Цифровой дискриминатор средней частоты

(56) Авторское сУ 907793 э клф НАвторское свК 1293835, кле Н л. У 15(54) ЦИФРОВОЙ ДИСКРИМИНАТОР СРЕДНЕЙЧАСТОТЫ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах связи и управления,Цель изобретения - повышение надеж-.ности устройства, Для достиженияпоставленной цели в дискриминатор,содержащий триггеры 4, 5, 9, 10, 14,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЛПРИ Гкнт ССО 15, реверсивные счетчики 7, 12, 17импульсов, элементы ИЛИ-НЕ 6, 11,16,введены формирователи 9, 13, 18 импульсов и новые связи, В начальномсостоянии в реверсивных счетчиках 7,12, 17 содержится код 2 , где и -количество разрядов, а на выходныхшинах 19, 20, 21 присутствуют логические О, Коды в реверсивных счетчиках 7, 12, 17 изменяются в зависимости от соотношения частот на входных шинах 1, 2, 3. При появлениисигнала переполнения на выходе одного из реверсивных счетчиков 7, 12,17 этот счетчик устанавливается снова в состояние 2 д или 2"-1 асостояние триггера 5, 1 О или 15меняется, Код на шинах 19, 20,показывает, какая из выходных чявляется средней по величине. 220 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах связи и управления,1Цель изобретения - повышение на 5дежности устройства,На фиг. приведена структурнаясхема устройства; на фиг2 - временные диаграммы, иллюстрирующие егоработу. 1 Одискриминатор содержит первуювторую 2 и третью 3 входные шины,первый 4 и второй 5 триггеры, первый элемент ИЛИ-НЕ 6, первый реверсивный счетчик 7 импульсов, первый 15формирователь 8 импульсов, третий 9и четвертый 10 триггеры, второй элемент ИЛИ-НЕ 11, второй реверсивныйсчетчик 12 импульсов,.второй форми.Рователь 13 импульсов, пятый 14 ишестой 15 триггеры, третий элементИЛИ-НЕ. 16, третий реверсивный счетчик 17 импульсов, третий формирователь 18 импульсов, первую 19, вторую 20 и третью 21 выходные шины,Первая входная шина 1 соединенас 8-входами первого 4 и пятого 14триггеров, вторая входная шина 2 соединена с К-входом первого триггера4 и Б-входом третьего триггера 9,третья входная шина 3 соединена сК-входами третьего 9 и пятого 14триггеров. Прямые выходы первого 4,третьего 9 и пятого 14 триггеров соединены с входами управления первого,второго и третьего реверсивных счетчиков 7, 12 и 17 соответственно, Первыевходы первого 6, второго 11 итретьего 16 элементов ИЛИ НЕ соединены с 8-входами первого 4, третьего 9 и пятого 14 триггеров соответственно, вторые входы - с К-входами тех же триГгеров а выходы - стактовыми входами первого 7, второго12 и третьего 12 реверсивных счетчиков соответственно, Выходы второго5, четвертого 10 и шестого 15 триггеров соединены с первой 9, второй20 и третьей 21 выходными шинами соответственно, Входы пеРвого 8, втоРого 13 и третьего 18 Формирователейсоединены с выходами первого 7, второго 12 и третьего 17 реверсивныхсчетчиков, а выходы - с входами записи тех же.счетчиков и С-входамивторого 5, четвертого 10 и шестого15 триггеров соответственно, Прямыевыходы первого 4, третьего 9 и пятого 14 триггеров соединены с 0-входами разрядов, кроме старшего, первого7, второго 12 и третьего 7 реверсивных счетчиков, В-входы старшихразрядов которых соединены с инверсными выходами тех же триггеров.На фиг,2 приведена временная диаграмма работы цифрового дискриминатора средней частоты (отсчет временипоказан с момента включения дискриминатора), где обозначено: а, б, втри фазы тактовой сетки, соответственно ТИ 1, ТИ 2, ТИЗ; г, д, е - входные "привязанные" к тактовой сеткеимпульсы дискриминируемых частот Ь,Ь и Ь соответственно; ж, з, и -прямые выходы триггеров 4, 9 и 14 соответственно; к, л, м - выходы переносов реверсивных и-разрядных счетчиков 7, 12 и 17 соответственно; н,о, ивыходы формирователей 8, 13 и18 соответственно; р, с, т - прямыевыходы триггеров 5, 10 и 15 соответственно,Диаграмма на фиг,2 приведена длясчетчиков 7, 12 и 17, имеющих ем- .