Цифровой нуль-орган Советский патент 1981 года по МПК G06F7/04 

(54) ЦИФРОВОЙ Н Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике и может быт использовано для определения момента совпадения частот для последовательностей импульсов в быстродействующих системах управления и измерения. По основному авт. св. № 335685 известен цифровой нуль-орган, содержащий преобразователь код-временной интервал, образованный вычитающим счетчиком, генератором импульсов, тремя линиями задержки, триггером, вентилем, схемой ИЛИ и вентилями ввода кода в вычитающий счетчик, формирователь импульсов, схему совпадения и измеритель периода заданной частоты, образованной счетчиком импульсов, запоминающим регистром, вентилями ввода кода в регистр, схемой запрета и двумя линиями задержки, источник импульсов текущей частоты подключен к управляющему входу преобразователя и через последовательно соединенные первую, вторую и третью, линии задержки - к первому входу схемы совпадения, к второму входу которой подсоединен через формирователь импульсов выход преобразователя, входы вычитающего счетчика которого соединены через вентили РГАН -il 2 | и :;;;и: чЛЧ ввода кода в вычитаюсдай счетчик с выходами запоминающего регистра, входами подключенного через вентили ввода кода в регистр к выходам счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, сбросовый вход через последовательно включенные четвертую и пятую линии задержки - к выходу источника импульсов заданной частоты, соединенному с сбросовым входом запоминающего регистра через схему запрета, управляющий вход которой подключен к концу второй линии задержки, причем управляемые входы вентилей кода в регистр связаны с концом четвертой линии задержки 1. Недостатком этого устройства является низкая точность в широком диапазоне частот. Оно позволяет полу чить высокую точность только для медленно и монотонно изменяющейся текущей частоты, когда приращение периода незначительно. Для учета динамики применяют формирователь импульсов, расширяющий один из сравниваемых по времени«мпульсов, величину длительности которого необходимо увеличить с ростом скорости изменения периода текущей частоты.

что снижает точность работы устройства. Особенно плохие результаты получаются для быстроизменяющегося текущего сигнала в нижней части диапазона изменения.

Цель изобретения - увеличение точности в широком диапазоне частот..

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой нуль-орган введены умножители частоты, делители частоты, счетчики, сумматор частот, узлы вычитания частот, узлы перезаписи, управляегИе делители частоты, причем выход генератора импульсов соединен с первызчи входами первого, второго и третьего управляемых делителей

первымичастоты,

входами первого, второго и третьего множителей частоты и с входом первого делителя частоты, выход которого подключен к информационному входу счетчика, выходы которого соединены с входами первого узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам первого, четвертого и пятого управляемых делителей частоты, первый выход первого управляемого делителя частоты соединен с входами второго узла перезаписи, выходы которого подключены к второму входу третьего управляемого делителя частоты, первый выход которого соединен с входами третьего узла перезаписи, выходы которого подключены к вторим входам второго управляемого делителя частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу шестого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом второго узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу пятого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя частоты, выход которого подключен ко второму Bxoijy второго умножителя частоты, выход которого соединен с первым входом сумматора, частот, выход которого подключен к первому входу устроства, выход второго узла перезаписи с|рединен с вторым входом шестого управляемого делителя частоты, второй выход первого управляемого делителя частоты соединен с вторым входом сумматора частот я с первым входом третьего узла вычитания частот , первый выход которого подключен к третьему входу сумматора частот , а второй выход - к первому вхо:ДУ четвертого управляемого делителя частоты и через второй делитель частоты к четвертому входу сумматора частот, второй выход третьего управляемого делителя частоты соединен с

вторыми входами nepBOio и третьего узлов вычитания частот, первый выход четвертого управляемого делителя частоты подключен к второму входу второго узла вычитания частот и к второму входу третьего умножителя частоты, выход которого соединен с пятым входом сумматора частот, выход первого делителя частоты к второму входу устройства. Причем кажды из управляемых делителей частоты состоит из счетчика, регистра и узл перезаписи, первый вход узла соединен с информационным входом счетчика, выход которого подключен к входу управле«ия узла перезаписи и к второму выходу узла, второй вход узла соединен с входом регистра, выход которого подключен к первому выходу узла и к входу узла перезаписи , выходы которого соединены с входами счетчика.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит преобразователь 1 код-интервал, состоящий из вычитающего счетчика 2, генератора 3 импульсов, линий 4-6 задержки, триггера 7, вентиля 8, схемы ИЛИ 9 и вентилей 10 ввода кода в вычитающий счетчик, формирователь 11 импульсов, схему 12 совпадения, измеритель 13 периода заданной частоты, состоящий из счетчика 14 импульсов, запоминающего регистра 15, вентилей

