Устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов Советский патент 1981 года по МПК G06G7/18 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники в частности к устройствам дифференцирования частотно-импульсных сигна лов с представлением результата в цифровой форме. Известно частотно-импульсное дифференцирующее устройство l, со держащее блок выделения разности периодов, блок возведения входной частоты в куб, ключ и счетчик резул тата. Известно также частотно-импульсн дифференцирующее устройство 2j, со держащее блок управления, генератор опорной частоты, блок измерения разности периодов, управляемые дели тели частоты, ключ, делитель частоты, группу элементов И, счетчик периодов и счетчик результата. Наиболее близким к изобретению является устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигна лов З,. содержащее ключи, группы элементов И, блок управления, подклю ченный первым входом к шине ввода дифференцируемой частоты, реверсив-г ный счетчик, вход обнуления которого соедипвн с первым входом блока . управлеиия, а выходы разрядов - о первыми входами элементов И первой группы, подключенных вторыми входами к второму выходу блока управления, и счетчики, первый из которых соединен счетным входом с выходом первого ключа,, выходами разрядов - с первыми входами элементов И второй группы, подключенных выходами к входам разрядов реверсивного счетчика, вычитающий и суммирующий входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего ключей. Управляющий вход второго ключа подключен к управляющим входам первого и третьего ключей и к выходу первого триггера, соединенного первым входом с выходом дешифратора, подключенного входами к цифровому выходу функционального генератора и к первым входам элементов И третьей группы, соединенных выходами с информационными входами регистра, подключенного выходами к первым входам элементов И четвертой группы, соединенных вторыми входами с выходом второго счетчика и входом второго триггера, а выходс ш - с входами разрядов второго счетчика, подключенного счетным входом к первому частотному выходу функционального генератора и к входу ;

делителя частоты, соединенного выходом с специальным входом первого . Сигнальный вход второго ключа подключен к второму частотному выходу фуикционального генератора, сигнальный вход третьего ключа соединен с выходом второго триггера. Вторс вход первого триггера, вторые входы элементов И второй и третьей (Групгад и входы обнуления регистра, счетчиков и делителя частоты подключены к соответствугацим выходам блока управления. Функциональный генератор выполнен на генераторе опорной частоты, делителе частоты, счетных счетчиках и трех группах элементов И

Недостатком этих устройств является их техническая сложность.

Целью изобретения является упрощение устройства. .

С этой целью устройство для диф.ференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее ключи, группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к шине ввода дифференцируемой частоты, реверсивный счетчик, вход обнуления которого соединен с первым выходом блока управления, а выходы разрядов - с первыми входами элементов и первой группы, подключенных вторыми входами к второму выходу блока управления, и счетчики, первый из которых соединен .счетным входом с выходом первого ключа, а выходами разрядо.в с первыми входами элементов И .второй группы, содержит элементы ИЛИ, блоки сложения, блоки вычитания и делитель частоты на три, подключен-ный выходом к первому входу первого блока вычитания, а входом - к выходу первого элемента ИЛИ, соединенного входами с выходами элементов И третьей группы, первые входы которых подключены к выходам, разрядов первого счетчика, а вторые входы - к выходам разрядов реверсивного счетчика и к вторым входам элементов И второй группы, соединенных выходами с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания и к первому входу первого блока сложения, соединенного вторым входом с выходом первого блока вычитания, а выходом с вторым входом первого блока вычитания и с сигнальным входом первого ключа, подключенного управляющим входом к третьему выходу блока управления, соединенного четвертым выходом с управляющим входом второго ключа, сигнальный вход которого подключен к выходу второго блока сложения и к второму входу второго блока вычитания, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, соединенного промежуточным выходом с вторым входом блока управления, а выходом переполнения - с третьим входом блока управления, четвертый вход которого подключен к выходу второго счетчика, соединенного входами разрядов с выходами элементов И первой группы, а счетным входом - с выходом третьего ключа, подключенного управляющим входом к пятому выходу блока управления, а сигнальными входами к шине ввода опорной частоты и к первому входу второго блока сложения, второй вход которого соединен с выхо.дом четвертого ключа, подключенного сигнальным входом к выходу второго блока вычитания, а управляющим входом - к шестому выходу блока управт ления, соединенного седьмым и восьмы выхода1иш с входами управления реверсЬМ реверсивного счетчика.

