Адаптивный преобразователь частоты в код

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ оо 780192(51)М, Кл, Н 03 К 13/20 С О 1 В 23/10 Госуаврствениий комитет СССР но аелам изобретений и открытий(54)АДАЛТИВНЫЙ ЛРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В КОД Изобретение относится к ббласти электроизмерительной техники и может быть использовано при создании прецизионной аппаратуры для измерения изменяющейся во времени частоты элект рических колебаний.Известен интегрирующий частотомер, содержащий счетчик импульсов,генера- тор образцовых тактовых частот, блок управления, динамический оптимизатор О режима работы, блок датирования изменений и два блока ключей 11Известен также адаптивный цифровой частотомер с нормированием динамической погрешности,содержащий Форс мирующее устройство, вентили счета, основной и динамический счетчики импульсов, генератор калиброванной частоты, счетчик временных баз, матричный дешифратор, подекадные сравнир вающие устройства, диодную логическук, ячейку, делители частоты, линию задержки, блок декадных вентилей и переключатели вида запуска и уста- нонки нормируемого значения абсо лютной динамической погрешности(21Недостатком таких устройств является сложность и низкая точность,поскольку динамическая погрешностьза время измерения при быстром измене- ЗО нии частоты может достигать в. них значительной величины.Наиболее близким к настоящему устройству по технической сущности является цифровой экстраполирующий частотомер, содержащий Формирователь импульсов, генератор образцовой частоты, суммирующий, вычитающий и реверсивный счетчики импульсов, блоки перезаписи кода, элемент задержки и двоичный умножитель частоты 3).Однако в данномустройстве динамическая погрешность за время измерения исключается полностью только при линейном законе изменения изме ряемой частоты,а при более сложном законе изменения входного сигнала оно характеризуется большой динамической погрешйостью преобразования. Другим недостатком данного устройства является то, что оно не осуществляет адаптивно временной дискрети-. зации входного сигнала, что снижает удельную информационную содержательность отсчетов, перегружая каналы связи избыточной информацией йзэа повторяющихся отсчетов.целью изобретения является повышение точности преобразования и расширение Функциональных возможностей,указанная цель достигается тем, что а адаптивный преобразователь .частоты в код, содерхащий Формирователь импульсов, генератор образцовой частоты, выход которого подключен к тактовому входу двоичного умножителя частоты, выход которого че-, рез делитель частоты соединен со входом элемента задерхки, два блока перезаписи кода, три вейтиля, счетчик, выходы разрядов которого соединены О со входами второго блока перезаписи кода, управляющий вход которого подключен к первому выходу элемента задержки, дополнительно введены частотно-импульсный дифференцирующий блокдвоичный умножитель частоты, при чем выход формирователя импульсов соединен с тактовым: входом дополнительного двоичного умножителя частоты и входом частотно-импульсного дифференцирующего блока, разрядные 2 О выходы которого через первый блок перезаписи кода подключены и управляющим входам обоих двоичных умножителей частоты, выход генератора обра- зцовой частоты соединен с управляющим входом первого блока перезапион кода, зйаковые входы которого подключены к прямому и инверсному выходам знакового разряда частотно-импульсногоФдифференцирующего блока и первым входам первого и второго вентилей сост- ЗО ветственно, вторые входы которых соединены со вторым выходом элемента задержки, выходы дополнительного двоичного умножителя частоты и делителя частоты подключены соответственно ко И входу и управляющему входу третьего вентиля, выход которого соединен со счетным входом счетчика, к первому и второму установочным входам которого подключены выходы первого и вто О рого, вентилей, соответственно.Сущность изобретения поясняется чертехом, где представлена функциональная схема устройства, на которой 1 - формирователь импульсов, 2 -ча тотно-импульсный дифференцирующий блок, 3 - первый блок перезаписи кода, 4 - генератор образцовой частоты, 5,6- двоичные умножители частоты,7- делитель частоты, 8 - элемент задер-жки, 9-11 - вентили, 12 - второй блок перезаписи кода, 13 - счетчик.