Устройство для вычисления производной частотно-импульсных сигналов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическихРеспублик 1 734729(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 18,08,76(21) 2400486/18-24с присоединением заявки РЙ -(5 )М. Кл. 6 06 й 7/18 Веудерстеенный кемнтет СССР пв делам нзобретеннй н атнрмтнй(72) Автор, изобретения Ю. В. Каллиников Научно-исследовательский и проектный институтпо комплексной автоматизации нефтяной ихимической промышленности(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРОИЗВОДНОЙ ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ111 зобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, к устройствам формирования цифрового: кода производной частотноимпульсного сигнала.Известно частотно-импульсное диффе 5 ренцирующее устройство, содержащее блок приращения периода, блок возведения в куб,элемент И и счетчик результата ДНедостаток устройства - пониженная1 О точность измерения производной.Известно также частотно-импульсное дифференцирующее устройство, содержащее блок управления, генератор опорной частоты, частотомер мгновенных значений, блок измерения периодов, управляемый делитель частоты, счетчик импульсов, элементы и группы элементов И и . ИЛИ 21.Недостаток устройства - сложность конструктивной реализации.Наиболее близким к изобретению является устройство для вычисления произ водной частотно-импульсного сигнала,2содержащее блок приращения периода, соединенный первым входом с входом устройства, первым выходом - с первым входом элемента И, а вторым выходомс входом .обнуления счетчика результата, подключенного счетным входом к выходу элемента И, соединенного вторым входом, с выходом первого управляемого делите ля частоты, счетный вход которого под ключен к выходу второго управляемого делителя частоты, а управляющий вход соединен с выходом первого регистра памяти, подключенного первым информационным входом к выходу первого блока элементов И, соединенного первым вхо дом с выходом второго регистра памяти и с управляющим входом второго управляемого делителя частоты, подключенного счетным входом к выходу третьего уп равляемого делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом гене ратора опорной частоты и подключен через делитель частоты к счетному входу счетчика периода, соединенного вы73 17 40 гходом с первым входом второго блока элементов 1, подключенного выходом к информационному входу второго регистра памяти, причем вторые входы обоих блоков элементов И и входы обнуления ре 5 гистров, памяти и счетчика периодов соединены с соответствующими выходами блока управления. подключенного входом к выходу устройства, причем управляющий вход третьего управляемого делителя 10 частоты подключен через третий регистр памяти к выходу второй группы элементов 1 3.1 едостаток устройства - сложность конструктивной реализации, 15Цель изобретения - упрощение устройства.С этой целью в устройстве для вычисления производной частотно-импульсных сигналов, содержащем блок приращения периода, соединенный первым входом с входом устройства, первым выходом с первым входом элемента И, а вторым выходом с входом обнуления счетчика результата, подключенного счетным входом 25 к выходу элемента И, соединенного вторым входом с выходом первого управляемого делителя частоты, счетный вход которого подключен к выходу второго управляемого делителя частоты, а управ ляющий вход соединен с выходом первого регистра памяти, подключенного информационным входом к выходу первого блока элементов И, соединенного первым входом с выходом второго регистра памя ти и с управляющим входом второго управляемого делителя частот, подключенного счетным входом к выходу третьего управляемого делителя частоты, счетнь 1 й вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и подключен через делитель частоты к счетному входу счетчика периода, соединенного выходом с первым входом второго блокаэлементов И, подключенного выходом к 45 информационному входу второго регистра памяти, причем вторые входы обоих блоков элементов И и входы обнуления регистров памяти и счетчика периода соединены с соответствующим выходами бло ка управления, подключеного входом к входу устройства, дополнительно выход делителя частоты подключен к второму входу блока приращения периода, соединенного третьим входом с выходом вто рого регистра памяти и управляющим входом третьего управляемого делю елячастоты,29г 1Кроме этого, блок приращения периода выполнен содержащим узел управления, три 1 