Устройство для скользящего осреднения частотных сигналов

(19) (1 Ц 4(5 ц С 01 К 23/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ БРЕ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения(56) 1, Авторское свидетельство СССР В 624235, кл. С 06 Р 15/36, 1978.,2. Авторское свидетельство СССР В 940082, кл. С 01 К 23/02, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО ОСРЕДНЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее входной формирователь импульсов, выходом соединенный с управляющим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блок управления и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, о т л иОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены элемент И, элемент ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединен с входом записи блока памяти, информационный . вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а выход блока памяти соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, вход сброса которого является входом запроса устройства и соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, при этом счетный вход второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу переноса первого счетчика, входу элемента задержки и тактовому входу блока синхронизации, а другой вход элемента ИЛИ соединен С вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу элемента И, первый выход блока управления и выход третьего счетчика является выходами устройства.25 сущности к предлагаемому является устройство для скользящего осреднения частотных сигналов, включающее входную шину, соединенную через формирователь импульсов с управляющим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блок управления и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, кроме того, данное устройство содержит два регистра, два счетчика и цифровой интегратор. 405055 Изобретение относится к импульсной технике, предназначено дляполучения среднего значения непрерывного частотного сигнала в цифровой форме скользящим методом иможет быть использовано в различных информационно-измерительных сисемах с.дауеффйи с частотным вылход,ом.ч 1 ОИзвестно устройство для скользя фщего осреднения частдтного сигнала,включающее бщурсинхронизации,у,1 Щ;"генераторимпульсоь, счетчик, сдвиговые регистры, элементы И, элементы ИЛИ, элемент НЕ и блок считывания.В основу работы этого устройстваположен принцип разбиения периодаосреднения на несколько равныхинтервалов, в течение каждогоиз которых производится накоплениеинформации в счетчике, а в концекаждого интервала производится запись накопленной информации в сдвиговые регистры и сброс информациив счетчике, после чего начинаетсяновый период накопления 1 .Алгоритм осреднения частотногосигнала в этом устройстве имеетдискретный характер и результат ЗОна его выходе также имеет дискретный характер и не соответствует текущему среднему значению в реальноммасштабе времени. Кроме того, этоустройство конструктивно сложно и не З 5обладает универсальностью по отношению к диапазону частот входного сигнала и периоду осреднения.Наиболее близким по технической В выходном счетчике данного устройства за счет применения цифрового интегратора формируется код среднего значения частоты входной последовательности импульсов в реальноммасштабе времени 2,Недостатками данного устройстваявляются сложность и ограниченныефункциональные возможности, так какустройство формирует результат,соответствующий среднему значениючастоты входной импульсной последовательности, и не имеет возможности одновременного масштабирования входного сигнала, т.е. получения результата, соответствующегозначению физического параметра,измеряемого частотным датчиком,подключенным к входу данного устройства.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.Указанная цель достигается тем,что в .устройство для скользящегоосреднения частотных сигналов,содержащее входной формировательимпульсов, выходом соединенный суправляющим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блокуправления и генератор импульсов,выход которого соединен со счетнымвходом первого счетчика, выходпереноса которого подключен к первому входу блока управления, первыйвыход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресныевходы которого соединены с выходами второго счетчика, введены элемент И, элемент ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединенс входом записи блока памяти, информационный вход которого подключенк выходу блока синхронизации, а выход блока памяти соединен с первымвходом элемента И, выход которогоподключен к счетному. входу третьего счетчика, вход сброса которогоявляется входом запроса устройстваи соединен с вторым входом блокауправления, третий вход которогоподключен к выходу генератора импульсов, при этом счетный вход второгосчетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которогоподключен к выходу переноса первогосчетчика, входу элемента задержкии тактовому входу блока синхрони1167 20 50 зации, а другой вход элемента ИЛИ соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу элемента И, первый выход блока управления и выход третьего начетчика являются выходами устройства.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Устройство для скользящего осреднения частотных сигналов содержит входную шину 1, формирователь 2 импульсов, блок 3 синхронизации, 15 элемент 4 задержки, блок 5 памяти, генератор 6 импульсов, первый счетчик 7, элемент ИЛИ 8, второй счетчик 9, шину 10 запроса, блок 11 управления, элемент И 12, третий счетчик 13, выходные информационные шины 14 и шину 15 ответа.Входная шина 1 соединена через формирователь 2 импульсов с управляющим входом блока 3 синхронизации, тактовый вход которого подключен к выходу переноса счетчика 7, первому входу блока 11 управления, одному из входов элемента ИЛИ 8 и через элемент 4 задержки к входу записи 30 блока 5 памяти, информационный вход которого соединен с выходом блока 3 синхронизации, управляющий вход подключен к первому выходу блока 11 управления и шине 15 ответа, а адрес-З 5 ные входы подключены к выходам счетчика 9, счетный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 8 другой вход которого соединен с вторым выходом блока 11 управления, третий 40 выход которого подключен к одному из входов элемента И 12, .