Устройство для умножения частотно-иМпульСНыХ СигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G06F7/68 

Изобретение -относнгся к вычислитель нс технике и может быть использовано в математических устройствах обработки информации автоматических .систем контроля и управления. Одной из трудностей, с которой прихолится сталкиваться при математической обработке частотно-импульсжй инф(Ч)мации, является решение задачи масштабирования, позволяющее в значительней сте пени обеспечить оптимизацию и эффективность процесса вычислений. Известны устройства для выполнения операции умножения частотно-импульсных сигналов, использующие способ преобразования одного из сомножителей в про по{шиональный временной интервал или в последовательность временных интервалов til и 2. Недостатком этих устройств.является невозможность обеспечения оптимальных значений точности и быстродействия вычислений в широком диапазсже изменения частот входных сигналов. Наиболее близким к предложенному является устройство для умножения частотно-импульсных сигналов, содержаще е формирователь эталонной частоты, ключи, счетчик результатов, блок вычитания (реверсивный счетчик), счетчик и управляю щий триггер з . Однако это устройство не обеспечивает оптимальных значений точности и быстродействия вычислений в .широком диапазоне измерения частот входных сигнале. Цель изобретения - обеспечение оптимальных значений точности и быстродействия в ширсжом диапазоне частот входных сигналов. Для достижения поставленной цели устройство для умножения частотно-импульсных сигналов, содержащее формирователь образцовь1Х интервалов) времени и частот, ключи, блок вычитания, п -разрядный десятичный счетчик и счегчкк результата, причем первь1Й и второй выходы формирователя образцсяых интервалов времени и частот подключены к управл$оощим вхоДам первого ключа, вход которого соеди-нен со входом первого сомножителя устройства, а выход с первым входом блока вычитания, выход которого подключен ко входу десятичного счетчика, выход которого соединен с первым управляющим входом второго ключа, другой управляющий вход которого подключен ко второму выходу формирователя образцовых инте)валов времени и частот, вход - ко входу второт о сомножителя устройства, а выход ко входу счетчика результата, вход ключа опорной частоты подключен к выходу опор нсА частоты фс мирователя образцовых интервалов времени и частот, первый выход которого подключен к первому управляющему входу ключа опорной частоты, содержит дополнительно элемент ИЛИ, ключи кратных частот, m элементов И и m триггеров (т - целое число, ), причем первый установочный вход -i -го триггера, ( i 1,,..,) соединен с дополнительным выходом соответствующего разряда десятичного счетчика, второй установочный вход первого триггера подключен к первому выходу формирователя образцовых интервалов времени и частот, второй устаноночный вход j -го триггера ( j 2,...,m) соединен с выходом ( j -1)-го триггера, выход i -го триггера подключен к первому входу -i -го элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом формирователя об разцовых интервалов времени и частот, а выход подключен к первому управляющем входу i -го ключа кратной частоты, вто рей управляющий вход которого соединен с выходом десятичного счетчика, а вход с соответствующим выходом кратной частоты формирователя образцовых интервалов времени и частот, третий вход (,..., m -1) элемента И подключен к выходу (к+1)-го триггера, второй управляющий вход ключа опорной частоты подключен к выходу элемента ИЛИ, вход которсй о соединены с выходом десятично го счетчика и выходами элементов И, вы ходы ключей кратных частот и ключа опо ной частоты объединены и подключены ко BTqpoMy входу бдока вычитания. На фиг. 1 представлена схема устрой ства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Устройство содержит формирователь 1 образцовых интервалов времени и частоТ ключ 2, ключ 3, счетчик 4 результата, блок 5 вычитания, десятичный счетчик 6, состоящий из и декад 7, триггеры В, лементы И 9, ключ 1О опорной частоты ключи 11 кратных частот. Формирователь 1 образцовых интерваов времени и частот запускается импульом начала операции (НО) и формирует бразцовую опорную частоту f , семейство ратных частот fo/lO -целое полоительное число), а также импульсы наала, эталонного временного интервала НИ), и конца эталонного временного интервала (КИ).-Импупьсом НИ открывают ся ключи 2 и 1U, на входы блока 5 вычитания начинают поступать импульсы частоты f первого сомножителя и образцовой частоты fg. При этом для нормальной работы всегда должно соблюдать -,л , Импульс КИ закрыся условия 1 вает входной ключ 2 и открывает ключ 3, с выхода которого импульсы частоты Ед начинают поступать на счетчик 4 результата. Число импульсов NP разности частоты fp , поступивших на вход счетчика 6 за время i 3 между импульсами НИ и КИ, определяется выражением t4p4fo- -i)a- С) В счетчике 6 декады, начиная с 7 по 7j, имеют дополнительные выходы, с которых на протяжении временного интервала tj снимается дискретная информация о степени N заполнения счетчика 6, имеющего емкость о импульсами разностной частоты о при этом величина определяется выражением )W (2) Сигнал с дополнительного выхода последнейдекады 7 счетчика в, поступая на один из входов триггера 8 , переводит его в противоположное состояние (запуск его был произведен импульсом НИ). Сигнал с выхода-триггера 8- открывает элемент И 9 по первому входу и, кроме того, осуществляет запуск следующего триггера 8 . Если вслед за этим появляется сигнал на дополнительном вы-, ходе предпоследней декады 7, счетчика 6, то он переводит во второе устойчивое состояние второй триггер 8 , сигнал с выхода которого откроет по первому входу второй элемент И 9 2. и произведет запрет первого элемента И 9 . Аналогично происходит работа схемы при появлении сигналов на дополнительных выходах последующих декад 7 счетлика 6. Импульс КИ с выхода формирователя 1 проходит только через один из элементов И 9 и открывает только один из ы ключей lie одновременным запиранием ключа lO. Если за время tg сигнал не появится на дополнительных выходах декад 7 ключи , останутся закрытыми, а ключ Ю открытым. Следов тельно, в интервале времени между импульсом КИ и импульсом КО, который формируется сигналом переполнения счет ика 6, счетчик 6 будет заполняться им пульсами одной из частот f , .... /-10, а число этих импульсов NH о ределится из выражения Если емкость счетчика 6 из условия ее заполнения импульсами частоты fo за время t , т.е. 1И то при совместном решении (1), (3) и (4) относительно получим э { Тогда результат вычислений . N , равный числу импульсов частоты -t , прошедший через ключ 3 за время определится из следующего выражения H,xf. ,f. fj, Таким образом, на . нижнем краю диапазона значений частоты { , когда становится малым время t увеличива ется относительная статическая погрешность о измерения пропорциопального. результату измерений количества импульсов частоты fj , автоматически уменьшается в 10 раз частбта д , импульсы которой заполняют счетчик 6 в интервале времени t, между импульса ми КИ и КО. При этом в 10 раз будут увеличиваться время , следовательно, во столько же раз уменьшается относительная статическая погрещность измерения результата вычисления. На протяжении, времени t, пересчет ная схема будет заполняться импульсами частотыf f с выхода ключа 1О при 4|- с выхода ключа 11 пр 1 То ТМ to, , о . с выхода ключа 1 li при -; 100 100 -ifiL с выхода, ключа И при - Id 1 - Q Относительная статическая погрешность вычисления сЯ- может быть найдена из выражения (6) для наихудшего случая, когда из еряотся количество им,i пульсов частоты f Р ®® минимальном значении тлп fcjл Э.ЧтЛп Подставляя в (7) значения и К для каждого поддиапазона, получим 1 iO образом, вместо моногонното увеличения относительной статической погрешности вычислений с уменьше- . кием значений частот, входных сигнале получается циклическая заксномерносгь изменения 5 в рабочем диапазоне входных частот. Учитывая, что максимальное значение относительной статической погрешности должно быть меньше ее допустимого А t.t a-amin и решая толученное выражение относительно i , ПОЛУЧИМ , Полученное значение tg следует округлить в большую сторону до значения ближайшего числа, кратното iO. Необходимое количество m находится из выражения т &о г, - , fа пллп При этом полученное знатение m должно быть округлено в большую стсрону до ближайшего целого числа. Приведенная на чертеже временная диаграмма дана для случая, ксяДа сигнал на перестройку структуры мкожительнсяО устройства поступает с дополнительного выхода декады 7rrv пересчетной схемы 6. Формула изобретения Устройство для умножения частотноимпульсмых сигналов, содержащее формирователь образцовых интервалов времени и частот, ключи, блок вычитания, п-раз.- рядный десятичный счетчик и счетчик ре зультага, причем первый и второй выходы формирователя образцовых интервалов времени и Частот подключены к управляющим входам первого ключа, вход соединен со входом первого сомножителя устройства, а выход - с первым входомблока вычитания, выход которого подключен ко входу десятичнсиго счетчика, выход которого соединен с первым управЛ{оощим входом второго ключа, другой управляющий вход которого подкшочен ко торому выходу формирователя о азно- ых интервалов времени и частот,, входо входу второго сомножителя устройст-

