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

I

Изобретение относится к цифровой электро измерительной технике, может найти практическое применение при обработке частотных смгналов.

Известны преобразователи частоты в код, содержащие счетчик импульсов, ключ и формирователь времени счета с генератором образцовой 4acfoты 1 . Работа таких преобразователей сводится к подсчету импульсов неизвестной частоты за некоторый образцовый интервал времени, который выбирается автоматически в процессе преобразования с целью нормирования относительного значения погреишости квантования.

Недостатком известных преобразователей частоты в код является низкое быстродействие обусловленное тем, что код измеряемой частоты и код предела преобразования могут быть сосчитаны только после окончания полного времени преобразования, независимо от предела преобразования.

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь частоты в код, содер жащий основной декадный счетчик импульсов, счетчик меток времени, блок переписи кода.

регистр результата и регистр предела гфеобразования, формирователь образцовьЬс меток времени, генератор образцовой частотьт и ключ, . одан из входов которого подаслючен к источнику тфеобразуемых частот, другой подсоединен к первому выходу формирователя образцовых меток времени, а выход подключен к счетному входу основного счетчика импульсов, подключенного выходом своей старшей декады к одному из входов формирователя образцовых меток вре10мени, даа других входа которого соединены соответственно с выходом генератора образцовой частоты и со входом запуска преобразователя, а второй выход подключен ко входу счетчика меток времени, выходы которого, а также выliSходы основного счетчика импульсов через схему переписи кода подключены соответственно ко входам регистра предела и регистра результата тфеобразования 12.

Такой 1 еобразователь обладает высокой точ20ностью, ибо щ)еобразование происходит на оптимальном 1феделе, причем погрешность преобразования во всем диапазоне входных частот не превосходит максимальной погрешности на лю374

бом из пределов преобразования, кроме самого младшего.

Недостаток известного преобразователя заключается в низком быстродействии, вследствие чего его применение в информационно-измерителных системах и в цифровых системах автоматического управления затруднено.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя частоты в код.

Поставленная цель достигается тем, что iqjeобразователь частоты в код, содержащий основной декаднь1Й счетчик импульсов, счетчик меток времени, основной блок переписи кода, регистр результата и регистр предела преобразования, формирователь образцовых меток времени,

генератор образцовой частоты и ключ, один ю входов которого подключен ко входной шине преобразсйателя, другой подсоединен к первому выходу формирователя образцовых меток времени, а выход ключа подключен к счетному входу основного счетчика импульсов, выход старшей декады которого подключен к первому входу формирователя образцовых меток времени, два других входа которого соединены соответственно с выходом генератора образцевой частоты и со входом запуска 1феобразователя,, втсфой выход формирователя образцовых жеток времени подключен к сЧетиЬму входу счетчика меток времени, выходы которого, а также выходы основного счетчика импульсов подключены ко входам основного блока переписи кода, доп9лнительно введены блок переписи кода, регистр сдвига, счетчик импульсов, элемент ИЛИ, триггер, заторможедазый генера, тор и делитель частоты, причем первый выход основного блока переписи кода через регистр сдвига подключен к первому входу дополнительного блока переписи кода, первый вь1ход которого соединен со входом регистра резуль ата, второй выход основного блока переписи кода через дополнительный счетчик импульсов подключен ко второму входу дополнительного блока переписи кода, второй выход которого соединен со входом регистра предела преобразования; второй выход формирователя образцо вых меток времени соединен с управляющим входом основного блока переписи кода и с первым входом элемента ИЛИ, ко второму входу которого подключены управляющий вход дополнительного счетчика импульсов и вьосод делителя частоты, выход элемента ИЛИ соединен с С-входом триггера, к D-входу которого подключен выход старшей декады регистра сдвига, прямой выход триггера соединен с управляющим входом дополнительного блока переписи кода, инверсный выхо триггера через заторможенный генератор соединен с тактовым входом регистра сдвига и входом делителя частЪты.

