Частотное пороговое устройство

(51) 5 НО БЕ ЙЗОБРЕТ К ПАТЕ(о 7) Изобретение относится к имможет быть использовано в устрварийной автоматики, а также влюбых величин, преобразованныность изобретения; устройство1 эталонной частоты, делители 2,3, входную шину 5, выходнуювующими связями. 2 спф-лы, 3 Еомитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Московский агрегатный завод "Дзержинец"(73) Краскин Владислав Михайлович; Оиастро Ленид Моисеевич(54) ЧАСТОТНОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО пульсной технике и ойствах противоасистемах контроля х в частоту. Сущсодержит генератор4 частоты, триггер шину 6 с соответст. Это устройство обладает недостаточной надежностью функционирования из-зэ возможности несрабатывания, обусловленного отсутствием синхронизации в работе делителей. Кроме того, для перестройки частотного порога с целью организации гистерезиса в устройство введен специальный блок предустановки, цто усложняет конструкцию,Цель изобретения по первому варианту - повышение надежности функционирова-. ния,50 55 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах противоаварийной автоматики, а также в системах контроля любых величин, преобразованных в частоту. 5Известно устройство для допускового контроля частоты, представляющее собой двухуровневое частотное пороговое устройство и содержащее формирователь импульсов, ждущие мультивибраторы и триггеры, 10 выходы которых являются выходами устройства Я В этом устройстве фиксация нахождения частоты вхоцного сигнала в той или другой зоне осуществляется нэ основе сравнения длительности прямоугольных им пульсов, сформированных из положительной полуволны входного сигнала, с длительностями эталонных импульсов, генерируемых ждущими мультивибраторами, 20Недостаток описанного устройства - низкая точность, обусловленная нестабильностью параметров элементов времязэдающих цепей в мультивибраторах и . чувствительностью к искажениям формы кривбй входного сигнала. Кроме того, в этом устройстве не предусмотрены меры для создания гистерезиса с целью исключения режима "звонка" при наличии модуляции частоты входного сигнала. 30Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа частотное пороговое устройство, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого 35 подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, счетный вход которого подключен к входной шине, а 40 первый выход - к второму входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине 2. Второй делитель частоты в описанном устройстве имеет один выход, связанный одновременно с вторым входом 45 триггера и с входом установки нуля первого делителя частоты. С этой целью в частотном пороговом устройстве, содержащем генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, вь 1 ход которого подклюцен к первому входутриггера и входу установки нуля второго делителя частоты, счетный вход которого подключен к входной шине, а первый выход - квторому входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине, второй выход второго делителя частоты подключен к входу установки нуля первого делителя частоты,Цель изобретения по второму варианту- повышение надежности функционирования при одновременном упоощении перестройки частотного порога.С этой целью в частотном пороговомустройстве, содержащем генератор эталон-ной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты,выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, счетный вход которого подключен к входной шине, а первый выход - квторому входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине, первый делитель цастоты выполнены нэ счетчике импульсов с возможностью предустановки кода, а второй выход второго делителя частоты, подключен к входу установки нуля первого делителя частоты, по крайней мере один из входом предварительной установки которого подклюцен к первому или второму выходу триггера.В результате проведенных патентных исследований указанная совокупность отличительных признаков не обнаружена, Таким образом, заявленные варианты устройства соответствуют критерию "существенные отличия".На фиг, 1 представлена структурная схема частотного порогового устройства по первому варианту; на фиг. 2 - структурная схема частотного порогового устройства по второму варианту; на фиг. 3 - временные диагрвлмы, поясняющие работу устройства по второму варианту.