Цифроаналоговое дифференцирующее устройство

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для вычисления производной от частотно-импульсного сигнала по времени с представлением результата в аналоговой форме. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, синхронизатор 2, блок 3 управления, счетчики 4 - 6, блок 7 инвертирования, преобразователь 8 прямого кода в обратный, регистр 9, цифроаналоговый преобразователь 10, кодоуправляемый усилитель 11, формирователь 12 эталонных интервалов времени, элементы И 13 и 14, элемент ИЛИ 15, регистр 16, сумматор 17, управляемый делитель 18 частоты, блок 20 задержки. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 06 J 1/02

ГО V

ПО

ПР

РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

БРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

НТ СССР

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54)

ЦИР (57) вычи (= 3 (21) (22) (46) (7 2) и В (53) (56)

hh 9

635783/24-24

4.11.88

3.11,90. Бюл. Рв 43

Н,И. Макаренко, В.Н. Гущина

Н. Буценко

81.32 (088.8) вторское свидетельство СССР

2035, кл. G 06 J 3/00, 1982. вторское свидетельство СССР

1919, кл. G 06 J 3/00, 1973.

ИФРОАНАЛОГОВОЕ ДИФФЕРЕНЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО зобретение относится к автоматике и лительной технике и предназначено

„„Я „„1608709 А1 для вычисления производной от частотноимпульсного сигнала по времени с представлением результата в аналоговой форме.

Цель изобретения — повышене точности. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, синхронизатор 2, блок 3 управления, счетчики 4-6, блок 7 инвертирования, преобразователь 8 прямого кода в обратный, регистр 9, цифроаналоговый преобразователь 10, кодоуправляемый усилитель 11, формирователь 12 эталонных интервалов времени, элементы И 13 и 14, элемент ИЛИ 15, регистр 16, сумматор 17, управляемый делитель 18 частоты, блок 20 задержки, 7 ил.

1608709

К= C+N, Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено. для вычисления производной от частотноимпульсного сигнала по времени с представлением результата в аналоговой форме.

Цель изобретения — повышение точности, На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу синхронизатора, устройства управления и формирователя эталонных интервалов времени; на фиг.3— временные диаграммы, поясняющие работу по включению питания формирователя импульсов, блока задержки, первого регистра и управляемого делителя частоты; на фиг.4структура блока задержки; на фиг.5 — структура блока управления; на фиг.6 — структура формирователя эталонных интервалов времени; на фиг.7 — структура синхронизатора.

Цифроаналоговое дифференцирующее устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, синхронизатор 2, блок 3 управления, счетчики 4-6, блок 7 инвертирования, преобразователь 8 прямого кода в обратный, регистр 9, цифроаналоговый преобразователь 10, кодоуправляемый усили. тель 11, формирователь 12 эталонных интервалов времени, элементы И 13 и 14, элемент ИЛИ 15, регистр 16, сумматор 17, управляемый делитель 18 частоты, формирователь 19 импульса по включению питания и блок 20 задержки.

Блок 20 задержки (фиг,4) содержит счетчик 21, элемент И 22 и элемент НЕ 23.

Блок 3 управления (фиг.5) содержит триггеры 24 и 25, элементы И 26-28 и элементы HE 29 и 30.

Формирователь 12 (фиг.б) содержит счетчик 31 и элемент И 32

Синхронизатор 2 (фиг.7) содержит триггер 33 и элементы И 34 — 39.

Устройство работает следующим обра-. зом.

Импульсы с генератора 1 частоты Fo2 поступают на первый вход синхронизатора

2, на второй вход которого поступают импульсы входной частоты, При этом синхронизатор 2 на каждый входной импульс частоты Fex co сдвигом на интервал

0(r< — формирует импульс, совпадаюFm щий во времени с одним из импульсов эталонной частоты Fog. Частота с выхода синхронизатора 2 поступает на управляемый делитель 18 частоты, где происходит ее деление на число где С вЂ” код счетчика 6, соответствующий входной частоте Fex, измеряемой за эталонный интервал времени;

N — const, определяющая максимальную скорость изменения входной частоты г вх.

Fex

Импульсы частоты с выхода делителя 12 поступают на второй вход блока 3 управления (фиг.5), который формирует на ! каждый импульс частоты три импульса:

Fex на первом выходе блока управления — импульс "Перезапись 2"; на втором выходе— импульс "Сброс"; на третьем выходе — импульс "Перезапись 1".

