Частотно-импульсное дифференцирующее устройство Советский патент 1978 года по МПК G06G7/18 

1

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности, к устройствам дифференцирования частотно-импульсных сигналов с преа- ставяением результата в цифровой форме.

Известно дифференцирующее устройство содержащее преобразователь входного сигнала в цифровой код, сумматор, блок памяти и блок управления . Данное устройство обладает пониженными точностью и быстродействием.

Известно также дифференцирующее устройство, содержащее блок выделения раэности периодов, блок возведения в квадрат, элемент И и счетчик Г2|. Недостат ками устройства также являются малая точность вычислений и пониженное быстродействие.

Прототипом изобретения является частот но-импульсное дифференцирующее устройство, содержащее генератор опорной час- тоты, три группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к входу устройства и соединенный первым

выходом с входом обнуления счетчика импульсов, выходы которого подключены к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с вторым выходом блока управления, подключенного третьим выходом к управляющему входу управляемого делителя частоты, а четвертым вьгходом - к первым входам элементов И второй группы а .

Недостатками прототипа являются пониженные быстродействие и точность, обусловленные необходимостью осуществления дополнительного преобразования выходного частотно-импульсного сигнала в циф ровой код.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Для этого в устройство дополнительно введены счетчики импульсов, элементы И и ИЛИ, блок измерения периодов и частотомер мгновенных значений, подклк ченный выходом к счетному входу основ- кого счетчика, а первым входом - к пятоJ6му выходу блока управления и первому входу блока измерения периодов, второй Вход которого подключен к второму входу частотомера мгновенных значений и перво му выходу генератора опорной частоты, второй и третий выходы ксхгорого соединены соответственно с вторым входом блока управления и первым входом допол нительного элемента И, подключенного вторым входом к шестому выходу блока управления, а выходом - к счетному входу управляемого делителя частоты, cos яинениого первым выходом с счетным вхо- йом первого дополнительного счетчика, поразрядные входы которого подключены к вы ходам элементов И третьей группы, соединенных первыми входами с выходами блока измерения периодов, а вторыми входами с выходом дополнительного элемента ИЛИ, подключенного первым входом к седьмому выходу блока управления, а вторым входом к выходу первого дсшопнительного счетчик и суммирующему входу второго дополни- тельного счетчика, соединенного вычитающим входом с вторым выходом управляемого делителя частоты, поразрядными входами - с выходами элементов И первой группы, поразрядными выходами - с вторыми входами элементов И второй группы, выходы которых подключены к выходу устройства. Кроме этого управляемый делктель частоты содержит счетчики импульсов, группы элементов И, элементы ИЛИ и делитель частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика подключенного поразрядными выходами к первым входам элементов И трех групп, выходы элементов И первой группы, со&диненных вторь1ми входами с выходом первого элемента ИЛИ, подключены к поразрядным входам второго счетчика, выход которого соединен с первым входо первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, поразрядные входы которого подключены к выходам элементо И второй группы, вторью входы которых соединены с выходом второго элемента ИЛИ, подключенного первым входом к вь хоцу третьего счетчика, первому выходу управляемого делителя частоты в счетному входу четвертого счетчи1са, поразрядные входы которого подключены к кыходам элементов И третьей группы, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ,.подключенного первым входом к выходу четвертого счет чика и второму выходу управляемого де0ителя частоты, счетный вход которого оединен с первым входом делителя чаооты и cчeтны входом второго счетчика, управляющий вход управляемого делитея частоты подключен к второму входу делителя частоты, установочному входу ервого счетчика и к вторым входам элементов ИЛИ, . Устройство (см. чертеж) содержит блок управления 1, генератор опорной частоты 2, частотомер.мгновенных значений 3, блок измерения периодов 4, счетчики импульсов 5, 6, 7, управляемый делитель частоты 8, элемент И 9,. элемент ИЛИ 10, группы элементов И 11, 12, Управляемый делитель частоты 8 выполнен на счетчиках импульсов 13, 14, 15, 16, группах элементов И 17, 18, 19, элементах ИЛИ 20, 21, 22, делителе частоты 23 с постоянным коэффициентом делейия и группе элементов И 24. Код N зых пропорциональный производной, формируется в устройстве в соответствии с выражением Т -Т ,х кф:|;| К(.2 К - коэффициент пропорциональности;входная частота, соответствующая предшествующему пери- оду i ; входная частота, соответствующая последующему периоду Т . Указанное выражение реализуется в Bbix fmax(mo., JiiW V|i,(gdt,, т пmin гиеТц, период, соответствующий максимальному значению тах ОДНОЙ частоты} t время, отсчитываемое от начала последующего периода входной частоты. Устройство работает следующим образом, В течение предшествующего периода входной частоты i х блок измерения периодов 4 формирует код, проторциональный предшествующему периоду, и запоминает его, счетчик 5 накапливает импульсы, подаваемые с выхоца частото мера мгновенных значений 3, формируя код, пропорциональный разности между максимальным значением входной частоты и значением частоты, соответствующи