Цифровой кодирующий преобразователь частоты следования импульсов

О П И С А Н И Е и)919080ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советск ихСоциалистическикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) П риорнтет па делам нзобретеннй н открытнйОпубликовано 07.04.82. Бюллетень Юе 13 Дата опубликования описания 09,04.82(54) ЦИФРОВОЙ КОДИРУ)СШИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЪСОВИзобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для многоканального преобразованиячастоты следования импульсов в код иможет быть использовано в качестве периферийного оборудования в многоуровне 5вых цифровых системах сбора и обработки информации,Известен кодирующий преобразовательчастоты в код, содержащий вычитающий10счетчик, преобразователь частоты в код,блок управления 1 3Это устройство реализует нелинейноекодирование периода, а его недостаткомявляется ограни енная точность и узкий15класс решаемых задач.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения низкихчастот, содержащее формирователь, вычитающий счетчик, функциональный преобразователь 2) .Известное устройство обладает повышенной точностью вследствие высокой степени точности реализации требуемой нелинейности при кодировании периода, а его недостатком является ограниченный класс решаемых задач, а именно невозможность многоканального кодирующего преобразования частотыЦель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности многоканального кодируюшего преобразования частоты на основе нелинейного кодирования периода.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержашее.формирователей входных сигналов, генератор опорной частоты, выход которого соединен с первым входом вентиля, выход которого подключен к входу первого управляемого делителя непосредственно и через последовательно соединенные делитель с фиксированным коэффициентом деления и элемент задержки - к входу счетчика, выходЫ которого соединены с информационными входами второго управляемого делителя и регистра памяти, входзаписи которого соединен с делителем с фиксированным коэффициентом деления, а выходы - с информационными входами первого управляемого делителя, выход которого соединен с входом второго управляемого делителя, выход которого подключен ко входу вычитающего счетчика, введены и триггеров,элементов 2 И-ИЛИ,реверсивных счетчиков,,дешифраторов нуля, л регистров хранения, 1 О элемент И и блок управления, первый вход которого подключен к шине пуска устройства, второй вход блока унраьп ния соединен с выходом элемента И, . входы которого подключены к выходам формирователей входных сигналов, выход каждого. формирователя входных сигналов соединен с первым входом соответствующего элемента 2 И-ИЛИ и с прямым входом соответствующего триггера, инверсный вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего дешифратора нуля и входу записи соответствующего регистра хранения, одноименные входырегистров хранения объединены и под ключены к выходам вычитающего счетчика, вторые входы элементов 2 И-ИЛИ объединены и подключены к второму входу вентиля и к первому входу блока управления третьи и четвертые входы всех элементов ЗО 2 И-ИЛИ объединены и подключены к выходу генератора опорной частоты, а пятые входы подключены к выходам соответствукицих триггеров и управляющим входам реверсивных счетчиков, счетные входы которых соединены с выходами соответствующих элементов 2 И-ИЛИ, а выходы - с входами соответствующих дешифраторов нуля, второй выход блока управления подключен к упраьпяющим входам формирователей входных сигналов,На чертеже приведена структурная схема устройства.Устройство включает формирователи 1 входных сигналов, триггеры 2 и элементы 3 2 И-ИЛИ, реверсивные счетчики 4, дешифраторы 5 нуля, регистры 6 хранения, элемент 7 И, блок 8 управления, генератор 9 опорной частоты, вентиль 10, де 50 литепь 11 с фиксированным коэффициентом деления, элемент 12 задержки, счетчик 13, регистр 14 памяти, упраьпяемые делители 15 и 16, вычитающий счетчик 17 входные шины 18, шина 19 пуска,Входные шины 18 подключены к пер 55 вым входам формирователей 1, упраьпяющие входы которых объединены и подключены к одному из выходов блока 8 управления, а выходы связаны с одними из выходов элементов 3 2 И-ИЛИ, прямыми входами триггеров 2 и со входами элемента 7 И. Вторые входы элементов 3 2 И-ИЛИ объединены с одним из входов вентиля 10 и подключены к первому выходу блока 8 упрарления, один из входов которого подключен к шине 1 9 пуска, а второй вход связан с выходом элемента 7 И, Третьи и четвертые входы элементов 3 2 И-ИЛИ объединены и соединены с первым входом вентиля 10 и с выходом генератора 9 опорной частоты. Пятые входы элементов 3 2 И-ИЛИ объединены с управляющими шинами реверсивных счетчиковг4 и подключены.