геры, формирователи, элементзадержки, элементы И и И 1 И, группуэлементов И, и счетчик, подключенныйвыходом к входу первого формирователя,первому входу первого элементов И, первому входу первого элемента ИЛИ и первому входу узла управления, второй входкоторого через второй формировательсоединен с первым выходом первоготриггера, соединенного счетным входомс первым входом блока приращения периода и подключенного вторым выходомчерез третий формирователь к первомувходу второго элемента И, второму входу первого элемента ИЛИ и первому входу третьего элемента И, соединенноговторым входом с выходом первого формирователя и подключенного выходом кшине индикации нулевых значений производной и первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединенс шиной запуска, а выход второго элемента ИЛИ подключен к установочному входу первого триггера и через элементзадержки соединен с первым входом второго триггера и установочным входомтретьего триггера, подключенного счетнымвходом к выходу первого элемента ИЛИ,первым выходом - к первому выходублока приращения периода, а вторым выходом - к входу четвертого формирователя, соединенного выходом с вторым выходом блока приращения периода, причемвторой вход второго триггера, подключенного выходом к второму вхоцам первогои второго элементов И, соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, входы которого соответственно подключены квыходам первого и второго элементов Ии входам четвертого триггера, выходыкоторого соединены с шинами индикациизнака производной, а счетный вход счетчика подключен к выходу четвертого элемента И, соединенного первым входом совторым входом блока прира.цения периодаи подключенного вторым входом к первому выходу узла управления, второй итретий выходы которого соединены соответственно с первым входом группы элементов И и входом обнуления счетчика,подключенного установочным входом квыходу группы элементов И, соединеннойвторым входом с третьим входом блокаприращения периода.На чертеже изображена блок-схемаустройства,734729 где 5Устройство содержит генератор 1опорной частоты, делитель 2 частоты,счетчик 3 периода, первый, второй итретий управляемые делители 4, 5 и 6,частоты, блок 7 управления, элементы8 И, счетчик 9 результата, первый ивторой регистры 10 и 11 памяти, первый и второй блоки 12 и 13 элементовИ и блок 14 приращения периода, Блокприращения периода содержит узел 15 30управления первый, второй, третий и четвертый триггеры 16, 17, 18 и 19, первый, второй, третий и четвертый формирователи 20, 21, 22 и 23, элемент 24,задержки, первый, второй, третий и четвертый элементы 25, 26, 27 и 28 И,первый, второй и третий элементы 29,30 и 31 ИЛИ, группу элементов 32 И,и счетчик 33, соответствующие входныеи выходные шины 34 43. Каждый изуправляемых делителей частоты 4, 5 и6 выполнен на счетчике и группе элементов И,Устройство работает следующим образом,гВ блоке 7 из последовательности импульсов входного сигнала т . , поступающего на шину 34, формируются управляющие сигналы, определяющие по выходным шинам 35 - 39 последовательностьработы узлов устройства. С выхода генератора 1 импульсы опорной частотыпоступают на счетный вход управляемогоделителя 6 и вхоц делителя 2. В делителе 2 опорная частота делителя на пос 35тоянный коэффициент К, В управляемыхделителях 4 - 6 входная частота делитсяна коэффициенты, записанные в вице параллельного кода в регистры памяти 104 Ои 11, С выхода целителя 2 импульсыпоступают на счетный вход счетчика 3периода, где они суммируются в промежутках времени, равных текущим периодам входного сигнала, формируемым путем45подачи на вход обнуления счетчика 3сигнала с шины 39 блока 7 управления.На выходе счетчика 3 в момент предшествующий обнулению образуется код"т.=то5 О11Т - текущий-й период входного сигнала ХЭтот код через блок 13 элементов Ипо сигналу управления с шины 38 блока 7переписывается в регистр памяти 11,предварительно очищенный от предыдущейинформации сигналом с шины 38 блока 7. 6Перец обнулением регистра 11 памя ти информация о коде Й, предыдущегоТ( 1 - 1)-го периода вхоцного сигнала переписывается . с шины 36 через открытый сигналом блок 12 элементов И в регистр 10 памяти, предварительно обнуленный сигналом с шины 35.В управляемом делителе 6 опорная частота делится фна коэ 4 кЬициент деленияоР=Полученная выходная частота Г пов торно делится на коэффициент М т. в управляемом делителе 5, на выходе которого образуется частотаКдЧастота Г делится в управляемом делителе 4 на коэффициент Н, про порциональный предыдущему ( 1 -1) му периоду входной частоты. Частота Гна выходе делителя 4 соответственно равнаЕ = -О где- частота, соответствующая( 3-1)-му периоду входного сигнала.