Преобразователь сдвига фаз в код

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет ЭеудерствацеЯ кеквтат ССьР ае дваак юевретввиЯ я впвытяЯ(53) УДК 621 317 ,77(088,8) Дата опубликования описания 17.07, 82(72) Авторы изобретения Ю.А. Смагин, Н.П. Смирнова, Е.ф. Трифонов и И.П. Шадрин Пензенский завод-ВТУЗ при заводе ВЭИ ( фил л Пабэенскогополитехнического института)13.:(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СДВИГА ФАЗ В КОД 10 15 20 1Изобретение относится к аналогоцифровой технике и может быть использовано в устройствах преобразования сдвига Фаз двух электрических сигналов в цифровой код, наиболее5 целесообразно использовать его в качестве самостоятельного блока в различных автоматических системах управления, регулирования и контроля производственными и технологическими процессами, информационно-измерительных системах 1 в которых применяются цифровые вычислительные мащины 1(ЦВМ).Известен преобразователь сдвигаФазы в код, основанный на измерении временного сдвига между исследуемыми сигналами, "растянутого" в 3,6 10 К раз средствами дискретной техники, с последующим заполнением полученного интервала импульсами, следующими с частотой входного сигнала 113,Однако он имеет низкое быстродействие, Например, для преобразования сдвига фаз в код с погрешностью в 10 требуется до 360 периодов входного сигнала. Наиболее близким к предлагаемому преобразователю является устройство, осуществляющее измерение сдвига Фаз в щироком частотном диапазоне путем автоматического изменения частоты квантующих импульсов. Данный преобразователь, содержит двоичный счетчик импульсов сдвига фаз, двоичный счетчик импульсов периода, общий счетчик импульсов, два блока элементов совпадения с двумя элементами ИЛИ, делитель частоты на 360 и результирующий счетчик импульсов, соединенный через Формирователь с генератором тактовой частоты и блоком управления, а также третий блок элементов совпадения, выходы которых через элемент ИЛИ подключенык фор943599 10 20 мироеателю, одни входы третьего блока элементов совпадения через делитель частоты соединены с.генератором тактовой частоты, а другие - с выходами реверсивного счетчика, входы которого через блок управления подключены к двоичному счетчику импульсов периода 2 .В этом устройстве весь частотный диапазон разрабатывается на ряд поддиапазонов. На выбор каждого поддиапазона затрачивается один период входного сигнала, Например, если весь диапазон разбит на 16 поддиапазонов, то в наихудшем случае на автоматический выбор предела измерения может быть затрачено 16 периодов входного сигнала, что является существенным недостатком данного устройства.Цель изобретения - повышение быстродействия в широком диапазоне частот. Поставленная цель достигается25 тем, что в преобразователь сдвига Фаз в код, содержащий двоичный счетчик импульсов сдвига фаз, двоичный счетчик импульсов периода, соединенные через блоки элементов совпадения с выходами общего счетчика, выходы обоих блоков элементов совпадения соединены с. входами элементов ИЛИ, результирующий счетчик, один вход которого соединен с выходом первого35 элемента ИЛИ,: а другой - с блоком управления, вход общего счетчика соединен через формирователь с выходом генератора тактовой частоты и блоком управления, вход которого40 через первый делитель частоты соединен с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход первого делителя частоты соединен с выходом блока управления и с входами двоичного счетчика импуль 45 сов сдвига фаз и двоичного счетчика импульсов периода, третий блок элементов совпадения, выходы которого через третий элемент ИЛИ подключены к формирователю, одни входы третьего блока элементов совпадения через вто 50 рой делитель частоты соединены с генератором тактовой частоты, а другие - с выходами счетчика, один из входов которого соединен с выходом двоичного счетчика импульсов периода, введен второй формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу двоичного счетчика импульсов периода, а выход - к установоЧномувходу старшего разряда этого счетчика, а второй вход счетчика соединенс блоком управления,На чертеже .