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

37 Указанная цель достигается тем, что а адаптивный преобразователь частоты в код, содержащий формирователь импульсов, генератор образцо вой частоты, выход которого подключен к тактовому входу двоичного умножителя частоты, выход которого через делитель частоты соединен со вхо дом элемента задержки, два блока пе-рёзаписи кода, три вентиля, счетчик, выходы разрядов которого соединены со входами второго блока перезаписи кода, управляющий вход которого подключен к первому выходу элемента задержки, дополнительно введены частот но-импульсный дифференцирующий блок }1 двоичный умножитель частоты, причём выход формирователя импульсов . соединен с тактовым входом дополнительного двоичного умножителя частоты и входом частотно-импульсного дифференцирующего блока, разрядные выходы которого через первый блок перезаписи кода подключены к управляющим входам обоих двоичных умножителей частоты, выход генератора обра зцовой частоты соединен с управляющи входом первого блока перезаписи кода Знаковьзе входы которого подключены к прямому и инверсному выходам знакового разряда частотно-импульсного дифференцирующего блока и первым вхо дам первого и второго вентилей соответственно, вторые входы которых соединены со вторым выходом элемента задержки,выходы дополнительного двоичного умножителя частоты и делителя частоты подключены соответственно ко входу и управляющему входу третьего вентиля, выход которого соединен со счетным входом счетчика, к первому и второму установочным входам которого подключены выходы первого и вто рого.вентилей, соответственно. Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема устройства, на которой 1 - формирователь импульсов, 2 -ча-:тотно-импульсный дифференцирующий блок, 3. - первый блок перезаписи кода, 4 - генератор образцовой частоты 5,6- двоичные умножители частоты,делитель частоты, 8 - элемент задержки, 9-11 - вентили, 12 - второй блок перезаписи кода, сЧетчик. Формирователь 1 импульсов осуществляет преобразование входного пери одического сигнала с изменямцейся частотой f(t) в последовательность стандартных импульсов той же частоты Выход формиров ателя 1 подключен к входу частотно-импульсного дифференцирующего устройства, который может быть реализован по известной схеме. Блок 2 выдает код, прямрпро1 орциональный скорости изменения f(t). част тоты входного сигнала: N{ t)2 f (t)/f где: ri - число разрядов выходного ко- максимально-допус да блока 2, f тимая скорость изменения частоты.Разрядные выходы блока 2 через первый блок 3 перезаписи кода , управляющий вход которого соединен с выходом генератора 4 образцовой частоты и тактовым входом двоичного умножителя 5 частоты, подключен к Управляющим входам двоичного умножителя 5 частоты и дополнительного умножителя 6 частоты, тактовый вход которого соединен с выходом формирователя 1 .Двоичный умножитель б частоты выдает на выходе частоту f, (t) f (t)/|N(t)| (t)|f (t)| /t., a ДВОИЧНЫЙ умножитель 5 частоты -частоту fj (t)f |N(t)|yfe ftlMt)|/f, , где f - частота на выходе генератора 4. Выход двоичного умнохштеля 5 частоты через делитель 7 частоты подключен к входу элемента 8 задержки и управляющему входу вентиля 9 блокировки если коэффициент деления делителя 7 подключен к входу элемента 8 за- держки и управляющему входу вентиля 9блокировки. Если коэффициент деления .д елителя 7 равен М, то на его В1.ходе появляется кахсдый М-тый импульс t), который с некоторо задержкой появляется затем на первом выходе элемента 8 задержки, соединенном с управляющим входом второго блока 12 перезаписи кода, а затем на втором выходе элемента 8 задержки. Разрядные входы блока 12 перезаписи кода подключены к выходам счетчика 13 импульсов, таким образом блок 12 по сигналу от элемента 8 задержки осуществляет передачу кода Нр, содержащегося в счетчике 13, на выходные шины. Второй выход элемента 8 задер хки через вентили 10 и 11 на.чальной установки подключен к входам начальной установки счетчика 13, при этом управляющие входы вентилей 10и 11 связаны с прямым и инверсным выходами знакового разряда блока 2. Таким образом; при возрастании частоты входного сигнала (f(t)0) по импульсу начальной установки от элемента 8 задержки в счетчике 13 будет .устанавливаться код N , а при убывании частоты входного сигнала (f(t)0) - код N. Поскольку счетный вход счетчика 13 через вентиль 9 соединен с выходом двоичного умножителя 6 частоты, то счетчиком осуществляется подсчет числа импульсов частоты f, (t-) за время, определяемое частотой f а. (t) . . . Работа устройства . происходит следующим образом. При поступлении на вход .формирователя 1 изменяйяцейся во времени частоты f(t) блок 2 выдает код N{t), соответствующий скорости изменения входного сигнала, который через блок перезаписи кода 3 с частотой f.,име . ющей тот же порядок, что и входная

