Устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов

Сеоз Советснии Социвлистииееник Республик(22) Заявлено 131279 21) 2872270/18-24с присоединением звявии йо(51)м кл Р С 06 С 7/18 Госуаарствеииый комитет СССР ио делам изобретений и открытий) УСТРОЙС ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ СТОТНО импульсное 121, соенератор 1одувходу Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к устройствам дифферснцирования частотно-импульсных сигналов с представлением результата в цифровой форме.Известно частотно-импульсное дифференцирующее устройство 11, содержащее блок выделения разности периодов блок возведения входной частоты в куб, ключ и счетчик результ.ата.Известно также частотнодифференцирующее устройство держащее блок управления, г опорной частоты, блок измерения разности периодов, управляемые делители частоты, ключ, делитель частоты, группу элементов И, счетчик периодов и счетчик результата. 2Наиболее близким к изобретению является устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов 3, содержащее ключи, группы элементов И, блок управления, подклю ченный первым входом к шине ввода дифференцируемой частоты, реверсив-, ный счетчик, вход обнуления которого соедииен с первым входом блока ,управления, а выходы разрядов - с первыми входами элементов И первойгруппы, подключенных вторыми входамик второму выходу блока управления,и счетчики, первый из которых соеди. нен счетным входом с выходом первогоключа, выходами разрядов - с первыми входами элементов И второй группыподключенных выходами к входам разрядов реверсивного счетчика, вычи- О тающий и суммирующий входы которогосоединены соответственно с выходамивторого и третьего ключей. Управляющий вход второго ключа.подключен куправляющим входам первого и третье- Б го ключей и к выходу первого триггера, соединенного первым входом свыходом дешифратора, подключенноговходами к цифровому выходу функционального генератора и к первым вхо- О дам элементов И третьей группы, соединенных выходами с информационными входами регистра, подключенноговыходами к первым входам элементовИ четвертой группы, соединенных вто рыми входами с выходом второго счетчика и входом второго триггера, а выходами - с входами разрядов второго счетчика, подключенного счетным входом к первому частотному вых Функционального генератора и кделителя частоты, соединенного выходом с специальным входом первого ключа. Сигнальный вход второго ключа подключен н второму частотному выходу функционального генератора, сигнальный вход третьего ключа соединен с выходом второго триггера. Второй вход первого триггера, вторые входы элементов И второй и третьей 1 группц и входы обнуления регистра, счетчиков и делителя частоты подключены к соответствукщим выходам блока управления. Функциональный генератор выполнен на генераторе опорной частоты, делителе частоты, счетных счетчиках и трех группах элементов И.Недостатком этих устройств является нх техническая сложность.Целью изобретения является упрощение устройства.С этой целью устройство для диф.ференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее ключи, группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к шине ввода дифференцируемой частоты, реверсив" ный счетчик, вход обнуления которого соединен с первым выходом блока управления, а выходы разрядов - с первыми входами элементов И первой группы, подключенных вторыми входами к второму выходу блока управления, и счетчики, первый из которых соединен .счетным входом с выходом первого ключа, а выходами разрядов - с первыми входами элементов И,второй группы, содержит элементы ИЛИ, блоки сложения, блоки вычитания и делитель частоты на три, подключенный выходом к первому входу первого блока вычитания, а входом - к выходу первого элемента ИЛИ, соединенного входами с выходами элементов И третьей группы, первые входы которых подключены к выходам. разрядов первого счетчика, а вторые входы - к выходам разрядов реверсивного счетчика и к вторым входам элементов И второй группы, соединенных выходами с входами второго элемеНта ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания и к первому входу первого блока сложения, соединенного вторым входом с выходом первого блока вычитания, а выходом - с вторым входом первого блока вычитания и с сигнальным входом первого ключа, подключенного управляющим входом к третьему выходу блока управления, соединенного четвертым выходом с управляющим входом второго ключа, сигнальный вход которого подключен к выходу второго блока сложения и к второму входу второго блока вычитания, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, соединенного промежуточным выходом с вторым входом блока управления, а выходом переполнения - с третьим входом бло ка управления, четвертый вход которого подключен к выходу второгосчетчика, соединенного входами разрядов с выходами элементов И первойгруппы, а счетным входом - с выходомтретьего ключа, подключенного управляющим входом к пятому выхОду блока .