Цифровой умножитель частоты следования импульсов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в из"мерительных информационных системахразличного назначения,Известен цифровой умножитель частоты следования импульсов, содержащий последовательно соединенные формирователь импульсов, блок управления,первый вентиль, первый. делитель частоты, выход которого подключен квторому входу блока управления, первый регистр памяти, первую схему переноса, второй делитель частоты иэлемент И, к выходу которого, являющемуся выходом цифрового умножителячастоты, подключен через элемент ИЛИ 15другой вход первого блока переноса,последовательно включенные между выходом первого и другим входом второго делителя частоты, второй регистрпамяти, другой вход которого соединен 20с входом второго и выходом первоговентилей, второй блок переноса, дру"гой вход которого соединен с выходомэлемента И, параллельный сумматор,другой вход которого соединен с выходом третьего блока переноса, триг 25гер задержки и третий вентиль, а также генератор импульсов эталонной час.тоты, выход которого соединен с вторыми входами триггера задержки, первого и третьего вентилей, при этом З 0выход блока управления соединен с выходом третьей схемы переноса, с вторыми входами второго вентиля и элемента ИЛИ и третьим входом третьеговентиля 1.Данный умножитель имеет невысокую точность умножения, работает только в стартстопиом режиме,.т.е. не поз" воляет осуществлять непрерывное ум 50 ножение меняющейся во времени частоты с заданной точностью, обладает избыточным объемом используемого оборудования.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой умножитель частоты, содержащий последовательно соединенные формирователь импульсов, блок управления, первый вентиль, первый делитель частоты, первый счетчик импульсов, выход которого подключен к второму входу блока управления, первый регистр, первый блок.йерено" са блок элементов И), второй делитель частоты, второй счетчик импульсов и элемент И, к выходу которого являющемуся выходом цифрового умно- жителя частоты, подключен через элемент ИЛИ другой вход первого блока переноса, последовательно включенные между выходом первого и другим входом второго делителя частоты второй регистр памяти, другой вход которого соединен с входом второго и выходом первого вентилей, второй блок переноса 1,второй блок элементов И, дру 40 45 55 60 б 5 гой вход которого соединен с выходом элемента И, параллельный сумматор, другой вход которого соединен с выходом третьего блока переноса, триггер задержки и третий вентиль, а также генератор импульсов эталонной частоты,о выход которого соединен с вторыми входами триггера задержки, первого и третьего вентилей, при этом выход блока управления соединен с входом третьего блока переноса, с вторыми входами второго вентиля и элемента ИЛИ и третьим вХодом третьего вентиля, между выходом второго вентиля и другим входом третьего блока переноса включены последовательно соединенные триггер и регистр сдвига, вторые входы которых подключены к выходу блока управления, при этом третий вход блока управления соединен с выходом параллельного сумматора 2Известное устройство характеризуется недостаточно высокой точностью умножения и сложностью.Цель изобретения - повышение точности уйножения при одновременном упрощении устройства.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой умножитель частоты следования импульсов, содержащий генератор опорной частоты, два счетчика импульсов, два регистра, первый Формирователь импульсов, первый элемент ИЛИ, элемент задержки, три элемента И и первый и второй блоки элементов И, выходы которых Подключены блоку элементов ИЛИ, выходы которого подключены к информационным входам сумматора, введе ны второй Формирователь импульсов, третий счетчик импульсов и второй элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй вход - к выходу генератора опорной частоты и суммирующему входу первого счетчика импульсов, выходы которого подключены к информа ционным входам первого регистра, а импульсный выход - к суммирующему входу второго счетчика импульсов, выходы которого подключены к, информационным входам второго регистра, выходы которого соединены с информационными, входами тре-. тьего счетчика импульсов, вычитающий вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а суммирующий вход - с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго формирователя импульсов и первому входу первого элемента И, второй вход которого подключен к входу переноса сумматора, нуле вому выходу старшего разряда первого. регистра и управляющему входу перного блока элементов И, информационныевходы которого соединены с нулевыми выходами остальных (мпадших).