Преобразователь частоты в код Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 G01R23/10 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных измерительных системах с цифровой обраб кой информации для быстродействующего преобразования сигналов с частотных да чиков. Известен преобразователь частоты в код, содержащий формирователь, ключ, счетчик импульсов, генератор опорной частоты, делитель частоты. преобразователь использует счетно-импульсный метод и обладает высокой точностью преобразования в щироком диапазоне входных частот i. Но в данном устройстве быстродействие ограничивается требуемой точностью измерения. Так, чем точнее измерение частоты, тем требуется больший интерва времени (i. ), а. следовательно, за данный интервал частота ( j « ) может существенно измениться, и данное изменение может быть зафиксировано со значительным запаздыванием. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь частоты в код, содержащий управляемый делитель частоты и реверсивный регистр, выход которого через схему переноса соединен с первым вхо- дом управляемого депитепя частоты, на второй вход которого поступает измеряемая (преобразуемая) частотно-импульсная последовательность, а выход соединен со схемой переноса и измерителем рассогласования, на второй вход которого поступает опорная частота, а выход подключен ко входу реверсивного регистра. С выхода реверсивного регистра, соединенного со схемой переноса, снимается числовой эквивалент частотно-импульсной последовательности в прямом коде, а с другого выхода - в обратном. Обратная связь осуществляется по частоте путем подачи в реверсивный регистр разности между опорной и выход- 1ной частотами. Данное рассогласование (Образует число ( f ) в реверсивном 7 регистре, которое параллельно перено-CHtCH с каждым выходном импульсом { :F ) в управляемый делитель частсгты, восстанавливая каждый раз необходимый коэффициент его деления сЛ( N) 2J. Недостатком этого устройства также является низкое быстродействие. Цель изобретения - повышение быстро действия. Поставленная цель достигается , что в преобразователь частоты в код, содержащий генератор импульсов, управляемый делитель частоты, выход которого подключен к первым входам блока управления и измерителя рассогласования, выходы которого соединены со вторым и третьим входами блока управле;- НИЯ{ первый выход которого подключен к первому входу управляемого делителя частоты и выкодной шине прямого кода устройства, выходная шина обратного кода устройства подключена ко второму выходу блока управления, введены умножитель и делитель частоты, причем первый вход умножителя частоты под1шючен к входной шине устройства, выход генератора импульсов соединен непосредствен но со вторым входом умножителя частоты, четвертым входом блока управления и через делитель частоты - со вторым входом измерения рассогласования; второй вход управляемого делителя частоты соединен с выходом умножителя частоты умножитель частоты содержит измерител рассогласования, делитель частоты, блок управления и управляемый делитель частоты, причем к первому входу умножител частоты подключены первые входы измерителя рассогласования и блока управления, выходы которого соединены с кодовыми входами управляемого делителя час тбты, выход которого является вьпсодом умножителя частоты и через делитель частоты подключен ко второму входу измерителя рассогласования, выходы которого соединены со вторым и третьим вх дами блока управления, счетный вход управляемого делителя частоты подкл:к чен к четвертому входу блока управл ;ння и второй входной шине умножителя частоты. На фиг, 1 изображена блок-схема пре .образователя частоты в код; на фиг. 2 - вариант выполнения блоков управления. Преобразователь частоты в код содер ж(ят генераггор 1 импульсов, управляемый делитель 2 частоты, блок 3 управл ния, измеритель 4 рассогласования, 44 управляемого делителя частоты соединен с первыми входами блока управления и измерителя рассогласования, два вьрсода которого подключены ко второму и третьему входам блока управления, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты и является выходом (прямой код) устройства, делителя 5 частоты, умножитель 6 частоты, выход делителя частоты соединен со вторым входом измерителя рассогласования, его вход подключен к четвертому входу блока управления и выходу генератора импульсов, первый вход умножителя частоты является входом преобразователя, Ъто- рой вход умножителя частоты подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен со вторым входом управляемого делителя 7 частоты, Умножитель 6 частоты содержит управляемый делитель 7 частоты, блок 8 управления, делитель 9 частоты, измеритель 10 рассогласования, первый вход управляемого делителя 7 частоты является вторым входом умножителя 6 частоты, а выход подключен ко входу делителя 9 частоты и является выходом умножителя частоты, выход блока 8 управления соединен со вторым входом управляемого делителя 7 частоты, а первый вход подключен к генератору 1 импульсов, второй вход соединен с первым входом измерителя 10 рассогласования и является первым входом умножителя частоты, второй вход измерителя 10 рассогласования соединен с выходом делителя 9 частоты, а два выхода подключены к третьему и четвертому входам блока 8 управления соответственно, Преобразователь имает входную 11 и выходную 12 шины. Каждый из блоков управления 3 и 8 содержит триггер 13, элемент И 14, реверсивный счетчик 15 и счетчик 16, входы 17-20 и выходы 21,22 //-прямого кода, /Vgo/i - обратного кода. Преобразователь частоты в код работает следующим образом. При изменении частоты импульсов PU; умножитель 6 частоты отрабатывает с высоким быстродействием изменение частоты импульсов повышенной частоты , п ИЗМП , где Д - коэффициент умножения умножителя 6 частоты; / - частота импульсов повышенной частоты на выходе управляемого) делителя 7 частоты. Импульсы измеряемой частоты ( Р поступают также на вход 18 блока упра ления. Импупьсы повышенной частоты ( ) равномерно расположены внутр дискрета входных импульсов ( р щц ) Регулирование частоты осуществляетс изменением коэффициента деления о(.1 А .