Импульсы, формируемые блоком 3 управления, сдвинуты во времени на

c=2Fot

Рассмотрим работу устройства при включении питания, По включении питания на выходе формирователя 19 импульсов появляется выходной сигнал, который устанавливает в ноль счетчик 6, управляемый делитель 18 частоты и формирователь 12 эталонных интервалов, а также поступает на вход установки кода блока 20. На счетчике 21 устанавливается код, соответствующий "3", На вычитающий счетный вход счетчика 21 подается частота Fex/К. При считывании кода до нуля на выходе счетчика 21 появляется напряжение низкого уровня, соответствующее логическому нулю, который запрещает прохождение частоты F ex/К на вход счетчика 21 до следующего включения питания. Далее уровень логического нуля инвертируется на элементе 23, и на выходе блока 20 задержки появляется сигнал, соответствующий логической единице, который разрешает прохождение импульса

"Перезапись 1" на вход регистра 9. Таким образом, во избежание выдачи неправильной информации Ue x по включению питания на вход цифроаналогового преобразователя поступает информация после третьего импульса F вх/К.

Работа устройства при неизменной частоте Fex состоит в следующем.

Импульс "Перезапись 1", формируемый блоком 3, осуществляет перезапись кода счетчика 6 в регистр 16, соответствующий входной частоте F»x, измеренной за эталонный интервал времени t». Кроме. этого, импульс "Перезапись 1" вводит информацию в регистр 9 из счетчика 5 через преобразователь 8, который позволяет переписывать прямое значение кода счетчика 5 в регистр

1608709

9, с ры ве раз рав мо вс етс ве (ма ряд нол раз

11 бло щес код чик

"Пе пор дав где щес

Q,è при раз выс гиче лив изм упра лива

6 в вход циен част нача лов обес рез чика

Fsx/ окон дели вани ем

Т дч = 1эт + Tsx N (2) з выражения (2) видно, что период Тудч е эталонного интервала времени tar

1 ичину Твх N, что обеспечивает нор- 55 ую работу устройства в сторону увеличастоты. Число выбирается с учетом мально возможной скорости изменеходного сигнала. Кроме того, при боль на ве маль чени макс ния ли старший разряд в счетчике 5, котоявляется знаковым, равен нулю, и.инсное значение, кроме знакового яда, если знаковый разряд в счетчике 5 н единице. При неизменной частоте к 5 енту прихода импульса "Перезапись 1" етчике 5 на всех разрядах устанавливауровень высокого напряжения, соотствующий логической единице симальный код), а в регистре 9 все раз- 10, кроме знакового, устанавливаются в . На выходах цифроаналогового преобвателя 10 и кодоупраляемого усилителя ормируется нулевой сигнал.

Импульс "Перезапись 2", формируемый 15 ом 3, открывает блок 7, тем самым осувляя перезапись инверсного значения счетчика 4 в счетчик 5, причем в счет4 к моменту формирования импульса езапись 2" устанавливается код, про- 20 иональный текущему значению периоодной частоты и равный

kTsx

Т02

02 — период тактовой частоты Foz альнейшее заполнение счетчика 5 осувляется тактовой частотой Foz от кода при неизменной частоте Fsx к моменту ода импульса "Перезапись 1" на всех ядах счетчика устанавливаются уровни кого напряжения, соответствующие локой единице, Импульс сброса устанавет счетчик 4 в ноль, обеспечивая рение последующего периода с выхода ляемого делителя 18 частоты устанав- 35 т также через элемент ИЛИ 15 счетчик оль, подготавливая его к измерению

У ой частоты Fsx, устанавливает коэффиделения в управляемом делителе 18 ты с сумматора 17, а также определяет 40 о формирования эталонных интерваремени в формирователе 12, который ечивает прохождение частоты Fsx чеогический элемент И 13 на вход счети запрещает прохождение импульса на вход устройства управления до ания эталонного интервала времени. ричем период на выходеуправляемого еля 18 частоты Тудч (время преобразоустройства) определяется выражени- 50

tar» Tax, время преобразования устрой- :; ства практически не зависит от входной частоты и определяется эталонным интервалом времени, что обеспечивает требуемую точность вычисления в широком диапазоне частот.

В случае увеличения частоты Fax к моменту прихода импульса "Перезапись 1", период на выходе уп равляемого делителя 18 частоты уменьшается, при этом в счетчике 5 устанавливается код числа меньше максимального значения, а в регистре 9 через преобразователь 8 — инверсное значение кода счетчика 5, кроме знакового разряда.

На выходе кодоуправляемого усилителя

11 появляется положительный аналоговый сигнал, что свидетельствует о повышении частоты.

