Преобразователь период-частота

(51) м. Кл, Н 03 К 13/20 Государственный комитет до делам изобретений н открытнйДата опубликования описания 03,07,80(71) Заявитель Минский радиотехнический институт(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРИОД-ЧАСТОТА Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может иопользоваться для управления специализированных устройств, занятых обработкой аналоговых сигналов, а также в качестве измерительного прибора, позволяющего измерять период входных сит иолов и вырабатывать последовательность импульсов с частотой следования, обратно пропорциональной периоду входного сигнала.10По основному авт, св. Мо 546102 известно устройство, содержашее последовательно включенные входной блок, первый элемент И, первый и второй счетчики, дешифратор, первый блок элементов И, вторые входы которого подключены к выходам делителя, а выходы - к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, второй вход входного блока подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а выход является выходом устройства и подключен к нулевым 2входам старших триггеров делителя, установочные входы младших триггеров кото- . рого подключены к выходам второго блока элементов И, информационные входы которого подключены к выходам первого счетчика, а управляющий вход - к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к третьему входу входного блока, второй выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, а второй вход - к выходу триггера делителя, номер которого равен номеру старшего триггера в первом счетчике,Недостатком известного устройство является то, что в нем имеет место накопление ошибки Ьтт положения (во времени) входных импульсов относительно начальных точек отсчета входного сигнала, величина которой с течением времени (при прохождении нескольких периодов входного сигнала) может превысить допустимое значение Ь т 1 . Так, например, пре- доо3 7449 образователь период-частота в идеальном случю преобразовывает период входного сигнала в частоту следования импульсов таким образом, что за время Т следования одного (каждого) периода входного сигнала возникает восемь импульсов, период следования которых Т 1, В реальных условиях иэ-за ограниченной разрядной сетки первого счетчика измерение периода входного сигнала происходит с некоторой погрешностью Т- Т- Т( Т -изх меренное значение. Т ), При этом период следования выходных импульсовТ-Ых - Х Х, т,е, попаданиеВЫХ К, Я - 15 каждого импульса во времени будет определено " некоторой ошибкой ЬТаким образом, по истечении нескольких,например К, периодов входного сигналапоследний (восьмой) импульс на К-мпериоде будет находиться от первого выходного импульса по оси времени на раостоянии ( К;КТ 1 у - 1 ) = Тх К аТ, К- ",а на ( Ту, К - 1 ) это должно быть видеальном случае. Таким образом, ошибка положения Ьп последнего из каждогоК -го периода ьп = Т К, Ошибкав известных преобразователях не учитыв ается и поэтому в случае использов а 3 Ония известных преобразователей периодчастота (умножителей частоты) в качестве блока управления специализированныхустройств, занятых обработкой сигналов,могут быть получены результаты с большой ошибкой.Целью изобретения является повышениеточности преобразования за счет повышеЧния точности задания временного расположения выходных импульсов,Цель достигается тем, что в преобразователь период-частота, содержащий последовательно включенные входной блок,первый элемент И, первый и второй счетчики, дешифратор, первый блок элементов,И, вторые входы которого подключены квыходам делителя, а выход - к входампервого элемента ИЛИ, выход которогоподключен к второму входу первого элемента И, второй и третий элементы И,50второй блок элементов И и второй элемент ИЛИ, второй выход входного блокаподключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключенк выходу первого элемента ИЛИ, а выходявляется выходом устройства и подключенк нулевым входам старших триггеров делителя, установочные входы младших триг.