Устройство преобразования медленноменяющейся частоты в код

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 2301,77 (21) 2443726/18-21с присоединением заявки Йо(23) Приоритет -Опубликовано 2509,79. Бюллетень Йо 35Дата опубликования описания 2809,79 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик оц 687589 Ру, фй" .,:,.:,.(51)М. Кл. Н 03 К 13/20 ИС 01 В 23/10 Государственный номнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй(54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРА ЗОВА НИЯ ИЕДЛЕННОМЕНЯЮЦЕЙСЯ ЧАСТОТЫ В КОД Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может найти применение в качестве преобразователей сигналов частотных датчиков исигналов аналоговых преобразователейнапряжение - код с промежуточным преобразованием в частоту,Известно устройство преобразованияменяющейся частоты в код, котороепредставляет собой частотомер среднего значения, содержащее устройствоуправления, генератор импульсов исчетчики, соединенные с устройствомуправления 1. Однако код, вырабатываемый этим устройством, не соответствует мгновеннсыу значению преобразуемой частоты ни в начале, нив конце интервала преобразования,Наиболее близким по технической 20 сущности к изобретению является преобразователь, содержащий последовательно соединенные элементы И и счетчик импульсов, при этом управляющий вход элемента И подключен к устройству управления, второй элемент И, одним входом подключенный к источнику преобразуемой. частоты, а вторым - к устройству управления, а также дополнительные счетчик среднего значения, 30 схему переноса кода н функциональный генератор импульсов 2 .Однако для нормальной работы этого устройства необходимо знать заранее скорость изменения преобразуемой частоты для того, чтобы имелась воэможность управлять частотой Функцио" нального генератора импульсов, а также то, что перед началом фиксированного интервала времени в счетчик среднего значения должно заноситься некоторое число, пропорциональное разностной частоте за этот Фиксированный интервал времени, Кроме того отсутствие у устройства управления входов, на которые подавалась бы измеряемая частота, приводит к принципиальной невозможности автоматического определения разностной частоты, а следовательно и невозможности автоматического изменения частоты функционального генератора импульсов.Следовательно известное устройство принципиально не в состоянии прн описанных связях обеспечить преобразОва,ние медленноменяющейся частоты в код. Все это .вместе взятое приводит к сложности процесса подготовки известного устройства к преобразованию и ограничивает .Функциональные воз 687589мэжнос ти устройств а преобразованиемчастот, меняющихся с постоянной изаранее известной скоростью,Целью изобретения является упрощение процесса измерения повышениенадежности и расширение диапазона 5и эмен ени я преобраз уемых ч ас тот .Достигается это тем, что в устройство для преобразования медленноменяющейся частоты в код, содержащеедна элемента И, управляющие входыкоторых подключены соответственнок первому и второму выходам блокауправления, вход первого элемента Иподключен к нходной шине устройстваи ренерсивный счетчик, дополнительно Введены два элемента И и дешифратор, причем входы второго и двух дополнительных элементов И подключенык входной шине устройства, выходыпервого и второго элементов И подключены соответственно к первому и 20второму суммирующим входам реверсивного счетчика, к вычитаюшим входамкоторого подключены ныходы дополнительных элементов И, выходы реверсивного счетчика поразрядно соединены с нхоцами дешифратора, выход которого подключен к входу блока управления, третий и четвертый выходыкоторого соединены с управляющимивходами соответственно первого и второго дополнительных элементов И;блок управления содержит пять установочных триггеров, счетный триггер,четыре элемента ИЛИ, пять элементовИ, дна формирователя коротких импульсон, генератор импульсов, пересчетную схему, элемент задержки и элемент ЯЕ, причем выход генератора импульсов через последовательно соединенные пересчетную схему и первыйформирователь коротких импульсов подключен к первым входам первоо и второго элементов И и к входу элементазадержки, выход которого соединен сединичным входом первого установочного триггера, один выход которого через второй элемент И соединен с входом счетного триггера и с первым входом третьего элемента И другой выходпервого установочного триггера черезпервый элемент И подключен к первомувходу первого элемента ИЛИ и единичному входу второго установочноготриггера, единичный выход которогоявляется третьим выходом блока управления, вход генератора импульсов иуправляющий вход второго элементаИЛИ подключены к шине запуска, выходсчетного триггера через второй формирователь коротких импульсов подключен к пятой выходкой шине блока Уп- . 