кость Н = 7, т,е. трехразрядных,Дискриминатор работает следующимобразом,По включении цифрового дискриминатора триггеры 5, 10 и 15 устанавливаются в нулевое состояние, а ви-разрядные реверсивные счетчики 7,12 и 17 записывается исходное числои-Б , соответствующее значению 2или 2 -1 (цепи установки триггеровне показаны). На выходах реверсивныхсчетчиков 7, 12 и 7 при этом имеютместо высокие потенциалы, благодарячему происходит заряд конденсаторов(С 1 ) в формирователях 8, 13 и 18 через резисторы (К 1) на общую шину питания,На входные шины 1-3 дискриминатора поступают импульсы сигналов сравниваемых частот Ь, Ь и Ьз (фиг.2 г,д, е) предварительно "привязанные"к импульсам многофазной тактовой серии ТИ 1, ТИ 2, ТИЗ (Фиг.2 а, б, в).Каждый входной импульс частотйсвоим передним фронтом устанавливает триггеры 4 и 14 соответственно вединичное состояние (фиг.2 ж, и) и через элементы ИЛИ НЕ б и 16 на счетные (тактовые) входы и-разрядныхреверсивных счетчиков 7. и 17.Входные импульсы частоты Ь своими передними фронтами устанавливают5 15триггер 4 в нулевое состояние, атриггер 9 второго канала - в единичное (фиг.2 з) и через элементы ИЛИ-НЕ6 и 11 соответственно первого и второго каналов проходят на счетныевходы реверсивных счетчиков импульсов 7 и 12, Входные импульсы частотыГ своими передними фронтами устанавливают триггеры 9 и 4 в нулевоесостояние и через элементы ИЛ 1 НЕ11 и 16 соответственно проходят насчетные входы реверсивньгх счетчиков12 и 17, Таким образом, все реверсивные счетчики 7, 12 и 17 по тактовым (счетным) входам переключаютсязадними фронтами входных импульсовсравниваемых частот ", 1 иТриггеры 4, 9 и 14 каналов насвоих прямьх выходах (Фиг.А, з, и)формируют сигналы управления режиамработы соответственно регерсивныхсчетчиков 7, 12 и 17 1,сложение иливычитание), Так гри действии на вход=ной шине 1 входного импульсатриггеры 4 и 14 устанавливаются вединичное состояние, обеспечиваясчетчиками 17 режим сложения позаднему Фронту импульса й, Когда навходной, шине 2 присутствует входнойимпульс 1, триггер 4 обеспечиваетсчетчику 7 импульсов режим вычитанияа триггер 9 обеспечивает счетчику 12режим сложения по заднему Фронту импульса Х, Импульс К на входнойшине 3 устанавливает триггеры 9 н14 в нулевое состояние, обеспечиваятем самым счетчикам 12 и 17 импульсов режим вычитания по своему заднему Фронту.В момент включения цифровогодискриминатора средней частоты триггеры 4, 9 и 14 устанавливаются внулевое состояние, На выходных шинах 9, 20 и 21 (Фиг,2 с, т у) дискриминатора имеет место код 000, который используется для управленияпроцессом мультиплексирования средней частоты для ее дальнейшей обработки,Если первым на входных шинах 1-3после включения дискриминатора появляется, например, входной сигналчастоты й (Фиг.2 д), то он подтверждает нулевое состояние триггера 4,переводит в единичное состояниетриггер 9 и через элементы ИЛИ-НЕ би 11 проходит на счетные входы реверсивных счетчиков 7 и 12 соот 59399 6ветственноК моменту окончания импульса 1 на управляющем входе реверсивного счетчика 7 имеет место низкий потенциал (режим вычитания), а на управляющем входе реверсивного счетчика 12 - высокий потенциал (режим сложения), Таким образом, по заднему Фронту импульса Г исходный код Б в счетчике 7 уменьшается на единицу (Б= 4-1 = 3), а код в счет-, чике 12 увеличивается на единицу (11 = 4+ = 5).