Преобразователь частоты в двоичный код

(22) Заявлено 24,04,81 (21) 3280864/18-21 РМ К з с присоединением заявки МН 63 К 13/20 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий. 3 (088. 8) Опубликовано 0702.83. Бюллетень М 5 Дата опубликования описания 07,02.83. Изобретение относится к кодирова,нию непрерывных неэлектрических. величин и может быть использовано в. измерительной технике для создания датчиков различных физических величин с представлением результата измерения в двоичном коде.Известен преобразователь отношения частот в.код, содержащий форьщ- . рователи импульсов, счетчики, эле-" менты совпадения ипоглощения, клю-чи, элемент задержки и выходной регистр перезаписи (.1 3Данный преобразователь: имеет низкую точность преобразования. 15Наиболее близким по технической. сущности к предлагаемому является преобразователь сигнала дифференциального датчика, который содержит два управляемых датчиком генератора, соединенных с формирователями импульсов, формирователи первого и второго временных интервалов, сос-, тоящих из ВБ-триггеров, двух элементов совпадения и делителей частоты .2 3Формирование измерительного интервала в этом устройстве происходит асинхронно по отношению к импульсам образцовой частоты, что . снижает точность, а результат пре- . образования может содержать достаточно большой уровень шумов.Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости в широ-, ком диапазоне частот.указанная цель достигается тем, что в преобразователь частоты в, двоичный код, содержащий первый и второй формирователи:импульсов, кварцевый. генератор, первый и второй формирователи временного интервала, первый вход второго из которых соединен с выходом второго формирователя импульсов, блок управления, реверсивный счетчик, выходы разрядбвкоторого соединены с информационными входами регистра перезаписи, введены блок синхронизации и расйределитель импульсов, причем. выход квар цевого генератора подключен к первым входам блока управления и блока синхронизации, второй вход которого соединен с выходом первого формы рователя импульсов, а,выход подключен к первому входу первого формирователя временного интервала и С-входу распределителя импульсОв, первый й второй входы которого соединены с первыми выходами соответст65 венно первого и второго формирователей временного интервала, вторыевходы которых объединены и соединены с первым выходом распределителяимпульсов и й"входом реверсивногосчетчика, суммирующий и вычитающий 5входы которого подключены соответственно к первому и второму входам блока управления, второй вход которогосоединен с третьим входом первогоформирователя временного интервала и Оего же вторым выходом, третий входблока управления соединен с третьимвходом второго формирователя времен-.ного интервала и его же вторым выходом, второй выход распределителя 5импульсов подключен к управляющемувходу регистра перезаписи.Формирователь временного интервала содержит два элемента совпадения,триггер и делитель частоты, причемпервый вход первого элемента совпадения подключен к первому входу Формирователя, и 8-входу триггера,В-вход которого соединен с вторымвходом формирователя и В-входом делителя частоты, С-вход которогоподключен к выходу первого элементасовпадения, а прямой выход являетсяпервым выходом формирователя, инверсный выход делителя частоты подключен к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера, а выход является вторым выходом формирователя, второй вход первого элемента совпадения соединен стретьим входом формирователя.Кроме того, блок управления содержит два элемента совпадения иэлемент запрета, выход которого соединен с первыми входами элементов 40совпадения, вторые входы которыхобъединены и соединены с первымвходом блока, второй вход которогосоединен с третьим входом первогоэлемента совпадения и первым входом элемента запрета, второй входкоторого подключен к третьему входувторого элемента совпадения и третьему входу блока, выходы первогои второго элементов совпадения являются соответственно первым и вторым выходами блока. На фиг.1 изображена структурнаясхема преобразователя; на фиг.2 временная диаграмма, поясняющая алгоритм работы предлагаемого устройства.Преобразователь содержит кварцевый генератор 1, формирователи 2 и 3, формирователь 4 временного интервала, включающий элементы 5 и 6 совпадения, делитель 7 частоты и триггер 8; формирователь 9 временного интервала, содержайий элементы 10 и 11 совпадения, делитель 12 частоты и триггер 13, блок 14 управления, включающий элемент 15 запрета и элементы 16 и 17 совпадения,блок 18 синхронизации, реверсивныйсчетчик 19, регистр 20 перезаписии распределитель 21 импульсов.