Блок управления содержит элементы И и ИЛИ, элемент задержки, инвертор, триггеры и счетчик, подключенный счетным входом к выходу первого элемента И, прямым выходом первого разряда - к первым входам первого элемента ИЛИ и второго элементами, инверсивным выходом первого раэряда - к первому входу третьего элемента И, выходом второго разряда - к второму входу первого элемента ИЛИ, и к вторым входам второго и третьего элементов И, выходом третьего разряда - к третьему входу первого элемента ИЛИ, к первому входу четвертого элемента И и к шестому выходу блока управления, а выходом переполнения - к первому входу первого триггера, соединенного вторым входом с шиной запуска, а выходом - с первым входом первого элемента И, подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются,вторым и четвертым входами блока управления. Третий вход второго элемента ИЛИ является первым входом блока управления и соединен с первым входом пятого элемента И, а четвертый вход второго элемента ИЛИ является третьим входом блока управления и подключен к первому входу шестого элемента И, соединенного вторым входом с выходом второго элемента И, вторым входом пятого элемента И с входом инвертора. Выход шестого элемента И подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управлеш я, а второй вход соединен с выходом элемента задержки, под-ключенного входом к выходу пятого элемента И, второму выходу блока управления и к входу второго тригтера, соединенного первым выходом с вторым входом четвертого элемента И, выход которого является пятым выходом блока управления. Выходы третьего элемента И, первого элемента ИЛИ, второго элемента И и инвертора являются соответственйо третьим, четвертым, седьмлм и восьмым выходами блока управления, а выходы второго триггера являются выходными сигнала ми знака производной. На фиг. 1 дана структурная: схема устройства для дифференцирования частотно-импульсных сигналов; на . фиг. 2 - схема блока управления. Устройство содержит первый и вто рой счетчики 1 и 2, реверсивный сче чик 3, элементы И 4, 5, б первой, второй и третьей групп соответствен но, первый и второй элементы ИЛИ 7 и 8, первьай и второй блоки 9 и 10 сложения, первый и -второй блоки 11 и 12 вычитания, первый, второй, тре тий и четвертый ключи 13-16 соответственно, делитель 17 частоты на три и блок 18 управления. Блок 18 подключен первым входом 19 к щине ввода дифференцируемой частоты fx. Реверсивный счетчик 3 соединен входом о,бнулеиия с - первым выходом 20 блока IS, а выходами раз рядов - с первыми входами элементов И 4 первой группы, подключенных вто рыми входами к второму выходу 21 блока 18. Счетчик 1 соединен счетны входом с выходом ключа 13, а выхода ми разрядов - с первыми входами элементов И 5 в-Ророй группы. Делитель 17 частоты на три подключен выходом к первому входу блока 11 вычитания, а входом - к выход элемента ИЛИ 7. входы элемента ИЛИ соединены с выходами элементов И 6 третьей группы- подключенных первыми входа-.ги х выходам разрядов сче чика 1,3 лторыми входами - к выход разрядов счетчика 3 и к вторым входам элементов И 5 второй группы, со единенных выходами с входами элемен та ИЛИ 8. Выход элемента ИЛИ 8 под ключен к первому входу блока 12 вычитания и к первому входу блока 9 сложения, соединенного вторым входом с выходом блока 11 вычитания, а выходом - с вторым входом блока 11 вы читания и с сигнальным входом ключа 13. Ключ 13 подключен управлякйдим входом к третьему выходу 22 блока 18, соединенного четвертым выходом 23 с управляющим входом ключа 14. Ключ 14 подключен сигнальным входом к выходу блока 10 сложения и к второ му выходу блока 12 вычитания, а выходом - к счетному входу счетчика 3 Счетчик 3 соединен промежуточным выходом с вторым входом 24 блока 16 а выходом перемножения - с третьим входом 25 блока 18, четвертый вход которого 26 подключен