Частотное пороговое устройство

митет Российской Федерации патентам и товарным знакамствах противоастемах контроля частоту. Сущржит генератор тастоть триггер чьсов, выходную твующими свястрои может быть использовано вварийной автоматики, а также в силюбых величин, преобразованных вность изобретения: устройство соде1 эталонной частоты, делители 2, 43, формирователь 6 коротких импушину 5, входную шину 7 с соответсзями, 2 сл,ф-лы,3 ил.Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано в устройствах пративоаварийной автоматики, а также о системах контроля любых величин, преобразованных в частоту, 5Известно устройство для допусковогоконтроля частоты, представляющее собой двухуровневое частотное пороговое устройство и содержащее формирователь импульсов, два последоватЕльно вкл 1 оченных 10 ждущих Мультивибратара и триггеры, выходы которых являются выходами устройства 11, Для исклОчения ложных срабатываний устройства при изменении частоты входного сигнала в широком диапазоне управле ние подачей импульсов с выхода формирователя на вход первого ждущего мул ьтивибратара осуществляется дополнительной схемой управления. Действие устройства основано на сравнении 20 длительности прямоугольных импульсов, сформированных из положительной полувалны входного сигнала, с длительностью эталонных импульсов, генерируемых ждущими мультивибраторами, 25Описанное устройства имеет низкуюточность, обусловленнуа недостаточной стабильностью эталонных импульсов и чувствительностьО к искажениям формы кривой контралируемога входного сигнала. З 0 Кроме того, В устройстве не предусмотрены .меры для организации гистерезиса с целью исключения режима. "звонка" при модуляциях частоты сходного сигнала, а наличие ДОГ 1 алительной схемы управлеИя значительно усложняет конструкцию.Наиболее близким по технической сущИОсти к за 51 вляемаму является выбранное В качестве прототипа частотное пороговое устройства, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, выход которого падключе 45 к второму Входу триггера, первый выход которого подключен к ьыхадной шине, входную шину 2, Счетный вход второго делителя частоты подключен к входной шине, а выход - к входу установки нуля первого 50 делителя частоты.Это устройство обладает недостаточнойнадежностью функционирования из-за вазможности несрабатывания, обусловленного отсутствием синхронизации в рабате дели телей. Кроме того, для перестройки частотного порога с целью организации гистерезиса в устройство введен специальный блок предустановки, что усложняет конструкцию. Цель изобретения по первому варианту- повышение надежности функционираваНИЯ,С этой целью в частотное пороговое устройбтво, содержащее генератор эталоннойчастоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выходкоторого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителячастоты, выход которого подключен к второму входу триггера, первый выход которогоподключен к выходной шине, входную шину, введен формирователь коротких импульсов, вход которого подключен к входной.шине; а выход - к входу установки нуляпервого делителя частоты и счетному входувторого делителя частоты,Цель изобретения по второму Варианту- повышение надежности функционирования при одновременном упрощении пере-стройки частотного порога.С этой целью в частотном пороговомустройстве, содержащем генератор эталонной частоты, выход которого подключен ксчетному входу первого делителя частоты,выход которого падклОчен х первому входутриггера и входу установки нуля второго делителя частоты, выход которого подключенк второму входу триггера, первый выход которого подключен к.выходной шине, входную шину, первый делитель частотывыполнен на счетч 1 ке импульсов с возможностью предустановки кода и в устройствовведен формирователь коротких импульсов,вход которого подключен к входной шине, авыход - к.