Умножитель частоты следования импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03B19/10 

(5) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано 8 измерительных системах различ ного назначения. Известен цифровой умножитель частоты, содержащий последовательно сое диненные формирователь входного сигнала, блок управления, первый вентил первый делитель частоты, выход которого является выходом цифрового умножителя частоты, элемент ИЛИ и первую схему переноса, выход которой подключен к другому входу первого делителя частоты, а другой вход - к выходу первого регистра памяти, входом подключенного к другому входу блока управления, а также последовательно соединенные кварцевый генератор, первый формирователь импульсов, второй вентиль, второй делитель частоты, выход которого подключен к входу первого регистра памяти, второй регистр памяти, другим входом подключенный к выходу второго вентиля И К первому .входу третьего вентиля, вторая схема переноса, к другому входу которой подключен выход элемента И, сумматор и триггер задержки, выход и другой вход которого подключены соответственно к другому и к третьему входу первого вентиля, при этом выход блока управления подключен к- другим входам элемента ИЛИ и второго вентиля, к второму входу третьего вентиля и через третью схему переноса - к другому входу сумматора , выходом подсоединенного к дру,гому входу третьей схемы переноса, к третьему входу которой через третий регистр памяти подключен выход третьего вентиля П . Недостаток данного устройства ограниченные функциональные возможности в связи с тем, что формируемые на выходе импульсы отличаются по форме от входных импульсов. Наиболее близким к предлагаемому является умножитель частоты следова39ния импульсов, содержащий импульсный генератор, выход которого соединен с первыми входами логических элементов И, второй вход первого из которы соединен с входом первого формирователя передних фронтов, второй вход второго логического элемента И соеди нен с входом второго формирователя передних фронтов, выходы каждого логического элемента И и соответствующего ему формирователя передних фрон том Соединены с входами одного из двух счетчиков импульсов, выход кажп дого из которых соединен с первым входом одного из двух блоков сравнения , элемента ИЛИ, два входа которого соединены с выходами упомянутых формирователей передних фронтов. Устройство также содержит триггер, два дополнительных счетчика импульсов и четыре дополнительных логических элемента И, выходы двух из которых соединены, с дополнительными входами элемента ИЛИ, а первые входы С вторым входом одного из выходов триггера, вход которого подключен к входной шине, первые входы двух других логических элементов И соединены (соответственно с выходами формирователей передних фронтов, выходы эти дополнительных элементов И по.ключены к первым входам дополнительных счетчиков импульсов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих логических элементов И, а выходы дополнительных счетчиков импульсов соединены с вторыми входами блоков сравнения, выход одного из которых соединен с вторыми входами первого и третьего, а выход второго блока сравнения соединен с вторыми входами второго и четвертого упомянутых дополнительных элементов . Недостаток известного устройства ограниченные функциональные возможности, так как не обеспечивает сохранение формы входных прямоугольных импульсов и выдает на выходе короткие (пиковые )импульсы. Первый импульс соответствует выделенному переднему фронту, независимо от длительности импульсов входной последовательности. Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей. Поставленная цель достигается тем что в умножитель частоты следования содержащий четыре счетчика импульсов четыре элемента И, первый триггер. прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, а второй вход - с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов и формирователь импульсов по переднему фронту, выход которого соединен с первым входом элемента .ИЛИ, введены второй, третий и четвертый триггеры, дополнительные счетчики импульсов, два блока элементов И, два элемента задержки, два элемента И-НЕ и формирователь импульсов по заднему фронту, вход которого соединен с входной шиной и входом формирователя импульсов по переднему фронту, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами -второго триггера, выход первого элемента И-НЕ соединен с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к шине Стоп и с.нулевым входом третьего триггера а выход второго элемента И-НЕ соединен с единичным входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с парным входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с тактовой шиной, вторым входом первого элемента И и пе|звым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом формирователя импульсов по переднему фронту, а нулевой вход - с шиной Пуск, при этом счетный вход первого счетчика импульсов соединен с выходом элемента ИЛИ и входом первого элемента задержки, разрядные входы - с выходами блока элементов И, первые входы которого соединены с выходом первого элемента задержки, а вторые входы - с разрядными выходами третьего счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом первого дополнительного счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход первого счетчика импульсов соединен с вторым входом элемента ИЛИ и единичным входом четвертого триггера, выход которого подключен к второму входу второго эле- , мента И, а нулевой вход - к выходу второго счетчика импульсов, его же счетному входу второго элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами второгр блока элементов И, вторые входы которого соединены с разрядными выходами четвертого счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом второго до полнительного счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом чет вертого элемента И, третий вход которого соединен с входной шиной, при чем разрядные входы второго счетчика импульсов соединены с выходами второ го блока элементов И. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемог устройства; на-фиг. 2 - временные ди аграммы, показывающие его работу. Устройство содержит счетчики ИМПУЛЬСОВ, элемент ИЛИ 5 элементы И 6-9, триггеры 10-13, формирователь Ik импульсов по переднему фронту, состоящий из элемента НЕ 15, конденсатора 16, элемента И 17, формирователь 18 импульсов по заднему фронт состоящий из элементов НЕ 19 и 20, элемента И-НЕ 21, конденсатора 22, блоки 23 и 2 элементов И, .элементы И-НЕ 25-и 26, элементы 27 и 28 задержки, дополнительные счетчики 29 и 30 импульсов, входную шину 31, тактовую шину 32, шину Стоп 33, шину Пуск 3, выходную шину 35. Умножитель частоты следования импульсов работает следующим образом В исходном состоянии счетчики 1-4 обнулены. В счетчике 29 коэффициент пересчета установлен равным требуемой кратности умножения частоты следования. Коэффициент пересчета счетчика 30 равен единице. Тактовые импульсы не поступают на входы счетчиков, так как элементы 6-8 закрыты низкими потенциалами на входах, снимаемых с прямых выходов триггеров 10, 13 и 12 соответственно. Элемент 9 закрыт по третьему входу низким потенциалом на шине 31 в отсутствие входного импульса. При появлении первого импульса по ложительной полярности .на шине 31 (диаграмма б, фиг.2), элемент 9 откроется на время действия импульса и тактовые импульсы с шины 32начнут заполнять счетчик Ц. Так как коэффи-. циент счета счетчика 30 , то за время действия импульса и в. счетчик 9 2 k будет записано число ,Fjj, где FO - частота следования тактовых импульсов (диаграмма 2, фиг.2).Одновременно с приходом первого входного импульса на выходе формирователя k появляется короткий импульс положительной полярности tпередний фронт), который через элемент 2б, открытый по одному из входов высоким потенц.иалом с инверсного выхода триггера 18 обнулит единичный вход второго дополнительного триггера 11, который перейдет во второе устойчивое состояние. Тактовые импульсы с шины 32 через открывшийся элемент 8 начнут заполнять счетчик 3 через счетчик 29. Частота импульсов на входе счетчика 3 будет определяться коэффициентом пересчета счетчика 29, т.е. fa . По окончании действия первого входного импульса в формирователе 18 будет выделен задний фронт этого импульса, который перебросит триггер 11 во второе устойчивое состояние. На его инверсном выходе появится низкий потенциал, который закроет элемент Ч ( для исключения срабатывания от последующих импульсов ) и элемент 2б и одновременно откроет элемент 25 высоким потенциалом с прямого выхода. При появлении второго импульса входной последовательности в формирователе k будет выделен его передний фронт, который через элемент 25 обнулит нулевой вход триггера 12, который вернется в исходное состояние, прекратив подачу тактовых импульсов на вход счетчика 29 через элемент 8. Таким образом элемент 8 будет открыт в течение одного периода Т входной последовательности. Число п импульсов, которое будет записано в счетчике 3 за это время, составит п, Т Го/К,где К коэффициент пересчета счетчика 29 (диаграмма в, фи г.2 ). Одновременно с этим происходит переключение триггера 10 передним фронтом второго импульса с выхода, элемента 25 и перезапись содержания счетчика 3 в счетчик 1 через вторые входы блока 23 импульсом положительной полярности с выхода формирователя через элемент 5 и элемент 19. Тактовые импульсы с шины 32 через элемент 6 поступают на вход счетчика 1. На выходе счетчика 1 появляются 79 импульсы с частотой , где К коэффициент пересчета счетчика 1, ко торый в данном случае однозначно определяется числом импульсов, записанных в счетчике 3. Состояние разрядов счетчика 3 определяется двоичным выражением числа п,. Например, при (двоичное выражение 100-1) первый и четвертый разряд счетчика 3 будет находиться под высоким потенциалом, а второй и третий - под низким. Следовательно и первые входы элементов И блока 23 будут находиться под соответствующими потенциалами. В счетчике 1 при перезаписи будут включены только первый и четвертый разряды. Это обеспечит прохож дение на выход счетчика 1 каждого девятого импульса (). В общем случае соблюдается условие для первого счетчика 1 , т.е. частота следования импульсов на выходе первого счетчика 29 будет определяться выражением .,rp,e , частота следования импульсов входной последовательности. Таким образом на выходе первого счетчика 1 будут появляться импульсы с частотой F, превышающей частоту следования импул сов входной последовательности (с начальной фазой, определяемой передним фронтом) в , где K2-f- коэф фициент пересчета счетчика 2. (диаграмма д, фиг.2). Первый импульс, появившийся на выходе счетчика 1, переведет тригтер 13 во второе устойчивое.