теров которого подключены к выходам 72 фвторого блока элементов И, информационные входы которого подключены к выходампервого счетчика, управляющий вход - квыходу второго элемента ИЛИ, первыйвход которого подключен к третьему выходу входного блока, второй выход которогоподключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, а второй вход - к выходу триггера делителя,номер которого равен номеру старшеготриггера в первом счетчике, дополнительно введены формирователь импульсов, дваэлемента И и последовательно соединенныесчетчик, дешифратор., блок элементов И иэлемент ИЛИ, причем входная шина устройства соединена через формировательимпульсов с первым входом первого дополнительного элемента И, второй вход которого подключен к второму выходу вхоь.ного блока, выход первого дополнительного элемента И соединен со счетным входом дополнительного счетчика и первым входом второго дополнительного элемента И, второй вход которого подключен к выходу дополнительного элемента ИЛИ, установочный вход дополнительного счетчика соединен с выходом второго дополнительного элемента И и дополнительными входами первого и второго элементов ИЛИ,На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого преобразователя период- частота; на фиг, 2, а,б - вяменные диаг раммы, поясняющие необходимость введения корректирующей цепи.Преобразователь содержит последов а- тельно включенные входной блок 1, первый элемент И 2, первый счетчик 3, второй счетчик 4, дешифратор 5, первый блок элементов И 6, вторые выходы которого подключены к выходам делителя 7 опорной частоты, а выходы - к входам первого элемента ИЛИ 8, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, Второй выход входного блока подключен к первому входу второго элемента И 9, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а выход является выходом устройства в целом и подключен к нулевым входам старших триггеров делителя опооной частоты, установочныевходы младших триггеров которого подключены к выходам второго блока элементов И 10 информационные входы которогоподключены к выходам первого счетчика,а управляющий вход - к выходу второгоэлемента ИЛИ 11, первый вход которогоподключен к третьему выходу входногоблока, второй выход которого подключенк первому входу третьего элемента И 125 449 выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, а второй вход третьего элемента И подключен к выходу триггера из делителя, номер которого р- вен номеру старшего триггера в первом5 счетчике. Вход входного блока подключен к входу формирователя импульсов 13, выход которого подключен к первому входу первого дополнительного элемента И 14, второй вход которого подключен к второму 10 выходу входного блока 1, а выход - к счетному входу дополнительного счетчика 15, выходы которого подключены к входам дополнительного дешифратора 16, выходы которого подключены к соответствующим первым входам каждого из элементов дополнительного блока эпементов И 17, вторые входы которых подключены к соответствующим входным клеммам(еее, ,ем ),-." д полнительного блока элементов И подключены к входам дополнительного элемента ИЛИ 18, выход которого подключен к первому входу второго дополнительного элемента И 19, выход которого подключен к дополнительным входам первого и второго элементов И и (установочному) входу дополнительного счетчика, а второй вход - к первому входу 1 дополнительного счетчика. Кроме того, устройство содер 30 жит блок управления БУ, обеспечивающий работу устройства.По существу положительный аффект заключается в том, что дополнительно введенные блоки (далее для краткости 35 цепь коррекции) обеспечивает определение величины Е, = дТК К и сравнение текуищего значения величины ошибки положения ЬП с ее допустимым значением ЬП .,и . При выполнении усовия40 п ( Ь П с,п цепь коРРекции не влияет на работу собственно преобразователя период-частота. При Ьп = Ьп цепь коррекции вырабатывает сигнал, который устанав.пивает устройство в положение, 4 и сходное для генериров ания(формирования) выходных импульсов.