счетному входу второго делителячастоты и входу установки нуля первого делителя частоты, па крайней мере один извходов предварительной установки которого подключен к первому или второму выходутриггера,В результате проведенных патентныхисследований указывая совокупность отличительных признаков не обнаружена, Такимобразом, устройства соответствуют критерио "существенные отличия".На фиг, 1 г редставлена структурная схема частотного порогового устройства попервому варианту; на фиг. 2 - структурнаясхема частотного порогового устройства повторому варианту; на фиг, 3 -временныедиаграммы, поясняющие работу устройства по второму варианту,Устройство по первому варианту содержит генератор 1 эталонной частоты, выходкоторого подключен к счетному входу делители 2 частоты. Выход последнего подклачен к первому входу триггера 3 и входуустановки нуля делител 5 4 частоты, выходкотарага подключен к Второму вхалу тригге 2004072ра 3, первый выход которого подключен к выходной шине 5. Формирователь б коротких импульсов входом подключен к входной шине 7, а выходом - к входу установки нуля делителя 2 частоты и счетному входу делителя 4 частоты.Устройство работает следующим образом.Генератор 1 эталонной частоты вырабатывает прямоугольные импульсы эталонной частоты аозт, значительно превышающей заданную частоту срабатывания устройства 1 з, В качестве делителей 2 и 4 частоты используются счетчики-делители, причем делитель 2 частоты устанавливается в нулевое состояние сигналом низкато уровня, а делитель 4 частоты - сигналом высокого уровня.Импульсы входной частоты 1 х с входной шины 7 поступают на вход формирователя 6 коротких импульсов, на выходе которого по переднему фронту каждого входного импульса формируется короткий импульс низкого уровня длительностьютк.и, обнуляющий делитель 2 частоты. Задним фронтом короткого импульса записывается "1" в младший разряд делителя 4 частоты и одновременно снимается сигнал обнуления с входа установки нуля делителя 2 частоты, при этом последний начинает осуществлять пересчет эталонных импульсов, поступающих на его счетный вход с выхода генератора 1 эталонной частоты, Коэффициент деления делителя 2 частоты выбирается таким, чтобы интервал времени от момента снятия сигнала обнуления до момента появления импульса на его выходе 0 был бы1равен -- гк.и.та При ГхГз делитель 2 частоты успевает заполниться до конца периода входной частоты 1 х и своим выходным импульсом удерживает триггер 3 в состоянии "0", Наличие на выходной шине 5 сигнала низкого уровня соответствует условию 1 х 1 з.При повышении частоты входного сигнала до 1 х 1 з делитель 2 частоты не успевает заполняться за период входной частоты, поэтому импульсы на его выходе не появляются. При этом делитель 4 частоты не обнуляется и продолжает пересчет импульсов, поступающих на его счетных вход. Появляющийся на его выходе импульс перебрасывает триггер 3 в состояние "1", последующие импульсы на выходе делителя 4 частоты лишь подтверждают это состояние триггера. Наличие на выходной шине 5 сигнала высокого уровня соответствует условию 1 х з. Устройство по варианту второму содержит генератор 1 эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу делителя 2 частоты, выполненного на счетчике 5 импульсов с возможностью предустановкикода. Выход делителя 2 чь."таты подключен к первому входу триггера 3 и входу установки нуля делителя 4 частоты, выход которого подключен к второму входу тригге ра, первый выход которого подключен к выходной шине 5. Формирователь 6 коротких импульсов входом подключен к входной ши.не 7, а выходом - к счетному входу делителя 4 частоты и входу установки нуля делителя 15 2 частоты, по крайней мере один из входовпредвари.