Если после этого на входной шине 1 появляется импульс частоты (Фиг.2 г),то он переводит триггеры 4 и 14 в единичное состояние, обеспечивая к моменту своего окончания реверсивным счетчикам 7 и 17 режимсложения, и через элементы 11 ПИ-НЕ 6 25 30"ж 4 Ц 45 50 55 и 16 проходит на счетные входы реверсивных счетчиков 7 и 17, Такимобразом, по заднему Фронту импульсакоды И в реверсивных счетчиках 7и 17 изменяются следующим образом:Б = 3+ = 4; 1 = 4+ = 5,Появление после этого импульса Хзна входной шине 3 приводит к установке в нулевое состояние триггеров9 и 14, благодаря чему счетчики 12 и17 переводятся в режим вычитания,Через элементы ИЛИ-НЕ 11 и 16 импульс проходит на счетные входы реверсивных счетчиков 12 и 17 и своимзадним фронтом изменяет текущиекоды Б этих счетчиков следующим образом: И -- 5-1 = 4; Б-- 5-1 = 4,На реверсивном счетчике 7 с помощью триггера 4 и элемента ИЛИ-НЕ 6осуществляется операция К- нареверсивном счетчике 12 с помощьютриггера 9 и элемента ИЛИ-НЕ 11операция Х -1 на реверсивном счетчике 17 с помощью триггера 14 и элемента ИЛИ-НЕ 16 - операцияТриггеры 5, 10 и 15 предназначеныдля запоминания и хранения знака результата указанных операций, ЕслиК-йО, триггер 5 первого каналачерез время с; определяемое степенью разброса но величине частотЕ и Г устанавливается в единичноесостояние (фиг,2 р) следующим образом,Появляющийся на выходе реверсивногосчетчикаотрицательный уровеньсигнала переноса (фиг,2 к) поступаетна вход формирователя 8, Положительный импульс с выхода формирователя8 обеспечивает параллельную записькода в разряды реверсивного счетчикаи установку в единичное состояниетриггера 5 по С-входу, поскольку наего П-входе в этот момент имеет место высокий уровень логическбй "1",Через время, равное времени задержкипереключения реверсивного счетчика7 импульсов по П-входам, на его выходе переноса появляется положительныйуровень, обеспечивающий с некоторойзадержкой на выходе формирователя 8нулевой уровень. Благодаря наличиюформирователя 8 осуществляется надежная запись кода в реверсивныйсчетчик 7 и срабатывание триггера 5,Если же Й,- Йс О, триггер 5 остается в нулевом состоянии до тех пор,пока сохраняется указанное соотношение частот Й и Й, Аналогично, состояние триггеров 1 О и 15 определяется знаком разностей Й-Йи Й 1-Йзсоответственно,Трехразрядный код на выходе цифрового дискриминатора средней частоты может принимать восемь различных значений,Код 000 означает, что имеют местоследующие соотношения: Й,-Й с О,т.е, ЙЙ, Й-Йз с 0; т.е. ЙЙ;Й,-Й с О; т.е, Йз ЙСледовательно, Йс Й с Й, т.е.среднее значение имеет частотаПри коде 010 Й,-Й с О, т,е. Й, с Й;Й -ЙО, т.е. Й ) Й.Й,-Й с О,35т,е, ЙзСледовательно, ЙЙ зЙ, т,е,значение имеет частотаПри коде 100 Й-Й 0; Й -Йз сО;Й-Йз -О т Й,ЙЙ, .ЙЙ с Йз, Следовательно, среднее значение имеет частота Й, посколькуЙ ) Й,) Й. И так далее,Исходя из приведенных соотношенийи неравенств осуществляется использование кода на выходе дискриминатора для мультиплексирования средней частоты на вход устройства еедальнейшей отработки,В момент включения дискриминаторав реверсивные счетчики 7, 12 и 17Ь.записывается исходный код И =2где и - число разрядов счетчика, Изописанного следует, что если в момент включения и далее частоты оказываются равными, т,е.то в течение всего времени,пока сохраняется такое соотношение,код на выходе дискриминатора сохраняет значение 000, Это объясняетсятем, что ни один из счетчиков 7, 12и 17 при равенстве частот Й, Й, Й,не формирует сигнала переноса насвоем выходе (фиг.2 к, л, м), посколь"ку коды счетчиков с течением времени меняются относительно исходногоБ,= 4 (при п=З) на единицу то в сторону увеличения, то в сторону уменьшения, не достигая ни значения И=7,ни значения И=О, при которых в зависимости от состояния триггеров 4,9, 14 возможно формирование сигналовпереноса, следовательно, переключение триггеров 5, 10 и 15 по С-входамне происходит,Формирование текущего кода навыходе дискриминатора при