к прямым выходам триггеров 2, выходы элементов 3 2 И-ИЛИ подключены к счетным входам реверсивных счетчиков 4., разрядные выходы которых подключены ко входам дешифраторов 5 нуля, выходы которых подключены к инверсным входам триггеров 2 и ко входам записи регистров 6 хранения, одноименные разрядные входы который объединены и подключены к выходам вычитаю- щего счетчика 17, Выход вентиля 10 подключен ко входу делителя 11 с фиксированным коэффициентом деления и к счетному входу управляемого делителя 15, выход которо о свчзан со счетным входом упраьпяемого делителя 16, выход которого связан со входом вычитающего счетчика 17, Выход делителя 11 подключен ко входу записи регистра 14 памяти и ко входу элемента 12, выход которого подключен ко входу счетчика 13, разрядные выходы которого подключены ко входам регистра 14 памяти и упраьляемого делителя 16. Выходы регистра 14 подключены ко входам управляемого делителя 15. Выходы регистров 6 хранения могут подключаться к устройствам отображения ц регистрации информации. Устройство работает следующим образом.При подаче команды пуска на шину 19 с одного из выходов блока 8 управления на управляющие входы формирователей 1 поступает сигнал, в результате чего на их выходах формируются интервалы времени, равные периоду частотно-импульсного сигнала, поступающего на шины 18 устройства. Поскольку данные входные сигналы между собой асинхронны, то с начала каждого из интервалов времени, появляющихся на выходах формирователя 1, в реверсивных счетчиках 4 начинает накапливаться число импульсов опорнойчастоты с выхода генератора 9, которые 1 поступают на третьи входы элементов 3 2 И-ИЛИ, первые входы которых отпира ются выходным сигналом формирователей 1, а вторые входы отпираются разрешаю щим сигналом с первого выхода блока 8 управления. Процесс накопления импульсов опорной частоты в реверсивных счетчиках 4 продолжается до тех пор, пока на последнюю шину 18 устройства не 1 О поступит импульс преобразуемого сигнала. В этот момент времени на выходе элемента 7 И появляется сигнал, в результате чего на одном из выходов блока 8 управления снимается разрешающий 15 сигнал, запираются элементы 3 2 И-ИЛИ и отпирается по инверсному входу вентиль 10. С этого времени реверсивные счетчики 4 запираются и устройство, вследствие открытия вентиля 10, начинает от О рабатывать обратную зависимость, при этом осуществляется нелинейное кодирование периода, последнего из поступивших на шины 18. На чертеже приведен пример выполнения устройства для трех 25 каналов. Число в реверсивном счетчике 4 (например, третьего канала), на входную шину 1 8 которого импульс входного сигнала поступил последним, равно единице, вследствие однократного перепада потенциала из единицы в ноль на выходе третьего элемента 3 2 И-ИЛИ. В момент окончания периода сигнала на третьей входной шине 1 8 задним фронтом импульса с выхода третьего формирователя 1 третий триггер 2 устанавливается в единицу, отпирая третий элемент 3 2 И-ИЛИ по пятому .входу и устанавливая третий реверсивный счетчик 4 в режим вычитания, в результате чего первым же импульсом с выхода генератора 9 третий реверсивный счетчик 4 обнуляется, что приводит к появлению сигнала на выходе соответствующего дешифратора 5 нуля, который поступает на вход записи третьего регистра 6 хранения, осуществляя запись в него кода остатка из вычитающего счетчика 17, который численно равен значению частоты, соответствующей первому периоду сигнала на третьей шине50 18 устройства. Одновременно импульсом с выхода третьего дешифратора 5 нуля третий триггер 2 устанавливается в нулевое состояние, блокируя соответствующий элемент 3 2 И-ИЛИ. Таким образом,55 третий канал, на входную шину 18 которого преобразуемый сигнал поступил последним, обрабатывает его, фиксируя значения частоты в соответствующем регистре хранения. Поскольку импульсы входныхсигналов на первую и вторую шины 18устройства поступили раньше, то число всоответствующих реверсивных счетчиках4 отличается от едтплицы и по Окончаниикаждого из периодов и после установки соответствующих триггеров 2 в единичное состояние, происходит счет в обратном направлении в счетчиках 4, моменты обнуления которых сдвинуты относительно начала нелинейного кодирования (или момента отпирания вентиля 10) ца величину, равную опережению начала соответствующего периода относительно периода ца третьей шине 1 8, поступившего последним, т.е, поступление сигналов с соответствующих выходов дешифраторов 5 нуля происходит через интервалы времени, рав 11 ые периоду входноГо сигнала в каждом капале, Отсчитан 1 ых от пачала последнего поступ 11 вшего периода ца шину 1 8 цли От начала целицейцого кодцрова 1 ц 1 я, которое осуществляется следующим Образом.