Способ преобразования частоты в код

Союз Соаетскик Социалистических Республик(5)м К э С 01 11 23/00 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения В.Ф. Бахмутский, Ю.В, Мельничук и В.С. Якушев Специальное конструкторское бюро микроэлектроники в приборостроении(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ В КОД Изобретение относится к аналогоцифровому преобразованию средней частоты и может быть использовано в технике преобразования низких и инфранизких частот с повышенной точностью и быстродействием.Известны способы и устройства итерационного преобразования средней частоты в код, заключающиеся в преобразовании периодического сигнала в периодическую последовательность импульсов с последующим усреднением периодов за заданный измерительный интервал (счетно-импуль 15 сное приближение) и децимальной итерационной оценкой остатка (1) и (2).Недостаток описанных способов и устройств - значительное увеличение времени преобразования для20 оценки младших разрядов кода (для десятичного представления - до 10 периодов преобразуемой частоты на один дополнительный десятичный разряд)ф 25Наиболее близким к предлагаемому. является способ и устройство с не- децимальной итерационной оценкой остатков, обеспечивающие повышение быстродействия эа счет уменьшения времени каждой итерации до одного периода 131.Недостаток этого способа - медленная сходимость, т,е. увеличение количества итерационных оценок, что приводит к усложнению устройства за счет увеличения количества операционных узлов в специализированном вычислительном устройстве.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразованияПоставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в преобразовании периодического сигнала в периодическую импульсную последовательность с последующим усреднением ее периодов за заданный измерительный интервал и итерационной оценкой остатка, два первых остатка получают с недостатком и с избытком как результат сравнения измерительного интервала с периодом преобразуемого периодического сигнала, затем остатки сравнивают между собой и выбирают меньший из них, который сравнивают с периодом преобразуемого периодического сигнала до получения двух следующих остатков с недостатком и с йзбытком, затем выбирают меньший из них и сравнивают ецио с периодом преобразуемого периодического сигнала до получения двух следующих остатков с недостатком и с избытком и т.д. дополучения остатков, пренебрежимо малых по сравнению с заданной точностью преобразования, при этом послекаждого сравнения находят целыечисла, указывающие, сколько раэ вы-бранный остаток уложился в очередном периоде сигнала и с помощьюсоответствующего знакопеременногоряда вычисляют приближенное значение,кода преобразованной частоты,На фиг. 1 приведено устройство, 15реализующее данный способ; на фиг,2 график периодического сигнала; нафиг, 3 - график функциональных зависимостей; на фиг, 4 - фрагментграфика на фиг. 3, 20Устройство содержит Формирователь1 периода, Формирователь 2 измерительного интервала, формирователь3 основной импульсной последовательности, формирователь 4 первого остатка, формирователь 5 последующихостатков, формирователь б дополнительных импульсных последсвательностей, арифметический блок 7, компаратор 8, измерительный блок 9.На фиг. 2 условно обозначены Тзаданный измерительный интервал,определяемый преобразуемой частотой и заданной точностью ее усредненияр Тх - усредненный за времяТи период измеряемого сигнала;Т,Тхк - последующие неусредненные периоды этого сигнала,с , с , с , с с , с осотатки, полученные в результате описанных преобразований с недостат Оком и с избытком.Предлагаемый способ преобразования частоты в код заключается в том,что периодический сигнал с частотой Г преобразуется формирователем 451 периода в период Т, который усред.няется за некоторый заданный измерительный интервал,Т Формирователем3 основной импульсной последовательности и одновременно преобразуется им,в импульсную последовательность МХО,соответствующую целому числу периодов ТХ в интервале Т,Формирователем 4 первого остатка в результате сравнения интерналаТ с периодом Тх формируется два 55первых остатка с, и со соответственно с недостатком и с избытком, меньший из которых выделяется компара-.тором 8. Затем Формирователем 5последующих остатков в результате щосравнения периода Тх с меньшимиэ двух первых остатков формируются два остатка с недостатком-си с избытком - с , меньший изкоторых выделяется компаратором 8 Зыделенный компараторол 1 8 остаток в свок очередь сравнивается формирователем 5 последующих остатков с периодом Т. В результате сравнения опять получаются два остатка с недостатком - с и с избытком с", компаратором 8 ныделяется меньшйй из них и т.