управляемого .делителя 7 частотьи На счетный вход управляемого делителя 7 частоты поступают импульсы с постоянной частотой ( fo ), вырабатываемые генератором 1 импульсов. При изменении коэффициента деления. управляемого делителя 7 частоты, на выходе получает ся ряд фиксированных частот, соответствующих различным входным частотам ( ). Обратная связь по частоте с помощью делителя 9 частоты позволяет следить с высокими динамическими характеристиками за изменениями входной частоты { F изл/ ) Последовательность импульсов с частотой ( f щм ) сравнивается в измерителе 10 рассогласования с последовательностью импульсов на выходе делителя 9 частоты ( io/n ) Если частота последней отличается от требуемой, то на выходе измерителя 10 рассогласования появляется сигнал ошиб ки ( Д f ) с соответствующим знаком й( ), который через блок 8 упра ,ления изменяет коэффициент деления оС ( Л/ ), управляемого делителя 7 частоты. Причем для исключения автоколебаний в преобразователе управляющее воздействие на управляемый делител 7частоты подается таким образом, что коэффициент деления ( оС ( Л/ ) изменяется каждый раз на один шаг только при определенном рассогласовании по частоте ( ffdon) При соответотвующем выборе величины шага можно получить требуемую инерционность устройства (желательно близкую к инерционности изменения F ц1/к , если такую предварительно можно оценить). В общем случае для обеспечения качественного слежения за изменением частоты F цгп, инерционность устройства должна быть не больше инерционности процесса изменения входной частотьи 8измерителе 10 рассогласования сравни ваются частоты ( F ) и л р 1 4i3M. Разность частот л f,, . может в частности измеряться заполнением разности периодов ui -ту (на фиг. 1 связь генератора 1 импульсов с измерителем 10 рассогласования не показана, т.к. в общем случае не обязательна). На реверсивном счетчике 15 за время At -д-t -t(f), (где Т/ - время, определяемое счетчиком 16), заданное триггером 13, подсчитываются импуль сы высокой частоты ( FO ) В установившемся режиме при fHj/w conii л , управляющее воздействие с выхода блока 8 управления постоянно, т.е. if, , При изменении частоты щм изменяется количество импульсов повьш1енной частоты с выхода управляемого делителя 7 частоты, что приводит к динамической ошибке внутри дискрета входных импульсов ( F Mj/w ). Требуемое в этом случае изменение частоты импульсов повышенной частоты ( J гг ) осуществляется изменением коэффициента деления ( с ( fV } управляемого делителя 7 частоты через блок 8 управления, по ре- зультататм не только подсчета количества импульсов высокой ( FO ) частоты за . период , но и с учетом частоты ( ) входных импульсов, что эквивалентно t ( f ). За счет такого управления сохраняется точность умножения частоты в широком диапазоне входных частот. Умножитель частоты осуществляет слежение за частотой входных импульсов и ее ум южение. Изменение частоты им пульсов повышенной частоты ( fn ) Достигается изменением коэффициента делеиия ( о{ ( / ) управляемого делителя 2 частоты таким образом, что iM)-const ) Для Достижения данной пропорции блок 8 управления изменяет ( й( (//) пропор-. ционально o(.{/V); при сравнительно ииз- кой частоте ( p-tyjA/) управляющее воздействие изменяется на большую величину, позволяющую более эффективно компенсировать ошибку по частоте. При высокой частоте входных импульсов управляющее воздействие изменяется на меньшую величину, чем достигается меньшая динамическая ошибка. При отсутствии счетчика 16 управляющее воздействие определялось бы олько величиной рассогласования, в общем случае не зависящем от частоты потупления ( F-Hj/M ) входных импульсов и поатому при широком изменении частоты ходных импульсов точность преобразоваия была бы максимальная только для пределенной частоты ( f . fxjjod Дпя которой расчитан умножитель 6. Для остальных же частот точность преобразования резко бы ухудшилась, что существенно снизило бы функциональные возможности устройства. Счетчик 16, с триггером 13 и элементом И 14 выполняет функцию обратной связи по управлению воздействием реверсивного счетчика 15 на управляемый делитель 7 частоты. Счетчик 16 подсчитьшйет импульсы высокой частоты с выхода генератора 1 импупьсов в интервале от выходного импульса ( ) до импульса переноса счетчика 16, Импупьсы высокой частоты суммируютс с числом, введенным в сч.етчик 16 с вы хода реверсивного счетчика 15, причем разрешение на ввод числа дается каждым входным импульсовм ( ). С выхода счетчика 16 поступает информация через триггер 13 и элемент И 14 на реверсивный счетчик 15 для изменения управляющего воздействия на управляемый делитель частоты. На счетный вход реверсивного счетчика 15 поступают импул сы высокой частоты ( Fo ) с выхода генератора 1 импульсов через элемент И 14, управляемый триггером 13. Триг гер 13 устанавливается каждым импуль.