управления, а сигнальными входамик шине ввода опорной частоты и к первому входу второго блока сложения,второй вход которого соединен с выходом четвертого ключа, подключенногосигнальным входом к выходу второгоблока вычитания, а управляющим входом - к шестому выходу блока управ-,ления, соединенного седьмым и восьмым 15 выходаьв с входами управления реверсом реверсивного счетчика.Блок управления содержит элементы И и ИЛИ, элемент задержки, инвертор, триггеры и счетчик, подключен ный счетным входом к выходу первогоэлемента И, прямым выходом первогоразряда - к первым входам первого. элемента ИЛИ и второго элемента. И,инверсивным выходом первого разря да - к первому входу третьего элемента И, выходом второго разряда - квторому входу первого элемента ИЛИ,и к вторым входам второго и третьегоэлементов И, выходом третьего разря- ЗО да - к третьему входу первого элемента ИЛИ, к первому входу четвертого элемента И и к шестому выходублока управления, а выходом переполнения - к первому входу первого 35 триггера, соединеннОгО вторым вхОдом с шиной запуска, а выходом - спервым входом первого элемента И,подключенного вторым входом к выходувторого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются вторым 40 и четвертым входами блока управления. третий вход второго элементаИЛИ является первым входом блокауправления и соединен с первым входом пятого элемента И, а четвертый 45 вход второго элемента ИЛИ являетсятретьим входом блока управления иподключен к первому входу шестогоэлемента И, соединенного вторымвходом с выходом второго элемента И, 5 О вторым входом пятого элемента И свходом инвертора. Выход шестого элемента И подключен к первому входутретьего элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блокауправлен я, а второй вход соединейс выходом элемента задержки, под ключенного входом к выходу пятогоэлемента И, второму выходу блокауправления и к входу второго триггера, соединенного первым выходом с 40 вторым входом четвертого элемента И,выход которого является пятым выходом блока управления, Выходы третьего элемента И, первого элемента ИЛИ,второго элемента И и инвертора являются соответственно третьим, четвер"тым, седьмзм и восьмым выходамиблока управления, а выходы второго триггера являются выходными сигналами .знака производной.На фиг. 1 дана структурная. схема устройства для дифференцирования частотно-импульсных сигналов; на фиг. 2 - схема блока управления.Устройство содержит первый и второй счетчики 1 и 2, реверсивный счетчик 3, элементы И 4, 5, 6 первой, второй и третьей групп соответственно, первый и второй элементы ИЛИ 7 и 8, первый и второй блоки 9 и 10 сложения, первый и второй блоки 11 и 12 вычитания, первый, второй, тре" тий и четвертый ключи 13-16 соот ветственно, делитель 17 частоты на три и блок 18 управления.Блок 18 подключен первым входом 19 к шине ввода дифференцируемой частоты Г. Реверснвный счетчик 3 соединен входом обнуления с первым выходом 20 блока 18, а выходами разрядов - с первыми входами элементов И 4 первой группы, подключенных вторыми входами к второму выходу 21 2 блока 18, Счетчик 1 соединен счетным входом с выходом ключа 13, а выходами разрядов - с первыми входами элементов И 5 второй группы.делитель 17 частоты на три подключен выходом к первому входу блока 11 вычитания, а входом - к выходу элемента ИЛИ 7. Входы элемента ИЛИ 7 соединены с выходами элементов И 6 третьей группы подключенных первыми входа.я к эыхсдам разрядов счетчика 1, а вторыми входами - к выходам разрядов счетчика 3 и к вторым входам элементов И 5 второй группы, соединенных выходами с входами элемента ИЛИ 8. Выход элемента ИЛИ 8 нод ключен к первому входу блока 12 вычитания и к первому входу блока 9 сложения, соединенно 1 о вторым входом с выходом блока 11 вычитания, а выходом - с вторым входом блока 11 вы читания и с сигнальным входом ключа 13.Ключ 13 подключен управляницим входом к третьему выходу 22 блока 18, соединенного четвертым выходом о 23 с управляющим входом ключа 14. Ключ .14 подключен сигнальным входом к выходу блока 10 сложения и к второму выходу блока 12 вычитания, а выходом - к счетному входу счетчика 3, , Счетчик 3 соединен промежуточным выходом с.вторым входом 24 блока 18, а выходом перемножения - с третьим входом 25 блока 18, четвертый вход которого 26 подключен к выходу счетчика 2. 