тельной установки которого подключен к первому или второму выходу триггера 3.Принцип работы устройства описывает ся на примере конкретно схемы, выполненной на микросхемах 564 серии, где 2 - программируемый счетчик-делитель 564 ИЕ 15, 3 - триггер О-типа 564 ТМ 2, 4 - суммирующий двоичный счетчик-делитель 25 .564 ИЕ 10.Генератор 1 выполнен на основе кварцевого резонатора и вырабатывает прямоугольные импульсы эталонной частоты аозт 1 з, подаваемые на счетный вход Т про граммируемого счетчика-делителя 2.Импульсы входной частоты Гх с входнойшины 7 поступают:на вход формирователя 6 (фиг, За), который по переднему фронт каждого входного импульса формирует корот кий импульс низкого уровня заданнойдлительности тк,и.(фиг, Зб), достаточной для установки программируемого счетчика- делителя 2 в исходное состояние (для 564 ИЕ 15 не более трех полных периодов 40 тактовой частоты) и последующего восстановления готовности двоичного счетчика- делителя 4 к приему счетного импульса после снятия сигнала обнуления (для 564 ИЕ 10 1,5 мкс), Программируемый счет чик-делитель 2 работает в режиме периодического счета с заданным коэффициентам деления, выбираемым в соответствии с выражением аозт( -- гк.и.), а при срабатыватзнии устройства он изменяется на более высокий, соответствующий выражению1аозт( - тк.и. ), где В - ширина гистетз - грезиса, Коэффициент деления набирается с помощью входов формирования модуля Кз, Кз, Кс и предварительной установки 1 ,6, Входы Кв, Кс служат также для запрета счета и установки программируемого счетчика- делителя 2 в исходное ".осто яние(Кэ=Кс=О). Один или оба эти входа в зависимости от того, на какие из них для обеспечения выбранного модуля в ходе счета должен быть подан сигнал "1", подключаются к выходу формирователя б коротких импульсов, На фиг, 2 показано подключение к этому выходу только входа Кс, Все другие входы в соответствии с заранее рассчитанной программой установки требуемого коэффициента деления подключаются либо к. прямому, или инверсному выходам триггера 3 (в том случае, если для обеспечения требуемой перестройки коэффициента деления необходимо изменять их состояние), либо к постоянным потенциалам О и О .В начале первого периода контролируемого входного сигнала после прохождения короткого импульса низкого уровня с выхода Формирователя б запускается программируемый счетчик-делитель 2, одновременно задним фронтом этого импульса записывается единица в двоичный счетчик-делитель 4 (фиг. Зв). При 1 хтэ программируемый счетчик-делитель 2 успевает заполниться до конца периода и импульс сего вь 1 хода фиг. Зг) устанавливаетдвоичный счетчик-делитель в нулевое состояние и удерживает триггер 3 в состоянии "0", фиксируя на выходной шине 5 факт снижения. частоты,В начале следующего периода контролируемого входного сигнала за время прохождения короткого импульса программируемый счетчик-делитель 2 устанавливается в исходное состояние, а после пропадания его выходного импульса двоичный счетчик-делитель 4 подготавливается к поступлению счетного импульса, .Прсцесс повторяется периодически каждый период.При повышении частоты входного сигнала до тхтз программируемый счетчик-делитель не успевает заполниться до конца периода и устанавливается в исходное состояние коротким импульсом с выхода формирователя б в начале следующего периода. По заднему фронту этого импульса происходит переключение сигналов на выходах 01 и О 2 двоичного счетчика-делителя 4 (Фиг. 3 в; д). Импульс с выхода О 2 своим передним фронтом перерабатывает триггер 3 Од=-О, Оэ=О, Ой=0) в состояние "1"О(фиг. Зе), При этом сигнал "1" с его прямого выхода фиксирует на выходной шине 5 факт повышения. частоты, Изменение сигналов на прямом и инверсном выходах триггера 3 приводит к перестройке коэффициента де. ления программируемого счетчика-делителя 2. Теперь триггер оказывается в состоянии "1" до тех пор, пока контролируемая частота 1 х.