Функциональный цифровой преобразователь частоты

Союз СоаетскнкСоцналнстнческнкРеслублнк ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кп. Н 03 К 13/20//С 01 В 23/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Научно-исследовательский автоматизации нефтяной и проек мичес НКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ аксимальная и превосхотервалов аппроксимации мпогрешность аппроксимацидит среднеквадратичную.Известен преобразователь, которыйсостоит иэ формирователя входнойчисло-импульсной последовательности,который образует схема совпадения и множительное устройство счетчика длины участка аппроксимации, счетчика числа участков аппроксимации, дополнительного счетчика, матрицы управле. ния, выходного счетчика, схемы сборки, комбинационной схемы, состоящей из двухвходовых схем совпадения 12),В основу его работы положено использование цифровой кусочно-лИнейной аппроксимации обратной функции частотного датчика с равномерным шагом аппроксимации по оси абсцисс. Достоинством функционально-кодирую-щего преобразователя плотности является простота процесса аппроксимации.Недостатки устройства - увеличение погрешности дискретности при низкой входной частоте, низкая точность функционального цифрового преобразования частоты, изменяющееся число участков аппроксимации при работе с частотными датчиками с н Изобретение относится к цифровой вычислительной и измерительной тех нике и предназначено для Функционального преобразования выходной частоты датчика с нелинейной номинальной выходной характеристикой.Известен функциональный цифровой преобразователь выходной частоты датчика с нелинейной номинальной выходной характеристикой, который состоит из устройства управления, реверсивного счетчика результата с устройствами выбора направления счета и выбора направления считывания, устройства автоматического выбора пределов, генератора образцовой частоты, делителя образцовой частоты, триггера цикла коррекции, элемента задержки, через который осушествляется сброс устройства автоматического выбора пределов, запоминающего регистра, счетчика участков аппроксимации, устройства сравнения кодов, схем сравнения, схем совпадения, собирательных схем и клапанов (11.Недостатки преобоазователя - сложность и хо, что во мнргих случаях измерительной практики необходима оценка максимальной погрешно ти аппроксимации. Однако для одних и тех же иный институт;.де комплекснойй промышл.енности.воспроизводимой нелинейной номинальной выходной характеристикой. Крометого, область применения его ограничена.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяфункциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий усилитель,счетчик числа периодов входной частоты, дешифратор числа периодов, генератор образцовой частоты, элементИ, счетчик длины участка аппроксимации, дешифратор, матрицы управления,комбинационный блок, элемент ИЛИ,делитель частоты, счетчик результата 3 .Достоинством этого преобразователя частоты являются широкий диапазонпреобразуемых, частот, постоянноечисло участков аппроксимации, не зависящее от невоспроизводимости нелинейной номинальной выходной характеристики частотного датчика, простота процесса аппроксимации, сочетающиеся с высокой точностью функционального цифрового преобразования и относительной простотой схемных решений,легко реализуемой современными средствами микроэлектроники.Недостатком функционального цифрового преобразователя частоты является низкое быстродействие при тангенсах углов наклона аппроксимирующихпрямых больших единицы.Это вызвано тем, что при заданнойпогрешности аппроксимации и равномерном постоянном шаге аппроксимациидлина участка аппроксимации определяется учстком обратной функции частотного датчика с максимальной кривизной. При этом тангенсы углов наклона аппроксимирующих прямых могутбыть больше единицы. В этом случаедля обеспечения заданной точностифункционального цифрового преобразователя необходимо увеличить .числопериодов входной частоты и/или образцовую частоту.Однако увеличение образцовой частоты ограничено быстродействием элементной базы, а увеличение числапериодов входной частоты приводит куменьшению быстродействия функционального цифрового преобразователячастоты.Цель изобретения - увеличениебыстродействия преобразователя притангенсах углов наклона аппроксими рую их прямых больше единицы,3оставленная цель достигается тем,что в Функциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий, последовательно соединеныые усилитель исчетчик числа периодов входной частоты, выходы которого подключены квходам дешифратора числа периодоввходной частоты, генератор образцовой частоты, счетчик длины участкааппроксимации, элеменТ И, первыйвход котоРого соединен с выходом дешифратора числа периодов входной частоты, второй вход - с выходом генератора образцовой частоты, выход со счетным входом счетчика длиныучастка аппроксимации, выходы которого подключены ко входам дешифратора, комбинационный блок, выходы которого через Последовательно соединенные , элемент ИЛИ и делитель частоты подключены к счетному входу счетчика результата, выхрды которого черезматрицу управления соединены с первойгруппой входов комбинационного блока, дополнительно введены суммирующий и вычитающий счетчики, два делителя частоты, два элемента И и дешифратор нуля, причем выход дешифратора числа периодов