Цифровой нуль-орган

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Севетсннх Соцналнстнческнк Республик(23) Приоритет С 06 Г 7/04 Государствеииый комитет СССР по деаам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ф.М. Аллахвердов, Н.Г. Бабаев, Ю.В. Каллиников и К.А. ГасановСпециальное конструкторское бюро радиофизическогоприборостроения научного центра "Каспий" АНАзербайджанской ССР(54) ЦИФРОВОЙ НУЛЬ-ОРГАН Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для определения момента совпадения частот для последовательностей импульсов в быстродействующих системах управления и измерения.По основному авт. св. Р 335685 известен цифровой нуль-орган, содержащий преобразователь код-временноЯ интервал, образованный вычитающим . счетчиком, генератором импульсов, тремя линиями задержки, триггером, вентилем, схемой ИЛИ и вентилями ввода кода в вычитающий счетчик, формирователь импульсов, схему совпадения и измеритель периода заданной частоты, образованной счетчиком импульсов, запоминающим регистром, вентилями ввода кода в регистр, схемой запрета и двумя линиями задержки, источник импульсов текущей частоты подключен к управляющему входу преобразователя и через последовательно соединенные первую, вторую и, третью линии задержки - к первому входу схемы совпадения, к второму входу которой подсоединен через формирователь импульсов выход преобразователя, входы вычитающего счетчика которого соединены через вентили Б .9щ щ ввода кода в вычитающий счетчик с выходами запоминающего регистра, входами подключенного через вентили ввода кода в регистр к выходам счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, сбросовый вход через последовательно включенные четвертую и пятую линии задержки - к выходу источника импульсов заданной частоты, соединенному с сбросовым входом запоминающего регистра через схему запрета, управляющий вход которой подключен к концу второй линии эа держки, причем управляеьые входывентилей кода в регистр связаны с концом четвертой линии задержки (1).Недостатком этого устройства является низкая точность в широком 20 диапазоне частот. Оно позволяет получить высокую точность только для медленно и монотонно изменяющейся текущей частоты, когда приращение периода незначительно. Для учета 25 динамики применяют формирователь импульсов, расширяющий один иэ сравниваемых по времени импульсов, величину длительности которого необходимо увеличить с ростом скорости 30 изменения периода текущей частоты, 798812что снижает точность работы устройства. Особенно плохие результаты получаются для быстроиэменяющегося текущего сигнала в нижней части диапаэона изменения,5 Цель изобретения - увеличение точности в широком диапазоне частот.Поставленная цель достигается тем,что в цифровой нуль-орган введены 1 румножители частоты, делители частоты,счетчики, сумматор частот, узлы вычитания частот, узлы перезаписи,управляемые делители частоты, причем выход генератора импульсов соединен с первыми входами первого,второго и третьего управляемых делителей частоты, с первымивходами первого, второго и третьегомножителей частоты и с входом первого делителя частоты, выход которого подключен к информационному входу счетчика, выходы которого соединены с входами первого узла перезаписи, выходы которого подключены квторым входам первого, четвертого и 25пятого управляемых делителей часто-,ты, первый выход первого управляемого делителя частоты соединен свходами второго узла перезаписи,выходы которого подключены к второ- р 0му входу третьего управляемого делителя частоты, первый выход которогосоединен с входами третьего узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам второго управляе- З 5мого делителя частоты, первый выходкоторого соединен с первым входомпервого узла вычитания частот,выход которого подключен к первомувходу шестого управляемого делителячастоты, выход кОторого соединен с 40первым входом второго узла вычитаниячастот, выход которого подключен кпервому входу пятого управляемого делителя частоты, выходкоторого соединен с вторым входом первого умножителя частоты, выход которого подключен ко второмувходу второго умножителя частоты,выход которого соединен с первымвходом сумматора. частот, выход кото- Ярого подключен к первому входу устройства, выход второго узла перезаписисоединен с вторым входом шестогоуправляемого делителя частоты, второй выход первого управляемого де- улителя частоты соединен с вторымвходом сумматора частот и с первымвходом третьего узла вычитания частот, первый выход которого подключен к третьему входу сумматора частот, а второй выход - к первому входу четвертого управляемого делителячастоты и через второй делитель частоты к четвертому входу сумматорачастот, второй выход третьего управляемого делителя частоты соединен с65 вторыми входами первого и третьего узлов вычитания частот, первый выход четвертого управляемого делителя частоты подключен к второму входу второго узла вычитания частот и к второму входу третьего умножителя частоты, выход которого соединен с пятым входом сумматора частот, выход первого делителя частоты к второму входу устройства. Причем Каждый иэ управляемых делителей частоты состоит иэ счетчика, регистра и узлаперезаписи, первый вход узла соединен с информационным входом счетчика, выход которого подключен к входу управления узла перезаписи и к второму выходу узла, второй вход узла соединен с входом регистра, выход которого подключен к первому выходу узла и к входу узла перезаписи , выходы которого соединены с входами счетчика.