Устройство для определения первой разности частотно импульсного сигнала

ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ 1) 3437300/18- 24(71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. Ленина(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 351159, кл, 6 01 Р 15/00, 1969,2. Авторское свидетельство СССРИ 495675, кл. 6 06 6 7/18, 1974, (54)(57) 1УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕ"НИЯ ПЕРВОЙ РАЗНОСТИ ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬС"НОГО СИГНАЛА, содержащее блок управ" .ления, первый вход которого соединенс входной шиной устройства, три счетчика, входы обнуления которых подклю-.чены к первому управляющему выходублока управления, а счетный вход пер"вого счетчика соединен с первым инфор"мационным выходом блока управления,генератор опорной частоты и делительчастоты, о т л и ц а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения диапазона входных частот, упрощения и представления результата в числовой форме, ц:тройство содержит реверсивныйсчетчик, три двоичных умножителя,дискриминатор, две группы ключей,группу элементов ИЛИ, й 5-триггер иключ, при этом первый информационныйвыход блока управления соединен ссуммирующим входсм реверсивного счет"чика, а второй информационный выходс вычитающим входом реверсивногосчетчика и со счетным входом второгосчетчика, разрядные выходы первогои второго счетчиков соединены с кодо.8010436 выми входами соответственно первого и второго двоичных умножителей, выход генератора опорной частоты соединен с вторым входом блока управления и с частотными входами первого и третьего двоичных умножителей, выход первого двоичного умножителя соединен с частотным входом второго двоичного умножителя, выход которого соединен с В-входом й-триггера и че" рез делитель частоты - с Р-входом Й 5-триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом ключа, инверсные разрядные выходы реверсивно" го счетчика соединены с соответствующими входами дискриминатора и через первую группу ключей -. с первой группой входов группы элементов ИЛИ, прямые разрядные выходы реверсивного очетчика церез вторую группу ключей соединены с второй группой входов груп пы элементов ИЛИ, группа выходов ко торой соединена с кодовым входом, третьего двоичного умножителя, выход которого через ключ соединен со счетным входом третьего счетчика, первый управляющий выход блока управления соединен с входом обнуления реверсивного счтечика, второй управляющий выход блока управления соединен с входами обнуления первого, второго и третьего двоичных умножителей, прямой выход дискриминатора соединен с управляющим входом первой группы ключей и со знаковым входом блока управления, инверсный вйход дискриминатора соединен с управляющим входом второй группы ключей.2. Ус " по и. 1 л и1043675 20 равления содержит пять элементов И,два счетных триггера, Р 5-триггер,формирователь импульсов и элемент ИЛИпри этом первый вход первого, элемента И является первым входом блока, выход первого элемента И соединен с первым входом первого счетноготриггера и с 5-входом Р 5-триггера,прямой выход первого счетного триггера соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, инверсный выход первого счетного триггерасоединен с первым входом второгосчетного триггера и с первым входомчетвертого элемента И, вторые входысчетных триггеров соединены с шинойпуска, соединенной с первым управляющим выходом блока, второй входблока соединен с вторыми входамитретьего и четвертого элементов И,Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в дискретных системах контроля и управления с частотно-импульсными входными сиг 1ндлдми .Известно устройство для определения измерения скорости, представленной частотой следования импульсов, которое определяет ускорение или замед ление как разность первого порядка между конечными суммами импульсов входной частоты в соседних интервалах дискретизации . Устройство содержит вентиль, реверсивный счетчик, задатчики интервалов и пауз, блок индикации и источник частотно-импульсного сигнала 1 .Недостатком устройства является противоречие между статической точностью и динамической погрешностью. Для высокоточного определения конечной разности в этом случае следует увеличивать интервал дискретизации. естественно, что при этом динамические погрешности усредняются. Кроме того, для использования такого устройства в быстродействующих системах необходимо иметь достаточно высокий уровень частоты, что в подав прямой выход второго счетного триггера соединен с вторым входом второгоэлемента И, выход которого, являющийся вторым управляющим выходом блока, соединен с вторым входом первогоэлемента И, с й-входом й 5-триггераи с первым входом пятого элемента И,второй вход которого соединен сознаковым входом блока, выход й 5-триггера соединен с третьими входамитретьего и четвертого элементов И,выход третьего элемента И соединен спервым информационным выходом блока,выход четвертого элемента И соединенс первым входом, а выход пятого эле.мента И через формирователь импульсов - с вторым ,входом элемента ИЛИ, выход которого являетсявторым информационным входом бло"ка. ляющем большинстве случаев достигает"ся за счет значительного усложненияпервичных датчиков, либо введениясложных устройств " умножителей частоты.