60ранления, к единичному входу третьегоустановочного триггера ик нулевомувходу четвертого установочного триггера, единичный выход которого соединен с первой выходной шиной блока уп равления и с первым входом третьегоэлемента ИЛИ, второй вход которогосоединен с единичным выходом третьего установочного триггера и с четвертым выходом блока упранления, выходтретьего элемента ИЛИ подключен черезэлемент НЕ к второму входу третьегоэлемента И и первому входу четвертогоэлемента И, и через пятый элемент Ик первому входу четвертого элементаИЛИ, второй вход которого подключен кьыходу третьего элемента И и к второму входу первого элемента ИЛИ выход которого соединен с нулевым входом пятого установочного триггера,единичный выход которого являетсявторым выходом блока управления, нулевые входы второго и третьего установочных триггеров, а также первыйвход пятого и второй вход четвертогоэлементов И соединены с входной шиной блока управления, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к единичному входу четвертого установочноготриггера, а выход четвертого элемента через второй элемент ИЛИ соединенс единичным входом пятого установочного триггера.Такое выполнение устройства даетвозможность начинать преобразованияв любой момент времени без предварительного значения скорости изменениячастоты или начального значения частоты, а также производить преобразование при любых изменениях частотыкак в сторону уменьшения, так и всторону увеличения.На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства для преобразования медленноменяюшейся частоты в код;на фиг. 2 - функциональная схема блока управления,Устройство для преобразования медленноменяющейся частоты в код содержит четыре элемента И 1-4, первыевходы которых подключены к входнойшине устройства, вторые входы элемента И подключены к четырем выходамблока управления 5, при этом выходэлемента И 1 подключен к первому суммирующему входу реверсивного счетчика б, выход элемента И 2 подк"нченк нторому суммирующему входу реверсивного счетчика б, выход элементаИ 3 подключен к первому вычитаюшемувходу реверсивного счетчика б и выход элемента И 4 подключен к второму вычитающему входу реверсивногосчетчика б. Выходы разрядов ренерсивного счетчика б через дешифратор 7нулевого состояния подключены к первому входу блока управления 5 и непосредственно к блоку 8 индикации спамятью, управляющий вход которогоприсоединен к пятому выходу блока управления. Второй вход блока управления служит для подачи сигнала запуска.Блок управления 5 содержит пятьустановочных триггеров 9-13, счетныйтриггер 14, четыре элемента ИЛИ 15-18,пять элементов И 19-23, два формирователя коротких импульсов 24 и 25,генератор импульсов 26, пересчетнуюсхему 27, элемент задержки 28 и элемент НЕ 29, При этом единичный входтриггера 9 через элемент ИЛИ 15 подключен непосредственно к входу запуска и к управляюшему входу запускае-омого генератора импульсов 26, а черезэлемент И 19, второй вход которогоподключен к выходу элемента НЕ 29и к входу элемента И 23, подключенк выходу дешифратора 7, соединенному,также с нулевыми входами триггеров10 и 11 и с первым входом элементаИ 22, второй вход которого подключен к входу элемента НЕ 29, а черезэлемент ИЛИ 17 связан с единичнымивыходами триггеров 11 и 12. Запускае Омый генератор импульсов через последовательно соединенные пересчетнуюсхему 27, формирователь коротких импульсов 24, элемент задержки 8,триггер 13, элемент И 21, триггер 14 25и формирователь коротких импульсов25 соединен с выходом блока управления 5, подключенным к блоку индикации с памятью 8, с нулевым входомтриггера 12 и с единичным входом 30триггера 11, при этом выход формирователя коротких импульсов 24 подключен к второму входу элемента И 21,выход которого подключен также к второму входу элемента И 23, выход которого подключен к входам элементовИЛИ 16 и 18, соединенных выходамисоответственно с нулевым входом триггера 9 и с единичным входом триггера12, при этом второй вход элемента 40ИЛИ 18 соединен с выходом элементаИ 22. Кроме того выход формирователя24 соединен с первым входом элементаИ 20, второй вход которого подключенк нулевому выходу триггера 13, а выход - к второму входу элемента ИЛИ 16и к единичному входу триггера 10.