0Счетчик 2 соединен входами разрядов с выходами элементов И 4 первой группы, а счетным (вычитающим) входом - с выходом ключа 15, подключенного упоавляницим входом к пятому 65 выходу 27 блока 18, а сигнальным входом - к шине ввода опорной частоты и к первому входу блока 10 слоЖения, второй вход блока 10 сложения соединен с выходом ключа 16, подключенного сигнальным входом к выходу . блока 12 вычитания, а управляющим входом - к шестому выходу 28 блока 18.Седьмой и восьмой выходы 29 и 30 блока 18 соединены с входами управления реверсивным счетчиком 3 (с шинами вычитания и сложения соответственно), Злок 28 управления содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И 31-36 соответственно, первый, второй и третий элементЫ ИЛИ 37-. 39, элемент 40 задержки, инвертор 41, первый и второй триггеры 42 и 43 и счетчик 44, подключенный счетным входом к выходу элемента И 31, прямым выходом первого разряда - к первым входам элемента ИЛИ 37 и элемента И 32, инверсным выходом первого разрядак первому входу элемента И 33, выходом второго разряда - к второму входу элемента ИЛИ 37 и к вторым входам элементов И 32 и 33, выходами третьего разряда - к третьему входу элемента ИЛИ 37, к первому входу элемента И 34 и к шестому выхо- . ду 28 блока 18, а выходом переполнения - к первому входу триггера 42,Триггер 42 соединен вторым входом с виной запуска, а выходом - с первым входом элемента И 31, подключенного вторым входом к выходу элемента ИЛИ 38.Первый и второй входы элемента ИЛИ 38 являются вторым .и,четвертым входами 24, 26 блока 18, третий вход элемента ИЛИ 38 является первым вхо" дом 19 блока 18 н соединен с первыФ входом -элемента И 35, а четвертый вход элемента ИЛИ 38 является третьим входом 25 блока 18 и подключен к первому входу элемента И 36. Элемент И 36 подключен вторым входом к вЫход элемента И 32, к второму входу элемента И 35 и к входу инвертора 41, а выходом - к первому входу элемента ИЛИ 39. Выход элемента ИЛИ 39 является первым выходом 20 блока 18, а второй вход элемента ИЛИ 39 соединен с выходом элемента 40 задержки. Элемент 40 задержки подключен входом к выходу элемента И 35, к второму выходу 21 блока 18 и к входу триггера 43. Триггер 43 соединен первым выходом с вторым входом элемента И 34, выход которого является пятым выходом 27 блока 18. Выходы элемента И 33, элемента ИЛИ. 37, элемента И 32 и инвертора 41 являются соответственно третьим, четвертым, седьмюм и восьмым выходами 22-30 блока 18, а выходы триггера 43 являются выходны(с ) т а 2.Й,8 5Счетчики 1 и 3, группа элементовИ 5 и элемент ИЛИ 8 образуют первыйдвоичный умножитель (в котором счетчик 1 выполняет роль управляющего 1 О счетчика),.а счетчик 3 - роль делителя частоты, частота следованияимпульсов на выходе которого равна. нием 20 дьйм йс25 Счетчики 1 и 3 совместно с группой.элементов И 6 и элементом ИЛИ 7 образуют второй. двоичный умножитель,в котором счетчик 3 является управляющим, а счетчик 1 служит делителем 3 О частоты. Частота следования импульсов на выходе этого умножителя опрецеляется соотношением ф 1 й 1 К 21С учетом полученных соотношений4 работа устройства будет определяться дифференциальным уравнением вида: т .),где 1 (с) и Г,(с) - частоты следова- Ония имйульсов на выходах элемента- НЛИ 8 и блока 11 вычитания соответственно.Так как частота (с) определяется выражением о" "7 ф июЬЮ ми шинами знака производнойЯ, /д частоты 1 с по времени с.Работу устройства как для случая уменьшения входной дифференциальной частоты, так и для случая ее увеличения, можно условно разбить на четыре этапа, которые соответствуют состоянию счетчика 44 блока 18 управленияВ случае уменьшения входной частоты устройство работает следующим образом.В исходном состоянии в счетчик 1 записывается число Ющ-К)где й - коэффициент пересчета счетМчиков 1, 2 и 3,- коэффициент пропорциональности.В счетчик 3 записывается число (Й), а счетчик 2 обнуляется. На первом этапе работы, который начинается после прихода первого (после команды "Пуск" ) импульса входной частоты 1(, счетчик 44 блока 18 переходит в первое положение. При этом открывается ключ 14, а ключи 13, 15 и 16 остаются закрытыми. Реверсивный счетчик 3 открыт по суммирующей ши" не управления. Импульсы с шины опорной частоты Г через блок 10 сложения и ключ 14 поступают на счетчик 3. Через промежуток времени где М - коэффициент пропорциональности,произойдет промежуточное заключениесчетчика 3, В этот момент импульс спромежуточного выхода счетчика 3переведет счетчик 44 блока 18 во второе положение,При этом откроется ключ 13 и начнется второй этап работы устройства.