другой вход которого соединен с выходом блока 5 памяти, а выход подключен к счетному входу счетчика 13, выходы которого соединены с выходными шинами 14 устройства, а вход сброса подключен к шине 10 запроса и второму входу блока 11 управления, третий вход которого соединен с выходом генератора 6 импульсов и счетным входом счетчика 7, информационные входы которого подключены к шинам задания коэффициента счета К 1, а информационные входы счетчика 9 55 соединены с шинами задания коэффициента счета Н 2. Блок 11 управления может содержать, например. блок 16 521 4синхронизации, триггер 17, формирователь 18 серии импульсов, элемент19 задержки и счетчик 20.В данном варианте реализацииблока 11 управления его первый,второй и третий входы соединены соответственно с тактовым и управляющимвходами блока 16 синхронизациин тактовым входом формирователя 18серии импульсов, управляющий входкоторого подключен к прямому выходутриггера 17, единичный вход которогосоединен с выходом блока 16 синхронизации, а прямой выход подключенк первому выходу блока 11 управления,при этом триггер 17 подключен к выходу переноса счетчика 20, информационные входы которого соедичены сшинами задания коэффициента счетаК 2, а счетный вход подключен к выходу формирователя 18 серии импульсов, второму выходу блока 11 управления и через элемент 19 задержкик его третьему выходу.Устройство работает следующимобразом.С выхода генератора 6 импульснаяпоследовательность частотой(фиг. 2 ц ), поступает на счетныйвход счетчика 7, на выходе переносакоторого формируется импульснаяпоследовательность частотой 1 /М 1(фиг. 2 о ),С шины 1 через формирователь 2импульсов на управляющий вход блока 3 синхронизации поступает входная импульсная последовательностьчастотой вк (фиг. 2).Блоком 3 синхронизации осуществляется временная привязка входныхинформационных импульсов к импульсной последовательности с выходасчетчика 7(фиг. 2 1 ) . При этомна вход управления блока 5 памятис первого выхода блока 11 управления поступает потенциал (фиг. 2 Ф ),устанавливающий его в режим записи,Блок 5 памяти является одноразрядным с количеством ячеек, выбираемым из соотношенияВк.максК ) (1)где вк мак - максимально возможноек макзначение частоты следования входных импульсов,ЬР - цена деления одного0- (2)12Тогде Т - требуемый интервал осреднения.Это соотношение обеспечиваетодин полный цикл записи за интервалосреднения.С учетом соотношения (1) при линейной зависимости частоты входногосигнала от физического параметра,измеряемого частотным датчиком,после первого полного цикла записи(один цикл работы счетчика 9) количество единиц в блоке 5 памяти 35соответствует среднему значению физического параметра за данный интервал осреднения. При ьГ 1, этоколичество единиц соответствуетсреднему значению частоты входного 40сигнала.В процессе последующих цикловзаписи в блоке 5 памяти осуществляется поддержание количества единицв соответствии с текущим средним 45значением измеряемого физическогопараметра, поскольку при записиединицы или нуля в очередную ячейкупроисходит обновление информации,срок давности которой равен интервалу осреднения.Очевидно, что для получения кодасреднего значения физического параметра достаточно организоватьодин полный цикл считывания информации из блока 5 памяти.С этой целью при поступлениипо шине 10 запроса от потребителя пример, по отношениюк физическому параметру, измеряемому частот-.ным датчиком.Каждым импульсом с выхода счетчи ка 7 производится переключение адреса ячейки в блоке 5 памяти и запись в соответствующую ячейку 0 или 1 в зависимости от того, поступил ли в данном такте входной информационный импульс. Элемент 4 обеспечивает формирование импульса записи с некоторой задержкой по отношению к моменту переключения адреса и появления сигнала на инфор-, 15 мационном входе блока 5 памяти, что необходимо для нормальной его работы в режиме записи.Частота следования импульсов с выхода счетчика 7 должна соответ- ствовать на выдачу информации блок 11 управления формирует серию из 12 импульсов, которая должна укладывать- ся в интервале между двумя соседними импульсами записи. Поэтому коэффициент счета М 1 счетчика 7 должен несколько превышать коэффициент 1 2. Из этого требования определяется частота генератора 6 импульсов.В момент поступления очередного сигнала запроса по шине 1 О (фиг, 2 ) сбрасывается предыдущее содержимое счетчика 13. В блоке 11 управления импульс запроса привязывается по времени к ближайшему импульсу записи блоком 16 синхронизации и по заднему фронту этого импульса триггер 17 переключается в единичное состояние, что обеспечивает переключение блока 5 памяти в режим считывания и разрешает работу формирователя 18 серии импульсов, с выхода которого серия из 1 2 импульсов с частотой генератора 6 импульсов через элемент ИЛИ 8 (фиг. 2 о ) поступает на счетный вход счетчика 9 адреса. Количество импульсов в серии регулируется счетчиком 20, коэффициент счета которого так же, как и счетчика 9, равей К 2. Сигнал переносас выхода счетчика 20 возвращает триггер 17 в нулевое состояние, что обеспечивает переключение блока 5 памяти снова в режим записи. В процессе цикла считывания на выходе блока 5 памяти, сигнал меняется в соответствии с состоянием опрашиваемых ячеек. Этот сигнал стробируется импульсами с выхода элемента 19 задержки блока 11 управления на элементе И 12, в результате чего по окончании цикла считывания в счетчике 13 формируется код среднего значения физического параметра на данный момент времени.Поскольку цикл считывания не мешает процессу записи информации в блок 5 памяти и он может начинаться с любого адреса, то требование запроса на выдачу информации может поступать в произвольный момент времени.Шина 15 ответа является вспомогательной и необходима для организации интерфейса с потребителем. Нулевой потенциал по этой шине должен запрещать съем информации со счетчика 13, поскольку он в это вре1167521 Запр д Составитель В,Новоселактор И.Рыбченко Техред О.Ващишина Корректор О.Лугова аказ 443 Тираж 748 ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, ЖПодписноетета СССРрытийая наб., д. 4/5 о коми и о филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна мя работает, а положительный перепад по шине 15 сигнализирует о готовности результата по очередному запросу.Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простой алгоритм работы и, следовательно, более простую реализацию. Кроме того, помимо функции скользящего осреднения имеется возможность одновременного масштабного преобразования частотного сигнала в код, соответствующий значению измеряемого физического параметра.Подбором коэффициентов К 1 и К 2 возможна перестройка устройства на другой частотный диапазон и интервал осреднения без конструктивных изменений.