разрядов первого регистра, единичные выходы которых подключены кинформационным входам второго блокаэлементов И, управляющий вход которого подключен к второму входу второго элемента И и единичному выходустаршего разряда первого регистра,управляющий вход первого регистрасоединен с управляющим входом второго регистра, первым управляющим входом сумматора, выходом первого формирователя импульсов, входом элемента задержки, выход которого подключен к установочным входам первогосчетчика импульсов, второго счетчикаимпульсов к первому входу второгоэлемента ИЛИ, второй вход которого,соединен с выходом третьего счетчикаимпульсов и первым входом третьегоэлемента И, а выход -. с управляющимвходом третьего счетчика импульсови вторым управляющйм входом сумматора выход которого подключен квходу второго Формирователя импульсов, второй вход третьего элементаИ подключен к шине блокировки, а вы.ход является выходом устройства.На чертеже представлена структурная .схема устройства,устройство содержит генератор.1 опорной частоты, регистры 2 и 3сдвига, блоки 4 и 5 элементов И,блок 6 эЛементов ИЛИ, сумматор 7,Формирователи 8 и 9 импульсов, элементы И 10 - 12, счетчики 13 - 15импульсов, элементы ИЛИ 16 и 17,элемент 18 задержки,Цифровой умножитель работаетследующим образом.Входной периодический сигнал с,периодом Тпоступает на Формирователь 8, Формирующий короткиепрямбугольные импульсы, период которых тоже равен Т 8 . Генератор 1вырабатывает стабильные импульсыс периодом следования Т , которыепоступают на суммирующий вход счетчика 13. На его импульсном выходеформируется импульсная последователь.ность с периодом Т К ( К - коэфоФициент деления счетчика 13, равныйзаданному коэффициенту умножениячастоты). Эти импульсы поступаютна суммирующий вход счетчика 14.За первый (после включения устройства) период входного сигналаосуществляется автоматическая настройка устройства на работу. Вэтот период времени выходные сигналы не отражают требуемую зависимостьТЫ = Т/К. Для блокировки этихсигналов. используют элемент 12,включенный на выходе устройства.Первый импульс с выхода Формирователя 8 осуществляет перезаписькодов из счетчиков 13 и 14 в регист5 ры 2 и 3 соответственно и установку сумматора 7 в ноль. Однако во время, первого периода входного сигнала их состояние не отражается на выходном сигнале ( выход устройства заблокирован). Этот же сигнал, но задержанный элементом 18 на время перезаписи кодов, устанавливает в счетчике 14 код 11,. в счетчике 13 - код К/2, в сумматоре 7 - прямой или дополнительный .код содержимого регистра 2, а в счетчике 15код, равный коду регистра 3 (сигна"лы на сумматор 7 и счетчик 15 поступают через элемент 17), но онн впервый период входного сигнала не оказывают влияния (выход устройствазаблокирован),За период времени Тэх на входсчетчика 13 поступает Тэ/То импульсов, следовательно, с учетомначального состояния счетчика 13,к техна вход счетчика 14 поступит К=3( - фТо+Я/К=. К 4-импульсов. Максимальная ошибка йэйзрения периода входного сигнала уменьшается в два раза,так как в прототипе.й= 3 . ЗдесьохЭ Г означает целую часть. С учетом того, что исходным состояниемсчетчика 14 является код 11, вэтом счетчике за период ТВх будет30 код И -1, так как первый импульсс выхода счетчика 13 устанавливаеткод 00 в счетчике 14.Следующий импульс с выхода формирователя 8 также осуществляет переЗ 5 запись кодов из счетчиков 13 и 14в регистры 2 и 3 соответственно.Таким образом, в регистре 2 хранится код ошибки измерения ТЭ с учетомее знака. Причем, если в старшем40 разряде в старшем триггере) регистра 2 код 1, то ошибка измерения Тприведет к уменьшению кода, т.е.Т 1 й То; если в старшем разряде О,то Тх с й Те, Код модуля ошибки Ьйхранится в остальных разрядах (триг 45 герах) регистра 2. Следует отметить,если в старшем разряде Э , то кодмодуля ошибки равен дополнительномукоду числа,хранящегося в младших(,без одного старшего) триггерах ре 56 гистра 2. В это же время в регистре3 записан и хранится код И. Задержанный сигнал с выхода элемента18 опять устанавливает в исходноесостояние счетчики 13 и 14, в сумма 55 тор 7 переписывается соответствую, щий код из регистра 2, а в счетчик15 (через элемент 17 ) переписываеткод .й -1. Состояние регистров 2 и 3не изменяется в течение времени Т 8 х,.