На этом этапе частота импульсов навыходе блока 9 сложения равна где 1(с) - частота следования импульсов на выходе элемента ИЛИ 7,то для частоты 1 (с) будем иметьсоотношение где И (с) - число, содержащееся всчетчике 1 и связанноес частотой(с) выражегде М 9(с) - число, содержащееся всчетчике 3, которое связано с временем с соотношением)з(") о решение которого с учетом пределовизменения переменных будет иметь вид" д 1 Щ "Ж1,"( =1 - ,8 нК 1 ху где Т длительность первого периода входной частоты А - коэффициент пропорциональности.В момент окончания первого, периода входной частоты счетчик 44 блдка 18 переходит в третье положение. При этом ключ 13 закрывается, а реверсивный счетчик 3 открывается по вычитающей шине управления.На третьем этапе работы устройства происходит вычитание из счетчика 3 числа йТ, которое было записано в нем к концу первого периода входной частоты.При переходе в единичное состояние всех разрядов счетчика 3 импульс с выхода переполнения счетчика 3 переводит счетчик 44 блока 18 в четвертое положение. При этом происходит обнуление счетчика 3 и его отпирание по суммирующей шине управления, а также открывается ключ 16 и начинается четвертый этап работы устройства.Частота следования импульсов на выходе блока 10 сложения будет определятьсл выражением1 о о игде Г - частота следования импульссов на выходе блока 12 вычитания, которая равнагде Г - частота импульсов на выходеВэлемента ИЛИ 8 на четвертомэтапе работы устройстваЬ8 н 1 оРешая совместно полученные уравнения, имеемеНе(о моЗаполнение счетчика 3 импульсами частоты происходит до момента окончания второго периода Т входной частоты х. К этому моменту в счетчике 3 будет зафиксировано число". к Ю=В тогде аТТ - Т - разность периодовЯ 1входной частоты,ЬВ коэффициент пропорциональности,т.е. будет зафиксирован результат вычисления производной входного частотно-импульсного сигнала.После окончания второго периодавходной частоты счетчик 44 блока 18переходит в исходное состояние, прикотором ключи 14 и 16 закрываются, 35 10 45/ЯС учетом равенства М щ А(Т ) получим 5 30 15 20 25 ЗО В случае увеличения входной частоты 1 счетчики 1, 2 и 3 устанавливаются в те же исходные состояния,что и в случае уменьшения входнойчастоты,Работа устройства на первых двухэтапах полностью повторяет его работу в случае уменьшения ГХ. В моментокончания первого периода ГХ в счетчике 1 Фиксируется число МА(Т)Ф (а счетчике 3 - число Иэ щ Г Т,На третьем этапе происходит вычитание из реверсивного счетчика 3 числай, но так как второй период входнойчастоты в данном случае меньше еепервого периода, то окончание второго периода Гх произойдет раньше,чем все разряды счетчика 3 перейдутв единичное состояние.В этот момент по команде с блока18 произойдет перенос числа из счетчика 3 в счетчик 2 и через времязадаваемое элементом 40 задержки,счетчик 3 .установится в нулевое состояние.В момент окончания второго периода входной частоты счетчик 40 блока16 переходит в четвертое положение.При этом открываются ключи 15 и 16,и начинается четвертый этап работыустройства. На этом этапе счетчик 3который открыт по суммирующей шинеуправления, заполняется импульсамис частотой следованияйио- (о В счетчике 2, который работает в вычитающем режиме, происходит вычитание числа, которое было в него перенесено с реверсивного счетчика 3. В момент перехода всех разоядов счетчика 2 в единичное состояние импульс с его выхода переполнения переводит счетчик 44 блока 18 в исходное положение.При этом ключи 15 и 16 закрываются, 1( этому моменту в счетчике 3 б:. - дет зафиксировано числофиксация знака первой производной по времени от входной частоты осуществляется посредством триггера 43 блока 18. Триггер 43 переходит в единичное состояние, соответствукщее случаю ) О, в том случае, когдаДд 1в третьем положении счетчика 44, при котором на выходе элемента И 32 существует положительный потенциал,на первый вход блока 18 поступает импульс входной частотыЕсли при нахождении счетчика 44 в третьем положении на третий вход 25 блока 18 поступит импульс заполнения реверсивного счетчика 3, триггер 43 будет к моменту окончания работы устройства находиться в нулевом состоянии, что соответствует случаюй 1о. 10Так как в рассмотренном устройстве блоки сложения реализованы на элементах ИЛИ, а блоки вычитания - на триггерах и элементах И, то устройство для дифференцирования частотно- импульсных сигналов значительно про 5 ще чем устройство-прототип .