этому периоду. Для формирования этого кода целесообразно применять частотоме мгновенных значений, работа которого основана на формировании кода, пропорци онального максимальному значению вход- ной частоты, и вычитании из этого кода в течение интервала времени, равного разности между периодом, соответствук щим входной частоте, и периодом, соответствующим максимальному значению входной частоты импульсов с переменно частотой. Подсчет этих импульсов счетчиком 5 дает возможность получить код, пропорциональный отклонению частоты от максимального значения. . Импульсы, фиксирующие периоды входной частоты, подаются на входы блока измерения периодов 4 и частотомера 3 с соответствующего выхода блока управления 1, а частота для формирования кодов снимается с генератора опорной частоты В начале последующего периода входной частоты сигналами с выходов блока управления 1 выходной код блока 4 заносится в счетчик 6, работающий в режиме вычитания; код счетчика 5 закосиГ ся в счетчик 7; делитель частоты 23 устанавливается в исходное положение; в счетчик 16 заносится код, пропорциехнальный периоду, соответствующему мак- симальному значению входной частоты и этот же код за счет подачи сигнала с выхода блока управления 1 на вход элементов ИЛИ 2О, 21, 22 заносится в вычитающие счетчики 13, 14, 15, работающие в режиме вычитания. По истечении интервала времени, равного периоду максимальной частоты, сигнал с соответствующего выхода блока управления 1 открывает элемент И 9 и импульсы гене ратора опорной частоты 2 начинают поступать на вход счетчика 14, на выходе которого в моменты его обнуления появляются импульсы. Каждый выходной им пульс через элемент ИЛИ 20 поступает на управляющий вход группы элементов И 17 и осуществляет запись в счетчик 14 кода, имеющегося в счетчике 16. Таким образом, коэффициент деления счетчика 14 равен коду, имеющемуся в счетчике 16. Так как в исходном состоянии в счетчик 16 записывается код, про пооциональный периоду максимального значения входной частоты, а по истечении интервала времени, равного периоду максимального значения входной частоты, в счетчике 16 накапливается дополнительный код, пропорциональньй текущему времени, то в счетчике 16 в каждый момент времени хранится код, пропорциональный интервалу времени, отсчитьгоаемому от начала последующего периода. Следовательно, счетчик 14 выдает импульсы, частота которых изменяется обратно пропорционально времени, отсчитываемому от начала последующего периода. Аналогично работают часть управляемого делителя частоты 8, включающая счетчик 15, элемент ИЛИ 21, группу элементов И 18 и часть, включающая счетчик 13, элемент ИЛИ 22 и группу элементов И 19. Частота на первом выходе делителя 8 (выходе счетчика 15) обратно пропорциональна квадрату времени, отсчитываемому от начала последующего периода, а на втором выходе делителя 8 (выходе счетчика 13) - кубу этого времени. Импульсы с выхода счетчика 15 подаются на вход счетчика 6. При каждом обнулении счетчика 6 на его выходе появляется импульс, который подается через элемент ИЛИ 10 на группу элементов И 12 и в счетчик 6 записывается выходной код блока 4. Следовательно, на выходе счетчика 6 формируются импульсы, частота которых обратно пропорциональна длительности предшествующего периода и квадрату времени, отсчитываемому от начала посл&дующего периода. Импульсы с выхода счетчика 6, поступающие на вход счетчика 7, суммируются с кодом, записанным в счетчик 7, а импульсы, поступающие на вход счетчика 7 с выхода счетчика 13, вычитаются из этого кода. Таким образом, в счетчике 7 формирую ется код, пропорциональный производной входной частоты. В момент окончания последзгюшего периода сигналом с выхода блока управления 1 запирается элемент И 9 и прекращается подача импульсов на счетный вхоц делителя 8, т.е. на вход счетчика 14, и на вход депитепя частоты , 23. Одновременно сигналом с выхода блока управления 1 на вход группы элементов И 24 результирующий код счетчика 7 передается на выход устройства. В случае, если в процессе выдачи импульсов на входы счетчика 7 с выходов счетчиков 6 и 13 результирзпощий код счет чика 7 окажется равным нулю, что прои- 763 зойает тогда, когпа скорость изменения частоты будет иметь отрицательный знак, то в момент обнуления по команде, выробатываемой в счетчике 7, входы его меняются, т.е. импульсы с выхода счетчика 13 начинают с этого момента идти на суммирование, а импульсы с выхода счетчика 6 - на вычитание. В этом случае в момент переписи результирующего коаа из счетчика 7 на выход устройст- ва со счетчика 7 подается также соот ветствующий сигнал отрицательного знака. В течение периода, когда производится формирование результирующего кода в счетчике 7, происходит измерение этого периода блоком 4 и измерение отклонения входной частоты, соответствующей данном периоду, от максимального значения счетчиком 5 с помощью частотомера 3. Перед этим счетчик 5 сбрасывается на нуль сигналом с выхода блока управления 1. Следовательно, в следующий период может опять формироваться код, пропорцио-. нальный производной входной частоты ibx . Обновление информации на выходе уст ройства происходит после каждого периода входной частоты. Время, затрачиваемое на формирование выходного кода, является предельно минимальным. Формула изобретения 1. Частотно-импульсное дифференцирующее устройство, содержащее генератор опорной частоты, три группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к входу устройства и соединенный первым выходам с входом обнуления счетчика импульсов, вьгходы которого подкл чены к первым входам элементов И перво