Эта частота в промежутке времени,на который открывается элемент 8 И,суммируется в счетчике 9 результата.Время отпускания элемента И определяет блок 14 приращения периода.Блок 14 работает следующим образом,По сигналу пуск, поступающему сшины 40 через элемент 30 ИЛИ наустановочный вход триггера 16, последний устанавливается в единичное состояние, Этот же входной сигнал, пройдя через элемент 24 задержки, устанавливаеттриггер 1 8 в единичное состояние, атриггер 1 7 в нулевое состояние. Задержка необходима для того, чтобы импульсс формирователя 22 по перепаду напряжения триггера 16, не установил триггеры 18 и 17 в противоположные начальные состояния, Первый импульсвходной частотыпереводит триггер1 6 в состояние, при котором на входеформирователя 21 образуется импульспо перепаду напряжения на выходе триггера 16. Этот импульс запускает узелуправления, 15 по его второму входу.Сначала выходным сигналом узла 15 обнуляется счетчик ЗЗ, затем окутываетсягруппа элементов 32 И, через которую-л 7в счетчик 33 из регистра 11 записывается код ИТ пропорциональный( 1 -1 )-му периоду входного сигнала,после чего открывается элемент 28 И,через который на счетный вход счетчика33, работающего в режиме вычитаниявходных импульсов, начинают поступатьимпульсы с выхода делителя 2. Обнуление счетчика 33 произойдет через интервал времени, равный Т . Появив. шийся на выходе счетчика ЗЗ импульс,сдвинутый относительно первого импульса входной частоты на предыдущий( 1-1)-ый период, поступает на первыйвход узла 15 управления через элемент 1529 ИЛИ на счетный вход триггера 18,Прй этом узлом 15 управления снимается сигнал, отпирающий элемент 28 И,и импульсы с выхода делителя 2 не поступают на вход счетчика 33. Второй 20импульс частоты .перебрасываеттриггер 1 6 в положение, при которомна выходе формирователя 22 образуется импульс, поступающий на второй входэлемента 29 ИЛИ. Интервал временимежду двумя входными импульсамиравен 1-му периоду входной частоты, Если входная частота увеличивает 1ся во времени, то ( 1 -1)-ый периодбольше 1-го периода 11 и импульсс выхода формирователя 22 поступаетна элемент 29 ИЛИ раньше импульсас выхода счетчика 33. Если же входнаячастота уменьшается, то первым на элемент 29 ИЛИ приходит импульс с выхода счетчика. 33, По первомуимпульсу,поступившему на элемент 29, ИЛИ, триггер 18 устанавливается в положение прикотором открывается элемент 8 И ина счетный вход счетчика результата 940начинают поступать импульсы с делителя 4. По второму импульсу, поступившему на элемент 29 ИЛИ, триггер 18 возвращается в исходное положение, при котором элемент 8 И запирается, а поперепаду напряжения в формирователе23 образуется импульс, переписывающийкод из счетчика 9 в выходной регистр(на блок-схеме не показан) и обнуляющий счетчик 9,пропорциональный первой производнойвходной частоты по времени, По приходуследующего (третьего) импульса циклизменения повторяется.Знак производной определяется с помощью триггеров 17 и 19, элементов25 и 26 И и элемента 31 ИЛИ. Послеустановки по сигналу "пуск" триггера 17в нулевое состояние, открываются элементы 25 и 26 И и в зависимости от того,какой из импульсов (с выхода счетчикаЗЗ или выхода формирователя 22) придет первым, триггер 1 9 установится всоответствующее положение, характеризующее знак приращения периода, а следовательно, и знак производной по шинам 41 и 42 индикации знака,Импульсом, первым прошедшим через один из элеметов 25 и 26 И и затем через элемент 31 ИЛИ, триггер 17 устанавливается в единичное состояние, при этом элементы 25 и 26 И закрываются, и второй импульс через них не проходит, а триггер 1 9 сохраняет положение, соответствующее первому импуль- су, Поменяться знак производной может лишь после того, как производная пройдет через нулевое значение, В этот момент блок 14 устанавливается в исход ное положение. Сигнал 1 - О соответствует моменту ЬТ =О, т. е. когда импульсы на элемент 29 ИЛИ приходят одновременно, Учитывая динамику изменения входного сигнала, выходной импульс с выхода счетчика 33, расширяясь в формирователе 20 (который удлиняет импульсы), сравнивается на элементе 27 И с импульсом с выхода формирователя 22. При совпадении этих импуль сов, на выходе элемента 27 И и, соот ветственно, на шине 43 индикации нулевых значений появляется сигнал, который через элемент 30 ИЛИ устанавливает блок 14 в начальное положение.