ке станет меньше, чем 1 э- Мг30 го временной сдвиг между началами отсчета 40. го и второго делителей; 45 50 55 1 рт, что время восстановления делителя час 10 15 20 В частотном пороговом устройстве, выбранном за прототип, выявление соотношения частоты входного сигнала 1 х и заданной 1 з осуществляется путем сравнения длительности пауз, формируемых в каждом цикле сравненияна выходах делителей частоты при пересчете ими счетных импульсов, При работе устройства в зависимости от соотношения сравниваемых частот один из делителей частоты работает в непрерывном режиме деления и задает длительность цикла сравнения, начало которого совпадает с началом паузы в выходном сигнале данного делителя частоты, а другой - в периодическом режиме, обнуляясь в конце каждого цикла сравнения импульсов, возникшим ка выходе делителя частоты, работающего в непрерывном режиме. При этом начало пересчета счетных импульсов делителем частоты, работающим в периодическом режиме, оказывается сдвинутым во времени относительно начала цикла сравнения в основном из-за временного сдвига момента поступления первого счетного импульса относительно начала цикла сравнения. При высокой частоте входного сигнала необходимо учитывать и время восстановления делителя частоты после скятия сигнала обнуления. Возникающий в результате этосчетных импульсов делителями частоты приводит к нестабильности времеки срабатывания устройства, а при определенных условиях к его несрабатыванию Для обоснования этого рассмотрим работу устройства при изменении частоты ВХОДНОГО СИГНаЛа С тх 11 х 1 тЗ) На тх 2(1 х 2 тЗ). Предварительно обозначимК 1 и М 2 - коэффициенты деления первоК 1 и К 2 - коэффициенты пропорциональности между длительностью выходного импульса и периодом тактовой частоты для первого и второго делителеи;4 тп 1, тп 2 - ДЛИтЕЛЬНОСтЬ ПаУЗ В ВЦХОДных сигналах делителей при их работе внепрерывном режиме;1, 1, 1Тат= - , Тз= - , Тх=, ЛХх=Тз-Тх.тэт з. х ТОГда тп 1=Тэтй 1 К 1), т п 2=Тх(Й 2 - К 2), а С учетом условий срабатывания устройства( Тп 1= тп 2 ПРИ тх= тз) тп 1=Тэт(И 1 К 1)=ТэЯ 2 К 2) (1) При анализе работы устройства счита тотц после снятия сигнала обнуления равно нулю. Пусть в исходном состоянии 1 х=Юх 1. ПРИ ЭТОМ Хп 2 Тп 1 И ИМПУЛЬСЫ На ВЫХОДЕ первого делителя появляются раньше, чемТср,макс,=М 2 Тз Томин+Тх 2И 2=(100-50,1)Тз+10025 + 1 01 Тз=1 48,9 Тэ,т.е. в рассмотренном случае время срабатывания может достигать почти 150 периодовзаданной частоты срабатывания,Возможность уменьшения коэффици 30 енто деления ограничена в р=ссматриваемам устройстве и используемым принципомперестройки частотного порога.Так, Юг=1 з ., где и - число, ввоиИ 2 К 235 димае во второй делитель для перестройки его коэффициента деления. Посколькуп;и= 1, то, например, при Жг=- 0,02 1 з необходимо, чтобы М 2 50.В предлагаемом устройстве начало цикла сравнения задается задним фронтом короткого импульса и привязано к началу, периода входного сигнала. В любом режимевременной сдвиг начала отсчета счетныхимпульсов имеет место только для первого45 делителя, В связи с этим, выбрав Ьэт 1 з,можно резко снизить его величину, что повышает надежность функционирования устройства. Так, при - =10 гэ.с.=0,10 Тз.тэт Э отз0 а н вительно этом вы часть отн ш ия в , находилась в предеоТхТо То5 х Тх Тх(3) ие может быть выполнена ни целых л 1 и и, т.е, в данном случае не срабатывает.оженного следует, что для обес адежности функционирования ваемаго устройства при малых х частоты входного сигнала от еобхадимо выбирать большим нтом деления Н 2, а это приводит введенина обес.е, при эвается.