состояние. Это приведет к открытию элемента 7 высоким потенциалом, с инверс.ного выхода триггера 13. Тактовые импульсы начнут заполнять счетчик 2. При появлении первого импульса на его выходе происходит перезапись содержимого счетчика в счетчик 2. Одновременно, прекратится подача тактовых импульсов на его вход, так как этот импульс возвращает триггер 13, исходное состояние ( диаграмма j, фиг.2). Коэффициент пересчета второг счетчика 2 однозначно определяется следующим выражением Таким образом, длительность импул са на выходе триггера 13 равна исходной длительности импульса (диагра ма ж, фиг.2)1:;20 Ту,. При высоких значениях коэффициента умножен1 я в случаях, когда длительность входных импульсов будет превышать некоторую ве личину Т|, определяемую условием 1 импульсы в выходной последовательности будут перекрываться, что, нарушит режим работы устройства. В этом случае возможна перестройка длительности выходных импульсов - укорочение их в кратное число раз, определяемое коэффициентом пересчета счетчика 22. Длительность выходных импульсов при соответствующей его настройке будет определяться выра,i где К -коэффициент - пересчета счетчика 30. В случае, если число имгТульсов тактовой частоты за время одного периода входной последовательности окажется некратным требуеммому коэффициенту умножения, в устройстве предусмотрена принудительная синхронизация, осуществляе- мая передним фронтом входного импульса через элемент 5 и элемент 27 на первые входы блока 23. Начальная фаза первого выходного импульса всегда будет равна начальной фазе входного импульса. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности, так ,как оно обеспечивает сохранение длительности импульсов входной последовательности, либо кратное изменение этой длительности (укорочение в целое число раз). Кроме того, изменение коэффициента умножения не связано с перестройкой счетчиков 1-, которая в известных устройствах осуществляется путем коммутации разрядных выходов этих счетчиков с помощью механических переключающих устройств, . либо от внешних устройств управления. В предлагаемом устройстве установка требуемого коэффициента умножения осуществляется настройкой счетчика 29, причем независимо от достигаемой (. сколь угодно высокой) точности, этот коэффициент всегда равен коэффициенту пересчета счетчика 29. Предлагаемое устройство не содержит нестандартных узлов и блоков и легко реализуется на элементах интегральной техники. Формула изобретения Умножитель частоты следования импульсов, содержащий четыре счетчика импульсов, четыре элемента И, первый триггер, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, а второй вход - с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов и формирователь импульсов по переднему фронту, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, отличающийся -тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , в него введены второй, третий и четвертый триггеры, дополнительные счетчики импульсов, два элемента задержки, два блока элементов И, два элемента И-НЕ и формирователь импульсов по заднему фрон ту, вход которого соединен с входной шиной и входом формирователя импульсов по переднему фронту, выход кото, рого соединен с первым входом элемен та ИЛИ и с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, выход первого элемента И-Н соединен с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к шине Стоп и с нулевым входом третьего триггера, а выход второго элемента И-НЕ соединен с еди ничным входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с такт вой шиной, вторым входом-первого эле мента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которогр сое динен с инверсным выходом второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом формирователя импульсов -по переднему фронту, а ну910 левой вход - с шиной Пуск, при этом счетный вход первого счетчика импульсов соединен с выходом элемента ИЛИ и входом первого элемента задержки , разрядные входы - с выходами первого блока элементов И, первые входы которого соединены с выходом первого элемента задержки, а вторые входы - с разрядными выходами третьего счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом первого дополнительного счетчика импульсов, вход которого.соединен с выходом третьего элемента И, а выход первого счетчика импульсов соединен с вторым входом элемента ИЛИ и единичным вхо дом четвертого триггера, выход которого подключен к второму входу второ го элемента И, нулевой вход - к выходу второго счетчика импульсов, его же счетному входу и входу второго Э1 емента задеожки, выход котооого соединен с первыми входами второго блока элементов И. вторые входы которого соединены с разрядными выходами четвертого счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом второго дополнительного счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, третий вход которого соединен с входной шиной, причем разрядные входы второго счетчика импульсов соединены с выходами второго блока элементов И. Источники инфop.aции, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР « , кл. Н 03 В 19/10, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР V 738101, кл. Н 03 В 19/10, 1977.