Единичные выходы триггеров 9-12 являются соответственно вторым, третьим, четвертым и первым выходами блока управления 5, а нулевые входывсех триггеров, входы сброса счетчикового делителя частоты и генератораимпульсов 26 подключены к шине установки устройства в исходное состояние.55В исходном положении (после подачи на шину установки устройства в исходное состояние сигнала установки)реверсивный счетчик установится в нулевое состояние, так,же как и пересчетная схема 27, в нулевое состояниестановятся также триггеры 9-12, причем элементы И 1-4 оказываются закрытыми, и триггеры 13 и 14, причем элемент И 21 запирается, а элемент И 20 65 оказывается открытым. Поскольку напервом и четвертом выходах блока 5отсутствуют высокие потенциалы, элемент И 22 закрыт, а на выходе элемента НЕ 29 сушествует высокое напряжение, открываюшее элементы И 19 и23. Генератор импульсов 26 сигналовне вырабатывает,В таком состоянии устройство находится до подачи запускаюшего сигналана шину запуска. Запускающий сигнал,воздействует на запускаемый генераторимпульсов 26, который начинает генерировать импульсные сигналы стабильного периода То, поступаюшие на пересчетную схему 27 с коэффициентомделения К(. Одновременно с запускомгенератора 26 сигнал с шины запускапоступает через элемент ИЛИ 15 наединичный вход триггера 9, триггерпереходит в единичное состояние, прикотором на управляюший вход элементаИ 2 поступает высокий потенциал, открывает его, через него с входнойшины на суммируюший вход первого разряда реверсивного счетчика поступаютимпульсные сигналы преобразуемой частоты.В момент времени С 1, соответствующий интервалу 0,5 Тср - КфТопосле появления импульса запуска навыходе пересчетной схемы 27 появляется первый сигнал в виде высокого потенциала, преобразуемый формирователем 24 в короткий импульс, которыйчерез открытый элемент И 20 поступаетна единичный вход триггера 10 и через элемент ИЛИ 16 на нулевой входтриггера 9, В результате этого высокий потенциал на втором выходе блокауправления прекращается и элемент И 2закрывается, а триггер 10 переходитв единичное состояние, на его выходепоявляется высокий потенциал, открываюший элемент И 3, в результате чего импульсы преобразуемой частоты свхода устройства подаются на вычитаюший вход первого разрядареверсивного счетчика 6,В результате постуПления изменяющейся частоты Е в течение интервалавремени от момента запуска до момента 1 на суммируюший вход первогоразряда реверсивного счетчика к моменту 11 число импульсов, поступающих на счетчик, определяется при линейном изменении входной частоты зависимостью1)о 1 =(Е+0,25 Ь й) 0,5 Ту,где й - мгновенное значение частотыв момент начала измерений(при С = О);Ь Г - приращение частоты за длительность некоторого фиксированного интервалаТ.ср = 2 Кд То .Кроме поступления сигнала с формирователя 24 на триггеры 9 и 10, ончерез элемент задержки 28 поступаетна единичный вход триггера 13, триггер при этом переходит в единичноесостояние, причем закрывается элементИ 20 и открывается элемент И 21.Поступление импульсов входной преобразуемой последовательности на вычитаюший вход первого разряда реверсивного счетчика происходит до техпор, пока счетчик не обнулится. Приэтом срабатывает дешифратоР нуля 7,на его выходе появляется сигнал, который поступает на нулевой вход триггера 11, подтверждая его исходное состояние, на нулевой вход триггера 10,возвращая его в исходное состояниеи прекращая подачу импульсов преобразуемой последовательности на вычитающий вход первого разряда реверсивного счетчика, и через элемент И 19,открытый высоким потенциалом на выходе элемента НЦ 29, и элемента ИЛИ 15 20на единичный вход триггера 9, переводя его в единичное состояние, открывая элемент И 2 и обеспечивая поступление преобразуемой последовательности вновь на суммирующий вход первого 25каскада реверсивного счетчика б. Этотпроцесс продолжается до момента времени 1, отстоящего от момента запуска на интервал Т. В этот момент времени 12 на выходе пересчетной схемы 3027 появляется высокий потенциал, преобразуемый формирователем 24 в короткий импульс, который через открытыйэлемент И 21 поступает, во-первых,на триггер 14 и переводит его в еди- З 5ничное состояние, при котором на нулевом выходе, соединенном с Формирователем 25 исчезает высокий потенциал, во-вторых, на элемент И 23, который до этого был открыт высоким потенциалом с выхода элемента НЦ 