Устройство для деления частотно-импульсных сигналов Советский патент 1981 года по МПК G06F7/68 

1

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки информации автоматических систем контроля и управления.

Известны устройства для деления частотно-импульсных сигналов, использующие преобразования одного из. сигНсшов в пропорциональный временной , интервал, либо в последовательность временных интервалов И.

Недостатками таких устройств является то, что при их реализации всегда приходится избирать между скоростью и точностью выполнения операции при одновременном учете сложности требующегося оборудования.

Известно также устройство для деления частотно-импульсных сигналов, содержащее два счетчика, узел перезаписи, генератор тактовой частоты и схекы автоматики, позволяющее повысить быстродействие выполнения деления частотно-импульсных хзнгналов 2.

Однако известное.устройство также не обеспечивает получения оптимапьных значений точности и быстродействия в широком диапазоне изменения значений входных частот. Кроме того

практическая реализация этого устройства затрудненаиз-за достаточно высокой аппаратурной сложности.

Цель изобретения - расширение области применения устройства, за счет обеспечения при заданной точности вычислений получения оптимального быстродействия в широком диапазоне изменения частот входных сигналов.

1Q

Поставленная цель достигается тем, что устройство для деления частотноимпульсных сигналов, содержащее первый и второй счетчики, первый и вто15рой ключи, вход первого ключа соединен со входом делимого устройства,, вход второго ключа соединен со: входом делителя устройства, выходы первого и второго ключей соединены со

20 входом соответственно первого и второго ключей соединены со входом соответственно первбго н второго счетчиков, содержит две группы триггеров, две группы элементов И

25 и элемент ИЛИ, второй счетчик содержит (д + fi ) разрядов (где (( ha log Д; а - основание систекы счисл.ания, в которой работают счетчики; «Лс- Зсщанное значение относи30тельной статистической погрешности

вычислений; Д - динамический диапазон изменения частоты делителя; - максимальное значение частоты делителя;f д„ -минимсшьное значение частоты делителя), выходы переполнения разрядов второго счетчика с д.го по { g + h - 1) - и соединены с Нулевыми входами триггеров соответственно с первого по h - и первой группы, единичный в{Л}с6д каждого из которых подключен к первому входу соответствующего элемента И первой -i группы, выход которого соединен с единичным входом соответствующего триггера второй группы, единичный вы.ход которого соединен с первым выходом соответствующего элемента И второй группы, второй вход которого соединен с нулевым входом соответствующего Tpiarrepa первой группы, первые управляющие входы первого и второго К1шчей, единичные ходы триггеров .первой группы и нулевые входы триггеров второй группы соединены со входом начала операции устройства, вторые входы элементов И первой группы соединены со входом конца образцового интервала времени устройства, выходы элементов И второй группы и выход переполнения (g + h)- го разряда второго счетчика, который является выходом переполнения второго счетчика, соединены со входаки элемента Ш1И,выход которого подключен ко вторым управляющих входам первого и второго ключей.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство, содержит ключи 1 и 2, вход.З начала операции, на который, подаётся сигнал в начале цикЛа вычислений, вход 4 конца образцового интервала времени, на который подается сигнал в конце образцового йн тервала времени tri , вход 5 делимого и вход 6 делителя, счетчик 7, на котором формируется результат вычислений, счетчик 8, триггеры 9, триггеры 10, элементы И 11, элементы И 12 и злемент ИЛИ 13. Импульсы делимого (числителя) подаются на вход ключа 1, выход которого соединен с выходом счетчика 7, импульсы делителя (знаменателя) подаются на вход ключа 2, выход которого соединен со входом счетчика 8, содержащего (g 4-h ) разрядов,причем выходы разря(дов, начиная с g - го соединены с нулевыми входами триггеров 9 и входами элементов И 12 соответственно. Единичныйвыход каждого триггера соединен со входом соответствующего элемента И 11,йторой вход которого подключен ко входу 4, выход каждого элемента ИИ соединен с единичным входом соответ ствующего триггера 10. Единичный выход каждого триггера 10 соединен с другим входом соответствующего элемента И 12. Выходы всех элементов И 12 и выход переполнения счетШка 8 соединены со входами элемента ИЛИ 13, выход которого подключен к управляющим входам ключей 1 и 2. Другие управляющие входы ключей 1 и 2, а Takже установочный вход каждого тригге- ,ра 9 и вход обнуления каждого тригге.ра 10 соединены со входом 3 устройст. ва.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал начала операции, поданный по входу 3, открывает ключи 1 и 2, переводит в единичное состояние триггеры 9 и осуществляет сброс триггероь

10. йипульсы частоты делимого fi со входа 5 через ключ 1 начинают поступать на вход счетчика 7. а импульсы частоты делителя f со входа fi через клоч 2 - на вход счетчика . Если производится подсчет числа импульсов за время, равное 10 периодов частоты f , (в предположении, что основание используемой систе «ы счисления а 10), то результат вычислений NX может.быть записан

NX 10

(1)

Когда величины входных частот изменяются в Ш1ФОКОМ диапазоне, при выборе полной емкости счетчика 8 (величины g + h ) приходится сталкиваться с противоречиилми. требованиями для нижней границы диапазона, из условий Обеспечения заданного i . быстродействия выполнения операции, полную емкость счетчика 8 следует делать небольшой, а для верхней граHHiw диапазона, из условия обеспечения заданной точности вычислений, большой. Возникает необходимость применения адаптивной схемы счетчика 8,

0 менякяцего свсж) полную емкость в зависймости от величины частоты , .