На чертеже представлена блок-схема устройства.Устройство содержит преобразователь 1 код-интервал, состоящйй иэ вычитающего счетчика 2, генератора 3 импульсов, линий 4-6 задержки, триггера 7, вентиля 8, схемы ИЛЙ 9 и вентилей 10 ввода кода в вычитающий счетчик, Формирователь 11 импульсов, схеиу 12 совпадения, измеритель 13 периода заданной частоты, состоящий из счетчика 14 импульсов, запоминающего регистра 15, вентилей 16 ввода кода в регистр 15, схемы 17 запрета и линий 18 и 19 задержки, умножители 20-22 частоты, делитель 23 частоты, счетчик 24, сумматор 25 частот, узлы 26-28 вычитания частот,делитель 29 частоты, узлы 30-32 перезаписи, узел 33 перезаписи, управляемые делители 34-39 частоты, каждый из которых состоит из счетчика 40 узла,33 перезаписи и регистра 41, шины 42-48 управления, входную шину 49, выходную шину 50.Устройство работает следующим образом. Из каждого импульса последовательности сигнала текущей частоты Е (1) формируются на выходах 42-48 сигналы, управляющие последовательностью работы блоков устройства. С выхода генератора 3 импульсы опорной частоты Ее поступают на входы счетчиков 40 управляемых делителей 34, 35 и 37 частоты, на входы делителя 23 частоты, умножителей 20-22 частоты и через вентиль 8 на входы вычитающего счетчика 2, В делителе 23 частотыопорная частота делится на постоянныйкоэффициент К, являющийся коэффициентом умножения устройства. В управляемых делителях 34, 35 и 37 частотыопорная частота делится на переменные коэффициенты, записываемые в виде параллельного кода в регистры 41 после окончания каждого периода текущей частоты. Импульсы , следующие с частотой Гц = -д с выхода делителя 23, поступают на вход счетчика 24, где они суммируются в промежутке времени, равном закончившемуся периоду текущей частоты и формируемому путем подачи на управляющий вход 42 сигналов управления после прихода каждого импульса текущей частоты.На выходах счетчика 24 в момент опроса образуется код, пропорциональный закончившемуся периоду текущей частоты, Этот код перед обнулением счетчика 24 через узел 30 перезаписипо сигналу на шине 48 управления записывается в регистры 41 управляет.х делителей 34, 36 и 39 частоты. Перед 1 обнулением регистра 41 управляемого делителя 34 частоты, находящийся в нем код, пропорциональный предыдущему (1-1) -ому периоду Т (, пере- записывается через узел 31 переза писи в регистры управляемых делителей 35 и 38 частоты. Перед обнулением регистра управляемого делителя35 частоты его код, пропорциональный (1-2)-ому периоду Т 2, переэа" писывается по сигналу на входе 44 через узел 32 перезаписи в регистр управляемого делителя 37 частоты. Таким образом, после окончания 1-го периода текущей частоты Гт(С) в регистрах управляемых делителей 34,35 30и 39 частоты записывается код И. в регистрах управляемых делителей 35 и 38 частоты записывается код Йт; 1, в регистрах управляемого делителя 37 частоты - код Н,. 1, На выходах уп равляемых делителей 34, 35 и 37 частоты соответственно обраэовываютсячастоты Рт(С.,) =,ф; - )т(С), Гт(СДЕ 1 т(С ), т.е. увеличейнйе в Й раз частотй, соответствующи мгновенным значениям текущей частоты в трехсоседних периодах Т, Т 1 и Т.; яИмпульсы с частотами Р (С) и Рт(С.( ) с выходов управляемых делйтелей 34 и 35 частоты поступают на входы уз ла 26 вычитания частот, на информационном выходе которого образуетсяпоследовательность импульсов,со средней частотой дГ (С 1) = Рт (С 1) - -Гт(С( ) = )сдй (С;), пропорциональ ной приращению текущей частоты за время 1-го периода. На знаковом выходе узла 26 вычитания частот формируется сигнал знака приращения ВИр д Гт (С,( ), соответствующий знаку производной текущей частоты в 1-ом периоде. Соответственно импульсы с частотами Гт(С, ) д Г(С) с выходов управляемых делителей 35 и 37 частоты поступают на входы узла 27 вычитания частот, на выходе которо го образуется последовательность импульсов со средней частотойдРт(С 1 1)= )сдйт(С1),пропорциональной приращению текущей частоты эа время (1-1)-го периода. В управляемом делителе 36 в 5 частоты частота ЬГ(С 1), поступающая с выхода узла 26 вычитания частот, делится на коэФфициент Бт 1 . На выходе управляемого делителя 36 частоты образуется последовательностдь импульсов с частотой Рт(С)= - Г(С )- Г.