Поскольку углс 1 выо кфф 11 ц 11 О 1 лты кривой, описывающей закон изменения частоты цмпульсОГ поступающих 1 ла Вычита 10- щий вход счетчика 17, в кажды 11 цз мо - ментов врелленц равны 1 С,=Б,с 31-., т.е. обратно цро 1 ц 1 рццоцалыы квадрату текущего времоц 11, Отсчиты 1 юеллого от начала третьего псрцода (или цачала нелинейного кодирования), ц являртся прсдель - ным выражонцелл для Еу, то в реальном устройство Они роалцс 1 у 1 отс я при конечцолл значении 3, равном ь и отрабатываемом делитолелл 11 с фцксцровацным коэффициентом деления, а эквигалснт квадрата теку 1 цего времени отрабатывается делителями 15 и 16, коэфф 1 и 1 цецты которых отличаются на сл 1 пл 1 лцу: п,( -1), что позволяет реализовать полигоцальцую аппроксимирующую функцию в виде ицтерполирующей, узлы интерполяции которой расположены ца исходной Г = 1/Т с фиксированным шагом1 =с,о 1 ь. Петрудно убедиться, что пределы выражений для реальных и теоретических угловых коэффициентов совпадают, чем обеспечивается соблюдение требуемого закона нелинейного кодированияТаким образом, предлагаемое устройство обеспечивает эффективное, в смысле быстродействия, кодирование требуеллого числа частотно-импульсных сигналов, поступающих по раздельным каналам, что расширяет его функпиональ 1 ые возможности и область применения, В случае использования предлагаемого устройстм для преобразования по одному каналу, им 7 9190 пульс на входе которого условно принимается за последний из поступивших, устройство упрощается за счет исключения узлов 2-5 в соответствующем канале. Кроме того, на практике возможен случай, при котором моменты окончания периодов в каждом из каналорасполагаются произвольно, однако на функционировании устройства это не отражается, так как считывание кода остатка из вычитаю щего счетчика 17 в соответствующий регистр 6 хранения происходит независимо.При конкретной реализации устройствазависимости от диапазона изменения кодированных сигналов устройство может вктпо чить масштабирующий узел, осущестьляю 1 пий растяжку интервала времени, равного входному периоду, а также вариант, при котором производится осредне О пне нескольких периодов в каждом изканалов.Формула изобретенияЦифровой кодирующий преобразователь 25 астоты следования импульсов, содержансий п форкгирователей входных с 1 п палов, г:.-ператор опорной частоты, выход которого соединен с первым входом вентиля, выход которого подключен к входу пер- ЗО - .Ого управляемого делителя непосредст.:.:ппо и через последовательно соединенньк: делитель с Ьиксированным коэффицис.том деления и элемент задержки - к .с,ду счет-писа, выходы которого соедине-з, : .- с информационными входами второго ,правляемого делителя и регистра памявход записи кс-орого соединен с де.нтолем с фиксированным коэффициентом полония, а Вь 1 ходы - с 1 пБЬОрмациОнпымы,1) ".содами первого управляемого делителя, въпсод которо. о соединен с входом второто управлясмого делителя., выход которот О подключен х входу вычитающего с четика, О т л и ч а ю щ и й с я тем, что,80 8с целью расширения функциональных возможностей преобразователя, в него введены и триггеров, и элементов 2 И-ИЛИ,реверсивжах счетчиков, П дешифраторов нуля, о регистров хранения, элементИ и блок управления, первый вход которогоподключен к шине пуска устройства, второй вход блока управпения соединен с выходом элемента И, входы которого подключены к выходам формирователей входных сигналов, выход каждого формирователя входных сигналов соединен с первым входом соответствующего элемента2 И-ИЛИ и с прямым входом соответствующего триггера, инверсный вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего дешифратора нуля и входузаписи соответствующего регистра хранения, одноименные входы и регистров хранения объединены и подключены к выходам вычитающего счетчика, вторые входы элементов 2 И-ИЛИ объединены и подключены к второму входу вентиля и первому входу блока управления, третьи ичетвертые входы всех элементов 2 И-ИЛИобъединены и подключены к выходу генератора опорной частоты, а пятые входыподключены к выходам соответствующихтриггеров и управляющим входам реверсивных счетчиков, счетные входы которых соединены с выходами соответствующих элементов 2 И-ИЛИ, а выходы - свходами соответствующих дешифраторовнуля, второй выход блока управления подключен к управляюи,им входам формирователей входных сигналов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кирианаки И. В Дудыкевнч В. Б.Методы и устройства цифрового измерениятпхзких часч От Виша школа ЛьВОв1975, с. 108, рис, 3-12.2. Лвторское свидетельство СССРМо 573766, кл,011 23/00, 1977снрототип) .Составитель Р, МатвееваРедактор А. Власенко Техред М, Надь Корректор Е. Рошко1/39 Тираж 954, Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 335, Раушская наб., д. 4 Филиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4