Устройство по первому варианту содержит генератор 1 эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу.первого делителя 2 частоты. Выход последнего подключен к первому входу триггера 3 и входу установки нуля второго делителя 4 частоты, счетный вход которого подключен к входной шине 5, э первый выход - к второму входу триггера 3. Первый выход триггера подкгночен к выходной шине б, э второй выход второго делителя 4 частоты - к входу установки нуля первого делителя 2 частоты.зом ЗО 35 сЦ 45 г.) 55 Устройство работает следующим абраГенераторзталскной частоты (фиг, 1) Вырабатывает прямоуГольные импульсы зтзланкаи частоты Гзт БО ИИОГО раз превыша 1 ащие заданную частоту срабатывания устройства Ь, В качестве делителей 2 и 4 частоты используются счетчики-делители, причем первый делитель 2 частоты устанавливается в нулевое состояние сигналам низкого уровкя, а второй делитель 4 частоты - сигналом высокого уровня. Импульсы Входной частотыс входной шины 5 паступаот на счетный вход делителя 4 частоты, который осуществляет из пересчет. При атом на выходе Ом его и 1-го разряда формируется последовательность пряелоуголькых импульсов, длительность которых пропорциональна периоду входного сигнала, Поступая на вход установки нуля псрвого делителя 2 частоты, эти импульсы разрешзат этому делителю частоты пересчет эталонных импульсов, поступающих на его счетный аход с генератора эталонной частоты. При отсутствии импульса на входе установки куля делителя 2 частоты ан устанавливается в кулевае состояние. коэффициент деления этого делителя частоты выбирается таким, чтобы иктервал времени от начала пересчета эталонных импульсов этим делителем частоты до момента появления импульса на ега выхода С 2 был бы равен длительности импульса, формируемого на Выходе Ом делителем 4 частоты при Ь=Ьз. При Ь делитель 2 частоты успевает заполниться раньше, чем пропадет импульс, поступающий на его вход установки нуля с выхода Оп 1 делителя 4 частоты. Появляющийся при этом импульс на выходе ОП 1 делителя 2 частоты удерживает триггер 3 в состоянии "Г, фиксируя на выходной шине 6 устройства, что 11 з. Одновременна этотимпульс поступает на вход установки нуля делителя 4 частоты, устанавливая его в нулевое состояние. Пропадание при этом импульса на выходе Оы данного делителя частоты приводит к установке делителя 2 частоты а нулевое состояние, пр. этом снимается сиг - нал обнуления с входа установки нуля делителя 4 частоты, и Он Осуществляет пересчет последующих импульсов входной частоты. Описанный процесс периодически повторяется, При повышении частоты входного сигала да Гхз импульс иа выходе Йп 11 делителя 4 частоты пропадает раньше, чем успел бы заполнитьсл делитель 2 часта 1 ы, при этом последний каждый ра- обнуляется, а делитель 4 частоты непрерывна продолжает пересчет входных импульсаз, в результате чего паявляется импульс нз его выходе 02. При атом триггер 3 перебросы вается в состояние "3", фиксируя на выходной ШИНЕ 6 УСТРОЙСТВЗ, ЧТО Тхз, Последующие импульсьс на выходе Оы делителя 4 частОты лишь подтверждаат эта состояние триггера,Устройство по второму варианту содержит генераторэталонной частоты фиг. 2). выход которого подключен к счетному входу первого делителя 2 частоты. Выход последнего подключен к первому входу триггера 3 и входу установки нуля второго делителя 4 частоты, счетный вход которого подклочен к входной шине 5, а первый выход - к второму входу триггера 3. Первый выход триггера подключен к.выхсднай шине б, а второй выход Второго Делителя 4 частоты - к входу установки нуля первого делителя 2 частоты, который выполнен на счетчике импульсов с возможностью прЕдустановки кода. По крайней мере один из входов предварительной установки делителя 2 частоты подключен к первому или второму выходу триггера3,Принцип работы устройства по второму варианту Ояскяется на примере конкретной схемы, Выполненной ка микросхемах 564 серии, где 2 - программируемый счетчик-делитель 554 ИЕ 35, 3 - триггер О-типа 584 ТМ 2, 4 - суммирующий двоичный счетчик-делитель 564 ЫЕ О. Генератор 1 зтзланкай частотьс выполнен ка Основе кварцевого резонатора и вырабатывает прямоугольные импульсы этзлакнаи частоты тат 1 з.Устройство по второму варианту работает следующим Образам.