т 1, в пропорциональной среднему значению первой производной по времени текущей частоты в д-ом периоде. В управляемом делителе 38 частоты частота ЬГ(С 1), поступающая с выхода узла 27 вычитания частот делится йа коэффициент Бт, . На выходе управляемого делителя 38 частоты образуется последовательность импульсов с частотой Р(С. ) =й(С.(), пропорциональной средйему значению первой производной по времени текущей частоты в (1-1) -ом периоде. Импульсы с частотамиР.(С;) и Г (Сд 4) с выходов управляемых делителей 36 и 38 частоты поступают на входы узла 28 вычитания частот, на выходе которого образуется последовательность импульсоь со средней частотой дР (С )К1- Е(С), пропорциональной прираУощению среднего значения первой производной текущей частоты за время 1-го периода.В управляемом делителе 39 частоты частота .дкГт(С,) делится на коэффициент Ит,(. На его выходе образуется последователыдсть импульсов с частотой, Р(С)= р й -(С ), пропорциональной среднему значению второй производной по времени в 1-ом периоде текущей частоты. Импульсы с частотой Рт(С) с выхода управляемого делителя 36 частоты поступают на вход умножителя 22 частоты. В умножителе 22 частоты частота Р (С ) интегрируется на временном интервале текущего (1+1)-го периода. На выходе умножителя 22 частоты образуется последовательность импульсов со средней частотойдР(С)вд ЕЕ.(С)С, пропорциональнойтекущему приращению текущей частоты, зависящей от ее скорости изменения, т.е, от первой производной текущей частоты.Импульсы с частотой Р".(С) с выхода управляемого делителя 39 частоты поступают на вход умножителя 20 частоты и на его выходе образуется последовательность импульсов со средней частотой Р =Етпп(С) С. Эта частота поступает на вход умножителя 21 частоты и на его выходе образуется последовательность импульсов со средней частотой Ь Г (С)1, даЙ",(С ) С, Частота ЬРт(С) с выхода узла 26 вычитания частоты посту" пает на вход делителя 29, с васяева которого частота Р= . посК аХтупает на вход сумматора 25частот, на другие входы которого поступают частота дРт(С) - с выхода умножителя 22 частоты, частота аГт(С) - с выхо-. да умножителя 21 частоты, частота Гт.(С 1") - с выхода управляемого де 798812лителя 34 частоты и сигнал знака 61 А ь Гт- с выхода узла 26 вычитания частот. Эти частоты с учетом )сигнала знака приращения текущей частоты 19 н д Гталгебраически суммируются сумматором 25 частот и на его выходе образуется последовательность импульсов умноженной на К текущей частоты на (1+1) -ом периодеС,(,.) =ф,й Частота на выходе сумматора 25 частот соответствует умноженной в К раэ текущей частоте, скорректированной по значениям методической и динамической погрешностей, зависящих от приращения и производных первого и второго порядков текущей частоты на, закончившемся периоде. Импульсы частоты Г (Т -+) с выхода сумматора 25тчастот зайускают преобразователь 1 код-временной интервал, на выходе которого формируются импульсы времени, равные уменьшенному в К раэ периоду заданной частоты ЕЗ. Формирование этих импульсов происходит следующим образом. Каждый импульс заданной частоты Й, пройдя через схему 17 запрета, обнуляет запоминающий регистр 15, затем, задержавшись, в линии 18 задержки, открывает вентили 16, через которые код из счетчика 14 импульсов перезаписывается в запоминающий регистр 15, и задержавшись в линии 19 задержки, обнуляет счетчик 14 импульсов, который. начинает заполняться импульсами с частотой Го =- с выхода делитеУоля 23 частоты. Так как обнуления счетчика 14 импульсов производятся через каждый период заданной частоты, то к моменту опроса на его выходах образуется код Нтз= -д Т , пропорциональный периоду заданной частот, который хранится до окончания следующего периода в запоминающем регистре 15. Каждый импульс частоты Г (Т +) с выхода сумматора 25 частот тустайавливает триггер 7 через схему ИЛИ 9 в положеняе, закрывающее выходным сигналом вентиль 8, затем, задержавшись в линии 4 задержки, он фбнуляет вычитающий счетчик 2, задержавшись в линии 5 задержки, он открывает вентили 10, через которые код перезаписывается иэ запоминающего регистра 15 в вычитающий счетчик 2, и, наконец, задержавшись в линии б задержки, он поступает на схему 12 совпадения и на второй вход триггера 7, перебрасывая его в положение, открывающее вентиль 8, через который на вход вычитающего счетчика 2 начинают поступать импульсы с частотой йо с выхода генератора 3 импульсов. На выходе вычитающего счетчика 2 импульс обнуления сформируется черезнтъ тзинтервал времени ; = - - = в, равныйуменьшенному в К раз периоду заданной частоты. Импульс с выхода вычитающего счетчика 2, расширяясь в формирователе 11 импульсов, поступает навторой вход схемы 12 совпадения. Еслипериод частоты Г (Т+ ) больше ТъК,то импульс с выхода счетчика успеваетсформироваться. Если же период частоты Г 1(Т +) меньше Тз/К, то импульс 16 на выходе вычитающего счетчика 2 неуспевает сформироваться, так как раньше приходит следующий импульс частоты Г.