приведена структурнаясхема преобразователя сдвига фазв код.Преобразователь содержит формирователь 1, блок 2 управления 4, генератор 3 тактовой частоты 4, блок4 определения отношений временныхинтервалов, состоящий из двоичногосчетчика 5 импульсов сдвига фаз,двоичного счетчика б импульсов периода, общего счетчика 7 импульсов,двух блоков 8 и 9 элементов совпадений с двумя элементами 10 и 11ИЛИ, первого делителя 12 частотыи результирующего счетчика 13 импульсов, а также второй формирователь14, третий элемент 15 ИЛИ, третийблок 16 элементов, счетчик 18,Работа преобразователя основанана автоматическом выборе тактовойчастоты в течение одного периодавходного сигнала при одновременномизмерении периода исследуемого сигнала Тх, последующем измерении временного интервала 7 х, пропорционального измеряемому сдвигу фаз Чх,путем заполнения временного интервала"х импульсами выбранной тактовойчастоты и автоматическом преобразовании результатов этих двух измере"ний в непосредственный отсчет сдвига фаз в градусах. Перед началом измерения счетчики 5,6,13 и 18 и делитель 12 частоты импульсом с блока 2 управления устанавливаются в нулевое состояние, Формирователь 1 из входных сигналов 01 иО Формирует импульсы, равные по длительности периоду исследуемого сигнала Тх и времени запаздывания опережения) одного входного сигнала относительно другого. Длительность этих импульсов определяет время заполнения импульсами тактовой частоты счетчиков 5 и б. В течение первого периода входного сигнала на двоичный счетчик 6 импульсов периода поступает максимальная тактовая частота Уо, соответствующая верхнему поддиапазону исследуемых частот. При поступлении на вход счетчика 6 количества импульсов 2 , где и - разрядностьпдвоичного счетчика, происходит943599 11"= х 1 В) 5переполнение этого счетчика частотой Уо, которое осуществляетсяза отрезок времени Т=2"/Е . Импульспереполнения поступает на счетчикс18, который через третий блок 16элементов совпадения управляетработой второго делителя7 частотытак, что с последнего через тот жеблок 1 б элементов совпадений и элемент 15 ИЛИ на заполнение счетчика 6 поступает тактовая частота .Е.1= Го /, т.е, вдвое меньшая посравнению с предыдущей тактовойчастотой. Этот же импульс переполнения счетцика 6 через формирователь14 поступает в старший разряд счетчика 6. Таким образом, перед началомзаполнения счетчика 6 тактовой частоты Е = Го / Я. в нем зафиксированои-количество импульсов М =2, чтосоответствует числу импульсов, поступивших на вход счетчика с учетом новой, уменьшенной вдвое тактовой частоты. Действительно, количество импульсов 8, поступивших с частотой Е= Ко /2 за отрезок времениТ=20/оравной=Т 1 = -- =1Р ЕО 1-1Ео 0 Если при заполнении счетчика 6тактовой частотой Е вновь произойдетпереполнение, то импульс переполнения вызовет уменьшение тактовойчастоты вдвое, т,е.Еп=ЕЯ -"ЕО/4и через формирователь 14 поступит встарший разряд счетчика 6. Подобнымобразом будет осуществляться изменение тактовой частоты при заполнении периода входного сигнала дотех пор, пока не будет выбран нужныйподдиапазон. Следовательно, в течение одного периода ТХ входного сигнала в счетчике 6 фиксируется число,пропорциональное периоду Тх, т.е,М = Т Е.1,где 1 - номер частного диапазона.=0,1,2,3 т),ь течение следующего периодаисследуемого сигнала по команде сблока 2 управления происходит измерение интервала СХ путем его заполнения импульсами выбранной тактовойчастоты Е;, цисло которых подсчитывается двоичным счетчиком 5 импульсов сдвига фаз, Число импульсов Й,подсчитанное этим счетчиком, состав- ляет 6По окончании интервала времейи Спроисходит считывание информации сосчетчиков 5 и 6 следующим образом,С блока 2 управления поступаеткоманда, по которой импульсы максимальной тактовой частоты Йо поступают в общий счетчик 7 импульсов.