной частоты. Действительно, т.к. величина кода счетчика 4 пропорциональная не только коду входной частоты, но и коду на шине 18, то при соединении последних с шиной 19, в начале деления (при первом переполнении счетчика) код частоты перепишется в реверсивный счетчик 16, а в конце деления код частоты будет умножен на содержимое реверсивного счетчика 16, т.е. сам на себя.

Изобретение позволяет при малых аппаратурных затратах создать универсальное устройство, позволяющее одновременно снимать коды периода и частоты, изменять величину кода частоты и получать выходной код, пропорциональный квадрату входной частоты. Масштабирование кода целесообразно применять в приборах, которые имеют несколько диапазонов измерения. При переключении последних можно одновременно изменять масштаб кода и тем самым стабилизировать выходную величину. Преобразователь с выходным кодом, пропорциональным квадрату входной частоты, удобно применять с датчиками, частота выходного сигнала которых пропорциональна корню квадратному измеряемой величины, например, в вибрационных расходомерах. В этом случае, код на выходе преобразователя будет изменяться линейно с измеряемой величиной.

ИЛИ, второй вход которого объединен со счетным входом первого счетчика и подключен к выходу равнозначности цифрового компаратора, (первая и вторая),группа входов которого подключены к соответствующим выходам второго и третьего счетчиков соответственно, счетные входы второго и четвертого счетчиков объединены и подключены к выходу первого элемента И, счетный вход третьего счетчика объединен с S-вхо- дом триггера и подключен к выходу делителя частоты, входы установки в О третьего и четвертого счетчиков объединены и подключены к выходу второго элемента И, первый вход которого является входной шиной, а выход- шиной готовность кода, выходы первого счетчика являются выходной шиной устройства, выход переполнения четвертого счетчика подключен к К-входу триггера, вход установки в О второго счетчика подключен к выходу первого элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения, функциональных возможностей, в него введены реверсивный счетчик, третий и четвертый элементы И. второй элемент ИЛИ и элемент ИЛИ-НЕ и дифференцирующий элемент, вход которого подключение выходу элемента ИЛИ-НЕ, а выход- к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, а выход соединен с тактовым входом триггера, инверсный выход которого подключен к второму входу второго элемента И, первые и вторые входы третьего и четвертого элементов И соответственно объединены и подключены к выходу переполнения четвертого счетчика и выходу элемента ИЛИ-НЕ соответственно, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам вычитания и занесения реверсивного счетчика соответственно, информационные входы которого являются шиной задания коэффициента, либо подключены к соответствующим выходам первого счетчика, выходы подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ-НЕ, а вход установки в О подключен к инверсному выходу триггера.

фиг.1