входной частоты через инвертор подключен к установочному входу вычитающего счетчика, входы 20 разрядов которого подключены к выходам счетчика длины участка аппроксимации, установочный вход котрого соединен с выходом двшифратора, выходывычитающего счетчика через дешифратор25 нуля подключены к первым входам дополнительных элементов И, выход генератора образцовой частоты через соответствующие дополнительные делители частоты подключен к вторым входам ЗО 35 40 45 50 55 60 65 первого и второго элементов И, выходы которых подключены к счетным входам соответственно вычитающего и суммирующего счетчиков, выходы последнего соединены со второй группой входов комбинационного блока, 1На чертеже представлена структурная схема Функционального цифрового преобразователя частоты,Функциональный цифровой преобразователь частоты содержит усилитель 1, счетчик 2 числа периодов входной частоты, дешифратор 3 числа периодов входной частоты, генератор 4 образцовой частоты, элемент И 5, счетчик6 длины участка аппроксимации, дешифратор 7, инвертор 8, дополнительныеделители 9 и 10 образцовой частоты,дополнительные элементы И 11 и 12,вычитающий счетчик 13, дешифратор14 нуля, суммирующий счетчик 15, матрицу 16 управления, комбинационный блок 17, элемент ИЛИ 18, делитель 19 частоты, счетчик 20 результата.Выход частотного датчика соединяется с входом усилителя 1, выход которого соединен со счетным входом счетчика 2 числа периодов входнойчастоты. Выходы счетчика 2 соединены со входами дешифратора 3 числа периодов входной частоты, выход которогосоединен с входом инвертора 8, выход которого соединен с установочным входом счетчика 13. Выход дешифратора3 соединен также с одним из входовэлемента И 5, другой вход которогосоединен с выходом генератора 4 об902253 разцовой частоты, а выход элементаИ 5 соединен со счетным входом счетчика б длины участка аппроксимации.Первая группа выходов счетчика бсоединена со входами дешифратора 7,выход которого соединяется с установочным входом счетчика б. Вторая,группа выходов счетчика б соединяется с одними из входов счетчика 13,выходы которого соединяются со входами дешифратора 14 нуля. Выход генера Отора 4 образцовой частоты соединяется также с входом каждого из делителей 9 и 10 орразцовой частоты. Выход делителя 9 соединяется с однимиз входов элемента И 11, другой входкоторого соединяется с выходом дешифратора 14 нуля, а выход элемента И 11соединяется со счетным входом счетчика 13.Выход делителя 10 соединяется содним из входов элемента И 12, другой вход которого также соединяетсяс выходом дешифратора 14 нуля, а выход элемента И 12 соединяется сосчетным входом счетчика 15, выходыкоторого соединяются с первой группой входов комбинационного блока 17.Вторая группа входов комбинационногоблока 17 соединена с выходами матрицы 16 управления, а выходы комбинационного блока 17 соединены с входами элемента ИЛИ 18, выход которогосоединен с входом делителя 19 частоты. Выход делителя 19 соединен сосчетным входом счетчика 20 результата, выходы которого соединены со вхо- Здами матрицы 16 управления,В основу работы Функциональногоцифрового преобразователя частоты положено использование цифровой кусочно-линейной аппроксимации обратнойфункции частотного датчика с равно,мерным шагом аппроксимации по осиординат. Различный наклон аппроксимирующих прямых реализуется при помощи двоичного умножителя, которыйобразуют суммирующий счетчик 15, 45матрица 16 управления, комбинационныйблок 17 и элемент ИЛИ 18. Коэффициенты наклона аппроксимирующих прямыхзадаются в матрице 16 управления.Функциональная зависимость для каждого участка аппроксимации при числоимпульсном представлении результатапреобразования имеет вид.цк гП 1 20для участка аппроксимации с наибольшим коэФфициентом, а отношение частот Е, и Еч должно удовлетворятьусловию сл. о:О При поступлении в счетчик 2 заданного числа периодов входной частоты команда из дешифратора 3, раз решакхцая прохождение импульсов иэгенератора 4 через элемент И 5 в счетчик 6, снимается. Одновременно на выходе инвертора 8 формируется сигнал, поступающий на установочный 65 вход счетчика 13. По этому сигналу где К - целое положительное число,включая нуль;Е- частота сложения;Еьь,ч- частота вычитания.Коэффициенты наклона аппроксимирующих прямых, задаваемые в матрице управления, рассчитываются по формуле то показатель степени К 4 принимаетсяравным нулю, т.е. Г =Гсд Йыч.В случае, если коэффициент то показатель степени К принимаетсятаким, чтобы выполнялось условие Г зНеобходимые значения частот Г дгио, задаются при помощи делителейобразцовой частоты,Преобразователь работает, следующимобразом. При поступлении в дешифратор 3 числа периодов входной частоты команды фПускф в счетчике 2 числа периодов входной частоты начинается отсчет заданного числа периодов частоты, поступающей на его счетный вход из частотного датчика через усилитель 1. одновременно по команде с дешифратора 3 и генератора 4 образцовой час- . тоты импульсы начинают поступать через элемент И 5 на счетный вход счетчика б длины участка аппроксимации. При поступлении в счетчик б заданного числа импульсов, соответствующего границе диапазона преобразования по оси абсцисс, на выходе дешифратора 7 формируется кратковременный сигнал, поступающий на установочный вход счетчика 6, По этому сигналу счетчик 6 устанавливается в нуль до