Преобразователь фаза-код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 18038 я)5 С 01 В 25/00 ТЕНИ АНИ ТЕЛ ЬСТВ ВТОРСКОМУ С скии институт и Винницкий имович Супьян ометры, Л,. СССР1988. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Львовский политехниим, Ленинского комсомолполитехнический институт(57) Использование: измерительная техника, измерение фазового сдвига в широком диапазоне частот, Сущность изобретения: устройство содержит 2 входных формирователя (1, 2), 1 блок управления (3), 1 генератор тактовых импульсов (4), 2 ключа (5, 14), 1 схема вычитания (6), 1 коммутатор (7), 3 комбинационных элемента И - ИЛИ (8, 9, 12), 1 суммирующий счетчик (10), 1 реверсивный счетчик (11), 1 управляемая схема вычитания (13), 5 ил,(2) бр= Мх - бц,Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для точного измерения фазового сдвига в широком диапазоне частот.Цель изобретения - повышение быстродействия.Структурная схема преобразователя фаза-код представлена на фиг, 1, На фиг. 2 а)-г) - одна из возможных реализаций блока управления, временные диаграммы работы и карта прошивки ПЗУ; на фиг. 3 - пример реализации управляемой схемы вычитания; на фиг. 4 а)-б) - реализация и временные диаграммы работы схемы вычитания; на фиг. 5 - пример реализации коммутатора,Преобразователь фаза-код (фиг. 1) содержит входные формирователи 1 и 2, блок 3 управления, генератор 4 тактовых импульсов, ключ 5, схему 6 вычитания, коммутатор 7, комбинационные элементы 8, 9, 12 ИИЛИ, суммирующий счетчик 10, реверсивный счетчик 11, управляемая схема 13 вычитания, ключ 14.Блок 3 управления (фиг, 2 а) содержит элемент 35 ИЛИ, счетный триггер 36, О- триггер 37, постоянное запоминающее устройство 38 (ПЗУ),Управл:емая схема 13 вычитателя (фиг.3) содержит схему 39 вычитания, элементы 40, 41, 42 И, элемент 43 ИЛИ.Схема 6 вычитания (фиг. 4 а) содержит О-триггер 47 и элемент 48 ИЛИ. Схема 39 вычитателя имеет аналогичную структуру.Коммутатор 7 (фиг, 5) содержит элементы 49, 50 И.В качестве комбинационных элементов 8, 9 и 12 могут быть использованы, например, интегральные микросхемы К 155 Л РЗ.В преобразователя фаза-код управляющие входы первого комбинационного элемента 8 И - ИЛИ подключены к разрядам первого счетчика 10, сигнальные - к разрядам второго счетчика 11, управляющие входы второго комбинационного элемента 12 И-ИЛИ, подключены к разрядам второго счетчика 11, сигнальные - к разрядам первого счетчика 10, выход которого соединен с первым входом блока 3 управления, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго входных формирователей 1, 2, входы которых являются входами устройства, первый вход ключа 5 соединен с первым выходом блока 3 управления, второй выход которого подключен к первому входу коммутатора 7, второй вход которого соединен с выходом схемы 6 вычитания, первый вход которой подключен к выходу управляемой схемы 13 вычитания, первый вход которой соединен с выходом второго ключа 14, первый вход 5 10 15 20 25 30 35 40 45 которого соединен с выходом третьего комбинационного элемента 9 И - ИЛИ, управляющие входы которого подключены к шине установки коэффициента, а сигнальные - к разрядам первого счетчика 10, вход которого соединен с выходом генератора 4 тактовых импульсов, третий и четвертый выходы блока 3 управления подключены соответственно ко второму и третьему входам управляемой схемы 13 вычитания, четвертый вход которой соединен с выходом второго комбинационного элемента 12 И - ИЛИ, выход первого комбинационного элемента 8 И - ИЛИ подключен ко второму входу ключа 5, выход которого соединен со вторым входом схемы 6 вычитания, первый и второй выходы коммутатора 7 подключены соответственно ко входу сложения и вычитания второго счетчика 11, а пятый выход блока 3 управления соединен со вторым входом ключа 14.