Преобразователь частоты в двоичный код Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к кодирова,нию-непрерывных неэлектрических ве- пичин и может быть использовано в измерительной технике для создания датчиков различных физических величин с представлением результата измерения в двоичном коде.

Известен преобразователь отнсхие- ния частот в.код, содержащий форлшрователи импульсов, счетчики, эле- менты совпадения и поглощения, ключи, элемент задержки и выходной регистр перезаписи СИ.

Данный преобразователь имеет низкую точность преобразования.

Наиболее близким по технической, сущности к предлагаемому является преобразователь сигнала дифференциального датчика, который содержит два управляемых датчиком генератора, соединенных с формирователями импульсов, формирователи первого и в.торого временных интервалов, сост тоящих из RS-триггеров, двух элементов совпадения и делителей частоты C2D.

Формирование измерительного интервала в этом устройстве происходит асинхронно по отношению к импульсам образцовой частоты, что ,

снижает точность, а результат преобразования может содержать достаточно большой уровень шумов.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости в широком диапазоне частот. . . . Указанная цель достигается тем, что в преобразователь частоты в . двоичный код, содержащий первый и

10 второй формирователи импульсов, кварцевый, генератор, первый и второй формирователи временного интераала, первый вход второго из котогаис соединен с выходом второго формиро15вателя импульсов, блок утфавления, реверсивный счетчик, выходы ра.зрялов которого соединены с информ шюнными входами регистра перезаписи, введены блок синхронизации и распредели20тель импульсов, причем выход кварцевого генератора подключен к первым входам блока управления и блока синхронизации, второй вход которого соединен с выходом первого форми25рователя импульсов, а.выход подключен к первому входу первого формирователя временного интервала и С-вхояй7 распределителя импульс&в, первый и второй входа которого сое30 с первыми выходами соответственно первого и второго формирователей временного интервала, вторые входы которых объединены и соедине ны с первым выходом распределителя импульсов и R-входом реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого подключены соответс венно к первому и второму входам б ка управления, второй вход которог соединен с третьим в.ходом первого фор11ироват ел я временного интервала его же вторым выходом, третий вход блока управления соединен с третьим входом второго формирователя времен ного интервала и его же вторым выходом, второй выход распределителя импульсов подключен к управляющему входу регистра перезаписи. Формирователь временного интерва ла содержит два элемента совпадени триггер и делитель частоты, причем первый вход первого элемента совпад ния подключен к первому входу формирователя, и S-входу триггера, R-вход которого соединен с вторым входом формирователя и R-входом делителя частоты, С-вход которого подключен к выходу первого элемента совпадения, а прямой выход является первым выходом формирователя, инверсный выход делителя частоты подключен к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с прямым выходом триг гера, а выход является вторым выходом формирователя, второй вход пе вого элемента совпадения соединен с третьим входом формирователя. Кроме того, блок управления содержит два элемента совпадения и элемент запрета, выход которого сое динен с первыми входами элементов совпадения, вторые входы которых объединены и., соединены с первым входом блока, второй вход которого соединен с третьим входом первого элемента совпадения и первым входом элемента запрета, второй вход которого подключен к третьему входу второго элемента совпадения и третьему входу блока, выходы первого и второго элементов совпадения являются соответственно первым и вторым выходами блока. На фиг.1 изображена структурная схема преобразователя; на фиг.2 временная диаграмма, поясняющая алгоритм работы предлагаемого устройства. Преобразователь содержит кварцевый генератор 1, формирователи 2 и 3, формирователь 4 временного интервала, включающий элементы 5 и 6 совпадения, делитель 7 частоты и триггер 8; формирователь 9 временного интервала, содержащий элементы 10 и 11 совпадения, делитель 12 частоты и триггер 13, блок 14 управления, включающий элемент 15 запрета и элементы 16 и 17 совпадения, блок 18 синхронизации, реверсивный счетчик 19, регистр 20 перезаписи и распределитель 21 импульсов. Устройство работает следующим iобразом. Пусть выходные частоты и Fx2 и их периода и равны друг другу в середине диапазона изменения измеряемого.параметра. Выходная частота Р первого измерительного канала и периоды Тха второго являются большими в одной половине, а выходная частота Fj(2 второго и периоды Tjf первого измерительных кангшов большими в другой половине диапазона изменения измеряемого параметра (фиг.2, i-й и j-й циклы). В исходном состоянии триггеры 8 и 13, делители 7 и 12 частот и реверсивный счетчик 19 находятся в .нулевом состоянии. Соответственно на выходах формирователей 4 и 9 временного интервала, т.