Цифро-аналоговое дифференцирующее устройство

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиикСоциалист ичесиикРеспублик и 982035(22)Заявлено 24,03.81 (2) 3262838/18-24 с присоеаииеиием заявки М 6 06 д 300 6 06 С 7/18 Веумрстюай квиеет СССР вв баии вюбрвтекв 6 в еткрытвй1Изобретение относится к автомати-ке и вычислительной технике и можетнайти применение , в частности , вдискретных системах автоматическогоуправления различными объектами итехнологическими процессаьи .Известно устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее генератор, триггер,формйрователи импульсов, элементы Ии элемент задержки, счетчики, цифроаналоговые преобразователи, аналого"вые запоминающие элементы и выходнойдифференциальный усилитель 1,Недостатками этого устройства яв.ляются ограниченный диапазон дифференцируемых частот, пониженная точность и сложность технической реа-.лизации,Известно также дифференцирующее 20устройство, содержащее генератортактовых импульсов, триггер, формиро.ватель импульсов, элемент задержки,ревврсивный счетчик, регистр и вы 2модной цифро-аналоговый преобразователь 1 2,Недостатками данного устройства также являются пониженная точность дифференцирования и относительнвя .сложность.Наиболее близким к предлагаемому является цифро-аналоговое дифференцирующее устройство, содержащее счетчики, элементы И и первый блок синх" ронизации, соединенный с сигнальныя входом с входом дифференцируемой частоты, а управляющим входом - с пер" вым входом генератора тактовых импульсов и с первым входом первой схемы с" разности, подключенной вторым и тре" тьим входами к выходу первого счетчика и к первому выходу блока управления, а выходом - к первому входу преобразователя времяимпульсного сигнала в напряжение, соединенного вторым входом с первым выходом второй схемы разности, подключенной вторым выходом к первому входу блока уп 3 98203 равления, первым входом - к второму выходу генератора тактовых импульсов и к второму входу блока управления, вторым входом - к выходу второго счетчика, а третьим входом - к выходу первого блока синхронизации, к входам обнуления второго и третьего счетчиков .и к третьему входу блока управления, соединенного выходами со счетныю входами счетчиков б и с первыми входами элементов И первой и второй групп, причем элементы И первой группы подключены вторыми входами к выходам разрядов третьего счетчика, а выхедами -. к входам раз- И рядов второго счетчика, а элементы И второй группы соединены вто,рыми входами с выходами разрядов второго счетчика, а выходами - с входами разрядов первого счетчика 31Недостатки данного устройства- ограниченный диапазон изменения дифференцируемой частоты, пониженная точность дифференцирования и конструктивная сложность, 23ЦеЛью изобретения является расширение диапазона дифференцируемой частоты, повышение точности и упрощение устройства,ЗОПоставленная цель достигается тем, что устройство , содержащее счетчики, элементы И и первый блок синхронизации, соединенный сигнальным входом с входом дифференцируемой частоты, а управляющим входом - с первым выходом генератора тактовых импульсов, содержит регистр сдвига, второй блок синхронизации, делитель частоты, узлы обну 40ления, три ггер и преобразователь широтно-импульсного сигнала в аналоговый, подключенный выходом к выходу устройства, первым входом - к первому выходу триггера, первому входу первого элемента И и к входу первого узла обнуления , а вторым входом - к второму выходу триггера, первому входу второго элемента И и к входу второго узла обнуления, со- ф единенного выходом с установочным входом первого счетчика, подлюченного выходом переполнения к первому установочному входу триггера, первым ечетным входом - к выходу пер- Я вого элемента И, а вторым счетным входом - к выходу первого .блока синхронизации и к сигнальному входу 5 фрегистра сдвига, соединенного управ., ляющим входом с выходом делителя час тоты, а выходом - с сигнальным входом второго блока синхронизации, подключенного управляющим входом к первому выходу генератора тактовых импульсов, а выходом - к первому счетному входу второго счетчика, соединенного выходом переполнения со вторым установочным входом триггера, установочным входом - с выходом первого узла обнуления, а вторым счетным входом - с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к второму входу первого элемента И и к втс- рому выходу генератора тактовых импульсов, соединенного третьим выходом с входом делителя частоты.