Преобразователь частоты в напряжение

СОЮЗ СОВЕТСНИХ иииииииииииииии СПУЬЛИН(51)4 Н 03 М 1/ ПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ Щ ч1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт автоматики и процессоуправления с вычислительным центромДальневосточного научного центраАН СССР(72) А,С.Чариков(56) Авторское свидетельство СССРУ 577666, кл. Н 03 К 13/02, 1977.Авторское свидетельство СССРй 834885, кл. Н 03 К 9/06, 1981.(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и можетбыть использовано в системах автоматического управления. Цель изобретения состоит в повьппении разрешающейспособности преобразователя на средних и высоких частотах диапазона засчет автоматического выбора периодапреобразования в зависимости от диапазона входной частоты. Число периодов входной частоты, на протяжении1295520 которых необходимо проводить очередное преобразование, определяет датчик 19 диапазона преобразования, Кодэтого числа хранится в регистрах 10,11 и является задатчиком коэффициента деления для управляемого делителя20 входной частоты. Блок 7 управления по фронту входного сигнала, поступающего с формирователя 1, вырабатывает через следующих друг за дру"гом управляющих сигнала, имеющихдлительность, равную нескольким периодам сигнала генератора 15 опорнойчастоты. Элементы И 2, 3, 4, 5, 6,управляемый делитель 20 с регистром9 и блоком 7 обеспечивают работусчетчика 8 и сохранение кода накопленного числа, пропорциональногодлительности заданного количества Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления.Цель изобретения - повышение разрешающей способности преобразователя на средних и высоких частотах диапазона за счет автоматического выбора периода преобразования в зависимости от диапазона входной частоты.На фиг.1 изображена функциональная схема преобразователя частоты в код и напряжение, на фиг.2 - блок управления, на Фиг,З - временные диаграммы сигналов на его входах и выходах, на фиг.4 - датчик диапазона преобразования.Преобразователь частоты в напряжение содержит формирователь 1 импульсов, элементы И 2-6, блок 7 управления, счетчик 8 импульсов, регистры 9-11, резистивную матрицу 12, группы ключей 13 и 14, генератор 15 опорной частоты, операционный усилитель 16, источник 17 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18, датчик 19 диапазона преобразования, управляемый делитель 20 частоты, элементы НЕ 21-23, входную шину 24, выходную шину 25. периодов входного сигнала, а первая13 и вторая 14 группы ключей, реэистивная матрица 2, операционный усилитель 16, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18 и источник 17 опорного напряжения преобразуют код вобратно пропорциональное ему напряжение. Таким образом, выходное напряжение преобразователя на выходнойшине 25 обратно пропорционально длительности определенного датчиком 19числа периодов входного сигнала. Приэтом оно пропорционально выходномунапряжению ЦАП 18, обеспечивающеголинейность характеристики устройства,соответственно увеличивая свое выходное напряжение, которое являетсяопорным для операционного усилителя16. 2 э.п, ф-лы, 4 ил,2Блок 7 содержит элемент И 26,счетчик 27 импульсов, элемент И-ИЛИ28, элементы И 29-31.Датчик 19 диапазона преобразова 5 ния содержит элемент НЕ 32, элементы И 33 и 34, триггер 35, счетчик36 импульсов, запоминающее устройство 37. Блок 7 управления предназначен для вырабатывания по началу выходного импульса Формирователя 1четырех, следующих друг за другоми выдаваемых по разным цепям командуправления О 1, Н 2, 03, 04. Длительность каждой из них равна длительности некоторого постоянного числапериодов сигнала опорного генерато-фра,Управляемый делитель 20 (входной)частоты предназначен для Формирования на своем выходе в начале каждого ш-го периода преобразуемой частоты сигнала, разрешающего прохождение д команд управления через элементыИ 4-И 6, и имеющего длительность, большую суммарной длительности команд Н 1-04, Код, соответствующий числу в, поступает на разрядные входы делите- ЗО ля с разрядных выходов датчика 19диапазона.3 1295Датчик 19 представляет собой блок, на разрядных выходах которого на каждом периоде преобразуемой частоты по командам Б 1, 04 появляется цифровой код, соответствующий номеру дна пазона, в котором в данный момент находится частота входного сигналаВ каждом диапазоне преобразование производится за некоторое заранее определенное для каждого диапазона число периодов входной частоты ш.Команда У 1 останавливает работу датчика диапазонов для того, чтобы в нем закончились все переходные процессы, после чего на его разрядных 15 выходах появляется код номера диана- зона, в котором находится входная частота. После считывания кода вуправляемый делитель 20 частоты и регистр 10 команда 04 устанавливает датчик 19 диапазона в начальное состояние для работы на следующем периоде входной частоты, Датчик диапазона может иметь. гистерезисную характеристику.Преобразователь работает следующим образом.