Устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов

О П И С А Н И Е (и)920722ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфвз СоаетснннСоциалистическиеРеспублик(22) Заявлено 28.07,80 (21) 2963311/18-2 чс присоединением заявки М(5)М. Кл. С 06 Г 7/64 3 Ъеудерстеенный комитет СССР ав делам изобретения н етерытнЯДата опубликования описания 1,0 й,82(5 т) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВИзобретение относится к автома" тике и вычислительной технике, в частности к устройствам дифференцирования частотно-импульсных сигналов по невремеяному аргументу.Известно частотно-импульсное дифференцирующее устройство, содержащее реверсивные счетчики, двоичные умножители, коммутаторы, триггеры., дифференцирующий блок и частотно" импульсный множительный блок 11.Известно также частотно"импульсное дифференцирующее устройство, содержащее реверсивные счетчики, двои чные умножит ели, дифференцирующий блок и блок определения знака 121.Общим недостатком этих ттройств, осуществляющих дифференцирование по невременному аргументу, является пониженная точность дифференцирования.Наиболее близким к предлагаемому ,является устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее первый реверсивный счетчик, подключенный суммирующим и вычитающим входами к выходам первого коммутатора, а выходами разряд дов - к кодовым входам первого двоичного умножителя, соединенного частотным входом с шиной первой опорной частоты, а выходом - с первым сигнальным входом второго коммута- тОтора, подключенного вторым си гнальным входом к входу модуля дифференцируемого сигнала, причем сигналь" ный вход первого коммутатора соединен с выходом множительного блока, 15подключенного первым входом к выхо" ду второго двоичного умножителя и к входу делителя частоты, а вторым входом " к частотному выходу диф" 20Ференцирующего блока, вход которогосоеди нен с входом модуля ар гу мент а, а выход делителя частоты подключен к вычитающему входу второго ревер" сивного счетчика, соединенного вы 3 92072ходами разрядов с кодовыми входамивторого двоичного умножителя, подключенного частотным входом к шиневторой опорной частоты, причем управляющие входы первого коммутато 5ра соединены со знаковым выходомдифференцирующего блока, входомзнака аргумента и выходами первогои второго знаковых триггеров, подключенных входами к выходам старших разрядов соответственно первогои второго реверсивных счетчиков, ауправляющие входы второго коммутатора соединены с входом знака дифференцируемого сигнала и с выходамипервого и второго знаковых триггеров, причем выходы второго коммутатора подключены к входам блока вычитания, соединенного выходом с суммирующим входом второго реверсивногосчет чи ка 3 .Недостаток устройства - пониженная точность дифференцирования поневременному аргументу,Целью и.зобретения является повышение точности дифференцирования поневременному аргументу,С этой целью в устройство длядифференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее первый ре.версивный счетчик, подключенный суммирующим и вычитающим входами к выходам первого коммутатора, а выходами разрядов - к кодовым входам первого двои чного умножителя, соединенного частотным входом с шиной первойопорной частоты, а выходом - с пе рвым сигнальным входом второго коммутатора, подключенного вторым сигнальным входом к входу модуля дифференОцируемого сигнала, причем сигнальный вход первого коммутатора соединен с выходом множительного блока,подключенного первым входом к выходувторого двоичного умножителя и квходу делителя частоты, а вторым45входом - к частотному выходу дифференцирующего блока, вход которогосоединен с входом модуля аргумента,а выход делителя частоты подключенк вычитающему входу второго реверсивного счетчика, соединенного выходами разрядов с кодовыми входамивторого двоичного умножителя, подключенного частотным входом к шиневторой опорной частоты, причем упоав-ляющие входы первого коммутаторасоединены со.знаковым выходом дифФеренцирующего блока, входом знака аргумента и выходами первого и второго знаковых триггеров, подключенных входами к выходам старших разрядов соот ветст венно первого и второго реверсивных счетчиков, а управляющие входы второго коммутатора соединены с входом знака дифференцируемого сигнала и с выходамипервого и второго знаковых триггеров, введен блок сложения и вычитания частот, подключенный входамик выходам второго коммутатора, авыходом - к суммирующему входу второго реверсивного счетчика.Блок сложения и вычитания частотможет, быть выполнен, содержащимсумматор частот, вычитатель частои элемент задержки, подключенныйвходом к выходу вычитателя частот,а выходом - к первому входу сумматора частот, выход которого является выходом блока сложения и вычитания частот и =оединен с первымвходом вычитателя часот, а вто.