Устройство работает спедуюшим образом.50В исходном состоянии все счетчики находятся в нулевом положении, на вы-.ходах входного блока 1 - запрещающие потенциалы, на одной из входньх Яклемм - разрешающий потенциал, Номер 1 входной клеммы задается априорно из следующих соображений. Так как величина Х =ЛАК не должна быть большеЬп , следо- доп 72 6ватепьно, Ь =ь,Т К =ьмзк х фскс п,спок кок К,Величина дп задается перед решениемзадачи (конкретная величина для каждогоконкретного случая). Величина ЬТ, определяется разрядностью счетчиков Э и 4, апоэтому для конкретного устройства постоянна и определена заранее. Поэтому дляконкретной задачи можно заранее опРеделить число К периодов входного сигнала,внутри которых ошибка положения выходных импульсов не превышает допустимую,Аппаратно задание величины й, в,оппредлагаемом устройстве реализовайо следующим образом. Каждому значению К 1ставится в соответствие номер 1 входнойклеммы ь. Счетчик 15 производитподсчет числа периодов выходного сигнала,начиная с момента формирования . выходных импульсов, Оефратор 16 декадирует состояие счетчика 15 и поспедовательно ( с увеличением кода в счетчике15) открывает элементы И из блока элементов И 17, При достижении числа периодов величины 1(соответствующий элемент И из блока 17 формирует корректирующий сигнал, который устанавливаетустройство в положение, исходное для генерирования (формирования) выходных импульсов. По сигналу "Пуск", вырабатываемому блоком управления (управляющиесвязи для упрощения чертежа не показаны), на вход делителя 7 поступают импульсы опорной частоты о. С выходовтриггеров делителя 7 на вторые входыпервого блока эпементов Е 6 поступаютимпульсы часто ОИ 1о 4. аа "При первом после сигнала "Пуск" переходе значения входного сигнала черезнуль из отрицательных значений в положительные на первом выходе входногоблока 1 появляется разрешающий потенцал, открываащий элемент И 2 по первому входу. В первый момент временипосле сигнала "Пуск". код во второмсчетчике 4 нулевой. На вход формирователя 13 поступает входной сигнал, поокончании каждого периода которого формируются сигналы, которые поступают напервый вход элемента И 14. Дешифратор5 подает разрешающий потенциал на первый вход первого младшего элемента Ииз блока 6, а на остальные элементы Иблока 6 - запрещающие потенциалы, Поэтому на первый элемент ИЛИ 8 будет поступать самая высокая частота 1, из набора выходных частот делителя 7 опорнойчастоты .о, С выхода первого элементаИЛИ 8 через открытый элемент И 2 поо 7 7449гупа 1 ОТ импульсы на вход счетчика 3, При поступлении на вход счетчика 3 г 1 1 мптулг-; сов с частотОЙ Кс), ( и ВыбиРаетси из усповия достижения необхожмой точ ности измерения периодов в ка)сдо 5 по;.-: диапазоне) происходит его пе .эполнэние, При переполнении счетчика 3 заносится "+ 1 в счетчик 4, а в счетчик 3 при этом заносится код, равный половине его емкости, Последнее необходимо для учета ЧаСтИ ИЗМЭУЯЕМОГО ПЕРИОДаг РЯВНОй ПО ВЕ- лиЧине ттт . При кодс ОО,01 в счетчике 4 1 а первом Вход перво-,;)(М. ЯДШ 8;"О И ВО ВСЕХ т СРОМЕ ВТОРОГО, элементах И из Олока 6 цоявгяется заг- РЕДЯЮЩИтй ПОТ 8 НЦИ ЯЛ, Я На Щ) ВОМ В ХОДС второго элемента Л из блока 6 - разреШа)ОГднт ПОТЕ",-ттиаЛ, Г я)Г:М Сбряао;1 ця В;, Од ЧЯСТОТЯ СЛЭДОВЯНИЯ ГС О)Ои Вдвог) 158 И " )Ч пе щхдьггуцей час;:.о.". - ,:, ., , Н,-и : :;1 С О ЧЕРЕДНОМ ИЕРЕ. - :ОИ;8;тл;тсчетчике 4 увеличивается ия еднииц; - ,СЧЕТЧИК 3 ЗаНОСИТСЯ Коцт РЯВНЬй 1 ООг.- НЕ ЕГО ЕМКОСТИ А "( Прц т. - , " ЗаОС;1;.". - . ся единица в старший разри 11), и частота импульсоВ, игуштх та вход счетт)1 К Я 3 УМЕНЬШаетСЯ В ДВЯ РЕЗа, Та ООГп,о,тГ) до ТОГО мом 8 нтя всемени. Когда в.,".;д.-э", СИГНЯП Втэрой Г)ЯЗ 1 ЭОттче" Черэ ц 1. ИЗ ОТРИЦЯТ"-;ГЬЦЫХ ЗНЯЧЕ Ип; ) ИС) тО;151 ТГ) П,Н,тв, т.Е. КОГда ОКОНЧИТСЧ ПЕрод ТЗ: тЕря 8 МОГО СИГНЯПЯ,Ри ЭТО "Л Нс) )8 ОЬ. ВЫ ход 8 вьхотНОго блока 1 оявктся зя;г)е 51 я 1 ОДИГт тОТРцццат 1 ЗР" ГП -Р .5 Гг тт Эгтв,: рИ 2 с .11 Я ЭТ)М З а 5 Витти,- Яетг г ц , " г.