Входной сигнал поступает на вход формирователя 1, где преобразуется в импульсную форму, необходимую для 30 работы логических и пересчетных схем. Частота сигнала при этом сохраняется.При поступлении с выхода формирователя 1 ш-го.(от конца предыдущего интервала преобразования) импульса З 1 управляемый делитель 20 входной частоты выдает сигнал, открывающий элементы И 4-6. В противном случае счетчик 8 продолжает подсчет импульсов опорного генератора, команды У 1, 04 40 поступают только на входы датчика диапазона для обеспечения его работы на очередном периоде входной частоты, выработанный им на предыдущем перно" де выходной код сбрасывается. При открытых элементах И 4-6, команда 01 через элемент НЕ 23 поступает на вход элемента И 2 и закрывает его. Импульсы генератора 15 опорной частоты перестают проходить на вход счетчика 50 8, что дает возможность закончиться переходным процессам в нем и на его выходах устанавливается код числа и . импульсов генератора 15 опорной частоты, подсчитанных счетчиком за ш М периодов входного сигнала. Команда 02 через элемент НЕ 22 продолжаетзакрывать элемент И 2 и переносит код 520счетчика 8 в регистр 9, где он сохраняется на протяжении следующего периода измерения. Этой же командой в регистр 11 заносится код номера диапазона, соответствующий числу ш периодов входного сигнала, за время прохождения которых подсчитывались импульсы генератора 15 опорной частоты. Разрядные выходы регистра 11 подключены к разрядным входам ЦАП 18, на выходе которого появляется напряжениеУ =ошБгде О, - выходное напряжение источника 17 опорного напряжения,- коэффициент передачи ЦАП 18Разрядные выходы регистра 9 управляют первой 13 и второй 14 группами ключей, которые вместе с резистивной матрицей 12 и операционным усилителем 16 представляют собой цифроаналоговый преобразователь, переводящий код числа и на выходе регистра 9 в обратно пропорциональное ему напряжение, которое появляется на выходе операционного усилителя 16 и равнощ з0вых ргде Р - коэффициент передачи резистивной матрицы 12,С учетом выражения для Б и того,что число и пропорционально длительности ш периодов входного сигналащ,вх получимц . ЧШ"а - ЗВвых Рру вЬ огде Й, " частота опорного генератора,Г- входная частота.Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя 16 про-. порционально входной частоте. Если в счетчике 8 записалось предельное число импульсов, которое задается соответствующим включением элемента И 3, то на выходе элемента,И 3 появляется сигнал, закрывающий через элемент НЕ 21 элемент И 2. В дальнейшем до конца интервале преобразования на выходе преобразователя поддерживается напряжение, соответствующее минимальной входной частоте. Командой ПЗ счетчик 8 устанавливается в начальное состояние, при котором на его выходе появляется код числа К, 5 12 равного числу импульсов генератора 15 опорной частоты, составляющему суммарную длительность команд Б 1, 02, 03. Это необходимо для устранения возникающего рассогласования, так как по началу команды 01 заканчивается очередной период измерения и начинается следующий, и, если бы счетчик работал, то за время прохождения команд Б 1, 02, ПЗ в нем накопилось бы число К. Одновременно этой же командой ПЗ новый код номера диапазона швыработанный датчиком диапазона на последнем закончившемся периоде входного сигнала, заносится в регистр 10 и в управляемый делитель 20 входной частоты. Следователь" ио на очередном периоде измерения будут подсчитаны импульсы генератора 15 опорной частоты на протяжении ш, периодов входной частоты, а в регистре 10 будет сохраняться код числа ш , Далее при поступлении 1-го, 2-го(ш,-1)-го импульсов входного сигнала блок управления будет вырабатывать команды 01-04, управляющие только датчиком 19 диапазона, потому что элементы И 4,5,6 будут закрыты. При поступлении ш -го импуль 1 са на выходе управляемого делителя 20 входной частоты появляется сигнал, открывающий элементы И 4,5,6, после чего весь цикл измерения повторяется. Целое число и, накапливаемое счетчиком 8 за ш периодов входной частоты, равногде- целая часть числа.Приращение дп, соответствующее приращению входной частоты дГ дается выражением4 п=-шГ, дКИдТак как и - целое, то минимальное значение да=1, следовательно, минимальное различимое преобразователем приращение:входной частоты равнок(Ы)= - ф-"- .