29,проходит элемент И 23 и через элемент ИВИ 16 поступает на нулевойвход триггера 9, который перебрасывется в нулевое состояние и закрывает элемент И 2, а также с выхода45элемента И 23 через элемент ИЛИ 18поступает на единичный вход триггера 12, который вырабатывает на своемединичМм выходе высокий потенциал,открывающий элемент И 1, Входная преобразуемая последовательность черезэлемент И 1 после момента 1, поступает на суммирующий вход второго разряда,реверсивного счетчика б,кмоменту времени 12, в счетчике 55присутствует положительный код И 2,соответствующий разности= ц 1-2 14 а-где Ы - количества периодов пре 1" Ъобразуемого сигнала в интервале времени от С доЕ 2.Нетрудно подсчитать, чтоМ=(1+О р 2562) 0 у 5 Тф= (Ер+О р 75 ЬЕ) О р 5 Тюгде Е 1 - мгчовенная частота исследуе мого процесса в момент =Еравная йр + 0,5 ЬГПри этомИ 2 =И.2 -И. -- О, 56 й О, 5 Тс=О, 2 5 Ь Г ТсР.Начиная с момента времени 2 импульсы входной преобразуемой последовательности подаются на суммирующийвход второго разряда счетчика, чторавносильно тому, что на суммирующийвход первого разряда этого счетчикаподается удвоенная частс)та входнойимпульсной последовательности. Этотпроцесс заполнения счетчика удвоенной частотой продолжается до момен-та времени 3, отстоящего от моментаЕ 2 на интервал времени 0,5 Т. В момент времени 3 на выходе пересчетнойсхемы 27 появляется импульс, укорачивается формирователем 24 и через элемент И 21 поступает на счетный входтриггера 14, Напомним, что к этомумоменту времени элемент И 20 закрытнизким потенциалом на нулевом выходетриггера 13, элемент И 23 закрыт отсутствием потенциала на выходе элемента НЕ 29 из-за наличия потенциалаяа выходе триггера 12,Триггер 14 меняет свое состояние,в результате чего на его нулевом выходе появляется сигнал, который укорачивается Формирователем 25 и поступает на пятый выход блока управления, на нулевой вход триггера 12 ина единичный вход триггера 11, Триггеры перебрасываются, в результатечего элемент И 1 закрывается, а элемент И 4 открывается и импульсы входной преобразуемой последовательностипоступают на вычитаюший вход второгоразряда реверсивного счетчика. Следовательно, к моменту времени 3 в счетчике оказывается записанный код ц = ц+ ИЛ где Б 2 3 - удвоенное количество импульсов, поступившее на счетчикв интервале от 12 до 2.3 2 (ГЬ+0,25 ЬГ) Т 4 0 5=(Го+1,25 М) ТфЗдесь Й - мгновенное значение измеряемой частоты в момент времени- равное Ео + д.При этомИз =БА+И-з =0 254 ЕТр+ (Хо+1, 25 А 1) Ту= =(йо+15 Е) Бр=эТ(ргде Й - мгновенное значение преобра 3зуемой частоты в момент времениТаким образом уже в момент временит.е. через промежуток времени в 1,5 Т) после начала преобразования, код, содержащийся в счетчике 6, пропорционален с некоторым коэффициентом Т мгновенному значению преобразуемой частоты в этот же момент времени. Содержание счетчика б в этот момент можно отразить на табло блока индикации, что и осуществляется сигналом пятого выхода блока управления, 687589Начиная с момента времени 1, производятся обычные циклы измерений, длящиеся в течение интервалов 1 = Тф, Эти интервалы ограничиваются двумя периодами сигналов с формирователя 24, поступающих через элемент И 21 на счетный вход триггера 14, вырабатывающего импульсы считывания показаний со счетчика 6, В начале каждого из этих интервалов (так же как после момента 1) производится вычитание импульсов через вычитаюший вход второго разряда счетчика (т.е. вычитание с удвоенной частотой) до обнуления счетчика 6. В момент обнуления счетчика на выходе дешифратора нуля 7 появляется сигнал, подтверждающий нулевое состояние триггера 10, переводящий триггер 19 в нулевое состояние и через элемент И 22 и элемент ИЛИ 18 переводящий триггер 12 в единичное состояние. При этом прекращается по ступление входной преобразуемой последовательности на эычитаюший вход второго разряда счетчика и начинается поступление этой последовательности на суммирующий вход второго же 25 разряда. Другими словами, начиная с момента , суммирование и вычитание числа периодов входной последовательности производится как бы с удвоенной частотой, 30Таким образом, в интервале от до 1 =4 Тсвна счетчик поступит количество импульсов, равное И=(1+0,5 ЬЕ) Тф, что равносильно Г- =(2 Г+И) Тф 35 .При работе на вычитание компенсируется число импульсов И=Г , следовательно, в момент 1 код счетчика будет представлять собой число И=й-ц - М=(Й+ДЕ)Тф=Г Т т.