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, содержащее входную шину, соединенную со входом блока управления, и три счетчика, ко входамобнуления которых подключены управляющие выходы блока управления, а ксчетному входу первого иэ счетчиков подключен информационный выходблока управления. Кроме того, устройство содержит генератор стабильной частоты, регистры, счетчики,группы кодовых вентилей, распределитель и устройство вычитания частот 2 1,Сущность работы устройства заключается в квантовании соседних периодов входной частоты и обратно пропорциональном преобразовании каждогоиз результатов квантования с последующим вычитанием результатов преобразований.Недостатками устройства являютсяограниченный сверху диапазон входных частот, поскольку для повышения20 3 103 ькрутизны преобразования в цепь частоты квантующей период, введен делитель частоты с коэффициентом деления1 К; сложность устройства, обусловленная применением одного счетчикадля квантования соседних периодоввходной частоты, Следствием этогоявляется необходимость передачи результатов квантования периодов в параллельных кодах, что требует шестигрупп кодовых вентилей, значительноусложняет блок управления и увеличивает объем связей между элементами,устройства. Указанные обстоятельства не могут не снижать надежностиработы устройства; кроме того, дляполучения разности в виде кода, например для ввода в ЭВИ, необходимоеще более усложнить устройствоЦель изобретения - расширениедиапазона входных частот, упрощение и представление результата вчисловой форме.Цель достигается тем, что устройство для определения первой разности частотно-импульсного сигнала,содержащее блок управления, первыйвход которого соединен с входной шиной устройства, три счетчика, входыобнуления которых подключены к первому управляющему выходу блока управЗоления, а счетный вход первого счетчика соединен с первым.информационным выходом блока управления, генератор опорной частоты и делительчастоты, содержит реверсивный счет"чик, три двоичных умножителя, дискриминатор, две группы ключей, группу элементов ИЛИ, к 5-триггер и ключ,при этом первый информационный выходблока управления соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика,а второй информационный выход - свычитающим входом реверсивного счетчика и со счетным входом второгосчетчика, разрядные выходы первогои второго счетчиков соединены с кодовыми входами соответственно первогои второго двоичных умножителей, выход генератора опорной частоты соединен с вторым входом блока управле;, 50ния и с частотными входами первогои третьего двоичных умножителей,выход первого двоичного умножителясоединен с частотным входом второгодвоичного умножителя, выход которого 55соединен с 5-входом Й 5-триггера и черед делитель частоты - с Р-входомР 5-триггера, прямой выход которого 15 4соединен. с управляющим входом ключа,1 инверсные разрядные выходы реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами дискриминатора и через первую группу ключей - с первой группой входов группы элементов ИЛИ, прямые разрядные выходы реверсивного счетчика через вторую группу ключей соединены с второй группой входов группы элементов ИЛИ, группа выходов которой соединена с кодовым входом третьего двоичного умножителя, выход которого через ключ соединен со счетным входом третьего счетчика, первый управляющий выход блока управления соединен с входом обнуления реверсивного счетчика, второй управляющий выход блока управления соединен с входами обнуления первого, второгои третьего двоичных умножителей, прямой выход дискриминатора соединен с управляющим входом первой группы ключей и сознаковым входом блока управления, инверсный выход дискриминатора соединен с управляющим входом второй группы ключей.Блок управления содержит пять элементов И, два счетных триггера, Й 5-триггер формирователь импульсов и элемент ИЛИ, при этом первый вход первого элемента И является первым входом блока, выход первого элемента И соединен с первым входом первого счетного триггера и с 5-входом Й 5-триггера, прямой выход первого счетного триггера соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, инверсный выход первого счетного триггера соединен с первым вхо" дом второго счетного триггера и с первым входом четвертого элемента И, вторые входы счетных триггеров соединены с шиной пуска, соединенной с первым управляющим выходом блока, второй вход блока соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, прямой выход второго счетного триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого, являющийся вторым управляющим выходом блока, соединен с вторым входом первого элемента И, с Р-входом Й 5-триггера и с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен со знаковым входом блока, выход Й 5-триггера соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И, выход третьего элемента И соединен с первым информационным вы"ходом блока, выход четвертого элемента И соединен с первым входом а выход пятого элемента И через формирователь импульсов - с вторым входомэлемента ИЛИ, выход которого является вторым информационным выходом блока,На фиг. 1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг, 2 " выполнение блока управления.Устройство содержит генераторопорной частоты, блок 2 управления,двоичные умножители 3 и 4, счетчики 5 и 6, .реверсивный счетчик 7,дискриминатор 8, группы ключей 9 и 1510, группу элементов ИЛИ 11, двоичный умножитель 12, делитель 13 частоты, к 5-триггер 14, ключ 15 и счет"цик 16.