частота, переписывается во входные регистры двоичных умножителей 5 и 6 частоты. При этом, если f(t) О, то .переписывается прямой код, если f(t)0 - инверсный код. На выходах двоичных умножителей 5 и 6 частоты формируются последовательности импульсов с частотами f (t) и fj (t) , которые поступают на счетный вход счетчика 13 и на делитель 7 частоты. В момент окончания цикла измерения частоты появляется потенциал на выходе делителя 7, который запирает вентиль 9 и прекращает поступление . импульсов на счетный вход счетчика 13 на время, достаточное для считывания кода на выходные шины преобразователя и для начальной установки счетчика 13. С некоторой задержкой во времени, Достаточной для окончания переходных процессов в счетчике 13, поступает импульс на управля щий вход блока 12 перезаписи кода,и код, записанный в счетчике,выдается на выходные шины. Затем по импульсу, поступающему с некоторой задержкой на входы вентилей начальной установки в счетчике 13 устячавливается начальный код N или N-j в зависимости от информации, содержащейся в знаковом разряде дифференцирующего блока 2. К этому моменту потенциал на выходе делителя 7 исчезает, вентиль 9 открывается и начинается новый цикл изменения частоты.

Длительность 1 цикла измерения определяется выражением

Jff(t)1 dt MC, /fp(

f,j(t)dt M или

Таким образом длительность цикла измерения уменьшается при увеличении скорости изменения сигнала и наоборот увеличивается при уменьшении скорости изменения входного сигнала,так что данный пЕ еобразователь осуществляет адаптивную временную дискретизацию входного сигнала.

Изменение входного сигнала во времени с момента начала Цикла измерени определяется, выражением

f rt)o + 5f () df.

где fp - значение частоты в момент начала циклэ.

Число импульсов, поступивших в счетчик 13 за время цикла, равно

N(f)b, (t)dt C, (t)ldt-b

.+ |if(t)n fCCjdTdt W Псгск льку ГТ

(t) Jf(x)(t) dtj .(г

где знак + соответствует(t) О, знак - соответствует f(t) О,то с учетом (1) , .(2) и (3) число импуль сов, поступивших в счетчик,равно

NjT)Mf, /f,±l , {T)f,±

/f

v«a«

Таким образом число импульсов,поступивших в счетчик 13 за время цикла, отличается от точного результата преобразования частоты на одну и ту же величину д неэависимо от закона изменения частоты в течение цикла, причем отличается на -дМ при(1)0 ина+дм при f(t) 0. Но так как при начальной установке в начале цикла в счетчике Устанавливается КОД дN при f (t) О или Ма - 4 N при f (t) о ,то динамическая погрешность в окончательном результате преобразования равна нулю при любом законе монотонного изменения частоты в течение цикла.Код, выдаваемый на выходные шины преобразователя в момент т окончания цикла, равен

Np Mf (t)/f .

20

Таким образом, настоящий адаптивный преобразователь частоты в код характеризуется отсутствием динамической погрешности за время измере ния при любом законе монотонного изменения частоты и обеспечивает адаптивную дискретизацию входного сигнала во времени, т.е. позволяет повысить точность и удельную информационную содержательность преобразования частоты электрических.сигналов в код.

Использование изобретения в аппаратуре аналого-цифрового преобразования, широко применяющейся в научных исследованиях и в промышленности, в частности в автоматизированных системах управления технологическими процессами, может способствовать повышению производительности труда в соответствукядих отраслях науки и

40

производства.

Формула изобретения

Адаптивный преобразователь частоты в код, содержащий формирователь импульсов, генератор образцовой частоты, выход которого подключен к тактовому входу двоичного умножителя частоты, выход которого через 50 делитель частоты соединен со входом элемента задержки, два блока перезаписи кода, три вентиля, счетчик,выходы разрядов которого соединены со входами второго блока перезаписи кода, управлякяций вход которого под55

ключен к первому выходу элемента задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения точноети преобразования и расширения функ. циональных возможностей, в него дополнительно введены частотно-импульсный дифференцирующий блок и двоичный умножитель частоты, причем выход формирователя импульсов соединен с тактовым входом дополнительного двоично65 ,го умножителя частоты и входом частотно-импульсного дифференцирующего блока, разрядные выходы KOTOJporo через первый блок перезаписи кода подключены к управляющим входам обоих, двоичных умножителей частоты, выход генератора образцовой частоты соединен с управляющим входом первого блока перезаписи кода, знаковые входы которого подключены к прямОь у и инверсному выходам знакового разряда частотно-импульсного дифференцирующего блокаи первым входам первого и второго вентилей соответственно, вторые входы которых соединены со вторым выходом элемента задержки,выходы дополнительного двоичного умнохсителя частоты и делителя частоты

8

подключены .соответственно ко входу и управляющему входу третьего вентиля, выход которого соединен со счетным входом счетчика, к первому и второму установочным входам которого подключены выходы первого и второго вентилей соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №356582, кл. G 01 R 23/10, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 447636, кл. G 01 R 23/10, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР W 568903, кл. G 01 R 23/00, 1974

(прототип).

АИ

ПК

г

Hww

т

fifi)

11

дч