На фиг. } представлена структурная схема предлагаемого преобразователя частоты в код; на фиг, 2 - временные диапазоны, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит основной декадньш счетчик 1 импульсов, счетчик 2 меток времени, ключ 3, формирователь 4 образцовых меток времени, генератор 5 образцовой частоты основной блок 6 переписи кода, регистр 7 результата, регистр 8 предела преобразования и блок 9 нормализавди кода, состоящий из регистра 9j сдвига, дополнительного счетчика 9з импульсов, дополнительного блока 9з переписи кода, триггера 9, затЬрможеннбго генератора 95, делителя 9б частоты на четыре и элемента ИЛИ 9,.

На фиг. 2 показаны эпюры напряжений в точках: а - управляющий вход основной схемы 6 переписи кода; б - управляющий вход дополнительной схемы 9з переписи кода; в - выход заторможенного генератора 9s; т выход делителя 9 частоты; д - D -вход триггера 94 ( 1, 2, 3, 4 - возможные моменты появления сигнала).

Работа преобразователя заключается в подсчете импульсов неизвестной частоты за некоторый образцовый интервал времени. Для формирования времени счета, а также меток времени, кратных времени счета, служит формирователь 4 на втором выходе которого импульсы появляются в моменты времени TQ после импульса запуска, где TQ - период генератора 5 образцовой частоты; i - номер метки времени. При шстушении на вход формирователя 4 образцовых меток времени импульса Зп процесса преобразования усиливается разрешающий потенциал на входе ключа 3, вследствие чего импульсы преобразуемой частоты f начинают постутть на вход счетчика .