Время, в течение которого элемент 8 И открыт, равно абсолютной величине приращении 1 -го периода входной час 55 тотыотносительно ( 1 -1 )-го периода. . Следовательно, в момент запиранпя элемента 8 И в счетчике 9 образуется код Предлагаемое устройство для измерения производной частотно-импульсного сигнала отличается от известного простотой.реализации (в частности, упро 1 цения блока приращения периода, отсутствием третьего регистра памяти) при сохранении на прежнем уровне метпрологических характеристик.С) 734Формула изобретения 1. Устройство для вычисления производной частотно импульсных сигналов,содержащее блок приращения периода, соединенный первым входом с входом устройства, первым выходом с первым входомэлемента И, а вторым выходом - с входом обнуления счетчика результата, подключенного счетным входом к выкоду эле мента И, соединенного вторым входомс выходом первого управляемого депитедячастоты, счетный вход которого подключен к выходу второго управляемого делителя частоты, а управляющий вход соединен с выходом первого регистра памяти,подключенного информационным входом квыходу первого блока элементов И, соединенного первым входом с выходом второго регистра памяти и с управляющим 20входом второго управляемого делителячастоты, подключенного счетным входомк выходу третьего управляемого делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и подключен через делитель частоты к счетному входу счетчика периода,соединенного выходом с первым входомвторого блока элементов И, подключенного выходом к информационному входу З 0второго регистра памяти, причем вторые входы обоих бцоков алементов И ивходы обнуления регистров памяти и счетчика периода соединены с соответствующими выходами блока управления, подклю ченного входом к входу устройства,отличающееся тем, что, сцелью упрощения устройства, выход делителя частоты подключен к второму входу блока приращения периода, соединенного третьим входом с выходом второгорегистра памяти и управляющим входомтретьего управпяемого делителя частоты.2, Устройство по п. 1, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что блок приращения 45периода содержит узел управления, триггеры, формирователи, алемент задержки,алемент И и ИЛИ, группу элементов Ии счетчик, подключенный выходом ковходу первого формирователя, первомувходу первого элемента И, первому входу первого элемента ИЛИ и первому вхо,ду узла управления, второй вход которого через второй формирователь соединенс первым выходом первого триггера, со 10едцненного счетным входом с первым входом блока приращения периода ц подключенного вторым выходом через третий формирователь к первому вкоду второго алемента И, второму входу первого элемента ИЛИ и первому входу третьего элемента И, соединенного вторым входом с выходом первого формирователя и подключенного выходом к шине индикации нунулевых значений производной ц первому вкоду второго алемента ИЛИ, второй вход которого соединен с шиной запуска, а выход второго. элемента ИЛИ подключен к установочному входу первого триггера и через элемент задержки соединен с первым входом второго триггера и установочным входом третьего триггера, подключенного счетным входом к выходу пер вого элемента ИЛИ, первым выходом - . к первому выходу блока приращения пе риода, а вторым выходом - ко входу четвертого формирователя, соединенного выходом со вторым выходом блока прира щения периода, причем второй вход второго триггера, подключенного выходом ко вторым входам первого и второго элементов И, соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, входы которого соответственно подключены к выходам первого ц второго элементов И и входам четвертого триггера, выходы которого соединены с шинами индикации знака производной, а счетный вход счетчика подключен к выходу четвертого элемента И, соединенного первым входом с, вторым входом блока приращения периода и подключенного вторым входом к третьему выходу узла упра" ления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым входом группы элементов И и входом обнуления с 1 етчика, подключенного установочным входом к выходу группы элементов И, соединенной вторым входом с третьим входом блока приращения периода.Источники информации,принятые во вниманце прц экспертизе1, Авторское свидетельство СССРМ 399860 кл. З 06 Г 7/38 1971,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Ь 2119484/24,кл, б 06 (л 7/1 8; 1 9 7 6.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ио 2395060,кл. Э 06 1 3/00, 11.08,76 (прототип)