В случае понижения частоты Fsx к моменту прихода импульса "Перезапись 1", период на выходе управляемого делителя частоты увеличивается, при этом счетчик 5 переполняется, знаковый разряд становится нулевым, а младшие разряды счетчика несут информацию об уменьшении входной частоты. В регистре 9 импульсом "Перезапись 1" через преобразователь 8 устанавливается прямой код счетчика 5. На выходе кодоуправляемого усилителя 11 появляется отрицательный аналоговый сигнал (фиг.3),, что свидетельствует о понижении частоты.

Алгоритм функционирования устройства может быть записан в виде вых=К К1 Kz(Taxn Твхп — 1) Т02 где К= С+ N;

К1 — коэффициент передачи цифроаналогового преобразователя;

Kz — коэффициент кодоуправляемого усилителя, Кг — „:

2п

n — количество разрядов счетчика 6;

Твхп и Твх и-1 — два соседних периода следования импульсов.

ВыРазив Tsxn u Tax n-1чеРез Fax, полУчают

К К1 Кг вх вых

ТО2(Рвх+РвхЛ вх)

Пренебрегая вторым членом (вследствие его малости) в знаменателе (3), получают

K K1 K2 вх живых

Тог Fsx

Устремляя Toz к нулю (повышая тактовую частоту}, получают

1608709

K K1 K2 dFex вых 2

Fåõ

Учитывая, что К = С + N и С» N, а К2С получают

2п

С К1 С. бFex (4)

2"Fex

Заменяя в выражении (4) коэффициент

С = Ьт Fex, получают

2 2

K1 1ýò Fex. буквх

0вых=

2п Fex

Обозначив — t » = Кз, получают

К1 2

2ï . dFex

1- вых Кз

Таким образом, предложенное устрой- 20 ство позволяет формировать производную от частотного сигнала с высокой точностью и в широком диапазоне входных частот, так как вычисление производной не зависит от входной частоты. 25

ЕМКОСТЬ СЧЕтЧИКа 6 Сбмакс ВЫбИРаЕтСЯ из условия максимально возможной входной частоты и требуемого быстродействия и определяется выражением тэт

Сбмакс -!-!

Твхмакс где Тех макс — период максимально возможной входной частоты, Минимальная входная частота определяется выражением 35

1 ехмин — ° тэт

Максимальная емкость счетчиков 4 и 5 определяется выражением

1эт+Твх 40

Смакс Т

02

Тактовая частота Fo2 должна быть на

2 — 3 порядка выше максимально возможной входной частоты Fex макс.

Формула изобретения 45

Цифроаналоговое дифференцирующее устройство, содержащее генератор тактовых импульсов,:блок инвертирования, синхронизатор, блок управления и три счетчика, причем выходы первого счетчика соедине- 50 ны с информационными входами блока инвертирования, выходы которого соединены с установочными входами второго счетчика, а управляющий вход подключен к первому выходу блока управления, первый и второй 55 выходы генератора тактовых импульсов соединены с первыми входами тактирования блока управления и синхронизатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, внего введены два регистра,,управляемый делитель частоты, преобразователь прямого кода в обратный, сумматор, цифроаналоговый преобразователь, кодоуправляемый усилитель, блок задержки, два элемента И, элемент ИЛИ, формирователь эталонных интервалов времени, причем информационный вход устройства соединен с вторым входом тактирования синхронизатора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И и тактовым входом управляемого делителя частоты, выход которого соединен с информационным входом тактирования блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами управляемого делителя частоты и формирователя эталонных интервалов времени, входом сброса первого сетчика и первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом сброса третьего счетчика, выходы которого соединены с информационными входами первого регистра, . выходы которого соединены с управляющими входами кодоуправляемого усилителя и входами первого слагаемого сумматора, выходы которого соединены с входами задания коэффициента пересчета управляемого делителя частоты, вход сброса устройства соединен с вторым входом элемента ИЛИ, управляющим входом блока задержки и входами сброса управляемого делителя частоты и формирователя эталонных интервалов времени, второй выход генератора тактовых импульсов соединен со счетными входами первого и второго счетчиков и тактовым входом формирователя эталонных интервалов времени, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и третьим входом тактирования блока управления, третий выход которого соединен с входом синхронизации первого регистра и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом блока задержки, а выход подключен к входу синхронизации второго регистра, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с информационным входом кодоуправляемого усилителя, выход которого соединен с выходом устройства, выходы второго счетчика соединены с входами преобразователя прямого кода в обратный, выходы которого соединены с информационными входа-. ми второго регистра, установочные входы первой и второй групп устройства соединены с входами задания задержки блока задержки и входами второго слагаемого сумматора соответственно, 1608709

1608709

1608709

1608709

Составитель А. Чеканов

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор И. Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3620 Тираж 427 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5