На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит первый блок 1 синхронизации, соединенный сигнальным входом с входом дифференцируемой частоты, а управляющим входомс первым выходом генератора 2 тактовых импульсов, Преобразователь 3 широтно-импульсного сигнала в аналоговый подключен выходом к выходу уст" ройства, первым входом - к первому выходу три гера 4, первому входу первого элемента И 5 и к входу первого узла 6 обнуления,а вторым входомк второму выходу триггера 4, первому входу второго элемента И 7 и к входу второго узла 8 обнуления. Выход узла 8 соединен с установочным входом первого счетчи ка 9, подключенного выходом переполнения к первому установочному входу тригге" ра 4, первым счетным входом - к выходу элемента И 5, а вторым счетным входом - к выходу, блока 1 синхронизации и к сигнальному входу регистра 1 О сдвига, Регистр 10 соединен управляющим входом с выходом делителя 11 частоты, а выходом - с сигнальным входом второго блока 12 синхронизации . Бпок 12 подключен управляющим входом к первому выходу генератора 2, а выходом - к первому счетному входу второго счетчика 13, Счетчик 13 соединен выходом переполнения со вторым установочным входом триггера 4, установочным входомс выходом узла б обнуления, а вторым счетным входом - с выходом элемента И 7. Второй вход элемента И 75 9820подключен к второму входу элементаИ 5 и к второму выходу генератора 2,соединенного третьим выходом с входом делителя 11 частоты.Устройство работает следующим образом.Первый режим проводят при отсутствии импул ьсов дифферен цируемой частоты.В этом режиме генератор 2, которыйможет быть выполнен, например, на 0кварцевом генераторе опорной частоты,и формирователе коротких импульсов, вырабатывает на первом и втором выходах две последовательностинормализованных импульсов Р 1 и Р 2 1 Вс периодом следования Т, сдвинутыепо фазе относительно друг друга на180 ф а на третий выход генератора 2поступают импульсы частот Р 1 и Р 2. Импульсы частоты Р 2 поступают на вто-. щрые входы элементов И 5 и 7. Пусть, например , триггер 4 находитсяв таком состоянии, при которомна его первом выходе имеется высокийпотенциал, а на втором - низкий. При 5этом элемент И 7 закрыт, а элементИ 5 открыт и импульсы со второговыхода генератора 2 через элемент И 5 заполняют счетчик 9. Импульс:пе" . реполнения счетчика 9, поступая на . вход триггера 4, изменяют его состояние. На первом выходе триггера 4 по-является низкий потенциал, а на втором выходе - высокий, При этом элемент И 5 закроется, запрещая прохождение импульсов на счетчик 9, а узел 8 обнуления, выполненный аналогично узлу 6 на ключе и формирователе ко.- ротких импульсов, устанавливает счетчик 9 в нулевое состояние. Одновре;менно с этим отпирается эламент И 7 и импульсы со второго выхода генератора 2 начнут заполнять счетчик 13, Учитывая его нулевое начальное состояние и емкость (аналогично счетчикуаЗ 9),время его заполнения такое же, как и счетчика 9 . Следовательно, триг" гер 4 находится в колебательном ре", жиме, период Т, и частота т которого определяются соотношениями 35 й,Тт= Т 2; с-Рф ее т 2 Я 1где и - количество разрядов счетчика,И При этом длительность импульса с равна длительности паузы 1 и, со- ответственно, среднее значение нап . ряжения на выходе преобразователя 3равно нулю.Во втором режиме при Гк=сопзМ 0устройство работает следующим образом.Импульсы дифференцируемой частотыпоступают на сигнальный вход блока 1синхронизации и с его выхода вводятся на второй счетный вход счетчика 9синхронно и синфазно с импульсами тактовой частоты Р 1 с первого выхода генератора 2. Благодаря этому дифференцирующее устройство надежно защищено от сбоев и потери информации.В этом режиме в счетчик 9 до нацала его заполнения импульсами совторого выхода генератора 2 записано определенное количество импульсов частоты Г, что приводит к уменьшению времени его заполнения и, какследствие, к уменьшению периода ко"лебаний триггера 4. Кроме этого,импульсы дифференцируемой частотыпосле блока 1 синхронизации поступают также на регистр 1 О сдвига, вкотором задерживаются на время ХВремя задержки зависит от частоты импульсов на выходе делителя 11 частоты. Изменяя коэффициент деления дели.теля 11, можно смещать диапазон воэ"можного изменения дифференцируемыхчастот в область верхних или нижнихчастот; Импульсы с выхода регистра10 поступают на сигнальный вход блока 12 синхронизации и с его выходасинхронно и синфазно с импульсамитактовой частоты Р 1 вводятся на пер"вый счетный вход счетчика 13. Следовательно, время заполнения счетчика13 также сократится аналогично счетчику 9 и период переключения триггера 4 уменьшится. Таким образом,при постоянном значении дифференцируемой частоты, отличном от нуля,период колебаний на выходе триггера 4 уменьшится, но скважность этихколебаний по-,прежнему останется равной двойке и напряжение на выходепреобразователя 3 равно нулю,В третьем режиме при изменяющейся во времени дифференцируемой частоте работа устройства происходитследующим образом.