Цифровой кодирующий преобразователь частоты следования импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(54) ЦИФРОВОЙ KOflMPyiClHHVl ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для многоканального преобразования частоты следования импульсов в код и может быть использовано в качестве периферийного оборудования в многоуровневых цифровых системах сбора и обработки информации. Известен кодирующий преобразователь частоты в код, содержаший вычитающий счетчик, преобразователь частоты в код, блок управления 13 Это устройство реализует нелинейное кодирование периода, а его недостатком является ограниченная точность и узкий класс решаемых задач. Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения низких частот, содержащее формирователь, вычитающий счетчик, функциональный преобразователь 2 . Известное устройство обладает повышенной точностью вследствие высокой степени точности реализации требуемой нелинейности при кодировании периода, а его недостатком является ограниченный класс решаемых задач, а именно невозможность многоканального кодирующего преобразования частоты.. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности многоканального кодирующего преобразования частоты на основе нелинейного кодирования периода. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее п .формирователей входных сигналов, генератор опорной частоты, выход которого соединен с первым входом вентиля, выход которого подключен к входу первого управляемого делителя непосредстветшо и через последовательно соединенные делитель с фиксированным коэффициентом делегош и элемент задержки - к входу счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго управляемого делителя и регистра памяти, вход 391 записи которого соединен с делителем с фиксированным коэффициентом деления, а выходы - с информационными входами первого управляемого делителя, выход которого соед1шен с входом второго уп- равляемого делителя, выход которого подключен ко входу вычитающего счеа-чика, введены п триггеров, п элементов 2И-ИЛИ, п реверсивных счетчиков, м .дешифраторов нуля, п регистров хранения элемент И и блок управления, первый вход которого подключен к шине пуска устройства, второй вход блока управления соединен с выходом элемента И, входы которого подключены к выходам формирователей входных сигналов, выход каждого формирователя входных сигналов соединен с первым входом соответствующего элемента 2И-ИЛИ и с прямым входом соответствующего триггера, инверсный вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего дешифратора нуля и входу записи соответствующего регистра хранения, одноименные входы п регистров хранения объедр1нены и подключены к выходам вычитающего счетчик вторые входы элементов 2И-ИЛИ объединены и подключень к второму входу вентиля и к первому входу блока управления третьи и четвертые входы всех элементо 2И-ИЛИ объединены и подключегвы к выходу генератора опорной частоты, а пятые входы подключены к выходам соответствующих триггеров и управляющим входам реверсивных счетчиков, счетные входы которых соединены с выходами со ответствующих элементов 2И-ИЛИ, а вы ходы - с входами соответствующих дешифраторов нуля, второй выход блока управления подключен к управляющгпу входам формирователей входных сигналов. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство включает формирователи 1 входных сигналов, триггеры 2 и элементы 3 2И-ИЛИ, реверсивные счетчики 4, дешифраторы 5 нуля, регистры 6 хранени элемент 7 И, блок 8 управления, генера тор 9 опорной частоты, вентиль 1О, делитель 11с фиксированным коэффициентом деления, элемент 12 задержки, счет чик 13, регистр 14 памяти, управляемые делители 15 и 16, вычитающий счетчик 17, входные шины 18, шина 19 пуска. Входные шины 18 подключены к первым входам формирователей 1, управляющие входы которых объединены и подключены к одному из выходов блока 8 управ ления, а выходы связаны с одними из выходов элементов 3 2И-ИЛИ, прямыми входами триггеров 2 и со входами элемента 7 И. Вторые входы элементов 3 2И-ИЛИ объединены с одним из входов вентиля 1О и подключены к первому выходу блока 8 управления, один из входов которого подключен к шине 19 пуска, а второй вход связан с выходом элемента 7 И. Третьи и четвертые входы элементов 3 2И-ИЛР объедине1Ш1 и соединены с первым входом вентиля 10 и с выходом генератора 9 опорной частоты. Пятые входы элементов 3 2И-ИЛИ объединены с управляющими шинами реверсивных счетчиков 4и подключены, к прямым выходам триггеров 2, выходы элементов 3 2И-ИЛИ подключены к счетным входам реверсивных счетчиков 4; разрядные выходы которых подключены ко входам дешифраторов 5нуля, выходы которых подключены к шюерсным входам триггеров 2 к ко входам записи регистров 6 хранения, одно1гменные разрядные входы который объединены и подключены к выходам вычитающего счетчика 17. Выход вентиля 1О подключен ко входу делителя 11с фиксированным коэффициентом деления и к счетнок-iy входу управляемого делителя 15, выход которого связан со счет1Пз1м входом управляемого делителя 16, выход которого связан со входом вычитающего счетчика 17. Выход делителя 11 подключен ко входу записи регистра 14 памяти и ко входу элемента 12, выход которого подключен ко счетчика 13, разрядные выходы которого подключены ко входам регистра 14 памяти н управляемого делителя 16. Выходы регистра 14 подключены ко входам управляемого делителя 15. Выходы регистров 6 хранения могут подключаться к устройствам отображения и регистрации