коФормула изобретения1. Преобразователь частрты в напряжение, содержащий первую и вторую группы ключей, Формирователь импульсов, вход которого является входной шиной, источник опорного напряжения, и первый элемент И, первый и второй 95520овходы которого соединены соответственно с выходами генератора опорнойчастоты и первого элемента НЕ,а выходподключен к счетному входу счетчикаимпульсов, выходы которого соответственно соединены с информационными1 входами первого регистра, инверсные выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами второй группы 10 ключей, выходы которых соответственнообъединены с выходами первой группыключей и подключены к соответствующим входам резистивной матрицы, выход которой соединен с инвертирующим 15 входом операционного усилителя, выход которого является выходной шинойи подключен к объединенным между собой коммутационным входам первойгруппы ключей, управляющие входы ко торых соответственно соединены спрямыми выходами первого регистра,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения разрешающей способности преобразователя на средних 25 и высоких частотах диапазона, в неговведены второй и третий регистры,цифроаналоговый преобразователь, блокуправления, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, второй и 30 третий элементы НЕ, управляемый делитель частоты и датчик диапазонапреобразования, первый вход которогообъединен с первым входом блока управления и подключен к выходу геке ратора опорной частоты, а второйвход объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к первому выходу блока управления, второйвход которого объединен с частотным 40 входом управляемого делителя частоты и подключен к выходу формирователя импульсов, второй и третий выходы соединены соответственно с первыми входами четвертого и пятого эле ментов И, а четвертый выход подключен к третьему входу датчика диапазона преобразования, при этом информационные входы второго регистраобъединены с соответствующими инфор мационными входами управляемого делителя частоты и соответственно подключены к выходам датчика диапазонапреобразования, вход записи второго,регистра объединен с входом установ ки начального значения счетчика импульсов и с входом синхронизацииуправляемого делителя частоты и подключен к выходу пятого элемента И,а выходы второго регистра соответст 7 1 венно соединены с информационными входами третьего регистра, вход записи которого объединен с входом записи первого регистра и входом первого элемента НЕ и подключен,к вы ходу четвертого элемента И, а выходы третьего регистра соответственно соединены с первыми входами цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения, а выход - с неинвертирующим входом операциоьного усилителя, причем входы второго элемента И соединены с соответствующими выходами счетчика импульсов, а выход второго элемента И через третий элемент НЕ подключен к третьему входу первого элемента И, четвертый вход которого через второй элемент НЕ подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого объединен с вторыми входами четвертого и пятого элементов И и подключен к выходууправляемого делителя частоты, а ком мутационные входы второй группы ключей объединены и являются шиной ну-, левого потенциала.2. Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления выполнен на счетчике импульсов, четырех элементах И и элементе И-ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управления, а первый вход объединен с первым входом четвертого элемента И и подключен к первому прямому выходу счетчика импульсов, первый инверсный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого объединен с вторыми входами четвертого элемента И и элемента И-ИЛИ и подключен к второму прямому выходу счетчика импульсов, второй инверсный выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого является вторым выходом бло 295520 8ка управления, а второй вход объединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И и подключен к третьему прямому выходу счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого является первым входом блока управления, вторым входом которого является второй вход счетчика импульсов, а третьим и четвертым выходами являются соответственно выходы третьего и четвертого элементов И, при этом третий и четвертый входы элемента И-ИЛИ объедииены и подключены к третьему инверсному выходу счетчика импульсов, чет-.вертый инверсный выход которого соединен с вторым входом первого элемента И.3. Преобразователь по п.1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что датчик диапазона преобразования выполнен на двух элементах И, элементе НЕ, счетчике импульсов, запоминающем устройстве и триггере, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом переноса счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И; первый вход которого соединен с выходом триггера, второй вход является первым входом датчика диапазона преобразования, а третий вход объединен с Зэ вторым входом первого элемента И иподключен к выходу элемента НЕ, вход которого является вторым входом. датчика диапазона преобразования, выходами которого являются соответствующие выходы запоминающего устройства, входы которого соответственно соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, вход сброса которого объе" динен с вторым входом триггера и является третьим входом датчика диапазона преобразования.1295520 и 4 оставитель В.Войтехред В.Кадар едактор С.Патрушев орректор М. С кая аз 627/6 Тираж 902 НИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рау