Блок 2 управления содержит элемент И 17 счетные триггеры 18 и19,элементы И 20-22, формирователь23 импульсов, элемент ИЛИ 24,й 5-триггер 25, элемент И 26.Работа блока 2 управления заключается в следующем.С подачей сигнала на шину "Пуск"триггеры 18 и 19 устанавливаются внулевое состояние. При этом потенциалом выхода элемента И 26 открыва- ЗОется элемент И 17. Одновременно сиг-налом по шине "Пуск" в нулевое состояние устанавливаются счетчики 5, 6,7, 16, а потенциал выхода элемента И 26 блокирует работу двоичныхумножителей 3, 4, 12. Первый же импульс Г (1) через открытый элемент И 17 устанавливает триггеры18 и 25 в единичное состояние . Приэтом открывается элемент И 20 и импульсы генератора 1 поступают на суммирующий вход счетчика 7 и входсчетчика 5. Следующим импульсомГ (т,) триггер 18 устанавливается внулевое состояние, а триггер 19 в едиыичное.При этом открывается элемент И 21и импульсы генератора 1 поступаютна вычитающий вход счетчика 7 и входсчетчика 6. По окончании (1+1)-периода Г (й) те. с поступлением третьего импульса Г (й ), триггеры 18 и19 устанавливаются в единичное состояние, на выходе элемента И 26 появляется потенциал, закрывающийэлемент И 17, разблокирующий двоичные умножители 3, 4, 12 и устанавливающий триггер 25 в нулевое состояние, Если дискриминатор 8 на прямом выходе имеет единичное состояние по окончании ( 1 +1)-периода, на вы" ходе элемента И 22 появится единичный сигнал, который, будучи сформированным по длительности формирователем 23, поступает через элемент ИЛИ 24 на вычитающий вход счетчика 7.Устройство работает следующим об разом.В исходном состоянии счетчики 5, 6, 7 и двоичные умножители12 заблокированы сигналом управляющего выхода блока 2 управления, триггер 14 находится в состоянии "0"., в счетчике 16 записан код предыдущей разности первого порядка сигнала(т,), С поступлением на вход блока управления 2 очередного импульса Г (С) последний осуществляет кодирование -го и +1-го периодов. При этом результаты кодирования число- импульсные коды поступают соответственно на вход счетчиков 5 и 6, а также на входы реверсивного счетчика 7. В результате по окончании +1-го периода коды в указанных счетчиках имеют значения5 оТ (1) Р 6=оТ 1+1 (г) й,=о(Т;-Т;,) (3) где Го - частота генератора 1.Очевидно что возможны два случая: Т;Т;8 первом случае обнуление реверсивного счетчика 7 в процессе вычитания не происходит и дискриминатор 8 не срабатывает. Тем самым разрешающий потенциал, присутствующий на инверсном выходе дискриминатора 8, разрешает выдачу прямого кода из реверсивного счетчика 7 через ключи 10 и элементы ИЛИ 11 на кодовые входы двоичного умножителя 12.Во втором случае в процессе вычитания реверсивный счетчик обнуляется, срабатывает дискриминатор 8 и на его прямом выходе появляется потенциал, открывающий ключи 9. Этот же потенциал подается на блок 2 управления и по окончании ( 1+1) периода - на вход вычитания реверсивного счетчика 7, тем самым осуществляется инкремент обратного кода в реверсивном счетчике 7, т,е. на кодовые входы,2льсом переполнения делителя 1триггер 14 устанавливается ояние "0"; тем самым прекращадача импульсов2 в счетчик видно, что ключ 15 открыт впеременного интервала частот в сост ется и 16. Оч течени и Кде К - коэффициент дел13 частотыПоследнее выражениеринимает вид ия делителяучетом ( 5 )4 двоичного умножителя 12 через ключи 9 и элементы ИЛИ 11 подается дополнительный код числа, характеризующий разность соседнихи (+1) периодовПо окончании (+1) периода раз блокировываются двоичные умножители 3 4, 12,На выходе двоичного умножителя 3 имеет место последовательность импульсов, средняя частота следования 10 которых может быть выражена в видейЭ 2 где и - число разрядов счетчиков 5, 6, 7 и двоичных умножите лей 3, 4, 12. С учетом (1) последнее выражение приобретает вид7Э 2 п 20Выходная частота двоичного умно- жителя 3 является входной для двоичного умножителя 4, поэтому выходная частота последнего равна э2 4 7г"Первый импульс , устанавливает триггер 14 в состояние "1" и выходные импульсы двоичного умножителя 12 поступают через открытый ключ 15 в З 0 счетчик 16. Среднее значение частоты двоичного умножителя 12 определяется выражением г 2 КЙп3ЕТ.Т.о Число в счетчике 16 определитсявыражением16 12или с учетом (6) и (7)и =,. (г, -г,.) Р)2,КоТаким образом, код в счетчике16 по окончании цикла пропорционаленразности первого порядка решетчатойФункции. Знак разности определяетсясостоянием выходов дискриминатора 8.Все элементы устройства возвратились в исходное состояние и оноготово к очередному циклу,Из (8) следует, что при К=2 крутиэна преобразования (точность)предлагаемого и известного устройства одинакова и равна К /ГгВместе с тем, в предлагаемом устройстве периоды Т и Т квантуются1 +частотой , а в известном - Гв/К,т,е, при прочих равных условиях предлагаемое устройство допускает повышение частоты в К раэ по сравнениюс известным.Кроме того, техническая реализация предлагаемого устройства прощеза счет использования двоичных умножителей и отдельных счетчиков дляквантования периодов, При этом существенно сокращается объем связеймежду элементами, а также число элементов. В настоящее время известнареализация двоичных умножителей винтегральном исполнении (К 155 МЕ 8)в то время, как для реализации двоичного делителя нужен счетчик,и-кодовых ключей и, естественно связи между ними. Все это обуславливает более высокую надежность предлагаемого устройство по сравнению сизвестным