рые входы сумматора частот и вычитателя частот являются входами блока сложения и вычитания частот,Кроме этого блок сложения и вычитания частот может быть выполнен,содержащим суммато частот, элементзадержки и вычитатель частот, выходкоторого является выходом блока сложения и вычитания частот и подключенчерез элемент задержки к первомувходу сумматора частот, соединенного выходом с первым входом вычитателя частот, а вторые входы сумматора частот и вычитателя частот являются входами блока сложения и вычитания частот,На фиг.1 изображена блок-схемаустройства; на Фиг.2 - вариан выполнения блока сложения и вычитаниячастот.Устройство для дифференцирования частотно-импульсных си гналов (фиг,1) содержит первый и второй реверсивные счетчики 1 и 2, первый и второй двоичные умножители 3 и 1, делитель 5 частоты, первый и второй коммутаторы б и 7, первый и второй знаковые триггеры 8 и 9, дифференцируюций блок 10, множительный блок 11 и блок 12 сложения и вычитания, Счетчик 1 подключен суммирующим и вычитающим входами к выходам коммутатора 6, а выходами разрядов к кодовым входам двоичного умножителя соединенного частотным входом с ши(3) 55 5ной первой опорной частоты Г 0 , авыходом - с первым сигнальным входом коммутатора 7. Коммутатор 7подключен вторым сигнальным входОмк входу модуля дифференцируемого5си гнала Г . Си гнал ьный вход коммутатора 6 соединен с выходом множительного блока 11, подключенногопервым входом к выходу двоичногоумножителя 4 и к входу делителя 5 1 Очастоты, а вторым входом - к частотному выходу дифференцирующегоблока 10. Вход блока 1 О соединенс входом модуля аргумента Г. Выход делителя 5 подключен к вычитающему входу счетчика 2, соединенноговыходами разрядов с кодовыми входами умножителя 4, поДключенного частотным входом к шине второй опорнойчастоты Г 0 . Управляющие входы коммутатора 6 соединены со знаковым выходом блока 10, входом знака з 1(о Гаргумента и выходами знаковых триггеров 8 и 9, подключе нных входамик выходам старших разрядов соотве 1- 2 Ъственно первого и второго счетчиков 1 и 2. Управляющие входы коммутатора 7 соеди нены с входом зна ка 1 спдифференцируемого сигнала о с выходами триггеров 8 и 9, Блок 12 сложенияи вычитания подключен входами к выходам коммуатора 7, а выходом - ксуммирующему входу счетчика 2. Блок12 (фиг.1) может быть выполнен, например, на элементе 13 задержки,сумматоре 14 частот и вычитателе 15частот, Элемент 13 задержки подключен входом к выходу вычитателя 15,а выходом - к первому входу сумматора 14, выход которого является выходом блока 12 и соединен с первымвходом вычитателя 15, Вторые входысумматора 14 и вычитателя 15 являются входами блока 12, Другой вариант возможной реализации блока 12 4(Фиг,2) содержит сумматор 16 частот,элемен 1 17 задержки и вычитатель 18частот, выход которого является вы"ходом блока 12 и подключен черезэлемент 17 задержки к первому входусумма 1 ора 16. Выход сумматора 16соединен с первым входом вычитателя 18. Вторые входы сумматора 16 ивычитателя 18 являются входами блока 12. Ус 1 ройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов работ ает следующим образом. 6В исходном состоянии разряды реверсивных счетчиков 1 и 2 находятся в нулевом состоянии . На вход модуля дифференцируемой частоты поступают импульсы частоты Гу, а на вход модуля аргумента - импульсы частоты Г. На первый вход блока 12 сложения и вычитания частот с выхода коммутатора 7 поступают импульсы частоты Гу(с), а на второй вход - импульсы частоты обратной связи Гс(с) с выхода двоичного умножителя 3Поэтому среднее значение частоты следования импульсов Гна выходе блока 12 определяется выражениемГ 1(с)=Г (с)ф Г(с)-Гос(т)(1)Среднее значение частоты Го (с) следования импульсов на выходе двоичного умножителя 3, на вход которого поступают импульсы опорной частоты Г и которыЙ управляется кодом числа М 1(с) реверсивного счетчика 1, определяется выражением коэффициент пересчетареверсивного счетчи"ка 1;количество двоичныхразрядов реверсивногосчетчика 1;постоянная времени,Двоичный умножитель 4, на вход ко" торого поступают импульсы опорной частоты Г, управляется кодом числа М(с) реверсивного счетчика 2. Поэтому среднее значение частоты следования импульсов Г(С) на выходе двоичного умножителя 4 определяется выражением йт.(с) й(с) где Н ( с ) - код, соот в етст вующи й з начению числа в реверсивномсчетчике 2;й - -2 - коэффициент пересчета репверсивного счетчика 2;и - количество двоичных разрядов реверсивного счетчика 2;Т- постоя н на я вре ме ни .Так как на один вход реверсивного счетчика 2 поступает частота Г (с) с выхода блока 12 сложения и920 722 8 где К - коэффициент деления делителя 5 частоты;с - текущее время,На вход реверсивного счетчика 1через коммутатор 6 поступает частота с выхода множительного блока 11,на один вход которого подается выходная частота устройства Я), ана второй вход - частота с выходадифференцирующего блока 10, осуществляющего дифференцирование повременному аргументу частоты ГХС)Поэтому код Мл(С) , соответствующийзначению числа реверсивного счетчика 1 определяется выражениемй(с)=Г (с) Т 3 в " - 1 Я с=о Д)=Тз Г 2(с) Гх(с) (5)где Т - постоянная времени дифферен 3ци рующе го уст рой ст ва;текущее время.