Устройство для определения отношения и логарифма отношения двух частот Советский патент 1982 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано в измерительных приборах, а также в функциональных измерительных преобразователях. Известно устройство, содержащее ре версивний счетчик, счетчик, две группы элементов совпадения, элемент задержки, элемент ИЛИ, ключ, генератор опорной частоты, блок управления и два входных формирователя П1. Недостатком данного устройства является невозможность определения логарифма отношения двух частот. Наиболее близкое по своей технической сущности к предлагаемому у тройство содержит тактовый генератор, два триггера, два ключа, два счетчика, формирующее устройство, элемент задержки и группу элементов И 21. Однако данное устройство не измеря ет логарифм отношения двух частот, что сужает класс решаемых им задач. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что. в устройство для определения отношения и логарифма отношения двух частот, содержащее первый триггер, выход которого через первый ключ подключен к входу первого счетчика, второй три)- гер, единичный выход которого соединен с первым входом второго ключа и второй счетчик, разрядные выходы которого подключены к управляюидим входам первого блока элементов И, а установочный вход соединен с выходом первого элемента задержки, введены блок сложения-вычитания, третий ключ, три элемента ИЛИ, второй блок элементов И, второй элемент задержки, элемент И, третий триггер и переключатель, первый вывод которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ и входу второго элемента задержки, второй вывод соединен с выходом элемента И, а общий вывод подключен к нулевому входу

первого триггера, единичный вход которого соединен с единичным входом второго триггера и нулевым входом третьего триггера, единичный вход которого подключен к выходу второго счетчика и первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с сигнальными входами первого блока элементов И, выходы которого подключены к разрядным входам первого счетчика, выход которого соединен с первым входом элемента И, вторым входом первого элемента ИЛИ, и -входом первого элемента задержки, а раз| рядные выходы подключены к управляю-/ цим входам второго блока элементов И , сигнальные входы которого соединены с разрядными выходами второго счетчика , а выходы подключены к входам второго элемента ИЛИ, выход которого со единен с первым входом блока сложения-вычитания, второй вход которой подключен к выходу первого ключа, а выход соединен с первым входом третьего ключа, второй вход которого rio ключен к нулевому выходу второго триггера и второму входу элемента И. а выход соединен с первым входом тре тьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу второго счетчика, а второй вход соединен с выходом вто рого ключа, причем выход второго эле мента задержки подключен к нулевому входу второго триггера. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 показаны варианты выполнения блока сло жения . Устройство содержит счетчики 1 и 2, блоки 3 и 4 элементов И, блок 5 сложения-вычитания, триггеры 6-8, ключи 9-11 элементы ИЛИ , элементы 15 и 16-задержки, переключатель 17 и ;элемент И 18. Выполнение блока-5 еложения-вычитания возможно о двух различных вариантах. В первом варианте (фиг. 2а) блок 5 состоит из одного элемента ИЛИ 19tВо втором варианте (фиг.2 б) блок 5 состоит из триггера 20, элемента И 21, элемента 22 задержки и элемента ИЛИ 23. Устройство работает следующим образом. В режиме определения отношения двух частот переключатель 17 находит ся в положении 2. После поступления на единичные входы триггеров 6 и 7 команды Старт открываются ключи 9

и 10, и иппульсы, частоты следования которых f/ и f , поступают на входы счетчиков 1 и 2 соответственно. Ключ 11 при этом закрыт.

При соотношении частот fg f через промежуток времени, который определяется выражением

Nm

(1)

С,

происходит переполнение счетчика 2, где Nm- коэффициент пересчета счетчиков 1 и 2.

8 этот момент в счетчике 1 фиксируется число

f. ы„ 1.

(2).

г:

т

л f

Л ч

Импульс переполнения счетчика 2 устанавилвает триггеры 6 и 7 в нулевое состояние, ключи 9 и 10 закрываются, и процесс определения отношения йвух частот завершается. Кроме того, импульс переполнения счетчика 2 устанавливает триггер 8 в единичное.положение, соотоетствующее случаю ,fg fi . При соотношении частот f fg через промежуток времени, который определяется выражением Т . (3) происходит переполнение счетчика 1. 8 этот момент в счетчике 2 фиксируется число NH ta fa М„, -РИмпульс переполнения счетчика 1 переписывает число N из счетчика 2 в счетчик 1 и через промежуток времени tjt определяемый элементом 15 задержки, устанавливает счетчик 2 в нулевое положение. Кроме тогр, импульс переполнения счетчика 1 устанавливает триггеры 6 и 7 в нулевое состояние, ключи 9 и 10 закрываются, и процесс определения отношения двух частот завершается. Триггер 8 в этом случае остается в нулевом положении, что соответствует случаю f fa В режиме определения логарифма отношения двух частот переключатель 17 находится в положении 25. При этом до момента переполнения счетчика 1 или 2, в зависимости от соотношения частот и % , происходит процесс вычисления, аналогичный описанному вьние, В результате в счетчике 1 фиксируется число Нл или а состояние триггера 8 определяет Импульс соотношение частот t. переполнения одного из счетчиков. 59 пройдя через элементы 12 и 16, переводит триггер 7 в нулевое состояние. Ключ 10 закрывается, а ключ 11 откры вается. Ключ 9 остается открытым. При открытых ключах 9 и 11 в рабо ту устройства включаютйя блоки Ц эле ментов И, элемент ИЛИ 13 и блок 5 сложания-вычитания. В первом варианте построения блок 5 представляет собой схему сложения частот, частота импульсов на выходе которой оИределяется выражением% f, f/b (t). (5) где ) - частота импульсов на выходе элемента 13. Управление блоками элементов И, при первом варианте построения блока S, производатся обратным кодом числа, содержащегося в счетчике 1. Счетчики 1 и 2, блоки k элементов И и элемент ИШ 13 представляют собой двоичный умножитель, частота импульсов на выходе которого определяется уравнением N4oyW Nm .где WtoSW- обратный код числа NiCt) , содержащегося в данный момент в счетчике 1. С учетом выражения (5) получаем ld Учитывая приближенные равенства Nm - Ni((t) Щ (t) имеем %(t) - g f. (8). 5o втором варианте построения блок 5 представляет собой комбинированную схему сложения-вычитания;триг гер 20, элемент И 21 и элемент 22 за держки служат для вычитания частот, а элемент ИЛИ 23 - для сложения. Час тота импульсов на выходе блока 5 опр деляется выражением f5 fi ifb(t) -,f4 (t). (9). Управление блоком 4 элементов И, при втором варианте построения блока 5 производится прямым кодом числ содержащегося в счетчике 1. Следовательно, частота импульсов на выходе 26 элемента ИЛИ 13 определяется выражениемРешая совместно уравнения (9) и (10) снова приходим к уравнению (8). Таким образом, в обоих вариантах построения блока 5 и Соответствующих вариантах управления блоками k элементов И, частота импульсов на выходб блока 5 определяется выражением (8). Частота fg(t) импульсов, поступающих на вход счетчика 2, связана с числом N2(1), содержащимся в счетчике 2, уравнением .m.JailL Л ).. с учетом выражения . С8) получаем Частота f, , поступающая на вход счетчика 1, связана с числом N, (t), содержацимся в этом счетчике, выражением- Разделив уравнение (12) на уравнение (13) и пpov1звeдя разделение пе ременных, получаем (U). dN,(i) N -15 Процесс определения логари( отношения двух частот завершается в момент переполнения счетчика 1. Импульспереполнения, пройдя через элемент И 18 и переключатель 17, переводит триггер 6 в нулевое состояние, и ключ 9 закрывается. При соотношении частот f ft , за , время, прошедшее с момента переполнеу ния счетчика 2 до гюмента переполнения счетчика 1, число N(t) в счет14ике 1 изменяется от N до Nm . а а счетчике 2 число М изменяется ОТ Р до Na i где Na результат определения логарифма отношения двух частот. Проинтегрировав уравнение (Т) с учетом пределов изменения переменных получаем (5). ,-e« Учитываявыражение (2), имеем м, , При соотношении частот f/i tg , за время, прошедшее с момента первого переполнения счетчика 1 до момента второго его переполнения, число N/,(t в счетчике 1 изменяется от N; до Nm а в счетчике 2 число N2(1) изменяет ся от О до NS , где Ng - результат определения логарифма отношения двух частот. Проинтегрировав уравнение (Ц) с учетом пределов изменения переменных получаем J dNatt в м; Учитывая выражение (k), имеем N2. (20). Импульс переполнения счетчика 1 переписывает число Hg или Ng , полученное в счетчике 2, в счетчик 1. Следовательно, в счетчике 1, в за висимости от выбранного режима работ устройства, фиксируется число, пропорциональное отношению двух частот или логарифму отношения двух частот, а состояние выходов триггера 8 указывает на то, какая из двух частот больше другой. Таким образом, посредством незначительного усложнения устройства, до стигнуто расширение класса решаемых задач за счет получения возможности определения логарифма отношения двух частот. Формула изобретения Устройство для определения отношения и логарифма отношения двух час тот, содержащее первый триггер, выхо которого через первый ключ подключен к входу первого счетчика, второй триггер, единичный выход которого со единен с первым входом второго ключа и второй счетчик, разрядные выходы к торого подключены к управляющим входам первого блока элементов И, а установочный вход соединен с выходом первого эленента задержки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены блок сложения-вычитания, третий ключ, три элемента ИЛИ, второй блок элементов И, второй элемент задержки, элемент И, третий триггер и переключатель, первый вывод которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ и входу второго элемента задержки , второй вывод соединен с выходом элемента И, а общий вывод подключен к нулевому входу первого триггера, единичный вход которого соединен с единичным входом второго триггера и нулевым входом третьего триггера, единичный вход которого подключен к выходу второго счетчика и первому входу первого, элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с сигнальными входами первого блока элементов И, выходы которого подключены .к разрядным входам первого счетчика, выход которого соединен с первым входом элемента И, вторым входом первого элемента ИЛИ и входом первого элемента задержки, а разрядные выходы подключены.к управляющим входам второго блока элементов И, сигнальные входы которого соединены с разрядными выходами второго счетчика, а выходы подключены к входам второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первы входом блока .сложения-вычитания, второй вход которого подключен к выходу первого ключа, а выход соединен с первым входом третьего ключа, второй входкоторого пoJ5ключeн к нулевому выходу второго триггера и второму входу элемента И, а выход соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу второго счетчика, а второй вход соединен с выходом второго ключа, причем выход второго элемента задержки подключен к нулевому входу второго триггера. Источники инЛормоции, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 R 23/10, 1975. 2.Карпов Р.Г. Аналого-цифровой логометр. - Автоматика и вычислительная техника, 197, № 3, с. 91-33, рис. 1 (прототип).