Программируемый счетчик-делитель 2, ка счетный вход которого поступают прямоугольные импульсы с выхода генератора 1, работает в режиме периодического счета с заданным козффицеиентам деления, набираемым с помощью входов формировакия модуля Кз, К, Кс и предварительной установки." 16 Коэффициент деления выбирается в соответствии с атнашением ЬтЛз. а при срабатывании устройства происходит ега перестройка на более высокий уровень, соответствующий отношению Ь/(Ь- Ж), где Ж - ширина гистерезиса, Входы Кь, Кс служат также для запрета счета и установки программируемого счетчика-делителя 2 в исходное состояние Кь=К:.0). Один или оба зти входа в зависимости ат того, на какие из них Для Обеспечения выбранного модуля в ходе счета должен быть подан сигнал , подключены к выходу псрвага разряда два ичнага счетчика-делителя 4, На фиг. 2 показана подключение к этому выходу талька Входа Кс. Всс Другие входы ь соответствии сЗО З 5 40 45 50 прОГрзммнай уста 40 вки падключз)отся час тично к Выходам триггера (для обеспечения необходимой перестройки козффициецтз деления при изм 8 неции состояния Выхода устройства), остальное - к постояцным потенциалам ОО и 0",При поступлении Входных импу/сов с БхаДнай шины 5 нз сч 8 тный Бхад С Двоичного счетчика-делителя 4 (фиг, Зз) и соблюдении условий разрешения счета (4)се=. О, О/4=0) параключениа сигала нз выходе С 41 счет 144 ка происходит по переднему фронту КЗ)КДОГО ВХОДНОГО ИМПУЛЬСЗ, 3 СИГНЗЛЗ НЗ выходе 02 - по отрицательному фронту сигнала 4.,11, Пои атом нз Выходе О 1 Формируется пОсладаБзтельц ость им 1 ульсов, длительность которых равна периоду БходИОГО сиГнзлз устройства.С приходом первого вхаднсго импульса ца счетньй вход дваичцага счетчика-делителя сиг 4 зл с его Выхода О 1 запускает программируемый счетчик-делитель 2. При тхЬ прОГрзммируемый счетчик-делитель не успевает ЗЗПОЛНИТЬСЯ Зс П 8 РИОД )ХОДНОЙ ЧЗС- тать и по окончании Г 18 риодз с приходом следуОщега Бхадцаго импульса происходит П 8 Рек/Ючание СИГ 4 ЗЕОВ ЦЗ БЫХОДсах 411 И 02 дваичнога счетчика-делителя 4 (фиг, Зб, г), Прапзд 1;ие сигнала О 1 приводит к запрету с 4 стз прагрзмеируемы 1 с 18 тчикам-делите- ЛБМ 2 ИУстсана)1(8 8 ГО Б ИСХОДНО 8 СОСТОЯ- и ИЕ, З ПОЯ ЬЛЕЦ Ие СИГ ЦЗЛЗ 4.,42 - К срабатыванию триггера 3 (44 д=44, Из=О,о ОГ 4=0) и установке его в состояние "1" (фиг, ЗД), При этом сигнал "1" сего.прямого ВЫХОДЗ срИКСИРУет ЦЗ ВсХОД)ОЙ Шие 8 6 факТ ПОБЬШБНИЯ ЧсЗСТОТЫ, 4 сЗМГ-:Н 841 И 8 СИГНсЛОБ нз прямо 1 и инверсеае 4 Выходах привацит к перестройке коэффициента деления пра- Г 7 ЗЕЕс)117 уеИОГО Счетчика-делителя 2. ТОГерЬ триггсер Окззывзе-ся Б состоянии 1" щ тех пор, пока контролируемая частота т ца стаНЕт Мецьще, Чемсз- ЙГ, При СЕИ 7 КСс 14 И ЧаС- таты БХОДНОГа СИПала ДО 1 хтз - Ю Б первом хне контг)олируемам периоде проГ 7 с)е 4 миРУемый счетчик Делитель 2 Усп 8 Взет заг)ал 14 иться, и сигнал с ега Быхадз (фиг, Зв) Обгуляет Двоичный счегс 1 ик-Д 8 лит 8 ль 4 (фиГ, Зб) И ТЭИГГар 3 (фИГ. ЗД), 4+,)АГЕсЛ 0 С 8 ГО прямого Бцхада фиксируетез Выходной шине 6 факт отсутствия ПОБ 1.,1 цение частс)ты, Изменение состояция Выходов триггера ведет к перестройке козфоиц 418 тз деления прогрзем 411 оуемаго счетчика-делителя 2 ца каэффи Циент, соответстБУОЩий частоте 1 з В частотном пороговом устройствс;, выбранном зз прототип, в ыявгБниа соотноц)еНИЕ ЧаСтатЫ ВХОДНОГО С,И Цада 1 х И ЗаДаННОй осуществляется и)/тем сравнения дли 10 20 тельности пауз сигналов. формируемых на выхода делителей. Б то же Бремя из-за отсутствия синхронизации в работе делителей временной сдвиг между началами зтих пауз может быть произвольным, что приводит к нестабильности времени срабатывания устройства, а при Определенных условиях к его несрабатыванию.Проведем анализ работы устройства при изменении частоты входного сигнала с х (тх тз) на ЬхТ (х тз), Предварительно обозначимм 1 и 442 - козффициент деления первого и второго делителей;ти 1, Т и 2 И Тп 1 Х п 2 - ДЛИТЕЛЬНОСТ ИМ- пульсов и пауз в выходных сигналах первого и второго делителей;1, 1, 1Тх= - , Тз=- - , Тзт= - , ЬТХ=Тз-Тхтх тз тзтБудем считать, что длительность выходных импульсов делителей пропорциональна периоду их входных сигналов, при зтам К 1 и К 2 козффициенты пропорциональности для первого и второго делителей, Тогда можно записатьТИ 1=Тз)(ч 1 К 1) Г п 2=Тх(ч 2 К 2)УЧИтыВаЯ УСЛОВИЕ СаабатЫБЗЦИЯ ( тп 1- =Гп 2 Г)РИ тх=ез) п 1=Тз(Й 2 - К 2).Пусть в исходном состоянии Ьб. При Зтам Гп 2 тп 1 И ИМПУЛЬСЫ На ВЫХаДЕ ПЕРВОГО делителя появляОтся раньше, чем нз выходе второго и, поступая ца установочный вход Второго делителя, периодически устанавливаот его Б исходное состояние.