сом частоты ( F-ш ) и сбрасывается сигналом с выхода счетчика 16. Переключение реверсивного счетчика 15 на сложение или вычитание осуществляется в зависимости от знака рассогласования частот с другого вьпсода измерителя 10 рассогласования ( . Л f- ). Преобразователь повышенной частоты в код ( - п. ) работает следующим образом. Высокой частотой для управляемого делителя 2 частоты является повышенная частота ( j ) с выхода умножителя 6.В данном случае преобразователь .повышенной частоты в код работает в режиме преобразования частоты-// в час тоту f р . Таким образом, Достижение данного равенства возможно при работе преобразователя аналогично умножителю 6, только в данном случае на аход поступает не измеряемая (преобразуемая) частота ( ) , а постоянная частота , где К - коэффициент деления делителя 5 частоты. Выходная частота поддерживается таким образом, чтобы выполнялось вышеприведенно равенство. Блок 3 управления работает аналогично блоку 8 управления. Коэффициент деления управляемого делителя 7 частоты в умножителе 6 равен о(М) 9.-Н где Г71 - число разрядов управляемого делителя 7 частоты, /V- код на выходе реверсивного счетчика 15 блока 8 управления. Для умножителя 6 в установившемся справедливы соотношения режиме изм., коэффициент деления делителя 9 .частоты. IИ - П г . Для преобразователя повышенной частоты в код справедливы следующие соотношения (по аналогии с умножителем 6) iu и. - число разрядов управляемого где делителя 2 частоты, М - код на выходе реверсивного счетчика 15 блока 3 управления, откуда (-)( Так как изм. п f.3M(-) ). Снимая с других выходов реверсивного счетчика 15 блока.управления обратный код числа получаем числовой эквивалент измеряемой частоты. В принципе можно выбрать параметры преобразователя так, что . г.°- -f сГклт f л.доп . Предлагаемый преобразователь частоты в код, в отличие от известного устройства, сравнительно легко результируется на устройствах дискретной техники. Использование простого схемного решения умножения частоты в сочетании С преобразованием в код позволит значи- тельно сократить время преобразования при высокой точности преобразования и меньшем времени переходного процесса (периода измеряемой частоты). Минимальная частота предлагаемого устройства определяется разрядностью уцравляемык делителей частоты и частотой генератора 1 импульсов ( F ) Минимальная частота, в основном, определяется возможностью генератора импул сов. В определенных, частотных диапазонах настоящий преобразователь обладает лучшими статическими и динамическими характеристиками. Переход из одного час тотного поддиапазона на другой может быть сравнительно просто реализован (например, использованием дополнительного делителя частоты с выхода генера тора 1 импульсов и соответствующим из менением коэффициентов деления делителей 5 и 9 частоты, таким образом, чтобы сохранилась пропорция -г 1, чтобы Fi/3/v так как реализация преобразователя на все поддиапазоны с высокой точностью преобразования практ чески невозможна. При испытаниях в диапазоне частот 300 Гц - 20 кГц при плавном изменении входной частоты статическая ошибка не превышала единицы младшего разряда при четырнадцатиразрядном выходном коде Hlaoi,. При испытаниях в динамических режимах наблюдались существенные отклонения в точности ( 50%) при вариациях выходной частоты f больше 1 кГц в секунду. Формула изобретения 1. Преобразователь частоты в код, со держащий генератор импульсов, управляе мый делитель частоты, которого подключен к первым входам блока управления и измерителя рассогласования, выходы которого соединены со вторым и третьим входами блока управления, первый выход которого подключен к первому входу управляемого делителя частоты и выходной шине прямого кода устройства, выходная шина обратного кода устройства подключена ко второму выходу блока управления, о т л и ч а и и с я тем, что, с целью повышення бьютродействия, в него введены умножитель и делитель частоты, причем первый вход умножителя частоты подключен к входной шине устройства, выход генератора импульсов соединен непосредственно со вторым входом умножителя частоты, четвертым входом блока управления- и через делитель частоты - со вторым входом измерителя рассогласования; второй вход управляемого делителя частоты соединен с выходом умножителя частоты. 2. Преобразователь по п. 1, о т л ичающийся. тем, что умножитель частоты содержит измеритель рассогласования, делитель частоты, блок управления и управляемый делитель частоты, причем к первому входу умножителя частоты подключены первые входы измерителя рассогласования и блока управления, выходы которого соединены с кодовыми входами управляемого делителя частоты, выход которого является выходом умножителя частоты и через делитель частоты подключен ко второму входу измерителя рассогласования, выходы которого соединены со вторым и третьим входами блока управления, счетный вход управляемого делителя частоты подключен к четвертому входу блока управления и второй входной шине умножителя частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шляндин В. М. Цифровые электроизмерительные приборы, М., Энергия , 1972, с. 66, рис. 2-21. 2.Оранский А. М. Вычислительная техника, Минск, Наука и техника , 1965,; с. 285, рис. 106.