тшформации. Устройство работает следующим образом. При подаче команды пуск§ на шину 19 с одного из выходов блока 8 управления на управляющие входы формирователей 1 поступает сигнал, в результате чего на их выходах формируются интервалы времени, равные периоду частотно-импульсного сигнала, поступаюБ1его на шины 18 устройства. Поскольку данные входные сигналы между собой асинхронны, то с начала каждого из интервалов времени, поя1зл5пощихся на выходах формирователя 1, в реверсивных счетчиках 4 начинает накапливаться число импульсов опорной частоты с выхода генератора 9, которые поступают на третьи юсоды элементов 3 2И-ИЛИ, первые входы которых отшфа- ются выходным сигналом формирователей 1, а вторые входы отпираются разрешающим сигналом с первого выхода блока 8 управления. Процесс накопления импульсов опорной частоты в реверсивных счетчиках 4 продолжается до тех пор, пока на последнюю шину 18 устройства не поступит импульс преобразуемого сигнала. В этот момент времени на выходе элемента 7 И появляется сигнал, в результате чего на одном из выходов блока 8 управления снимается разрешающий сигнал, запираются элементы 3 2И-ИЛИ и отпирается по инверсному входу вентил 10. С этого времени реверсивные счетчики 4 запираются и устройство, вследствие открытия вентиля 1О, начинает отрабатывать обратную зависимость, при этом осуществляется нелинейное кодирование периода, последнего из поступивших на шины 18. На чертеже приведен пример выполнения устройства для трех каналов. Число в реверсивном счетчике 4 (например, третьего канала), на входную шину 18 которого импульс входного сигнала поступил последним, равно едини вследствие однократного перепада потенциала из единицы в ноль на выходе третьего элемента 3 2И-ИЛИ. В момент окончания периода сигнала на третьей входной шине 18 садним фронтом импуль са с выхода третьего формирователя 1 третий триггер 2 устанавливается в един цу, отпирая третий элемент 3 2И-ИЛИ но пятому .входу и устанавливая третий реверсивный счетчик 4 в режим вычитания, в результате чего первым же импульсом с выхода генератора 9 третий р версивный счетчик 4 обнуляется, что при водит к появлению сигнала на выходе соответствующего дешифратора 5 нуля, кот рый поступает на вход записи третьего регистра 6 хранения, осуществляя запись в него кода остатка из вычитающего счетчика 17, который численно равен значению частоты, соответствующей первому периоду сигнала на третьей шине 18 устройства. Одновременно импульсом с выхода третьего дешифратора 5 нуля третий триггер 2 устанавливается в нулевое состояние, блокируя соответствующий элемент 3 2Й-ИЛИ. Таким образом, третий канал, на входную шину 18 которого преобразуемый сигнал поступил последним, обрабатывает его, фиксируя зна чения частоты в соответствующем регист ре хранения. Поскольку импульсы входных сигналов на первую и вторую шины 18 устройства поступили раньше, то число в соответствующих реверсивных счетчиках 4 отличается от едшлщы и по окончании каждого из периодов и после устаношси соотвегствующих триггеров 2 в единичное состояние, происходит счет в обратном направлении в счетчиках 4j моменты обнуления которых сдвинуты относительно начала нелинейного кодирования (или момента отпирания вент1шя 10) на величтгну, равную опережению начала соответствующего периода относительно периода на третьей шине 18, поступившего последним, т.е. поступление сигналов с соответствую- выходов дешифраторов 5 нуля происходит через интервалы времени, рав) периоду входного сигнала в кал-сдом канале, отсчиташоз х от начала последнего поступившего периода но шину 18 или от начала нелинейного кодирования, которое осуществляется следующим oбpaзo. Поскольку угловые ксхэффицистггы кривой, описывающей закон изменения частоты импульсов, поступающих на вычитающий вход счетчика 17, в каждый из моментов времени равны Кч - -i i t, т.е. обратно пропорцнонал111гы квадрату текущего време}П1, отсчиты1 аемого от начала третьего периода (или начала нелинейного кодирования), и является предел1 ным выражением для , то в реальном устройстве они реализуются при конеч}1ом значении иг , равном At и отрабатываемом делителем 11с фиксированным коэфф}щиентом деления, а экпи1: апент квадрата текущего времени отрабатывается делителями 15 и 16, коэфф1гциенты которых отличаются на сдшпщу: п ,(-1), что позволяет реализовать полигональную ап- проксикетрующую функцию в виде интерполирующей, узлы интерполяции которой расположены на исходной Р 1/Т с фиксированным шагом д t tone-t. Нетрудно убедиться, что пределы выражений для реальных и теоретических угловых коэффициентов совпадают, чем обеспечивается соблюдение требуемого закона нелинейного кодирования Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает эффект1тное, в смысле быстродействия, кодирование требуемого числа частотно-импулБсных сигналов, поступающих по раздельным каналам, что расширяет его функциональные возможности и область применения. В случае использования предлагаемого устройства для преобразования по одному каналу, импульс на входе которого условно принимается за последний из поступивш;их, устройство упрощается за счет исключения узлов 2-5 в соответствующем канале. Кроме того, на практике возможен случай, при котором моменты окончания периодов в кагкдом из канале располагаются произвольно, однако на функциониро- . вании устройства это не отражается, так как считывание кода остатка из вычитаю щего счетчика 17 в соответствующий регистр 6 хранения происходит независимо.