к выходу счетчика 2. Счетчик 2 соединеь входа1Ш разрядов с выходами элементов-И 4 первой группы, а счетным (вычитающим) входом - с выходом ключа 15, подключенного управлянщим входом к пятому выходу 27 блока 18, а сигнальным входом - к шине ввода опорной частоты и к первому входу блока 10 сло)кения, второй вход блока 10 сложения соединен с выходом ключа 16, подключенного сигнальным входом к выходу . блока 12 вычитания, а управляющим входом - к шестому выходу 28 блока 18. Седьмой и восьмой выходы 29 и 30 блока 18 соединены с входами управления реверсивным счетчнком 3 (с шинами вычитания и сложения соответственно) . Блок 28 управления содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И 31-36 соответственно, первый, второй и третий элементы ШШ 37-39, элемент 40 задержки, инвертор 41, первый и второй триггеры 42 и 43 и счетчик 44, подключенный счетным входом к выходу элемента И 31, прямым выходом первого разряда - к первым входам элемента ИЛИ 37 и элемента И 32, инверсным выходом первого разряда к первому входу элемента И 33, выходом второго разряда - к второму входу элемента ИЛИ 37 и к вторым входам элементов И 32 и 33, выходами третьего разряда - к третьему входу элемента ИЛИ 37, к первому входу элемента И 34 и к шестому выходу 28 блока 18, а выходом переполнения - к первому входу триггера 42. Триггер 42 соединен вторым входом с шиной запуска, а выходом - с первым входом элемента И 31, подключенного вторым входом к выходу элемента ИЛИ 38. Первый и второй входы элемента ИЛИ 38 являются вторым .и.четвертым входами 24, 26 блока 18, третий вход элемента ИЛИ 38 является первым входом 19 блока 18 и соединен с первызу входом элемента И 35, а четвертый вход элемента ИЛИ 38 является третьим входом 25 блока 18 и подключен к. первому входу элемента И 36. Элемент И 36 подключен вторым входом к выход: элемента И 32, к второму входу элемента И 35 и к входу инвертора 41, а выходом - к первому входу элемента ИЛИ 39. Выход элемента ИЛИ 39 является ервым выходом 20 блока 18, а второй ход элемента ИЛИ 39 соединен с ыходом элемента 40 задержки. Элеент 40 задержки подключен входом к ыходу элемента И 35, к второму ыходу 21 блока 18 и к в}соду тригера 43. Триггер 43 соединен первым ыходом с вторым входом элемента 34, выход которого является пятым ыходом 27 блока 18. Выходы элемента 33, элемента ИЛИ.37, элемента И 32 инвертора 41 являются соответстенно третьим, четвертым, седьмым и осьмым выходами 22-30 блока 18, а ыходы триггера 43 являются выхолн11ми шинами знака производнойdf /dt час тоты f по времени t. Работу устройства как для случая уменьшения входной дифференциальной частоты, так и для случая ее увеличения, можно условно разбить на четыре этапа, которые соответствуют состоянию счетчика 44 блока 18 управ ления« В случае уменьшения входной частоты устройство работает следующим образом. В исходном состоянии в счетчик 1 записывается число Nf,fK) где NJJJ - коэффициент пересчета счет чиков 1, 2 и 3, k - коэффициент пропорциональности . В счётчик 3 записывается число (), а счетчик :J обнуляется. На первом этапе работы, который начинается после прихода первого (после команды Пуск) импульса входной частоты fx, счетчик 44 блока 18 пере ходит, в первое положение. При этом открывается ключ 14, а ключи 13, 15 и 16 остаются закрытыми. Реверсивны счетчик 3 открыт по суммирующей шине управления. Импульсы с шины опор ной частоты fo через блок 10 сложен и ключ 14 поступают на счетчик 3. Через промежуток времени i-liGL, 1 1C -Е где kj коэффициент пропорциональности, произойдет промежуточное заключение счетчика 3. В этот момент импульс с промежуточного выхода счетчика 3 переведет счетчик 44 блока 18 во вто рое положение. При этом откроется ключ 13 и нач нется второй этап работы устройства На этом этапе частота импульсов на выходе блока 9 сложения равна ),