16ввода кода в регистр 15, схемы

17запрета и линий 18 и 19 задержки умножители 20-22 частоты, делитель 23 частоты, счетчик 24, сумматор 25 частот, узлы 26-28 вычитания частот делитель 29 частоты, узлы 30-32 перзаписи, узел 33 перезаписи, управлямые делители 34-39 частоты, кгикдай

из которьк состоит из счетчика 40,, узла,33 перезаписи и регистра 41, шины 42-48 управления, входную шииу 49, выходную шину 50.

Устройство работает следующим образом.

Из каждого импульса последовательности сигнала текущей частоты т(t) формируются на выходах 42-48 сигналы, управляющие последовательностью работы блоков устройства. С выхода генератора 3 импульсы опорной частоты ff( поступают на входы счетчиков 40 управляе1«1х делителей 34, 35 и 37 частоты, на входы делителя 23 частоты, умножителей 20-22 частоты и через веитиль 8 иа входы вычитающего счетчика 2. В делитепе 23 частоты опорная частота делится на jiqcTOHHHbrfl коэффициент К, являющийся кЪэффициен60 том умножения устройства. В управляемых делителях 34, 35 и 37 частоты опорная частота делится на переменные коэффициенты, записываемые в виде параллельного кода в регистры 41

65 после окончания каждого периода текущей частоты.Импульсы , следующие с частотой Fg -j с выхода делителя 23, поступают на вход счетчика 24, где они суммируются в промежутке времени, равном закончившемуся перио ду текущей частоты и формируемому путем подачи на управляющий вход 42 сигналов управления после прихода каждого импульса текущей частоты. На выходах счетчика 24 в момент опроса образуется код, пропорциональный закончившемуся периоду текущей частоты. Этот код перед обнулением счетчика 24 через узел 30 перезаписи по сигналу на ыине 48 управления зап сывается в регистры 41 управляе ь гс делителей 34, 36 и 39 частоты. Перед обнулениемрегистра 41 управляемого делителя 34 частоты,находящийся в нем код, пропорциональный предыдущему (i-l)-OMy периоду T-j.-f , перезаписывается через узел 31 перезаписи в регистры управляемых делителей 35 и 38 частоты. Перед обнулением регистра управляемого делителя 35 частоты его код, пропорционгшьный (1-2)-ому периоду . перезаписывается по сигналу на входе 44 через узел 32 перезаписи в регистр управляемого делителя 37 частоты. Таким образом, после окончания i-го периода текущей частоты fr(t) в регистрах управляемых делителей 34,35 и 39 частоты записывается код К.чВ регистрах управляемых делителей 35 38 частоты записывается код , в регистрах управляемого делителя 37 частоты - код N-p|. . На выходах управляемых делителей 34, 35 и 37 час тоты соответственно образовываются частоты Рт(Ц);. kfT-Ct); ) . ,.,.; F(t,-.2) sfe kf-r (,j) , т.е. увеличенные в К ра частоты, соответствующие мгновенным Значениям текущей частоты в трех соседних периодах Т| , Т -{-{ и .. Импульсы с ЧаСТОТс1МИ F(t;) и F(t;j с выходов управляемых делителей 34 и 35 частоты поступают на входы узла 26 вычитания частот, на информац онном выходе которого образуется последовательность импульсов ,со сре ней частотой лГ (ti) F-r()-F(t.) k&fj(t), пропорциональной приращению текущей частоты за время 1-го периода. На знаковом выходе узла 26 вычитания частот форми руется сигнал знака приращения Siq Л Fy (t;) , соответствующий знаку производной текущей частоты в i-ом периоде. Соответственно импульсы с частотамигГ -(t 1- ) и F() с вых дов управляемых делителей 35 и 37 частоты поступают на входы узла 27 вычитания частот, на выходе которого образуется последовательность им пульсов со средней частотойbF-r (t . kAf. (t ) ,пропорциональной прираще нию текущей частоты за время (i-l)- периода. В управляемом делителе 36 частоты частота AP(t), поступающая с выхода узла 26 вычитания частот, делится на коэффициент N-,--j . На выходе управляемого делителя 36 частоуы образуется последовательность импульсов с частотой Гт(1,-) (-(t,-), пропорционсшьной среднему значению первой производной по времени текущей частоты в i-ом периоде. В управляемом делителе 38 частоты частота ) , поступеиощая с выхода узла 27 вычитания частот делится «а коэффициент . На выходе управляемого делителя 38 частоты образуется последовательность импульсов с частотой F;(t.i) 1 f;(t., ), пропорциональной среднему значению первой производной по времени текущей частоты в (i-l)-ом периоде. Импульсы с частот ами У F (t -) и F|(t.) с выходов управляемых делителей 36 и 38 частоты поступают на входы узла 28 вычитания частот, на выходе которого образуется последовательность импульсо со средней частотой л.Р (t) - j f(t), пропорциональной приращению среднего значения первой производной текущей частоты за время i-ro периода. В управляемом делителе 39 частоты частота .&F{-(t) делится на коэффициент N-j-. На его выходе образуется последовательность импульсов с частотой Fj(t) jn f(t), пропорциональной среднему значению шторой производной по времени в i-ом периоде текущей частоты. Импульсы с частотой F(t4) с выхода управляемого делителя 36 частоты поступают на вход умножителя 22 частоты. В умножителе 22 частоты частота F.() интегрируется на временном интервгше текущего (i+l)-ro периода. На выходе умножителя 22 частоты образуется последовательность импульсов со средней частотой дЕу(Ъ) kf4-(tf)t, пропорциоНсьльнойтекущему приращению текущей частоты, зависящей от ее скорости изменения, т.