Подставим (5) в (2), получим,25 30 что 7вычитания, а на второй вход - частота Гс выхода делителя 5 частоты, то код Й 2(С) соответствующий значению числа реверсивного счетчика 2 определяется выражениемГт(с) 5 1 о 15 зо циональной производной по невременному аргументу, а в реверсивномсчетчике 2 Формируется код числаМ( ) (10 ), также пропорциональнщйпроизводной по невременному аргументу.Иэ выражения (1) следует, чтоблок 12 сложения и вычитания частот, осуществляющий выполнение данной Функциональной зависимости, может быть реализован также по схеме,приведенной на фиг.2,Сравнивая работу предлагаемогоустройства с известным, видно, чтов предлагаемом устройстве для дифференцирования частотно-импульсныхсигналов отсутствует методическаяпогрешность дифференцирования, чтопозволяет существенно повысить точность работы устройства, а такжерасширять его функциональные возможности за счет появившейся возможности получения точного значения производной входных сигналов РХс) и Г (С), изменяющихся по любому закону, а не только по линейному или имеющему постоянное значение, как это имело место в известном устройстве.Указанное обстроятельство определяет технико-экономическую эффекти вность предлагаемого устройства,( ) Т сГд ( )т а Г(с)а с учетом (3) из (9) получим, что ц ( ) Т Т 1 с 1 Г(с) (1 ) 2Т Гх(с)откуда следует, что на выходе умно- жителя 1, являющемся частотным выходом у строй ст ва, формируется точное значение частоты Г(с) (9), пропор 40 45 50 55 Формула изобретения 1, Устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее первый реверси вный счетчик, подключенный суммирующим и вычитающим входами к выходам первого коммутатора, а выходами разрядов - к кодовым входам первого двоичного умножителя, соединенного частотным входом с шиной первой опорной частоть 1, а выходом - с первым сигнальным входом второго коммутатора, подключенного вторым сигнальным входом к входу модуля дифференцируемого сигнала, причем сигнальный вход первого коммутатора соединен с выходом множительного блока, подключенного первым входом к выходу второго двоичного умножителя и к входу делителя частоты, а вторым входом - к частотному выходу дифференцирующего блока, вход которого соединен с входом модуля аргумента, а выход дели 920722 10теля частоты подключен к вычитающе" му входу второго реверсивного счетчика, соединенного выходами разря- ДОВ С КОДОВЫМИ ВХОДЭМИ ВТОРОГО ДВО ичного умножителя, подключенного 5 частотным входом к шине второй опор" ной частоты, причем управляющие входы первого коммутатора соединены со знаковым выходом дифференцирующего блока, входом знака аргумента и вы О ходами первого и второго знаковых триггеров, подключенных входами к выходам старших разрядов соответ" ст вен но пер во го и второго реверси вных счетчиков, а управляющие входы 15 второго коммутатора соединены с вхо" дом знака дифференцируемого сигнала и с выходами первого и второго зна" ковых триггеров о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения 20 точности дифференцирования по нев" ременному аргументу,. в него Введен блок сложения и вычитания частот, подключенный входами к выходам вто".рого коммутатора, а выходом - к25 суммирующему входу второго реверсивного счетчика.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок сложения и вычитания частот содержит 30 сумматор частот, вычитатель частот и элемент задержки, подключенный входом к,выходу вычитателя частот,а выходом - к первому входу сумма" тора частот, выход которого является выходом блока сложения и вычитания частот и соединен с первым вхо" дом вычитателя частот, а вторые входы сумматора частот и вычитателя частот являются входами блока сложения и вычитания частот.3, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок сложения и вычитания частот содержит сумматор частот, элемент задержки и вычитатель частот, выход которого является выходом блока сложения и вычитания частот и подключен через элемент задержки к первому входу сумматора частот, соединенного выходом с первым входом вычитателя частот, а вторые входы сумматора частот и вычитателя частот являются входами блока сложения и вычитания частот.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР М 386403, кл. С 06 С 7/18, 1971.2. Авторское свидетельство СССР И 639555, кл. С 06 С 7/18, 1977.3. Никифоров И,Б., Поламарюк Г.О. Об изменении первой производной чаЬ. тотно-импульсного сигнала. ".АвтомеТ- рияд, 1972, ВГ 2, с. 51"54,рис.2 (прототип).920722 6 сд г Составитель С.КазиновЛ.Авраменко Техред С. Мигунова Корректор Г,Решетник аказ 231 иал ППП "Патент ", г. Ужгород, ул, Проектна 56 Тираж8 НИИПИ Государстпо делам изоб 13035, Москва, И32Подписноеенно комитета СССРетений и открытийРаушская наб., д. /5