По истечении времени Т на втором выходе формирователя 4 появляется первая метка времени. За время на вход счетчика 1 поступает,NX fxTjj импульсов преобразуемой частоты. Если при этом содержимое старшей декады счетчика 1 сохраняется равным нулю, годсчет импульсов частоты fjj продолжается. Метка времени записьшает единицу в счетчик 2 меток времени и поступает на управляющий вхой блока 6 переписи кода, переписьгоает содержимое счетчика 1 в регистр 9i сдвига, а содержимое счетчика 2 - в дополнительный счетчик 92 импульсов . Эта же метка времени, поступая на С-вход триггера 94 через элемент ИЛИ 9-,, переключает триггер 9ц нулевое состояние. Цепи начального установа (на чертеже,, не показаны) устанавливают этот триггер в йачале каждого цикла измерений в единичное состояние. Разрешающий потенциал с инверсного выхо-/ да триггера 9 поступает на управляющий .вход заторможенного генератора 9s. Каждые четыре импульса с выхода генератора 9s сдвигают содержимое регистра 9 i сдвига на один десятичный разряд вправо, а каждый четвертый импульс, пройдя через делитель 9б - частоты на четыре, добавляет единицу к содержимому дополнительного счетчика 9 и через злемент ИЛИ 9 поступает на синхровход триггера 9. Процесс сдвига информации в регистре сдвига продолжается до тех пор, пока содержимое его старшей декады не станет отличным от нуля. В зтом случае на D-вход триггера 9 поступает высокий потенциал, и ближайший импульс с выхода делителя 9 возвращает триггер 9 в единичное состояние, снимая разрешающий потенциал со входа генератора 9;. Положительный перепад напряжения с единичного выходи триггера 9 , поступая на управляющий вход дополнительного блока 9з переписи кода, вызывает перепись кодов из регистра 9i сдвига в регистр 7 результата, а из дополнительного счетчика 92 - в регистр 8 предела преобразования. В это время счетчик 1 импульсов продолжает годсчет импульсов входной частоты уже на следующем пределе преобразования. Вторая метка времени появляется после импульса Зп запуска теперь через интервал времени Ю.Т, и все про цессы в преобразователе повторяются На одном из 1феделов 1феобразования, который является с точки зрения заполнения счетчика 1 оптимальным , появляется импульс переноса в старшую декаду счетчика 1 импульсов, вследотвие чего no истечении образц(жого интервала времени « .To, где К 1,2, ;.....п - номер онтимальното предела преобразования; п - коли чество пределов преобразования, формирователе 4 образцовых меток времени прекращает; подсчет импульсов входной частоты счетчиком 1, сняв разрешающий потенциал со второго входа ключа 3. Образцовая метка конца времени щ еобразова ния увеличивает на единицу содержимое счетчика 2 меток времени и, поступая на 5нравляющи вход основной схемы 6 переписи кода, перепись содержимое счетчика 1 в регистр 9i сдвига а содержимое счетчика 2 - в дополнительный счетчик 92 импульсов. Поскольку в данном случае содержимое старшей декады регистра 9i сдвига отличается от нуля, ибо и содержимое старшей декады счетчика J импульсов отличается от нуля, на D-входе триггера 9ц присутствует высокий потенциал, который удерживает 55 его в единичном состоянии при поступлении на его синхровход через элемент ИЛИ 9 метки конца времени преобразования. Высокий уровень с единичного выхода триггера поступает на управляющий вход дополнительного блока 9з переписи кода, вследствие чего содержимое регистра 9i сдвига переписывается в регистр 7 результата, а содержимое дополнительного счетчика 92 - в регистр 8 предела преобразования. . Настоящий преобразователь дает возможность получал к&д (феобразуемой частоты госле первой же метки времени, не дожидаясь окончания всего процесса преобразования. Значеще выходного кода, полученное после первой образцовой метки времени, со временем уточняется. Старший разряд числа N независимо от номера метки времени (номера предела преобразования) находится В1гегда в старшем разряде регистра 7 результата. Преимущество данного преобразователя заключается в возможности снНмать значение выходного tORia дб ЬкЬ Ш нйяврёШ1йй 11реобразования, что дает выигрыш в быстродействии при использовании предлагаемого преобразователя в системах автоматического контроля и регулировашся. Формула изобретения Преобразователь частоты в код, содержащий основной декадный счетчик импульсов, счетчик меток времени, основной блок переписи кода, регистр результата и регис±р предела преобразования, формирователь образцовых меток времени, генератор образцовой частоты и ключ. один из входов которого подключен ко входной шине преобразователя, второй вход ключа подсоединен к первому выходу формирователя образцовых меток времени, а выход ключа подключен к счетному входу основного счетчика импульсов, выход старшей декады которого подключен к первому входу формирователя образцовых меток времени, два других входа которого соединены соответственно с выходом генератора образцовой частоты и со входом запуска пресйразователя, второй выход формиробателя образцовых меток времени подключен к счетному входу счетчика меток времени, выходы которого, а также выходы основного счетчика импульсов подключены ко входам основного блока переписи кода, отличающ и и с я тем, что,с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены блок переписи кода, регистр сдвига, счетчик импульов, элемент ИЛИ, триггер, заторможенный енератор и делитель частоты, причем первый выход основного блока переписи кода через регистр сдвига подключен к первому входу дополнительного блока переписи кода, первый шыход которого соединен со входом регистра {результата, второй выход основного блока

переписи кода через дополнительный счетчик ймгпушлов подключен ко второму входу дополнительного блока переписи кода, второй выход которого соединен со входом регистра предала прёобразсжания, второй выход формирователя образцовых меток времёйй шединен с управляющим входом основного блока переписи кода и с первым входом элемента ИЛИ, кб второму ВХОДУкоторого подключены управляющий вход дополнительного счетчика импульсов и выход делителя частоты, выход элемента ИЛИ соединен с С-входом триггера, к D-входу которого

годключен выход старщей декады регистра сдвига прямой выход триггера соединен с угфавляющим входом дойоянительного блока переписи кода, инверсный выход триггера через заторможенный генератор соединён с тактовым входом регистра сйвига и входом делителя частоты. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе . 1. Отчет о НИР завода Точэлектроприбор, инв. № 47153V, Львов, 1975, с. 207-216.

2. Патент США N 3729677, кл. G 01 R 23/02, 1973 (прототип) .

f,

rinjijmjirLnjirL

я