f 8 (t) и f (t)

частоты следова- JQ ния имйульсов на выходах элемента ИЛИ 8 и блока 11 вычитания соответственно.

Так как частота (t) определяет- 5 вы)ажением

м«-.

,.а)

«

где ) - частота следования импульсов на выходе элемента ИЛИ 7,

решение которого с учетом пределов изменения переменных будет иметь вид

Г Л11Ш-л N(t) t

18

или

° .

Г

- длительность первого периода ВХОДНОЙ частоты,

А коэффициент пропорциональности . то для частоты fg (t) будем иметь соотношение Г {о, Ш. -в Счетчики 1 и 3, группа элементов И 5 и элемент ИЛИ 8 образуют первый двоичный умножитель (в котором счетчик 1 выполняет роль управляющего счетчика),. а счетчик 3 - роль делителя частоты, частота следования импульсов на выходе которого равна « U)- blUt) .f. NW 0 где Nj(t) - число, содержащееся в счетчике 1 и связанное с частотой fg (t) выражеСчетчики 1 и 3 совместно с группой, элементов И б и элементом ИЛИ 7 образуют второй, двоичный умножитель, в котором счетчик 3 является управляющим, а счетчик 1 служит делителем частоты. Частота следования импульсов на выходе этого умножителя определяется соотношением - bbtMf (4 -Ti;r 9 де N,, (t) - число, содержащееся в счетчике 3, которое связано с временем t соотношениемN5a). с учетом полученных- соотношений работа устройства будет определяться дифференциальным уравнением вида cINUi). N-1 t) В момент окончания nepeorqi, перио входной частоты счетчик 44 блика 18 переходит в третье положение. При этом ключ 13 закрывается, а реверси ный счетчик 3 открывается по вычита щей шине управления. На третьем этапе работы устройст ва происходит вычитание из счетчика 3 числа Nj о -1 которое было записано в нем к концу первого пери да входной частоты. При переходе в единичное состояние всех разрядов счетчика 3 импуль с выхода переполнения счетчика 3 пе реводит счетчик 44 блока 18 в четвертое положение. При этом происход обнуление счетчика 3 и его отпирани по суммирующей шине управления, а также открывается ключ начин ется четвертый этап работы устройст ва. Частота следования импульсов на выходе блока 10 сложения будет опре деляться выражением -iz где f, - частота следования импульсов на выходе блока 12 выч тания, которая равна г - г .г Q частота импульсов на выход где fg элемента ИЛИ 8 на четверто этапе работы устройства r-JiL Решая совместно полученные уравнения, имеем Г - W.с 10 К 0Заполнение счетчика 3 импульсами частоты происходит до момента оконч ния второго периода Т входной частоты fx- К этому моменту в счетчике 3 будет зафиксировано число TitTi f, , U.T „ ДТ NI- 1 « О 1 -1 где лТ разность периодов входной частоты, В - коэффициент пропорциональности, т.е. будет зафиксирован результат вы числения производной входного частотно-импульсного сигнала. После окончания второго периода входной частоты счетчик 44 блока 18 переходит в исходное состояние, при котором ключи 14 и 16 закЕшваются. в йлучае увеличения входной частоты f счетчики 1, 2 и 3 устанавливаются в те же исходные состояния, что и в случае уменьшения входной частоты. Работа устройства на первых двух этапах полностью повторяет его работу в случае уменьшения f. В момент окончания первого периода FX в счетчике 1 фиксируется число Mj - А(т|), а счетчике 3 - число Nj - На третьем этапе происходит вычитание из реверсивного счетчика 3 числа N, но так KctK второй период входной частоты в данном случае меньше ее первогю периода, то окончание второго периода f произойдет раньше, чем все разряды счетчика 3 перейдут в единичное состояние. В этот момент по команде с блока 18 произойдет перенос числа из счетчика 3 в счетчик 2 и через время tj, задаваемое элементом 40 задержки, счетчик 3 .установится в нулевое состояние. В момент окончания второго периода входной частоты счетчик 40 блока 16 переходит в четвертое положение. При этом открываются ключи 15 и 16, и начинается четвертый этап работы устройства. На этом этапе счетчик 3 который открыт по суммирующей шине управления, заполняется импульсами с частотой следования г 10 N;, счетчике 2, который работает в вычитающем режиме, происходит вычитание числа, которое было в него еренесено с реверсивного счетчика 3. момент перехода всех разгэядов четчика 2 -в единичное состояние мпульс с его выхода переполнения ереводит счетчик 44 блока 18 в исодное положение. При этом ключи 15 и 16 закрываютя, к этому моменту в счетчике 3 б:- ет зафиксировано число н;-Г odt. А(т;)9, с учетом равенства Nf олучим K.I- д .T-R -Ь (-r.j Фиксация знака первойпроизводной о времени от входной частоты осущетвляется посредством триггера 43 лока 18. Триггер 43 переходит в едиичное состояние, соответствукмее лучаю -гг I ° случае, когда третьем положении счетчика 44, ри котором на выходе элемента И 32 уществует пЬложительный потенциал. 