РгН 5 Я В Резт" Лта ТС РО. От 4,)Ор .; ч", - ,с. СН тгг 115 1 Что 1110нальный пеоиоду (,5, входного сигия-,я;причем код в счетчике 4 огазапа.:г1 КаКОМ ПОДГтЯПЯЗО)58 ЛЭ)К,Т ИЭРИОДри поддиапазоиа, В этот тке мо.тэт-г в)е.- м 8 ни на третью В хс)де Олок. 1 .1)эгттщ руется управляюгций сигнал, копорь)й ч;: рез элемент И,г 1 И 11 поступает ия "птпявпяюи 1 ий вход блока этттет то И 5 ",.:,. Гер., вые входы блока эпементов И 11) годгло;.ЧецЫ К СООТВЕТСТВтг)ОЩИ,5 ВХ;дЯМ ТгтИГГЕ"-.ров стгетчгк а 3 .1 атсг)5 от) разс)м тгт) ттРВ ", дится запись доло;нитепь;-,;Ого ксдя кото=- рый содержится в сч.-тт тв .):хмладшие разряды де.цглеля 7, 5-Я г)тор:)м выходе блока 1 в это е в-:.:яРЯЗРЭШЯОШИЙ ПОТЕглтцал, Отгг 1 ЫВЯЮИИт Э)18- .-, мент И 9 и третий элемент И 12 по г-г)- ВЫМ ВХС)ДЯМ, ПРИттвм тажДЫй И;5 П-:.,:5 Г С ЬЫ.хода второго элемента И 9 у тат):пивает старшие разрясы делителя 7 в г левое соСтОЯПИЕ, а КажДЫЙ С)тпцад С ВЫХОДа т) - ГО триггера делителя 7 переписивяет в г 1младц)ие разряды делителя 7 дополнительцьй код счетчика 3тт )тОЭСР)нцтЕНТ ПЕрЕСЧЕта тт Мпад Ч тоиггеров делителя 7 с учетом записанного в них дополнительного кода из счетт;ИКа 3 ПрсцорцИОНаЛЕИ СОДЕржИМОМу СЧЕТ- цике 3, которое, в свою очередь, пропорционально периоду Тх входного сигнала, Возбужденный выход дешифратора 5 однозначно определяет частотный поддиап зон формируемой на выходе устройства имгульсной последовательности (грубая шкапа). соэ)фициент пересчета и младших тригеров делителя 7 опреде,пяет требуемую частоту сгедования импульсов внут 1)е псддияпязоня (точная исала)Ряз ,".,СИЯот)И 5 ПОтеНЦИал С ВТОРОГО ВЫХОДа блока 1 открывает эпе,:.581. - г 1, 1 , с выИЯ 5 отО та ПЭРВЫй ВХОСЧР ЧцтЯ 15;.эступгцтот сигналы об оКончании кажг,с)-О ПОСЛЕГЦ Ю 1 ЕГО ПЭРИОДЯ ВХОДНОГО СИГИяия, .:.,-тИ:5 ООряЗОМ, СЧЕТЧИК 15 ПОдСЧИТЬ;г)ЯЕТ Ч 1 СГО ЛЕРИОДОВ у РОШЕДШИХ С :Омс)515 тя появления рязрешяодего потен.аля ия втором выхоие бпока 1, Дешиф,;Тг О 1" ИОСЛЕДОВатепЬНО ОтКрЫВаЕт тОт из э-г-метггов И блока 17, номер которого сс)ответс твует коду в счетчике 15, При достижении чис)я гериодов величины К 1 соот:етсж ющцй элемент И из блока 17 .;,.,;руе орректируюгдий спгцял, который ".: .-Впивяет устройство в положение, ис - д. - .я генерировячия (формирования)-ЭЧ цячяГ,"От. рабОтЫ бЫЛ ПОДЯН раЗрЕШа;,:;, потенцтиял, то нулевой (исходный ) .:;.:. д стетчиса 15 открьгвает нулевой але;,8 т И из блока 17, а поэтому (чоьзз Эт" АГГЕЕтЛ )И 1 т ) Э 18 МЕНТ И 1 9 ОТКРЫТ ИС ГЭИ О 5" ВХОДУ В ИСХОДНО"5 СОСТОЯНИИ,Тогда первый жс) си"цялт с)ормировяцный:Ор.ироваеле 5 12, пройдет по второмувходу через элемент И 19 и поступит надогк:лци) 8 пиль 8 вход 1 эломентов 8 и 11,Я та;,:58 тЯ УВЯНОВГЧНЫй ВХОД СЧЕтЧИКа15, Устод)ство готово д 1 я ДЯЛьцЕйшЕГОП)ор;-, резацят Емлут 1 ЬСОВ, Г-СЛИ В ИСХОДНОМо)стоянии .Вос)бт хгдеца первая входная клем,Я Р ,:).о кор) ектгр, 1 счий сиГнап Вырабапв;В ЯЭУ 15 В МОМЭНИ ГРИХОДЯ ВТОРОГО ИМПУЛ-5я С чг) р тГ)О ВЯ)8 Гя 1 3 И т,д,Т чсг 5 образомгведение дополиительньгх фунсдионаньньгх бх ОКОВ и связей пОВьгшает точность функцоиировяиия иреобраЗОГ;ЯТЕПЯ ПЕРИОД-ЧЯГста, Я г;ЛЕДОВатЕПЬНОрасширяет и Область его использования.Преобразователь период-частота по авт, св. М 546102, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности5 преобразования, в него дополнительно вв. дены формирователь импульсов, два элемента И и последовательно соединенные счетчик, дешифратор, блок элементов И и элемент ИЛИ, причем входная шина уст ройства соединена через формирователь импульсов с первым входом первого до 9 744972 1 О формул а изобретения полнительного элемента И, второй входкоторого подключен к второму выходувходногоблока, выход первого дополнительного элемента И соединен со счетнымвходом дополнительного счетчика и первымвходом второго дополнительного элементаИ, второй вход которого подключен к выходу дополнительного элемента ИЛИ, установочный вход дополнительного счетчикасоединен с выходом второго дополнительного элемента И и дополнительными входами первого и второго элементов ИЛИ.