е. от первой производной текущей частоты. V- Импульсы с частотой F(t,) с вы|ХОда управляемого делителя 39 частоты поступают на вход умножителя 20 частоты и на его выходе образуется последовательность импульсов со средней частотой F2 f f-r t-tOt. Эта частота поступает на входумножителя 21 частоты и на его выходе образуется последовательность импульсов со средней частотой л F-r (t) -j- f(t)t. Частота AF-r(t,-) с выхода узла 26 вычитания частоты поступает на вход делителя 29,рС выхода которого частота Р - поступает на вход сумматора 25 частот, на другие входы которого поступгиот частота l kF-j-(t) - с выхода умножителя 22 частоты, частота АF:}.(t) - с выхода умножителя 21 частоты, частота FT-(tf) - с выхода управляемого делителя 34 частоты и сигнал знака 5-i%n U. Р-р (t) - с выхода узла 26 вычитания частот. Эти частоты с учетом ригнала знака приращения текущей час тоты л. F ( ) алгебраически суммируются сумматором 25 частот и на его выходе образуется последовательность импульсов умноженной на К текущей частоты на {1+1)-ом периоде F,(T,,,,.t. ijViiHHt i t. Частота на выходе сумматора 25 частот соответствует умноженной в К раз текущей частоте, скорректированной по значениям методической и динамической погрешностей, зависящих от приращения и производных первого и второго порядков текущей частоты на закончившемся периоде. Импульсы час тоты F(T|) с выхода сумматора 25 частот запускают преобразователь 1 код-временной интервал, на выходе которого формируются импульсы времени, равные уменьшенному в К раз периоду заданной частоты f. Формирование этих импульсов происходит следующим образом. Каждый импульс заданной частоты пройдя через схему 17 запрета, обнуляет запоминающий регистр 15, затем,задержавшись в линии 18 задержки, открывает вентили 16, через которые код из счетчика 14 импульсов перезаписывае ся в запоминающий регистр 15, и задержавшись в линии 19 задержки, обнуляет счетчик 14 импульсов, который начинает заполняться импульсами с частотой Fg - с выхода делителя 23 частоты. Так как обнуления счетчика 14 импульсов производятся через каждый период заданной частоты, то к моменту опроса на его выходах образуется код NT-J про порциональный периоду заданной частоты, который хранится до окончания следующего периода в запоминающем регистре 15. Каждый импульс частоты F () с выхода сумматора 25 част устанавливает триггер 7 через схему ИЛИ 9 в положение, закрывающее выходным сигналом -вентиль 8, затем, з(адержавшись в линии 4 задержки, он (бнуляет вычитающий счетчик 2, задержавшись в линии 5 задержки, он открывает вентили 10, через которые код перезаписывается из запоминающе го регистра .15 в вычитающий счетчик 2, и, наконец, задержавшись в линии 6 задержки, он поступает на схему 1 совпадения и на второй вход триггер 7, перебрасывая его в положение, от крывающее вентиль 8, через который на вход вычитающего счетчика 2 начинеиот поступать импульсы с частото fp с выхода генератора 3 импульсов. На выходе вычитающего счетчика 2 им пульс обнуления сформируется через интервал времени С f уменьшенному в К раз периоду заданной частоты. Импульс с выхода вычитающего счетчика 2, расширяясь в формирователе 11 импульсов, поступает на второй вход схемы 12 совпадения. Если период частоты F() больше , то импульс с выхода счетчика успевает сформироваться. Если же период частоты Fт{T.) меньше Тэ/к, то импульс на выходе вычитающего счет4ика 2 не успевает сформироваться, так как раньше приходит следующий импульс частоты F(), вновь запускающий преобразователь 1. Когда период частоты F() станет равным Г : Д который соответствует частотеF,, то на схему 11 совпадения импульсы приходят одновременно и на ее выходе формируется сигнал совпадения сравниваемых частот. Если сигнал обнуления запоминающего регистра 15 и сигнал перезаписи кода через вентиль 10 приходят одновременно,, то срабатывает схема 17 запрета и сигнал на обнуление запс инающего регистра 15 задерживается до перезаписи кода из него. Из-за сравнения умноженного в К раз периода заданной частоты с периодом умноженной в К раз текущей частоты, скорректированной по значению приращения за закончившийся период и производных первого и второго порядка по времени текущей частоты, что позволяет экстраполировать значение текущей частоты на текущем периоде в зависимости от характера изменения этой частоты в закончившемся периоде, предлагаемое устройство позволяет в К раз увеличить точность определения момента совпадения сравниваемых частот и расширить область применения его для функций изменения текущей частоты во времени по нелинейному закону, имеющему первую и вторую производные, и охватывающему большинство функций изменения сигналов в промышленных системах управления и измерения. Формула изобретения 1. Цифровой нуль-орган по авт.св. № 335685, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне частот, в него введены умножители частоты, делители частоты, счетчики, сумматор частот, узел вычитания частот, узлы перезаписи, управляемые делители частоты, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего управ.ляемых делителей частоты, с первыми входами первого, второго и третьего умножителей частоты и с входом первого делителя частоты, выход которого подключен к информационному входу счетчика, выходы которого соединены с входами первого узла перезаписи , выходы которого подключены к вторым входам первого, четвертого и пятого управляемых делителей частоты, первый выход первого управляемого делителя частоты соединен с входами второго узла перезаписи, выходы которого подключены к второму входу