Возможны два варианта работы преобразователя. В первом случае преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии ключи 5, 14 закрыты, счетчики 10 и 11 обнулены, коммутатор 7 коммутирует выход 30 схемы 6 вычитания с суммирующим входом реверсивного счетчика 11, На управляющих входах управляемой схемы 13 вычитания при помощи блока 3 управления устанавливается код, при котором импульсная последовательность Мх с выхода комбинационного элемента 9 И - ИЛИ через управляемую схему 13 вычитания подается на вход 28 схемы 6 вычитания. Исследуемые сигналы 0(т) и Ог(с) фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить, подаются на входные формирователи 1, 2 соответственно, и преобразуются в короткие однополярные импульсы, Блок 3 управления формирует из этих импульсов стробирующие импульсы длительностью г с периодом следования Т, равные измеряемому фазовому сдвигу. Квантующие импульсы генератора 4 тактовых импульсов в течение а периодов частоты исследуемых сигналов поступают на вход суммирующего счетчика 10. Результат квантования в периодов где хт - результат квантования одного периода.В момент появления импульса переполнения суммирующего счетчика 10 (фиг. 2 б) блок 3 управления подает на входы управляемой схемы 13 вычитания управляющий код и на ее выходе появляется приращение импульсной последовательности1803882 где хт - приращение импульсной последовательности на выходе комбинационного элеме 1 та 12 И - ИЛИ, Открывается ключ 5. На сх 4 му 6 вычитания начинает поступать приращение импульсной последовательности 5 бг,с выхода комбинационного элемента 8 И-,ИЛИ. По окончанию стробирующего импуЛьса на прямом выходе счетного триггера 36 блока 3 управления на выход управляемор схемы 13 вычитания поступает прира щение импульсной последовательности бр. Кочмутатор 7 коммутирует выход 30 схемы 6 вычитания с вычитающим входом реверсивного счетчика 11, По окончании паузы на прямом выходе счетного триггера 36 блока 15 3 уг 1 равления триггер 37 блока 3 управления сбрасывается в ноль, ключ 5 закрывается, преобразователь переходит в исходное состбяние и цикл измерения повторяется вновь. 20К моменту достижения частоты в счетчике 10 значения хн = 2" на вход счетчика 11 поступило (гп - 1) импульсных последовательностей, каждая из которых содержит хт импульсов и часть а-й последовательно сти Лхт. В реверсивном счетчике 11 зафиксировано число бг= б 22"(10) 30 где Е - коэффициент деления делителя частотй, образованного счетчиком 10 и комбинационным элементом 9 И-ИЛИ,Счетчики 10, 11, комбинационный элемент 12 И - ИЛИ и управляемая схема 13 вытания образуют число-импульсный умно итель. Приращение импульсной последов тельности на его выходе описывается сооношением40 х(15) 55где х 1= х,(в - 1)+ х 7 (16)результат квантования (щ - 1) целых периодов и одного фазового сдвига,Выразив из выражения (15) переменную21 при условии 2 н =Еп 1 - 1) хт+ Л ху (3) где и - разрядность счетчиков.На выходе 27 управляемой схемы 13 вычитания появляется приращение импульсно последовательности Подставив значение (4) в выражение (5)получим 2" бхбх,На выходе 30 схемы 6 вычитания приращение импульсной последовательности описывается выражением б 2 = бр - бг (7)Счетчики 10, 11, комбинационный элемент 8 И - ИЛИ и схема 6 вычитания образуют число-импульсный умножитель, работа которого описывается выражением где х - текущее значение числа в счетчике110 после его переполнения,Подставив в выражение (7) значение бгиз выражения (8) получим; С учетом количества импульсов х, = 2", по- требовавшегося для переполнения счетчика 10, общее количество импульсов, поступивших на его вход определяется выражением х = 2" + х 1. Подставив это значение в (9) получаем: Подставив в выражение (10) значениебр из выражения (6) получим Разделяя переменные и интегрируя левую и правую части выражения получаем Подставив пределы интегрирования,получим(23) 2 н=пт хх к Х 4 = 2 = (ГП - 1)Хт + Л ХХ (17) получаем решение дифференциального уравнения (11) с учетом начальных условий 2" Мгпх2 Мгпхххт(пт - 1)+хх(1 8) В момент переключения счетчика 11 в режим вычитания блок 3 управления подает. на входы управляемой схемы 13 вычитания код, и подача составляющей Кбх на вход 23 управляемой схемы 13 вычитания прекращается. При этом работа преобразователя описывается следующими соотношениями: Разделив переменные и проинтегрировав обе части уравнения с учетом пределов интегрирования, решение дифференциального уравнения будет иметь вид; или с учетом (1), (1 6) и (18) Выбрав коэффициент деления К =360- 10 и установив его на шине уста 2 пновки коэффициента, получим в счетчике 11 результат измерения фазового сдвига исследуемых сигналов 01(1) и 02(т): где а 2 - любое целое число,Второй вариант работы преобразователя связанный с появлением импульса переполнения суммирующего счетчика 10 иллюстрируют временные диаграммы работы на фиг. 2 в, Временные диаграммы на выходах элементов 35, 36 аналогичны первому случаю.