тельносриодэ,ания устии над та условиепри какихустройствоИз излпечения нрассматриатклоненизаданнойкоэффицие порога ния Й 1, агранич шить дл ного и срабаты сохране ния. на выходе второго и, поступая на вход установки нуля второго делителя, периодически устанавливают его в исходное состояние. ПУсть в момент То (0 ТоТат И 1, отсчет ведется от начала данного цикла сравнения, принимаемого за первый), произошла изменение частоты входного СИГНаЛа С тх 1 На тх 2, НЕТРУДНО ПРОВЕРИТЬ, Чтатх 2 тзпРи ТоТз " (И 2 - К 2) в пеРвом Циктх 2 - тх 1ле сравнения устройство не срабатцоает.Для срабатыоания устройства в одном из последующих циклов сравнения необходимо, чтобы временной сдвиг между нацалом пересчета тактовых импульсов вторым делителем частоты иначалом цикла сравне- ниЯ был меньше, чем то 1 - гп 2, т.е. необходимо, чтобы было выполнено условие 0 То+Тх п 1 - Тэт й 1 ПТп 1 Гп 2, (2) где гп - число периодов счетных импульсов на входе второго делителя (число периодов входного сигнала);и - число последующих, циклов сравнения. Преобразовав неравенство (2) 0 То + Тэт К 1 ЛТх М 2 К 2 3)и"Тх+ ТхТх рассмотрим возможности срабатывания устройства,1.ТхВ этом слуцае срабатывание устройства всегда гарантируется, причем уже во втором цикле сравнения, поскольку, учитывая, что ТоТат И 1, а В - ЦЕЛОЕ ЧИСЛО С ДИСКРЕтаМ, раоным единице, условие (3) всегда выполняется при п=1. м случае срабатывание устройстожет быть гарантировано, ДейстТэтМ 1если - целое число и приТх ать То таким, цтобы дробная 5 10 15 20 к увелицению времени срабатывания уст.райства, что часто неприемлемо.Рассмотрим конкретный пример,Пусть требуется обеспечить гарантированное срабатывание устройства при повышении частоты входного с. снала на 1 оьВЫШЕ Ь, т,Е. ПрИ 1 х 2. - .1,011 з. ПрИ ЭТОМ ОЦЕНИМпредельный, наиболее благоприятный с точки зрения времени срабатывания случай,когда длительность выходных импульсоо.формируемых делителями, близка к нулю,т.е. можно принять К 1=К 2=0, В этом случаеЬТ,для выполнения условия -Й 21 неТхабходимо, чтобы 1 ц 2 99, т.е. выбираем82=100. Оценим максимально возможноевремя срабатывания, сцитая, что в предшествующем режиме частота была равна1 х 1=0,99 1 з. Накладывая условие несрабатывания в первом цикле сравнения (То 50 Тз),выбираем Томин=50,1 Тз. Тогдас и перестроики частотного печивается путем изменетам величина й 2 снизу не Все это позволяет уменьть цикла сравнения да адт,е. уменьшить орел,я ройства до минимума при ежности функцианирова(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 1478315, кл. Н ОЗ К 5/26, 1987. Формула изобретения1. ЧАСТОТНОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, выход которого подключен к второму входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине, входную шину, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования, в устройство введен формирователь коротких импульсов, вход которого подключен к входной шине, а выход - к входу установки нуля первого делителя частотыи счетному входу второго делителя частоты.2. Частотное пороговое устройство, содержащее генератор эталонной частоты, выхэд которого подключен к счетному вхо 2. Авторское свидетельство СССРМ 661761, кл. Н ОЗ.К 5/26, 1977. 5 ду первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, выход которого подключен к второму входу триггера, первый выход которо го подключен к выходной шине, входнуюшину, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования при одновременном упрощении перестройки частотного порога, первый дели тель частоты выполнен на счетчикеимпульсов с воэможностью предустановки кода и в устройство введен формирователь коротких импульсов, вход которого подключен к входной шине, а выход - к.счетно му входу второго делителя частоты и входуустановки нуля первого делителя частоты, по. крайней мере один иэ входов предварительной установки которого подключен к первому или второму выходу триггера, 25