Выходные уровни триггеров разрядов двоичных счетчиков 5 и 6 управо ляют потенциальными входами блоков8 и 9 элементов совпадений. Выходные сигналы триггеров разрядов общего счетчика 7 импульсов поступают на импульсные входы этих же блоков элементов совпадения. При совпадении обоих сигналов на входахэтих блоков элементов совпаденийпоявляются сигналы, которые проходят через элемент 10 ИЛИ на резуль 2 о тирующий счетчик 13 импульсов и. через элемент 11 ИЛИ на делитель 12частоты,Состояния блоков 8 и 9 элементовсовпадений и, следовательно, суммар ную частоту на входе блоков 8 и 9элементов совпадений задают состояия триггеров двоичных счетчиков5,6 и 7. Например, треггеры самыхстарших двоичных разрядов счетчиковзо 5 и 6 управляют элементами совпадений, на которые подаются сигналыот триггера самого младшего разряда общего счетчика 7 импульсов.Суммарная частота с выхода элез мента 11 ИЛИ равна"тЕ - - ЕЧ огде Ио - цисловая емкость каждого из счетчиков 5,6 и 7.Принимая во внимание выражение"Х При поступлении на делитель 12360 импульсов суммарной частотыЕт выдается импульс переполнения на блок 2 управления, который прекращает доступ тактовой частоты на общий сцетцик 7. Импульсы тактовой943599 частоты поступают в счетчик в течение времени ь: тЭтЧисло подсчитанных импульсов в результирующем счетчике 13 импульсов за интервал д равно М=д 1 Е,Принимая во внимание выражения( 4), 16 ) и 1 7), получим8 =360 х /Тх=х 1т.е. число будет равно непосредственно сдвигу фаз в градусах,Таким образом, время преобразования данного устройства складывается из периода исследуемого сигнала Тх, времени запаздывания ( опережения ) одного входного сигнала относительно другого 7 х и времени ав"томатического преобразования результатов измерения Тх и Тх в непосред"ственный отсчет сдвига фаз в градусах, которое зависит от требуемойпогрешности преобразования и быстро-,действия используемых элементов.Общ = Тх+ьх+йДля диапазона низких и инфранизкихчастот, для которых предназначенпреобразователь, время ь 1 не превышает одного периода исследуемогосигнала. Следовательно, общее время преобразования в наихудшем случае составит не более трех периодоввходного сигнала, в то время, какв известном устройстве оно может составить до ьз+1) периодов исследуемого сигнала, гдев +1) - количествоподдиапазонов частот исследуемыхси гналов. Таким образом, выигрыш в быстродействии получается равным(щф 1) ТХ/ЗТ Например, при 1 п=15 он равен 5 и увеличивается с возрастанием значения п 1 Формула изобретенияПреобразователь сдвига фаз в код,содержащий двоичный счетчик импульсов сдвига фаз, двоичный счетчикимпульсов периода, соединенные черезблоки элементов совпадения с выходамиобщего счетчика, выходы обоих блоков элементов совпадения соединеныс входами элементов ИЛИ, результи 1 Орующий счетчик, один вход которогосоединен с выходом первого элементаИЛИ, а другой - с блоком управления,вход общего счетчика соединен черезформирователь с выходом генератора15тактовой частоты и блоком управления,вход которого через первый делительчастоты соединен с выходом второгоэлемента ИЛИ, второй вход первогоделителя частоты соединен с выходомО блока управления и с входами двоичного счетчика импульсов сдвига фази двоичного счетчика импульсов периода, третий блок элементов совпадения, выходы которого через третий25элемент ИЛИ подключены к формиро"вателю, одни входы третьего блокаэлементов совпадения через второйдеЛитель частоты соединены с генератором тактовой частоты, а другиес выходами счетчика, один из входовкоторого соединен с выходом двоичного счетчика импульсов периода,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения быстродействия,35 в него введен второй формировательимпульсов, вход которого подключен квыходу двоичного счетчика импульсов. периода, а выход - к установочномувходу старшего разряда этого счетчи4 О ка, а второй вход счетчика соединенс блоком управления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1,Авторское свидетельствз СССРю д" 27006 Б, кл. .01 а 2 У 08, .02.69,2, Авторское свидетельство СССРЬ" 3"10195, кл.01 й 25/02 03.11.69.Составитель Н. АгеРедактор Л. Авраменко Техред М, Надь ктор И. Муска ое ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектн Заказ 5099/50 Тираж 717 ПоВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4