Формирователь 1 импульсов осуще- ствляет преобразование входного периодического сигнала с изменяющейся частотОй Г(с) в последовательность стандартных импульсов той же частоты. Выход формирователя 1 подключен к входу частотно-имйульсного дифференцирующего устройства, который может быть реализован по известной схеме. 0 Блок 2 выдает код, прямопропорциональный скорости изменения Г(с) частоты входного сигнала: М 2 фГ(т)/дм где-ю - число разрядов выходного ко- да блока 2, Г- максимально-допус тимая скорость изменения частоты.Разрядные выходы блока 2 через первыйблок 3 перезаписи кода , управляющийвход которого соединен с выходом генератора 4 образцовой частоты и тактовым входом двоичного умножителя 5частоты, подключен к управляющим входам двоичного умножителя 5 частоты идополнительного умножителя 6 частоты,тактовый вход которого соединен с выходом Формирователя 1.Двоичный умножитель б частоты выдает на выходе частоту Ф; ( с ) = Г ( с ) 4 М ( е )1 1 2" = Г3 Г ( С ) / Г а двоичный умнохитель 5 частоты -частоту Г (1) =Г М(сф" =Г (1)1/Г где Г - частота на выходе генератора 4. Выход двоичного умножителя 5 частоты через делитель 7 частоты подключен к входу элемента 8 задержки и управляющему входу вентиля 9 блокировки если коэффициент деления целителя 7 подключен к входу элемента 8 задержки и управляющему входу вентиля 9 блокировки. Если коэффициент деления .целителя 7 равен М, то на его вгходе появляется каждый М-тый импульс и .пала Г,который с некоторой задерхкой появляется затем на первом выходе элемента 8 задерхки, соединенном с управляющим входом второго блока 12 перезаписи кода, а затем на втором выходе элемента 8 задержки, Разрядные входы блока 12 перезаписи кода подключены к выходам счетчика 13 импульсов, таким образом блок 12 по сигналу от элемента 8 задержки осуществляет передачу кода Мр, содержащегося в счетчике 13, на выходные шины. Второй выход элемента 8 задерхки через вентили 10 и 11 начальной установки подключен к входам начальной установки счетчика 13, при этом управляющие входы вентилей 10 и 11 связаны с прямым и инверсным выходами знакового разряда блока 2. Таким образом, при возрастании частоты входного сигнала (Г0) по импульсу начальной установки от элемента 8 задержки в счетчике 13 будет .устанавливаться код М , а при убывании частоты входного сигнала (Г0)код М, Поскольку счетный вход счетчика 13 через вентиль 9 соединен с выходом двоичного умножителя б частоты, то счетчиком осуществляется подсчет числа импульсов частоты Г (.) за время, определяемое частотой Г.Работа устройства .происходит следУющим образом.При поступлении на вход Формирователя 1 изменяощейся во времени частоты Г(й) блок 2 выдает код М(с), соответствующий скорости изменения входного сигнала, который через блок перезаписи кода 3 с частотой Г.,име ющей тот же порядок, что и входнаячастота, переписывается во входйые регистры двоичных умножителей 5 и б частоты. При этом, если Г(с) ) О, то ,переписывается прямой код, если Г(с) О - инверсный код. На выходах двоичных умножителей 5 и б частоты формируются последовательности импульсов с частотами .,(с) и 12(г), которые поступают на счетный вход счетчика 13 и на делитель 7 часто" ты. В момент окончания цикла измерения .частоты появляется потенциал на выходе делителя 7, который запирает вентиль 9 и прекращает поступление импульсов на счетный вход счетчика 13 на время, достаточное для считывания кода на выходные шины преобразователя и для начальной установки счетчика 13, С некоторой задержкой во времени, достаточной для окончания переходных процессов в счетчике 13, поступает импульс на управля щий вход блока 12 перезаписи кода,и код, записанный в счетчике,выдается на выходные шины. Затем по импульсу, поступающему с некоторой задержкой на входы вентилей начальной установки в счетчике 13 устчавливается начальный код М, или М в зависимости от информации, содержащейся н знаковом разряде дифференцирующего блока 2. К этому моменту потенциал на выходе делителя 7 исчезает, вентиль 9 открывается и начинается новый цикл изменения частоты.