е, в момент 1 ц 40 этот код пропорционален мгновенному значению измеряемой частоты. Содержание счЕтчика 6 индицируется блоком индикации 8Результат преобразования (код в счетчике 6 в моменты 1 =1+Т) не зависит от величины и знака изменения частоты М в данном интервале ТЬ. Следовательно, предлагаемое устройство беэ всяких изменений может служить для преобразования и индикации мгновенных значений как возрастающей, так и уменьшающейся, равно как и неизменной, частоты.Для нормальной работы предлагаемого устройства нет необходимости энать 55 заренее скорость изменения преобразуемой частоты в любом из интервалов Тф, нет необходимости знать разностную частоту за фиксированный интервал времени Тф и заносить число, про порциональное этой разностной частоте, в счетчикВ данном устройстве нет необходимости применять функциональный генератор импульсов, что существенно упрощает схему устройства 65 и его конструкцию. Возможность работы устройства с любым изменением частоты (по величине и знаку) расширяет функциональные воэможности данного устройстваФормула изобретения1. Устройство для преобразования медленноменяюшейся частоты в код, содержащее два элемента И, управляющие входы которых подключены соответственно к первому,и второму выходам блока управления, вход первого элемента И подключен к входной шине устройства и реверсивный счетчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения процесса измерения, повышения надежности и расширения диапазона изменения преобразуемых частот, в него дополнительно введены два элемента И и дешифратор, причем входы второго и двух дополнительных элементов И подключены к входной шине устройства, выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к первому и второму суммирующим входам реверсивного счетчика, к вычитающим входам которого подключены выходы дополнительных элементов И, выходы реверсивного счетчика поразрядно соединены с входами дешифратора, выход которого подключен к входу блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами соответственно первого и второго дополнительных элементов И.2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит пять установочных триггеров, счетный триггер, четыре элемента ИЛИ, пять элементов И, два формирователя коротких импульсов, генератор импульсов, пересчетную схему, элемент задержки и элемент НЕ, причем выход генератора импульсов через последовательно соединенные пересчетную схему и первый формиро" ватель коротких импульсов подключен к первым входам первого и второго элементов И и к входу элемента задержки, выход которого соединен с единичным входом, первого установочного триггера, один выход которого через второй элемент И соединен с входом счетного триггера и с первым входом третьего элемента И, другой выход первого установочного триггера через первый элемент И подключен к первому входу первого элемента ИЛИ и единичному входу второго установочного триггера, единичный выход которого является третьим выходом блока управления, вход генератора импульсов и управляющий вход второго элемента ИЛИ подключены к шине запуска, выход12 687589 Заказ 574452060 Подписное ЦНИИ ПИ ППатент,д, ул. Проектная, 4 фили ал г. Ужго счетного триггера через второй формирователь коротких импульсов подключен к пятой выходной шине блока управления, к единичному входу третьего установочного триггера, и к нулевому входу четвертого установочного триггера, единичный выход которого соединен с первой выходной шиной блока управления и с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с единичным выходом третьего о установочного триггера и с четвертым выходом блока управления, выход третьего элемента ИЛИ подключен через элемент НЕ к второму входу третьего элемента И и первому входу четвер того элемента И и через пятый элемент И - к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И и. к второму входу первого элемента20 ИЛИ, выход которого соединен с нулевым входом пятого установочного триггера, единичный выход которого является вторым выходом блока управления,нулевые входы второго и третьегоустановочных триггеров, а также первый вход пятого и второй вход четвертого элементов И соединены с входнойшиной блока управления, выход четвертого элемента ИЛИ подключен к единичному входу четвертого установочноготриггера, а выход четвертого элементаИ через второй элемент ИЛИ соединенс единичным входом пятого установочного триггера.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Ермолов А,С. Цифровые частотомеры. М. Энергия, 1973,2. Авторское свидетельство СССР9 350163, кл, Н 03 к 13/20, 1970.