д, до получения остатков, пренебрежимо малых или равных нулю. Формирователем 5 последующих остатков вырабатываются также сигналы, соответствующие моменту сравнения очередного остатка с периодом Тх, Формирователем б дополнительных импульсных последовательностей вырабатываются импульсные последовательности, соответствующие целым числам, указывающим, сколько раз остаток со укладывается в периоде Т с недостатком - М и с избытком Р, затем сколько раз меньший из остатков с или с" укладывается в периоде Т с недостатком - М и с избытком - Рд и т.д, Компаратором 8 вырабатываются также сигналы, соответствующие меньшему остатку, например с, со, полученному формирователем 4 первого остатка и формирователем 5 последующих остатков. Арифметическим блоком 7 на основании данных, полученных с формирователя 3 основной импульсной последовательности, формирователя б дополнительных импульсных последовательностей и компаратора 8, вычисляется величикна М , пропорциональная коду преобразуемой частоты 1 х Измерительным блоком 9 неличина Мд, вычисленная арифметическим блоком 7, измеряется и преобразуется в визуальную цифровую или графическую информацию, соответствующую измеряемой частоте.При оценке с недостатком выражение для измерительного интернала Т может быть представлено в виде4, х Мх + со (1) где МХО - величина, соответствующаяцелому числу периодов Тхв интервале Т,Соответственно выражение для величины М 4, пропорциональной коду преобразуемой частоты Фх, может быть представлено в видеМХ + М (2) где М = - ЬМ- с .О ТХОПоследующие неусредненные периоды Т Т могут быть представлены при оценке с недостатком в видео1 х Мс 1 + (3)2.тх =Мкск+ сххгде М, М Мх - импульсные после 1ф 1довательности, соответствующие целым числам, указывающим, сколько раз остатки с, с,сукладываются в соответствующих периодах Т Тх,Т (с,с с, ) с недостатком;Иэ неравенства (8) следует, что максимально возможная погрешность, которая может получиться при аппроксимации суммы ряда (7) и первыми слагаемыми не превышает абсолютной величины (и+1) слагаемого, умножен-ного на (+ уев )61,1,Из формулы Р 2 Р+1 и условия Ръ,2 можем записать неравенство Рт 2, при этом неравенство (17) может быть продолжено(и+Нп+2) (+ 1) (ид 1)Эта оценка достаточно грубая, т.е. пригодна для больших и., для малых и целесообразно пользоваться более точной оценкойн Для примера вычислим несколько первых максимально возможных абсолют- ных величин погрешностей Ья при приближении 1, 2 и 3 слагаемыми: а ,д д,д()д,м; Й)5 Ь ( (1+Ь 0,01;/Й ),1), ь(1+ ) - "О,ОЬОА и т,д 33 2 512 Ъ2 23 (Сравнение разных способов итерационной оценки проведено на примере измерения частоты Г, =1 Гц с точностью 10.Выбирая Т,=10 Т, получим общее время преобразования (Т) частоты в код по нониусному способу преобразования (децимальная итерационная оценка) - Т=10 Т+10 2 Тх = ЗОС; при итерационной оценке с недостатком ТП=10 Т+ЗТ=13 С; при итерационной оценке с избытком - Т=10 Тх+7 Т,)=17 С при комбинированной оценке по предложенному способу - Т=10 Т+2 Т; - =12 С.Для преобразования частоты1 Гц в код с точностью порядка 10 по ноничсномч способу потребуется 40 с, а при комбинированнойоценке - 13 с. Следует также отметить, что при комбинированной оценке за 13 с обеспечивается точность -0,0004, а при односторонней оценке с недостатком - только 0,01.Формула изобретенияСпособ преобразования частотыв код, заключающийся в преобразовании периодического сигнала в перио О дическую импульсную последователь-ность с последующим усреднением еепериодов эа заданный измерительныйинтервал и итерационной оценкойостатка, о т л и ч а ю щ и и с ятем, что, с целью повышения точностии быстродействия, два первых остатка получают с недостатком и с избытком как результат сравнения измерительного интервала с периодом прещ образуемого периодического сигнала,затем остатки сравнивают между собойи выбирают меньший из них, которыйсравнивают с периодом преобразуемогопериодического сигнала до получениядвух следующих остатков с недостатком и с избытком, затем выбкраютменьший из них и сравнивают его спериодом преобразуемого периодического сигнала до.получения двух следующих остатков с недостатком и с 30 избытком и так далее до полученияостатков, пренебрежимо малых посравнению с заданной точностью преобразования, при этом после каждогосравнения находят целые числа, ука зывающие, сколько раэ выбранныйостаток уложился в очередном периодесигнала, и с помощью соответствующего знакопеременного ряда вычисляютприближенное значение кода дреобра О зованной частотыИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Цифровые электроизмерительныеприборы, Под ред. В.М, Шландина,45 М "Энергия", 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 289794, кл. Н 03 К 13/20, 1972,3. Авторское свидетельство СССРР 660245, кл. Н 03 К 13/20, 1977.789864 д гд 1(пф 1 ф,4 ЬгФ аз 903Тира ВНИИПИ19 Подписное Филиал ППП "Патент", город, ул. Проектная,