Пусть значение дифференцируемойчастоты непрерывно возрастает с постоянной скоростью. При этом времязаполнения счетчика 9 непрерывноуменьшается, а время заполнениясчетчика 13 также уменьшается но со9820 Я 8 сдвигом во времени на величину T Это приводит к изменению скважности выходных широтноимпульсных си гналов триггера ч на постоянную величину и . на выходе преобразователя 3 появля-, ется аналоговый сигнал постоянного уровня. Чем больше скорость изменения дифференцируемой частоты, тем выше уровень выходного аналогового сигнала. Если дифференцируемая частота уменьшается, то на выходе преобразователя 3 также появляетоя аналоговый сигнал, но противоположного знака.Напряжение на выходе преобразователя 3 определяется соотношением я- М О ь К Ц -- - ) выл и о Тт где К - передаточный коэффициент препобразователя 3; Ц - напряжение питания преобраозователя 3. Длительность паузы с и длительность импульса 1 и выходного сигнала триггерасвязаны с входным значением Г дифференцируемой частоты и с задержанным значениемэтой частоты соотношениями вида, Определив 1 п и 1 из уравнения 2) и подставив в (1) можно, получить выражение для выходного сигнала устрой ства (на выходе преобразователя 3). х Ь, ММ% б . и Ю При этом максимальное значениеаифференцируемой частоты ограниласчено значением тактовой частоты,т,е.Гг.Х с,щ 2 ф а минимальное значение 1.; дифференцируемой частоты оГраничено временнем задержки, т,е. Емиит Сравнение предлагаемого дифференцирующего устройства с прототипом показывает, что диапазон изменения дифференцируемой частоты.у рассмотренного устройства примерно в 10 раз шире, а относительная погрешность в 2,7 раза меньше, при этом конструктивная реализация устройства упрощается за счет исключения третьего счетчика двух групп элементов И исхем разности. Все это определяеттехнико-экономическую эффективностьвозможного применения устройства. формула изобретения 0Цифро-аналоговое дифференци рующее устройство, содержащее счетчики, элементы И и первый блок синхро"низации, соединенный сигнальным вхо"дом с входом дифференцируемой часто ты, а управляющим входом - с первымвыходом генератора тактовых импульсов, о т л и ч а ю,:щ е е с я тем,что, с целью расширения диапазонадифференцируемых частот, повышенияточности и упрощения устройства, 20оно содержит регистр сдвига, второиблок синхронизации, делитель частоты, узлы обнуления, триггер и преобразователь широтно-импульсного сигнала в аналоговый, подключенный выходом к выходу устройства, первым входом -первому выходу триггера, первому входу первого элемента И и квходу первого узла обнуления, а вторым входом - к второму выходу триггера, первому входу второго элемента Ии к входу второго узла обнуления, со- .единенного выходом с установочнымвходом первого счетчика, подключенного выходом переполнения к первому уу установочному входу триггера, первымсчетным входом - к выходу первогоэлемента И, а вторым счетным входомк выходу первого блока синхронизациии к сигнальному входу регистра сдви га, соединенного управляющим входомс выходом делителя частоты, а выходом - с сигнальным входом второгоблока синхронизации, подкпюченногоуправляющим входом к первому выходу 4 у генератора тактовых импульсов, а выходом - к первому счетному входу второго счетчика соединенного выходом переполнения со вторым, установочным входом триггера, установочным входом - с выходом первого узла обнуления, а вторым счетным входом - с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к второму входу первого элемента И и к второму выходу генератора тактовых импульсов, соединенного третьим выходом с входом делителя частоты.102.Авторское свидетельство СССРй 711586, кл. С 06 6 7/18, 1977.3. Авторское свидетельство СССРИ 181919, кл. 6 06 1 3/00 у 19733 (прототИп). 982035 Сост ави тел ьедактор М.Петрова Техред И,Гергель нов ектор В. Нрохнен Заказ 97 аж 731рственногозобретенийЖ, Рау сное,Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Ис точни ки и нФор маци и,принятые во внимание при экспертизе1.Карпов Р, Г. Техника частотно- импульсного моделирования. М., "Машиностроение". 1969, с. 166, рис 93 70ТиВНИИПИ Госудпо делам113035, Мос кве е ж Подомитета ССоткрытийская наб