В момент То происходит изменение частоты Входного сигнала с Гна т Т, отсчет То ведется от начала данного периода (начала паузы) выходного сигнала первого делителя.Нетрудно проверить, что при Тос - зв -тттз 42 в .К 2) В ПЕРВОМ ПСрИОДВ Вы.ходного сигнала первого делителя срабатывания устройства не происходит. Чтобы устройство сработало необходимо, чтобы Временной сдвиг между началами отсчета пауз В одном из последующих периодов был меньше опредагенной величины, Это условие можно записать следующим обраЗом:0 Т 4)+ТхГп - Тзт Г 11 п Гп 1 Т п 2 (1) где и - число периодов выходного сигнала первого делителя;Гп - число периодов входного сигнала устройстваПреобразовав неравенство (1) в БидТоТзтГЧ 1 ЛТхй 2Я 2 (2) Т Тх Тх10 2004071 ду первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты,о счетный вход которого подключен к входной шине. а первый выход - к второму входу триггера, первый выход ко,торого подключен к выходной шине, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования при одновременном упрощении перестройки частотного порога, первый делитель частоты выполнен на счетчике импульсов с воэможностью предустановки кода, а второй выход второго делителя частоты подключен к входу установки нуля первого делителя частоты, по крайней мере один иэ входов предварительной установки которого полключен к первому или второму выходу триггера. формула изобретения1. ЧАСТОТНОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу 45 триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, счетный вход которого подключен к входной шине, а первый выход - к второму входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине, 50 отличающееся тем, что, с целью повывения надежности функционирования, второй выход второго делителя подключен к входу установки нуля первого делителя частоты.552, Частотное пороговое устройство, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному вхопроведем анализ гарантий срабатыванияустройства. С 1,ТхВ этом случае срабатывание устройства 5 не может быть гарантировано.Тзт - К 1 Действительно, если Т целоеТх число и То выбрать таким, чтобы дробная часть отношения находилась в пределах 10ЬТх Яг - Кг То Тос 1то условие (2) не может быть выполнено ни при каких п 1 и п, следовательно, в этом случае устройство не срабатывает,. В этом случае срабатывание устройствагарантируется, причем уже на втором периоде выходного сигнала первого делителя,поскольку, учитывая, что ТоТэтИ 1, условие(2) всегда выполнимо уже прип=1,Таким образом, для обеспечения функциональной надежности устройства при малых отклонениях частоты необходимовыбирать большой коэффициент деленияИг, а это приводит к увеличению временисрабатывания устройства. что во многихслучаях недопустимо.Рассмотрим конкретный пример.Предположим, что второй делитель выполнен в виде последовательно соединенных триггерных ячеек. В этом случаескважность выходных импульсов делителя2равна двум и Иг-Кг= - .2 Пусть требуется обеспечить гарантированное срабатывание устройства при повышении частоты входного сигнала на 1(.ЬТхПоскольку в этом случае = 0,01, то слеТхдует выбрать Мг 200, т.е. 2 ЬГПусть 1составляло 99 тз. Накладывая условия несрабатывания в первом периоде выходного сигнала первого делителя (То 64 Тз), выбираем То=64,1 Тз. Тогда максимальное бремя срабатывания определим иэ выражения МгТсрмакс=М 2 Тз Томин+Тх - (2 56 - 64, 1)Тз+2+Т 0 - 1-Тз=318,6 Тз128Таким образом, в рассматриваемом случае время срабатывания устройства может достигать 318,6 периода заданной частоты срабатывания.В предлагаемом устройстве этотнедостаток ликвидируется за счет синхронизации запуска счета программируемого счетчика-делителя на частоте входного сигнала (передним фронтом входного импульса) и выбором бт 1 з, При - "101 эт 3 з максимальный временной сдвиг начала отсчета сравниваемых по длительности сигналов не превышает Тэт=О,Ч ф Тз.(56) 1, Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1478315, кл. Н 03 К 5/26, 1987.2. Авторское свидетельство СССР М 661761, кл. Н 03 К 5/26, 1977.2004071 Ко ор С,Юско д, ул. Гагарина, 1 оизвод ктор Т.Юрчикэ 3328 станитель В,КрасТехред М,Моргент Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва. Ж, Раушскал наб., 4/ нно-издательский комбинат "Патент", г.