(Т+), вновь запускающийпреобразователь 1. Когда период частоты Гт(Т+) станет равным С : фкоторый соответствует частотеС =.=Язто на схему 11 совпадения импульсйприходят одновременно и на ее выходе формируется сигнал совпадениясравниваемых частот. Если сигнал обнуления запоминающего регистра 15и сигнал перезаписи кода через вентиль 10 приходят одновременно,. тосрабатывает схема 17 запрета и сигнал на обнуление запоминающего регист ра 15 задерживается до перезаписикода иэ него.Из-за сравнения умноженного в К раз периода заданной частоты с периоЗр дом умноженной в К раз текущей частоты, скорректированной по значению приращения за закончившийся период ипроизводных первого и второго порядкапо времени текущей частоты, что позволяет экстраполировать значение текущей частоты на текущем периоде взависимости от характера измененияэтой частоты в закончившемся периоде, предлагаемое устройство позволяет в К раз увеличить точность оп- фО ределения момента совпадения сравниваемых частот и расширить областьприменения его для функций изменениятекущей частоты во времени по нелинейному закону, имеющему первую и 45 вторую производные, и охватывающемубольшинство функций изменения сигналов в промышленных системах управления и измерения.50формула изобретения1. Цифровой нуль-орган по авт.св.9 335685, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне частот, внего введены умножители частоты, делители частоты, счетчики, сумматорчастот, узел вычитания частот, узлыперезаписи, управляемые делители Щ частоты, причем выход генератораимпульсов соединен с первыми входами первого, второго и третьего управ.ляемых делителей частоты, с первымивходами первого, второго и третьего Я умножителей частоты и с входом перного делителя частоты, выход которого подключен к информационному входу счетчика, выходы которого соединены с входами первого узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам первого, четвертого и пятого управляемых делителей частоты, первый выход первого управляемого делителя частоты соединен с входами второго узла перезаписи, выходы которого подключены к второму входу третьего управляемого делителя частоты, первый выход которого соединен с входами третьего узла перезаписи, выходы которого подключены к вторым входам второго управляемого делите" ля частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу шестого управляемого делителя частоты, вы" ход которого соединен с первым входом второго узла вычитания частот, выход которого подключен к первому входу пятого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя частоты, выход которого подключен к второму входу второго умножителя частоты, выход которого соединен с первым входом сумматора частот, выход которого подключен к первому входу основного устройства, выход второго узла перезаписи соединен с вторым входом шестого управляемо" го делителя частоты, второй выход первого управляемого делителя частоты соединен с вторым входом сум матора частот и с первым входом третьего узла вычитания частот, первыйвыход которого подключен к третьемувходу сумматора частот, а второйвыход - к первому входу четвертогоуправляемого делителя частоты и че-, 5 рез второй делитель частоты к четвертому входу сумматора частот, второйвыход третьего управляемого делителячастоты соединен с вторыми входамипервого и третьего узлов вычитания О частот, первый выход четвертого управляемого делителя частоты подключен к второму входу второго узла вычитания частот и к второму входутретьего умножителя частоты, выходкоторого соединен с пятым входомсумматора частот, выход первого делителя частоты подключен к второмувходу устройства.2. Нуль-орган о п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в нем каждый из управляемых делителей частотысостоит иэ счетчика, регистра и узлаперезаписи, причем первый вход узласоединен с информационным входом счетчика, выход которого подключен к 2 входу управления узла перезаписи ик второму выходу узла, второй входузла соединен с входом регистра, выход которого подключен к первому выходу узла и к входу узла перезаписи, 3 выходы которого соединены с входамисчетчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 35 Р 335685, кл, О 06 Р 7/04, 24.11.69,798812 Белкира оставительехред М.Кош КоРректор Ю, Макаренко ор Л. К аказ 10048/ Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,66 Тираж 756 ВНИИПИ Государственпо делам изобрет 13035, Москва, Ж,Подписноего комитета СССРий и открытийаушская наб д.4/