т.е. до прихода следующего импульсас формирователя 8. Импульсы с генератора 1 с периодом следования Тпродолжают через элемент 16 поступатьиа вычитающий вход счетчика 15 и суммирующий вход счетчика 13. При этом65 каждый импульс, поступивший на выСигналкоррекции Младшийразряд Старший разряд 0 0011"прямой код0110 1 1 2 1 011+3/16 +б/16 -7/16 -4/16 -1/16 +2/16 +5/16 -8/16 -5/16 1001 31 011 1100 011 011 0010 011 0101 011 1000 1011 011 1110 читающий вход счетчика 15, уменьша-ет его содержимое на единицу. Следо;вательно, через время ( й -1) Т 6код счетчика 15 становится. нулевым,а следующий импульс вызывает его"отрицательное переполнение и на его 5выходе возникает сигнал.(импульс),Этот импульс, проходя через элемент17, осуществляет запись в счетчик 15кода М.-1.0Как следует из изложенного, период следования выходных импульсов Тюх= М ТрхТф, что и требовалось получить. Однако ошибка ДТ = ДМ места положения (во времени). выходного импульса при этом может достигать по модулю величины Т /2 ( в прототипе Т ) и должна была бы накапЛиваться, если бы не импульсы, Формируемые на выходе сумматора 7. В сумматоре 7 осуществляется накопление суммы вида ф ЬТ;, где 1-,номер импульсас выхода счетчика 15, т,е. каждый импульс с выхода счетчика 15, поступая на управляющий вход сумматора 7 (через элемент 17, осуществляет 25 прибавление к содержимому сумматора 7 модуля величины ошибки измерения периода Т(. Очевидно, что именно на эту величину будет отличаться период выходных импульсов. Заметим, 30 что при Ту;7 Й Т на информационные входы сумматора 7 поступает (через блоки 5 и 6( прямой код ,(с единичных. выходов триггеров) величины, хранящейся в регистре 2. Если же 35 Т,То ( т,е. в старшем разряде регистра 2 код "0"), то на информационные входы сумматора поступает обратный код (с нулевых выходов тригСодержимое регистра 2 геров) величины, хранящейся в регист ре 2. Одновременно на вход переноса сумматора 7 поступает сигнал, сосответствующий единице младшего разряда сумматора. Так из обратного кода Формируется дополнительный код.Еапи ЬН 4 О, то через некоторое время (например, по приходу и-го импульса с выхода счетчика 15 в старшем разряде сумматора 7 появится ф 1 ф. Это сигнализирует о том, что при Формировании следующего (,.эиФ 1) "го выходного импульса ошиб" ка накопления ЬТ, превысит величину Т /2. Поэтому в момент появления. "1" в старшем разряде сумматора 7 формирователь 9 Формирует импульскоррекции, который поступает либо на суммирующий вход (через элемент 11), либо на вычитающий вход (через элементы 10 и 16) в зависимости от того, что хранится в старшем триггере регистра 2, или, что то же самое, в зависимости от того, ошибка Дй уменьшила или увеличила код относительно значения Т /Тд К. Импульс коррекции изменяет (умейьшает или увеличивает время) появления (м+1 )-го выходного импульса на То, Следовательно, ошибка положения во времени (,а+1) -го выходного импульса изменит свой знак, но по модулю станет меньше величины Т /2, В дальнейшем работа происходйт аналогично описанному выше.Процесс формирования импульсов коррекции поясняется следующей таблицей, в которой рассмотрено два при мера: .ЬМ: +0112, = 3/16 и ьй =о,= "101 щ - 5/16, при этом взят ,четирехразрядный регистр 2.,7 Продолжение таблицы Сигналкоррекции Ошибка Содержимое сумматора 7 Старший разряд Младший разряд 011 10 000116 011Таким образом, введение новых элементов и соответствукицих функциональных связей вместо блока управления, многовходового элемента И и триггера обеспечивает. предлагаемому устройству по сравнению с известным повышение точности измерения периода вход входного сигнала в предлагаемом мак-. симальное значение ошибки+ КТ 0/в .известном КТ; зто важное преимущество, так как умножнтели обычно исполь 1001 -4/16 1110 +7/16+2/16 -3/16 +8/16. +3/16 -2/16 -7/16 +4/16 -1/16 -б/16 +5/16 зуют одновременно и как измерители периода.Кроме того, обеспечивается возможность умноженияизменяющихся по частоте входных сигналов в непрерывном режиме, что не только расширяет область использования устройств аналогичного назначения, но и уменьшает величину динамической ошибки, а также уменьшается обьем используемого оборудования.1034146 Составитель О. Кружилинаедактор В. Петраш Техред И.Гай Корре А. Тяско 6го а а иал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 641/57 ТиражВНИИПЙ Государственпо делам изобрете 113035, Москва, Ж,Подписомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5