При конкретной реализации устройства Б зависимости от диапазона изменения кодированных сиг 1алов устройство может включить масштабирующий узел, осу.щест- ЕчПяющий растяжку интервала времени, равного входному Периоду, а также вариант, при котором производится осреднепие нескольких периодов в каждом из каналов.

Ф о р м у л а изобретения

Цифровой кодирующий преобразователтз Т.астоты следования кктульсов, содержалшй п форКПфователей входных сга налов, Гэиерагор опорной частоты, выход которого соединен с первым входом вентиля, выход которого подключен к первого управляемого депителя непосредственно и через последовательно соединен- ныо делитель с фиксированным коэсйидиCJLTOM деления и элемез т задержк); - к Korvy счетчпка, выхода которого соед1ше гГ с информацио}шыми аходами второго ;, праЕляемого делителя и регистра намят:1, вход записи кСТорого соединен с де- ктелем с фикс1ф01занным коэффтщиентом /юления, а выходы с информационными : ;одами ггсрвого управляемого делителя, laixoji которого с входом второго унраш1Яемого делителя, выход которого 1ЮД1шючен к Входу кьшитаюшего счетчика, отличают и и с я тем, что,

с целью расширения функциональных возможностей преобразователя, в него введены п триггеров, п элементов 2И-ИЛИ, h реверсивных счетчиков, п дешифраторов нуля, п регистров хранения, элемент И и блок управления, первый вход которо подключен к шине пуска устройства, второй вход блока управления соединен с выxoдo ; элемента И, входь которого подключены к выходам формирователей входных сигналов, выход каждого формирователя входных сигналов соедршен с первым входом соответствую щего элемента 2И-ИЛИ и с прямым входом соответствующего триггера, тшверсный вход каждого из которых подключен к выходу сооветствующего дещифратора }1уля и входу записи соответствующего регистра хранения, ошюименные входы п регистров хранения объединены и подключены к выхо- дам вычитающего счетчика, вторые входы элементов 2И-ИЛИ объединены и подключены к второму входу вентиля и первому входу блока управления, третьи и четвертые входы всех элементов 2И-ИЛИ объединены и подключены к выходу генератора опорной частоты, а пятые входы нодкшочегвы к выходам соответствующих триггеров и управляющим входам ревер сивных счетчиков, счетные входы которых соединены с выходами соответствуюuu x элементов 2И-ИЛИ, а выходы - с входами соответствующих дещифраторов нуля, второй выход блока управления под1шючен к управляющим входам формирователей входных сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кирианаки И. ,В,, Дудыкешч В. Б. Методы и устройства цифрового измерени iiii3K5Lx частот, ТЗища школа , Львов, 1975, с. 108, рис, 3-12.

2,Авторское свидетельство СССР NO 573766, кл, q 01 R 23/00, 1977 (прототип).