е. на выходах элементов 6 и 11 совпадения, присутст- , вуют 0. и импульсы частот с выхода формирователя 3 (фиг.2 е) и частот F с выхода блока 18 синхронизации (фиг.2 Б) на входы делителей 12 и 7, а с выхода кварцевого генератора 1 на входы реверсивного счетчика 19 не поступают. Влок 18 синхронизации осуществляет привязку частоты Fx-(фиг.2 ) к импульсам (фиг.2«) кварцевого генерато- ра 1. Он может содержать два триггера и блок элементов совпадения и построен таким образом, что вместо каждого из входных импульсов выдает импульс (фиг.2 в), совпадающий с одним из импульсов кварцевого генератора 1. Первые из входных импульсов частот F,( и Fx2 переводят триггеры 8 и 13 в единичное состояние, что приводит к появлению на выходах элементов 6. и 11 совпадений уровней , формируя начала первых (фиг.2 t) и вторых (фиг.2 ж) временных интервалов. Все последующие импульсы частот F х1 (фиг.2 Э и 3 ) поступают на информационные входы делителей 7 и 12 частоты. Так как емкости делителей 7 и 12 частоты одинаковы, а периоды входных частот FXI и Fx2 различны, то и время t NQT,( и t, по истечении которого на их выходах произойдет изменение логических уровней, неодинаково. В i-M цикле ,, а в j-M цикле t,. Изменение логических уровней На выходах; делителей 7 и 12 частоты приводит к появлению на выходах формирователей 4 и 9 временного интервала уровней а на входах распределителя 21 импульсов-уровней 1 . Пусть в 1-м цикле первый (меньший) временной интервал t (фиг,2 г начнет формирование раньше, чем вто рой (больший) tz (фиг.2,ч), а в J-M цикле наоборот первый (больший) t (фиг.2г ) начнет формирование по же, чем второй (меньший) t2 времейной интервал (фиг.2;). Тогда за время лЕ, равное, промежутку, заключенному между моментами начала формирования первого t (второго t2 и второго 12 (первого Ц) временных интервалов (в i-м цикле фиг.2 и, в J-M - фиг.2 к), на суммирующий вход (в i-M цикле) и вычитающий в.ход (в J-M цикле) реверсивного счетчика 19 поступит соответственно N и N;f импульсов кварцевого генератора 1 (фиг. 2 у в 1-м и . фиг.2 м. в jr-M циклах), где NlJ N количество импульсов, поступивших соответственно на суммирующий или вычитающий вход реверсивного сЧетчи ка в начале циклов преобразования; Fpg - частота кварцевого генератора l. Начиная с момента, когда на выходах формирователей 4 и 9 временных интервалов появляется Ч, и до момента оконча|1ия одного из них, импульсы кварцевого генератора 1 (фиг.2 ct) на входы реверсивног счетчика 19 не поступают. С момента окончания одного из вр еменных ин тервалов (в i-м цикле первого в J-M - второго) и до момента окончания другого (в i-M цикле второго в J-M первого), т.е. за время дТ2- () для i-ro цикла (фиг.2 к ) и /sC2 t - t2+dTi) для j-ro цикла (фиг.2 м), на вход вычитания (i-й цикл, фиг.2м) и суммирующий вход (j-й цикл, фиг.2 л) реверсивного счетчика 19 поступит чествр импульсов, поступивших соответственно на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика в конце циклов преобразования. Выходной код Ngbrx равен количест ву импульсов, поступивших за время Т- t,i-(ti-uT+).-aT+ на вычитающий вход (для i-ro цикла) и С ti-(t2 + ur;)+dt; ti-t2 на сумми рующий вход (дпя j-rp цикла) реверсивного счетчика 19, т.е. to-t:bt o6P и Neb,xj(t -t2rFoyp (...) , опредет вых 2- 1 2.j.:,.-„. ленноекак модуль разности между, большим и меньшим временными интервалами;В моменты окончания формировани временных интервалов (фиг.2 и, о ).. ходах распределителя 21 появляются уровни . При этом в момент появления «1 на обоих входах (фиг.2п ) открывается информационный С-вход, на который поступает текущее значение частоты первого сигнала,синхронизованной импульйами кзварцевого генератора 1 (фиг.2 в). Первый выходной импульс распределителя 21 (фиг.2 р ) перепи(ядвает сОдержимое рев.ерсивного счетчика 19 в регистр 20. Второй выходной импульс (фиг.2 с) устанавливает в нуль делители 7 и 12 частоты, реверсивный счетчик 19 и триггеры 8 и 13, что соответствует началу следующего цикла преобразования. Таким образом, в предлагаемом преобразователе для увеличения быстродействия производится измерение разности периодов текущих значений частот дифференциального датчика. В каждом цикле преобразования результат равен количеству импульсов кварцевого генератора 1, поступивших на входы реверсивного счетчика 19 за время, определенное как модуль разности между большим и меньшим из временных интервалов, сформированных независимо друг от друга. Возможность диск- ретного изменения числовых емкостей делителей частот дает возможность получать необходимый масштаб преобразования измеряемая величина - двоичный код. Применение блока синхро- низации одного из сигналов и использование его для формирования импульсов управления стабилизирует работу преобразователя и значительно снижает уровень шумов на выходе устройства; формирование независимых временных интервалрв и выполнение обоих измерительных каналов дифференциального.частотного датчика идентичными., поз-. воляют наилучшим образом компёнсировать влияние дестабилизируйгцих факторов и повысить точность преобразования. При зтом устройство производит полную обработку частотной информации, что очень удобно в эксплуатации. Формула изобретения 1. Преобразователь частоты в двоичный код, содержащий первый и второй формирователи импульсов, кварцевый генератор, первый и второй формирователи временного интервала, первый вход второго из которых соединен с выходом второго Формирователя импульсов, блок управления, реверсивный счетчик, выходы разрядов которого соединены с информационными входами регистра перезаписи, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с