третьего управляемого делителя частоты, первый выход которого соединен с входами третьего узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам второго управляемого делителя частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу шестого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом второго узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу пятого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя частоты, выход которого подключен к второму входу второго умножителя частоты, выход которого соединен с первым входом сумматора частот, выход которого подключен к первому входу основного устройства, выход второго узла перезаписи соединен с вторым входом шестого управляемого делителя частоты, второй выход первого управляемого.делителя частоты соединен с вторым входом сумматора частот и с первым входом третьего узла вычитания частот, первый выход которого подключен к третьему входу сумматора частот, а второй выход - к первому входу четвертого управляемого делителя частоты и че- , рез второй делитель частоты к четвертому входу сумматора частот, второй выход третьего управляемого делителя частоты соединен с вторыгда входами первого и третьего узлов вычитания

частот, первый выход четвертого управляемого делителя частоты подключен к Второму входу второго узла вычитания частот и к второму входу третьего умножителя частоты, выход

которого соединен с пятым входом сумматора частот, выход первого делителя частоты подключен к второму входу устройства.

2. Нуль-орган ПОП.1, отличающийся тем, что в нем каждый из управляемых делителей частоты состоит из счетчика, регистра и узла перезаписи, причем первый вход узла соединен с информационным входом счетчика, выход которого подключен к

входу управления узла перезаписи и к второму выходу узла, второй вход узла соединен с входом регистра, выход которого подключен к первому выходу узла и к входу узла перезаписи,

выходы которого соединены с входами счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 335685, кл. G Об F 7/04, 24.11.69.