Для обеспечения заданного значения относительной статической погреииости вычислений сЛ. , число импульсов

5 частоты , поступивших за время операции , tp, на вход счетчика 7, удовлетворяет следующему неравенству

еЛ& if/Кл(2)

Учитывая, что NX и решая

0 выражение (2) относительно tg;, , получаем

, ,j

(3)

Из выражения (3) следует, что минимальное время выполнения операщш 5 (tfl ) для заданного значения d будет иметь место на нижнем краю диапазона входных частот f,

тдп

(4)

Полученное значение tд округляют в большую сторону до значения ближайшего числа из ряда 10 , где рлюбое целое действительное число.

В адаптивном режиме обеспечива65 ющем при заданной точности вычислеНИИ оптимальное быстродействие, через время t после начала операции со входа 4 поступает сигнал иа входы элементов И 11, При этом появляется импульс на выходе элемента И 1 который поступает на установочный вход соответствующего триггера 10 .и переводит его iB единичное состояние. Тогда импульс переподаения любого разряда с g - го по {h - 1)- и при условии, что он форм1фуетсв через время t7tn ., поступая на вход соответствующего элемента И 12, формиру ет сигнал на его «ыходе, этот сигна пройдя через элемент ИЛИ 13, осущест вляет зап1фание клочей 1,2 и выподщ ет останов операции. Если импульс переполнения лвбого из разрядов, начиная с д-го по (h-l)-и,формируется червя время t t то им осуществляется сброс соответс вуюадего триггера 9, после чего на вы ходе соответствующего элемента И 12 в данномцикле вычислений млпульс о танова операции появиться не сможет Пишульс останова операции фхдомируется на выходе элемента И 12 , ,,i«. . .1Ч..о$,«,,.1бО,,,, элемента И 12, при Ю f Ю imin При максимальном значении входно частоты f „ах 10 -t wr останов операции производится импул сом переполнения последнего разряда счетчика 8. Из. приведенного неравенства тюлу чают выражен ие для выбора h. ), (5) Ami4 где D - динамический диапазон измене ния входных частот. Количество декад, g счетчика 8 оп ределяется из условия их заполнения импульсами входной частоты f при ее минимальном значении f время tft IVYlifl откуда С( и (4), полу(6) Решая совместно (7) Вычисленные на основании (5) и (7) значения h я g слейует округлить в большую сторону до ближайшего цело го числа . Выражение для Ш1бора общего количества разрядов счетчика 8 записы вают в следующем виде (8) При этим выполнения опергщи tgn изменяет от величины 10 tx на нижней границе каждого поддиапазона до величины tA иа его верхней границе, т.е.. Таким образом, применение предлагаемого устройства, адиаптивного кзначению входной частоты, позволяет вместо монотонного увеличения времени выпо.лнения операции tg с уменьшением частоты делителя получить ,, циклическую закономерность изменения tg В расчетном диапазоне, удовлетворяющем требованиям оптимального быстродействия при одновременном обеспечении заданной точности вычислений, что в де.пом расширяет область его применения. Формула изобретения Устройство для деления частотноимпульсных сигналов, содержащее первый и второй счетчики, первый и второй клкни, вход первого ключа соединен со входом делимого устройства, вход второго к.пюча соединен со входом делителя устройства, выход первого и второго ключей соединены со входом соответственно первого и.второго счетчиков,с т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширенияобласти применения устройства,устройство содержит две группы тригге-, ров, две группы элементов И и элемент ИЛИ, второй счетчик содержит (g+h) разрядов ( где д h log Д ;а - основание системы счисления, в которой работа ют счетчики; й - заданное значение относительной статист№1еской погрешп TI й ности вычислений; Д - динами iMinческий диапазон изменения частоты делите ля; f - максимальное значение частоты делителя ; f tnifi нимальное значение частоты делителя), выходы переполнения разрядов втррого счетчика с д - го по (g + h - 1) - и соединены .с нулевыми входами триггеров соответственно с первого по h -и первой группы, единичный выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего .элемента И первой группы, выход которого соединен с единичным входом соответствующего триггера- второй группы, единичный выход которого соединен с nepffiJM входом соответствующего элемента И второй группы, второй вход которого соединен с нулевым входом соответствующего триггера первой , первые управляющие входы первого и второго ключей, и единичные входы триггеров первой группы и нулеале входам триггеров второй группы соединены со входом начала операции устройства, вторые входы элементов И первой группы соединены со входом конца образцового интервала времени устройства, выхода элементов И второй труппы и выход переполнения (g+h) - го разряда второго счетчика, который является выходом переполнения второго счетчика, соединены со входами элемента ИШ, выход которого подключен ко вторым управляющим входам первого и второго ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1 Карпов Р.Г. Техника частотно|импульснб1Ч) моделйрования, М., Машиностроеиие 1969, с,94-123.

2. Авторское свидётёяьство СССР . 474005, кл. G Об F 7/52, 1973 (прототип) ..