целью повышения точности и помехоустойчивости в широком диапазоне частот, в него.введены блок синхронизации и распределитель импульсов, причем выход кварцевого генера1тора подключен к первым входам бло.ка управления и блока синхронизации,второй вход которого.соединен с выходом первог.о формирователя импульсов, а выход подклю;чен к первому входу первого формирователя времен,но,го интервала, и С-входу распределителя, импульсо.в, первый и второй входы которого соединены с перввлми выходами соответственно первого и вто-рого формирователей вр.еменного интервала, вторые входы которых объединены, и соединены с первым выходом распределителя импульсов и R-входом реверсивного счетчика, суммируюший и вЕлчитающий входы которого подключены соответственно к -.первому и второму входам блока управления; второй вход которого соединен с третьим входом первого .формирователя временногЪ йнтерваша и его же вторым выходом, третий вход блока, управления соедидинен с третьим входом второго -формирователя временного интервала и егр же выходом, второй выход распределителя импульсов подключен к управляющему входу регистра пере-г записи. .. .--. ..... .

2. Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и и с. я .тем, что. формирователь временного интервала содержит два элемента совпадения, триггер и делитель частоты, причем первый вход первого элемента совпа-, дения подключен к первому входу формирователя и S-входу триггера.

R-вход которого соединен с вторым входом формирователя и R-входом.делителя частоты, С-вход которого подключен к выходу первого элемента совпадения, а прямой выход является первым выходом Формирователя, инверсный выход делителя частотыподК1}ючен к первому..входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера,

o а выход являет.ся вторым выходом формирователя, второ.й вход первого эле. мента совпадения соединен с третьим входом формирователя.

3. Преобразователь по п,.1, о т 5 л .и ч а ю щ и и с я тем, что блок управления, содержит два элемента .совпадения и элемент запрета, выход . . которого соединен- с первыми -входами .элементов совпадения, вторые входы

0 которых объединены и соединены с

первым входом блока, второй;вход которого соединен с третьим вх;одом

перв.огр элемента совпадения и первым входом эле}лента запрета, второй

5 ВХОД которого, подключен к третьему

входу второго элемента совпадения

и третьему входу блока, выходы первого и BTOpoiO элементов совпадения являются соответственно первым и втр- Q рымчвыходами блока.

. , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,GaEBo М., WinkEer I. Mikroproс zessoren im Waagenbeh,Fein.werkteqhnik und Messtechhik, 1978, № .1, S. 30-35,

2.Новицкий П.В. И др.. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л.,

1970, с,342-345.

Энергия

(Pt/f.f

а

s

e ж

3

и к

л н н

/г fl с