условииЙ-Й 7 0; Й-Й с 0; Й-Йз сО (100)осуществляется следующим образом,Если Й,-Й =+ДР через времяС с --- с момента включения дискриминатора текущий код в реверсивномсчетчике 7 первого канала увеличивается на единицу по сравнению с исходным Б =4 и далее изменяется с пооступлением каждого импульса в пределах 0=5-6,Начиная с момента первого увеличения кода Н =4 счетчика 7 на единисцу, через каждый интервал времени1г. = втекущий код этого счетчикаДРвозрастает на единицу и через время6 Р, ЬР, ДР,(при и= Э) код реверсивного счетчика7 достигает значения 7, при этом наего выходе появляется низкий потенциал сигнала переноса (фиг,2 к), вызывающий через формирователь 8 залиськода в реверсивный счетчик 7 по егоП-входам и срабатывание по С-входутриггера 5, Поскольку при возрастании кода в реверсивном счетчике 7появление сигнала переноса на еговыходе возможно лишь после поступления на его вход очередного импульсаЙ, по входной шине 1, то триггер 4в этот момент находится в единичномсостоянии на П-входе первого триггера 5, а также на П-входах реверсивного счетчика 7 с первого по (а)-йприсутствует высокий уровень а наего и-м П-входе - низкий уровень синверсного выхода триггера 4, Поэтому в момент срабатывания формирова 1559399теля 8 триггер 5 устанавливается вединичное состояние, а в реверсивныйсчетчик 7 импульсов записывается кодН = 2" -1, т,е, 3, вместо Б =4 привключении дискриминатора и так далеедо тех пор, пока 1 остается больше,чемАналогично работают реверсивныесчетчики 12 и 17 соответственно, стой лишь разницей, что в них черезкаждый интервал времени, равный со 1 1ответственно с = --- = -- ий - 1, ЬГ,С = - -- = -- у текущий код в ре1 11 сэ А 13версивных счетчиках 12 и 17 уменьшается на единицу, начиная от И=4и до О, Поскольку всякое уменьшениеотличного от нуля кода в счетчикевозможно лишь в режиме вычитания,то в момент перехода кода реверсивного счетчика из значения 0=1 в значение И=О триггер 8 или 14 находится в нулевом состоянии, обеспечивая 25на и-м 0-входе соответствующего реверсивного счетчика 12 или 17 высокий потенциал, а на остальных, спервого по (и)-й П-входах этогосчетчика и на П-входе триггера 10или 15 - низкий потенциал, На управляющем входе соответствующего реверсивного счетчика 12 или 17 в этотмомент также имеет место низкий потенциал (режим вычитания), поэтомупри И=О на его выходе формируетсясигнал переноса, поступающий на входсоответствующего формирователя 13или 18, Выходной сигнал формирователя 13 или 18 обеспечивает запись параллельного кода в соответствующийреверсивный счетчик 12 или 17 и поС-входу триггера 10 или 15 подтверждает его нулевое состояние (фиг.2 о,п),45Абсолютной ошибкой работы дискриминатора является количество импульсов выбранной (средней) частотыг В Б., которое проходит на входЬЫБВустройства за время, отсчитываемоеот момента, когда текущая выбранная50частота перестает быть средней (изменилась в верхнюю или нижнюю сторону) и до момента изменения трехразрядного кода на выходных шинах 19,20 и 21 дискриминатора, т.е, до момента смены выбранной ранее средней частоты на новую, имеющую среднее значение в текущее время, Условия начала переключения при этом определяются соотношениямиЙс 1 с(наимен вььр )ОфВыполнение любого иэ этих условийприводит к началу возрастания илиуменьшения на единицу содержимогокода соответствующих реверсивныхсчетчиков до момента формированиясигнала переноса на их выходах, какописано ранее,Поскольку выполнение указанныхусловий (1) или (2) может начатьсяв любой момент времени и при любомтекущем коде, в реверсивных счетчиках,то с момента начала выполнения одного из условий (1) или (2) до моментаперехода на новую среднюю частотумаксимальная абсолютная погрешностьне превышает Ми импульсов, где Инемкость счетчика, равнаяК =2"и фгде и - число разрядов реверсивногосчетчика в канале,Время переключения дискриминатора с выбранной частоты на новую определяется периодом разностной частоты в выражениях 1 и 2 и прямо пропорционально последнемуЕИи 11 и- ; (3)Фнаимен вьБр."