Устройство работает следующимобразом.Пусть выходные частоты Рк и Р 2И ИХ ПЕРИОДЫ ТК 1 И ТХ Равны дрУгдругу в середине диапазона изменения измеряемого,параметра. Выходнаячастота Р первогоизмерительногоканала и йериоды Т 2.второго являются большими в одной половине, а выходная частота Рк 2 второго и периодыТ 1 первого измерительных каналов -большими в другой половине диапазонаизменения измеряемого параметра(фиг.2, 1-й и 3-й циклы).В исходном состоянии триггеры 8и 13, делители 7 и 12 частот н реверсивный счетчик 19 находятся внулевом состоянии. Соответственно навыходах формирователей 4 и 9 временного интервала, т.е. на выходах эле-.ментов 6 и 11 совпадения, присутствуют 0.1 ф и импульсы частот Р 2 свыхода Формирователя 3 (фиг.2 е ) ичастот Р 1 с выхода блока 18 синхронизаций (фиг,2 ь ) на входы делителей 12 и 7, а с выхода кварцевогогенератора 1 на входы реверсивногосчетчика 19 не поступают. Блок 18синхронизации осуществляет привязкучастоты Г х(фиг. 2 ) к импульсам (Фиг.2 о ) кварцевого генерато-.ра 1, Он может содержать два триггера и блок элементов совпадения и.построен таким образом, что вместокаждого из входных импульсов выдаетимпульс (фиг.2 в ), совпадающий содним из импульсов кварцевого генератора 1,Первые из входных импульсов частот Гк 1 и Рк переводят триггеры 8 и 13 в единичное состояние, что приводит к появлению на выходах элементов б и 11 совпадений уровней " 1, Формируя начала первых (фиг.2 ъ ) и вторых (Фиг.2 ж ) временных интервалов, Все последующие импульсы частот Р 1 (Фиг,2 д и 3 ) поступа,ют на информационные входы делителей 7 и 12 частоты. Так как емкости делителей 7 и 12 частоты одинаковы, а периоды входных частот Г и Рхг различны, то и время 11= НОТи 1,= НоТ, по истечении которого на их выходах произойдет изменение логических уровней, неодинаково, В 1-м цикле )1, а в 3-м цикле Ф 72. Изменение логических уровней На выходах делителей 7 и 12 частоты приводит к появлению на выходах формирователей 4 и 9 временного интервала уровней 0,а на входахФормула изобретения распределителя 21 импульсов-уровней14111Пусть в 1-м цикле первый (меньший) временной интервал 11 (фиг.2 ъ )начнет формирование раньше, чем второй (больший) 2 (Фиг.2 ж), а в-м цикле наоборот первый (больший)С 1 (фиг.2 ь ) начнет формирование позже, чем второй (меньший) сг временной интервал (фиг.2 л), Тогда завремя д равное. промежутку, заключенному между моментами началаформирования первого с 1 (второго 2)и второго С 2 (первого 1) временныхинтервалов (в 1-м цикле фиг.2 и, в)"м - фиг.2 к ), на суммируюший вход(в Э-м цикле) реверсивного счетчика19 поступит соответственно И 1= дОГори И= ЬГОВ импульсов кварцевогогенератора 3. (Фиг. 2 л в 3.-м и .фиг.2 м в -.м циклах), где И+, И- количество импульсов, поступйвшихсоответственно на суммирующий иливычитающий вход реверсивного с 4 етчика в начале циклов преобразования;Г б - частота кварцевого генератора 1.Начиная с момента, когда на выходах формирователей 4 и 9 временных интервалов появляется 11 ф,н до момента окончания одного изних, импульсы кварцевого генератора 1 (Фиг.2 о ) на входы реверсивногосчетчика 19 не поступают. С моментаокончания одного из временных ин.- тервалов (в 1-м цикле первого, в.)-м - второго) и до момента окончания другого (в 1-м цикле второгб,в 1"м первого), т.е. за времяьь 2= 12-(1-д+) для 1-го цикла(Фиг.2 к ) и Лс=с- сг+д 1) для1-го цикла (фиг.2 м), на вход вычитания (1-.й цикл, фиг,2 м) и суммирующий вход (-й цикл, Фиг.2 л)реверсивного счетчика 19 поступитсоОтветственно И г:К 2( 1 1 - д ,г Геби И+=-(сг+ Ю 1)Рр импульсовгенератора 1 где И+2, И - количество импульсов, поступивших соответственно на суммирующий или вычи"тающий вход реверсивного счетчика 19в конце циклов преобразования.Выходной код Ив, равен количеству импульсов, поступивших за время2 д 4 д 1 ф 2 1 на вычитающий вход (для 1-го цикла) и.ф= 1-(г+дт 4+д ь= -г на суммирующий вход (для 1-го цикла) реверсивного счетчика 19, т.е, И вых 1==(1 г сЦ Гобр и Ибьех 1= Ф 2) Гоарили И = ЙЮ 1(ЯрИ+ .), опреде-.ленное как модуль разности междубольшим и меяьшнм временными интервалами;В моменты окончания формированиявременных интервалов (фнг.2 н, о) .на входах распределителя 21 появляются уровни ф 1 ф, При этом в моментпоявления 1 ф на обоих входах(фиг.2 и ) открывается информационныйС-вход; на который поступает текущеезначение-частоты первогосигнала,.синхрониэованной импульсами кварцевого генератора 1 (фиг,2 в ). Первыйвыходной импульс распределителя 21(фиг.2 р ) 1 переписываетф содер жимое реверсивного счетчика 19 в регистр 20. Второй выходной импульс(фиг.2 с ) устанавливает в нуль делители 7 и 12 частоты, реверсивныйсчетчик 19 и триггеры 8 и 13, что 15 соответствует началу следующегоцикла преобразования.