за счет исключения дополнительного регистра и функционального генератора, содержащего четыре счетчика, делитель частоты и три группы элементов И.20Формула изобретения1. Устройство для дифференцирова ния частотно-импульсных сигналов, содержащее ключи группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к шине ввода дифференцируемой частоты, реверсивный счетчик, вход ЗО обнуления которого соединен с первым выходом блока управления, а выходы разрядов - с первыми входами элементов:И первой группы, подключенных вторыми входами к второму 35 выходу блока управления, счетчики, первый из которых соединен счетным входом с выходом первого ключа, а выходами разрядов - с первыми входами элементов И второй группы, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит. элементы ИЛИ блоки сложения, блоки вычитания и делитель частоты на три, подключенный выходом к первому входу первого блока вычитания, 45 а входом - к выходу первого элемента ИЛИ, соединенного входами с выходами элементов И третьей группы, первые входы которых подключены к выходам разрядов первого счетчика, а вторые р входы " к выходам разрядов реверсивного счетчика и ко вторым входам элементов И второй группы, соединенных выходами с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания к первому входу первого блока сложения, соединенного вторым входом с выходом первого блока вычитания, а выходом - со вторым входом первого блока вычитания и с сигнальным вхо- еО дом первого ключа, подключенногоуправляющим входом к третьему выходу блока управления, соединенного четвертым выходом с управлякщим входом второго ключа, сигнальный вход кото рого подключен к выходу второго блока сложения и ко второму входу второго блока вычитания, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, соединенного промежуточным выходом с вторым входом блока управления, а выходом переполнения - с третьим входом блока управления, четвертый вход которого подключенк выходу второго счетчика, соединенного. входами разрядов с выходами элементов И первой группы, а счетным входом - с выходомтретьего ключа, подключенного управляющим входом к пятому выходу блока управления, а сигнальным входом к шине ввода опорной частоты и к первому входу второго .блока сложения, второй вход которого соединен с выходом четвертого ключа, подключенного сигнальным входом к выходу второго блока вычитания, а управляющим входом - к шестому выходу блока управ- ленин, соединенного седьмым и восьмым выходами с входами управления реверсом реверсивного счетчика.2. Устройство по и.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит элементы И и ИЛИ, элемент задержки, инвертор, триггеры и счетчик, подключенный счетным входом к выходу первого элемента И, прямым выходом первого разряда к первым входам первого элемента ИЛИ и второго элемента И, инверсным выходом первого разряда - к первому входу третьего элемента И, выходом второго разряда - к второму входу первого элемента ИЛИ и ко вторым входам второго и третьего элементов И, выходом третьего разряда - к третьему входу первого элемента ИЛИ, к первому входу четвертого элемента И и к шестому выходу блока управления, а выходом переполнения - к перному входу первого триггера, соединенного вторым входом с шиной запуска, а выходом - с первым входом первого элемента И, подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются вторым и четвертым входами блока управления, третий вход второго элемента ИЛИ является первым входом блока управления и со;единен с первым входом пятого элемента И, а четвертый вход второго элемента ИЛИ является третьим вхо" ;дом блока управления и подключен к первому аходу шестого элемента И, соединенного вторым входом с выхо дом второго элемента И, вторым входом пятого элемента И и с входом инвертора, а выход шестого элементаИ подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управления, а второй вход соединен с выходомэлемента задержки, подключенноговходом к выходу пятого элемента И,второму выходу блока управлении и862150 ис к входу второго триггера, соединенного первым выходом со вторым входоь 4четвертого элемента И, выход которого является пятым выходом блокауправления, причем выходы третьегоэлемента И, первого элемента ИЛИ,второго элемента И и инвертора является соответственно третьим, четвертым, седыюм и восьмым выходамиблока управления, а выходы второготриггера являются выходными шинамизнака производной. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Изв. ВУЗов "Приборостроением,1975, Р 7, с. 13-17.862150 едактор Л.Утехин Заказ 6614 303 юилиаЛ ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ИПИ Государ о делам иэо Москва, ЖСоставитель С.КазиновТехред К. Бабинец Корректор Г.Решетн ираж 745 Подписноевенного комитета СССРетений иоткрытийРаушская наб., д. 4/5 Фх р фф" с