и 1 иили - ----- ы т .(4)ьыБр ноиБРНа точность работы дискриминатора средней частоты практически не влияет начальный разброс фаз входных сигналов после очередного переключения с выбранной частоты на новую, Кроме того, как видно из выражений (3) и(4), время переключения цифрового дискриминатора средней частоты является функцией степени разброса входных сигналов по частоте, Чем ближе частоты друг к другу по величине, тем меньше разность между ними, тем больше значение Т , или Т и тем больше время переключения, При сохранений входными частотами своего постоянного значения время переключения С -со, тедискриминатор сохраняет выходной трехразрядный код неизменныи во все время своей работы, и наоборот, чем сильнее возникший раэ 12брос входных частот, тем меньше период Т или Т их разностной частоты и тем быстрее происходит сменавыходного кода,.т,е. переключениена новую частоту,По сравнению с известным предлагаемый дискриминатор имеет болеевысокую надежность, так как и извест-.ном при начальном нулевом состоянии 10реверсивного счетчика поступлениепервого импульса на вычитание сразуприводит к формированию сигнала переноса, в то время как в предлагаемом во всех случаях сигнал переносаформируется после прохождения 2импульсов на сложение или вычитание,кроме того, имеется меньшее количество элементов и связей,20Формула изобретенияЦифровой дискриминатор средней частоты, содержащий с первого по шес той триггеры, с первого по третий реверсивные счетчики импульсов, с первого по третий элементы ИЛИ-НЕ, причем. первая входная шина соединена с Б-входами первого и пятого тригге ров, вторая входная шина соединена с К-входом первого и Б-входом третьего триггера, третья входная шина соединена с К-входами третьего и пятого триггеров, прямые выходы первого, третьего и пятого триггеров соединены с входами управления первого, второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов соответственно и с Р-входами второго, четвертого и шес того триггеров соответственно, первые входы. первого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены с Бвходами первого, третьего и пятоготриггеров соответственно, вторыевходы первого, второго и третьегоэлементов ИЛИ-НЕ соединены с К-входами первого, третьего и пятоготриггеров соответственно, выходыпервого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены с тактовымивходами первого, второго и третьегореверсивных счетчиков импульсовсоответственно, а выходы второго,четвертого и шестого триггеров соединены с первой, второй и третьей выходными шинами соответственно, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности, в неговведены первый, второй и третий формирователи импульсов, входы которыхсоединены с выходами первого, второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов соответственно, а выходы. соединены с входами записи первого, второго и третьего реверсивныхсчетчиков импульсов соответственнои с С-входами второго, четвертогои шестого триггеров соответственнопри этом прямые выходы первого,третьего и пятого триггеров соедииены с Р-входами всех разрядов, кроме старшего, первого, второго итретьего реверсивных счетчиков импульсов соответственно, Р-входыстарших разрядов которых соединеныс инверсными выходами первого, третьего и пятого триггеров соответственно.1559399 Составитель А.СмирновТехред А.Кравчук Корректор Э.Лончакова тор Н.Лаза аказ 841 Тираж 661 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,агарина, 10