таким образом, в предлагаемомпреобразователе для увеличения быстродействия производится измерение разности периодов текущих значенийчастот дифференциального датчика, Вкаждом цикле преобразования результатравен количеству импульсов кварцевого генератора 1, поступивших на 25 входы реверсивного счетчика 19 эа время, определенное как модуль разностимежду большим и меньшим из временных.интервдлов, сформированных независимо друг от друга, Возможность диск ретного изменения числовых емкостейделителей частот дает возможностьполучать необходимый масштаб преобразования измеряемая величина - дво-ичный код. Применение блока синхро ниэацни одного из сигналов и использование его для формирования импульсов управления стабилизирует работупреобразователя и значительно снижает уровень шумов на выходе устройствами 40 формирование независимых временныхинтервалов и выполнение обоих измерительных каналов дифференциального.частотного датчика идентичными., позволяют наилучшим образом компенси ровать влияние дестабилизирующихфакторови повысить точность преобразованияПри этом устройство производит полную обработку частотной информации, что очень удобно в эксплуатации. Ф1, Преобразователь частоты в,двоичный код, содержаший первый и, второйформирователи импульсов, кварцевыйгенератор, первый и второй формирователи временного интервала, первыйвход второго из которых соединен 46 с выходом второго формирователя импульсов, блок управления, реверсивный счетчик, выходы разрядов которо"го соединены с информационнымивходами регистра перезапиСи, о т л и ч а ю м и й с я тем, что, с995319 7целью повышения точности и помехоустойчивости в широком диапазоне частот, в него введены блок синхронизации и распределитель импульсов, причем выход кварцевого генератора подключен к первым входам блока управления и блока синхронизации, второй вход которого. соединен с вйходом первого Формирователя импульсов, а выход подключен к первому входу первого Формирователя времен ного интервала и С-.входу распределителя импульсов, первый и второй входы которого соединены с первыми выходами соответственно первого и второго формирователей временного ин- . тервала, вторые входы которых объединены:, и соединены с первым выходом .распределителя импульсов и В-входом реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого подключены соответственно к .первому и второму входам блока управления, второй "вход которого соединен:с третьим входом первого .формирователя временногЪ интервала и его же вторым выходом, третий вход блока .управления соеди динен с третьим входом второго формирователя временного интервала и его же вторым выходом, второй выход распределителя импульсов подключен к управляющему входу регистра пере-, записи.2, Преобразователь по п,1,. о тл и ч а ю щ и й с я .тем, что. Формирователь временного интервала содержит два элемента совпадения, триггер и делитель частоты, причем первый вход первого элемента совпа-, денияподключен к первому входу Формирователя и Я-входу триггера,8В-вход которого соединен с вторымвходом формирователя и В-входом.делителя частоты, С-вход которого подключен к выходу первого элементасовпадения,а прямой выход является5 первым выходом формирователя, инверсный выход делителя частоты подключен к первому. входу. второго элемента совпадения, второй вход которогосоединен с прямым выходом триггера,0 а выход является вторым выходом. Формирователя, второй вход первого эле. мента совпадения соединен с третьимвходом формирователя.3, Преобразователь по п,1, о т15 л .и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления, содержит два элемента совпадения и элемент запрета, выходкоторого соединен. с первыми входами:элементов соВпадения., вторые входыкоторых объединены и соединены спервым входом блока, второй.вход которого соединен с третьим входомпервого элемента совпадения и пер.вым входом элемента запрета, второйвход которого. подключен к третьемувходу второго элемента совпаденияи третьему входу блока, выходы пер- вого и второго элементов совпаденияявляются соответственно первым и вторым,выходами блока, Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, СаЮ 0 о М., Юхп)серег 1. МЗЛсгорговеввогеп 1 щ ИаадепЬеп.-"Гехпыег 1 сесЬпЫ цпй МеввгесЬпЖР, 1978,9 .1, 8.30-35.2. Новицкий П.В. и др., Цифровыеприборы с частотными датчиками, Л.,фЭнергия, 1970, с.342-345.995319 Составит Техред М П Пл неваЬ Коррект зятко Ре етр ор 5 роектная, 4 Филиал ППП Патент, г, Ужгород,аказ 670/45 Ти ВНИИПИ ГосУд по делам 113035 Москаж 934ственногообретенийЖ, Р Подписнокомитета СССРи открытийушская наб., д. 4