Длительность 1 цикла измерения определяется выражением( дс=м или с а(=/4 аким образом длительность цикла измерения уменьшается при увеличении скорости изменения сигнала и наоборот увеличивается при уменьшении скорости изменения входного сигнала,так что данный преобразователь осуществляет адаптивную временную дискретизацию входного сигнала.Изменение входного сигнала но времени с момента начала цикла измерения определяется выражением)ь)( )ЛИ.тф)д,( где знак "+" соответствуете(с)О, знак "-" соответствует с(с) О,то с учетом (1), (2) и (3) число импуль сов, поступивших в счетчик, равной =йк Ут- й(к йг + Таким образом число импульсон,поступивших в счетчик 13 эа время цикла, отличается от точного результатапреобразования частоты иа одну и туже величину д МИ 1 /1 независимо от закона изменеййя частоты втечение цикла, причем отличается на- дй) при г(с)О и на + лй приг(с)О, Но так как при начальнойустановке в начале цикла в счетчикеустанавливается код йд М при1(с) ) О или М " а й при Г(с)О,тодинамическая погрешность в окончательном результате преобразованияравна нулю при любом законе монотонного изменения частоты в течение ци кла.Код, выдаваемый на выходныешины преобразователя в момент Токончания цикла, равенрТаким образом, настоящий адаптивный преобразователь частоты н код характеризуется отсутствием динамической погрешности эа время измерения при любом законе монотонного из менения частоты и обеспечивает адаптинную дискретизацию входного сигнала но времени, т.е. позволяет повысить точность и удельную информационную содержательность преобразования частоты электрических, сигналов в код.Использование изобретения в аппаратуре аналого-цифрового преобразования, широко применяющейся н научЗ 5 ных исследованиях и н промышленности, н частности в автоматизированных системах управления технологическими процессами, может способствовать повышению производительности труда в соответствующих отраслях науки и 4 производства.Формула изобретенияАдаптивный преобразователь часто ты в код, содержащий формировательимпульсов, генератор образцовой частоты, выход которого подключен ктактовому входу двоичного умножителя частоты, выход которого через Я делитель частоты соединен со входомэлемента задержки, два блока перезаписи кода, три вентиля, счетчик,выходы разрядов которого соединены совходами нторого блока перезаписи кода, управляющий вход которого подключен к первому выходу элемента задержки, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точнос-ти преобразования и расширения функ. циональных воэможностей, в него до полнительно введены частотно-импульсный дифференцирующий блок и двоичныйумножитель частоты, причем выход формирователя импульсов соединен с тактовым нходом дополнительного двоично го умножителя частоты и входом часПлетневаКоррек витель Л д Н,Граб Макаренко Заказ 9344 24 Тираж 9 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 113035, Москва, ж,РаушскаяПодписноеета СССРрытийнаб., д, 4/5 илиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул. Проектна тотно-импульсного дифференцирующего блока, разрядные вйходы которого через первый блок перезаписи кода подключены к управляющим входам обоих двоичных умножителей частоты, выход генератора образцовой частоты соединен с управляющим входом первого блока перезаписи кода, знаковые входы которого подключены к прямоу и инверсному выходам знакового разряда частотно-импульсного дифференцирующего блока ипервым входам первого и второго вентилей соответственно, вторые входы которых соединены совторым выходом элемента задержки,выходы дополнительного двоичного умно- жителя частоты и делителя частоты подключены соответственно ко входу иуправляющему входу третьего вентиля,выход которого соединен со счетнымвходом счетчика, к первому и второму установочным входам которого подключены выходы первого и второго вентилей соответственно. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 356582, кл. С О23/10, 1970.2, Авторское свидетельство СССРР 447636, кл. 6 О й 23/10, 1972.3. Авторское свидетельство СССРМ 568903, кл, С 01 В 23/00, 1974