11 , на первый вход блока 18 поступает им пульс входной частоты f. . Если при нахождении счетчика 44 в третьем положении на третий вход 25 блока 18 поступит импульс заполне ния реверсивного счетчика 3, триггер 43 будет к моменту окончания работы устройства находиться в нулевом состоянии, что соответствует случаю - df /dt 0. Так как в рассмотренном устройстве блоки сложения реализованы на эле ментах ИЛИ, а блоки вычитания - на триггерах и элементах И, то устройство для дифференцирования частотноимпульсных сигналов значительно проще чем устройство-прототип за счет исключения дополнительного регистра и функционального генератора, содержащего четыре счетчика, делитель частоты и три группы элементов И. Формула изобретения 1. Устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее ключи группы элементов и блок управления, подключенный первым входом к шине ввода дифференцируемо частоты, реверсивный счетчик, вход обнуления которого соединен с первым выходом блока управления, а выходы разрядов - с первыми входами, элементов-И первой группы, подключенных вторыми входами к второму выходу блока управления, счетчики, первый из которых соединен счетным входом с выходом первого ключа, а выходами разрядов - с первыми входаг/м элементов И второй группы, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит- элементы ИЛИ., блоки сложения, блоки вычитания и делитель частоты на три, подключенный выходом к первому входу первого блока вычитания, а входом - к выходу первого элемент ИЛИ, соединенного входами с выходами элементов И третьей группы, первые входы которых подключены к выходам разрядов первого счетчика, а вторые входы - к выходам разрядов реверсивного счетчика и ко вторам входам элементов И второй группы, соединен ных выходами с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго блока вычит ния к первому входу первого блока сложения, соединенного вторым взйэдом с выходом первого блока вычитания, а вь1ходом - со вторым входом первог блока вычитания и с сигнальным входом первого клоча, подключенного управляющим входом к третьему выходу блока управления, соединенного четвертым выходом с управлянвдим входом второго ключа, сигнальный вход кото 0 рого подключен к выходу второго блока сложения и ко второму входу второго блока вычитания, а выход к счетно входу реверсивного счетчика, соединенного промежуточным выходом с вторым входом блока управления, а выходом переполнения - с третьим входом блока управления, четвертый вход которого подключен к выходу второго счетчика, соединенного,входами разрядов с выходами элементов И первой группы, а счетным входом - с выходом третьего ключа, подключенного управляющим входом к пятому ВЫХОДУ блока управления, а сигнальным входом к шине ввода опорной частоты и к первому входу второго блока сложения, второй вход которого соединен с вьлходом четвертого ключа, подключенного сигнальным входом к выходу второго блока вычитания, а управляющим входом - к шестому Выходу блока управления, соединенного седьмым и восьмым выходами с входами управления реверсом реверсивного счетчика. 2. Устройство по П.1, отлич а ющ е ее я тем, что блок управления содержит элементы И и ИЛИ, элемент задержки, инвертор, триггеры и счетчик, подключенный счетным входом к выходу первого элемента И, прямым выходом первого разряда к первым входам первого элемента ИЛИ и второго элемента И, инверсным выходом первого разряда - к первому входу третьего элемента И, выходом второго разряда - к второму входу первого элемента ИЛИ и ко вторым входам второго и третьего элементов И, выходом третьего разряда - к третьему входу первого элемента ИЛИ, к первому входу четвертого элемента И и к шестому выходу блока управления, а выходом переполнения - к первому входу первого триггера, соеди- . ненного вторым входом с шиной запуска, а выходом - с первым входом первого элемента И, подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются вторым и четвертым входами блока управления, третий вход второго элемента ИЛИ является первым входом блока управления и соединен с первым входом пятого элемента И, а четвертый вход второго элемента ИЛИ является третьим вхо{дом блока управления и подключен к первому входу шестого элемента И, соединенного вторым входом с выходом второго элемента И, вторым входом пятого элемента И и с входом . инвертора, а выход шестого элемента И подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управления, а второй вход соединен с выходом элемента задержки, подключенного входом к выходу пятого элемента И второму выходу блока управления и

к входу второго триггера, соединенного первым выходом со вторым входом четвертого элемента И, выход которого является пятым выходом блока управления, причем выходы третьего элемента И, первого элемента ИЛИ, второго элемента И и инвертора является соответственно третьим, четвертым, седьквлм и восьмым выходами блока управления, а выходы второго триггера являются выходными шинами знака производной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Изв. ВУЗов Приборостроение, 1975, 7, с. 13-17.

2.Авторское свидетельство СССР I 734729 по заявке 2400486/18-24,

кл. G 06 G 7/18, 1976.

з. Авторское свидетельство СССР 691891 по заявке 2432557/18-24, кл. G 06 G 7/18, 1977 (прототип ..

to