К моменту достижения числом в счетчике 10 значения х 4 в счетчик 11 поступят все пт последовательностей хх, т,е. в нем зафиксируется число В рассматриваемом случае х 1 = х 4, 21 = 24. Подставив эти выражения в выражение(20) с учетом (1) и (17) получим выражение для 22 аналогичное выражению (21), т,е, преобразование осуществляется так же, как и 5 на прошедшем этапе в предыдущем случаеи число в счетчике 11 в конце преобразования определяется выражением (22),Технические преимущества предлагаемого преобразователя фаза-код по сравне нию с базовым устройством, в качествекоторого принят прототип, заключается в повышении быстродействия. Прототип работает в два такта. В первом также подсчитывается число15 где и - число периодов опорного сигнала; 1 о - частота генератора импульсов об 20 разцовой частоты. Во втором такте подсчитывается число25 импульсов где х - длительность импульсов, соответст вующих временному сдвигу между фронтами сигналов на опорном и измерительном входах устройства. Длительность второго такта равна длительности первого такта: Суммарная длительность преобразования равна 40 Т = Т 1 + Т 2 = 2 пТх Заявляемый преобразователь осуществляют операции аналогичные операциям, описываемым выражениями (24) и (26), па раллельно за время Тогда отношения времени преобразо 50 вания прототипа и заявляемого устройства- т-=2Т(30)ТСледовательно, быстродействие заявляемого преобразователя фаза-код в 2 раза больше, чем у прототипа,Повышение быстродействия заявляемого преобразователя значительно расширит сферы его применения.Формула изобретения Преобразователь фаза - код, содержащий два входных формирователя, генератор тактовых импульсов, блок управления, схему вычитания, два счетчика, два комбинационных элемента И-ИЛИ, управляющие входы первого комбинационного элемента И - ИЛИ, подключены к разрядам первого Счетчика, сигнальные - к разрядам второго Счетчика, управляющие входы второго комбинационного элемента И - ИЛИ подключены к разрядам второго счетчика, сигнальные - к разрядам первого счетчика, выход которого соединен с первым входом блока управления, второй и третий входы которого Соединены соответственно с выходами первого и второго входных формирователей, входы которых являются входами устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены третий комбинационный элемент И - ИЛИ, управляемая схема вычитания, коммутатор и два ключа, первый вход первого ключа соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу коммутатора, второй вход которого соединен с выходом схемы вычитания, первый вход которой подключен к выходу управляемой схемы вычи тания, первый вход которой соединен свыходом второго ключа, первый вход которого соединен с выходом третьего комбинационного элемента И - ИЛИ, управляющие входы которого подключены к шине уста новки коэффициента, а сигнальные - к разрядам первого счетчика, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно 15 к второму и третьему входам управляемойсхемы вычитания, четвертый вход которой соединен с выходом второго комбинационного элемента И - ИЛИ, выход первого комбинационного элемента И - ИЛИ подключен 20 к второму входу первого ключа, выход которого соединен с вторым входом схемы вычитания, первый и второй выходы коммутатора подключены соответственно к входу сложения и вычитания второго счетчика, 25 а пятый выход блока управления соединен свторым входом второго ключа.1803882 Йиг. г МКГ.ч ЪВп 1сг оставитель С,Черняко х ед М.Моргентал актор Г,Мельникова Те р Корректо ка аказ 1056 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, К. Раушская наб., 4/5 Т ССС Производственно-издательский ком;инат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,