ва, a выход - ко Ьходу счетчика результата, вход ключа опорной частоты подключен к выходу оперной частоты формирователя офазцовых интервалов времени и частот, первьй выход которого подключён к новому управляющему входу ключа опорной частоты, отличающееся тем, что, с целью обеспечения оптимальных значений точности и быстродействия и широком диапазоне частот входных сигналов, устройство содержит дополнительно, элемент ИЛИ, ключи кратных частот, W элементов И и m триггеров ( m-целое число, m-СП ) причем установочный вход -i -го триггера ( t 1,..., пл) соединен сГдополнительным выходом соответствующего разряда десятичного счетчика, второй установочный вход первого триггера подключен к первому выходу формирователя образцовых ; интервалов времени и частот, втогрой установочный вход j -г.о триггера ( ,...,m) соединен с выходом (j-l)ro триггера, выход j-го триггера подключен к первому входу -г -го элемента И, второй вход которого соединен со втqэым выходом формирователя

образцовых интервалов времени и частот,а выход подключен к первому управляющему входу i -го клкча кратной частоты, второй управляющий вход котфого

соединен с выходом десятичного счетчи- ка, а вход - с соответствующим выходом кратной частоты ф(мирователя образцовых интервалов времени и частот, третий вход к-го (,...,т-1) элемента И подключен к выходу (к+1)-го триггера, вто-рой управляющий вход ключа опорной частоты подключен к выходу элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходом десятичного счетчика и выходами элементов И, выходы ключей кратных частот и ключа опорной частоты объединены и подключены ко второму входу блока вычитания.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 234ОО4, кл. G 06 F 7/44, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 217О47, кл. G Ol R 23/1О, 1965. 3. АвтфсКое свидетельство СССР

№ 251932, кл. G, 06 F 7/52, 1968 (прототип).

НИ

КИ

is

Л {i

/ 7,

in

Фи2.2