группы, вторые входы которых соединены с вторым выходом блока управления, подключенного третьим выходом к управляю-, щему входу управляемого делителя частоты, а четвертым выходом - к первым входам элементов И второй группы, отличающееся тем, что, с целью повышения бьютродействия и точности, в него дополнительно введены счетчики импульсов, элементы И и ИЛИ, блок измерения периодов и частотомер мгновенных значений, подключенный .выходом к счетному входу основного счетчика, а первым входом - к пятому выходу блока управления и первому входу блока измерения периодов, второй вход которого

подключены к поразрядным входам второго счетчика, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, поразрядные входы которого подключены к выходам элементов И второй группы, вторые входы которьтх соединены с выходом второго элемента ИЛИ, подключенного первым входом к выходу третьего счетчика, первому в.ыходу управляемого целителя частоты и счетному входу четвертого счетчика, поразрядные входы котрого подключены к выходам элементов И третьей группы, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ, подключенного первым входом к 0 подключен к второму входу частотомерк мгнове}гных значений и первому выходу генератора опорной частоты, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым входом блока управления и первым входом дополнительного элемента И, подключенного вторым входом к шестому выходу блока управления, а выходом - к счетному входу управляемого делителя частоты, соединенного первым выходом с счетным входом первого дополнительного счетчика, поразрядные входы которого подключены к выходам элементов И третьей группы, соединенных первыми входами с выходами блока измерения периодов, а вторыми входами с выходом дополнительного элемента ИЛИ, подключенного первым входом к седьмому выходу блока управления, а вторым входом к выходу первого дополнительного счетчика и суммирующему входу второго дополнительного счетчика, соединенного вычитающим входом с вторым выходом управляемого делителя частоты, поразрядными входами - с выходами элементов И первой группы, поразрядными выходами - с вторыми входами элементов И второй группы, вьгходы которых подключены к выходу устройства. 2. Частотно-импульсное дифференцирующее устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляемый делитель частоты содержит счетчики импульсов, труппы элементов И, элементы ИЛИ и делитель частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, подключенного поразрядньми выходами к первым входам элементов И трех групп, Ьыходы элементов И группы, соединенных вторыми входами с выходом первого элемента ИЛИ,

выходу четвертого счетчика и второму выходу управляемого целителя частоты, счетный вход которого соединен с первым входом целителя частоты и счетньтм входом второго счетчика, а управляющий вхоп управляемого делителя частоты подключен к второму входу делителя частоты, , установочному входу первого счетчика и ко вторым входам элементов ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

.1. Левидов В, А., Тихонов О. Ц,, Цивирко Г. П. Измерение скоростей, М,, Изц-во стандартов, 1972, с. 51,

2.Авторское свидетельство СССР № 399860, кл. q 06 Р 7/38, 1971.

3,Авторское свидетельство СССР № 495675, кл. q 06 Q 7/18, 1974.