прихода следующего импульса из генератора 4 и счет импульсов в счетчике 6 продолжается.20 25 ЗО 35 40 45 50 5 60 65 осуществляется перепись числа импульсов, полученных в счетчике б, в счетчик 13, При этом на ныходе дешифратора 14 нуля формируется команда, по которой импульсы с выхода делителя 9 образцовой частоты через элемент И 11 поступают на счетный вход счетчика 13, а импульсы с выхода делителя 10 образцовой частоты через элемент И 12 поступают на счетный вход счетчика 15. При поступлении импульсов в счетчик 15 на выходах комбинационного блока 17 в соответствии с кодом коэффициента наклона аппрокисмирующей прямой, поступающим из матрицы 16 управления, формируется импульсная по)следовательность, Эта последовательность через элемент ИЛИ 18 поступает на вход делителя 19 частоты, где осуществляется деление на заданный коэффициент, С .выхода делителя 19 импульсы поступают на счетный вход счетчика 20 результата, При поступлении в счетчик 20 числа импульсов, соответствующего границе каждого участка аппроксимации по оси ординат, код коэффициента наклона аппроксимирующей прямой на выходах матрицы 16 управления изменяется и устанавливается код коэффициента наклона следующего участка аппроксимации.В счетчике 13 осуществляется вычитание импульсов, поступающих на его вход, из числа импульсов, записанных н Нем. В момент времени, когда при поступлении очередного импульса число импульсов в счетчике 13 становится равным нулю, с выхода дешифратора 14 нуля снимается команда, разрешающая прохождение импульсов с выхода делителя 9 через элемент И 11 в счетчик 13 и с выхода делителя 10 через элемент И 12 в счетчик 15 и цикл заканчивается, Число импульсов нсчетчике 20 численно разно результату функционального преобразования. Цикл повторяется при наличии команды "Пуск сразу после переписи числа импульса из счетчика б длины участка аппроксимации в счетчик 13.Таким образом, сущность изобретения заключается в том, что сохраняя нсе достоинства известного устройства и изменяя соотношение между частотой считывания, поступающей н нычитающий счетчик, и частотой сложения, поступающей в суммирующий счетчик, при,их максимальных значениях можно увеличить число импульсов, поступающих в двоичный умножитель и пропорциональных разности между текущим значением периода частотных колеба= ний и границей участка аппроксимации по оси абсцисс но столько раэ, во сколько раз необходимо уменьшить тангенсы углов наклона аппроксимирующих прямых до неличины, не превышаю" щей единицы, не унеличиная числа периодов входной частоты, поступающих в счетчик числа периодов входной частоты.Использование изобретения позво)ляет увеличить быстродействие функционального цифроного преобразователя частоты при тангенсах углов наклона аппроксимирующих прямых больше единицы за счет уменьшения числа периодон входной частоты, отсчитываемого в счетчике числа периодов входной частоты.Испольэонание предлагаемого преобразователя особенно эФФективно, если обратная Функция частотного датчика имеет небольшую девиацию частоты и большую крутизну. Формула изобретения Функциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий последовательно соединенные усилитель и счетчик числа периодов входной частоты, выходы которого подключены к входам дешифратора числа периодов входной частоты, генератор образцовой частоты, счетчик длины участка аппроксимации, элемент И, первый вход которого соединен с выходом дешифратора числа периодов входной частоты, второй вход - с выходом генератора образцовой частоты, а выход со счетным входом счетчика длины :участка аппроксимации, первая группа выходов которого подключена ко входам дешифратора, комбинационный блок,выходы которого через последовательно соединенные элемент ИЛИ и делитель частоты подключены к счетномувходу счетчика результата, выходыкоторого через матрицу управлениясоединены с первой группой входов,комбинационного блока, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродейстния преобразователя при тангенсах углов наклона аппроксимирующих прямых больше единицы,в него дополнительно введены суммирующий и вычитающий счетчики, два делителя частоты, два элемента И и дешифратор нуля, причем выход дешифратора числа периодов входной частотычерез инвертор подключен к установочному нходу вычитающего счетчика,входы разрядов которого подключеныко второй группе выходов счетчикадлины участка аппроксимации, установочный вход которого соединен с выходом дешифратора, выходы вычитающего счетчика через дешифратор нуляподключены к первым входам доп злнительных элементов И, выход генератора образцовой частоты через соответствующие дополнительные делителичастоты подключен ко вторым входампервого и второго дополнительныхэлементов И, выходы которых подключены к счетным входам соответствен10 902253 Составитепь ТюличРедактор А,Мотыль Техред М. Рейвес Корректор С.Цомак Зак 41 0 Тираж 953 ПодпВНИИХИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, Ж, Раушская наб. д. о т , г, Ужгоро П Филиал Проектная, 4 но вычитающего и суммирующего счетчиков, выходы последнего соединеныс второй группой входов комбинационного блошка. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРУ 300956, кл. Н 03 К 13/02, 1971.2. .Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности,1975,Р 8 , с.21-23.,3. АвторСкое свидетельство СССРпо заявке 92811796.