SU1205049A1 - Аналоговый частотомер - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, предназначено дл  измерени  частоты следовани  импульсов и может быть использовано при исследовании процессов малой скорости, в частности, в медицине, в кардиологической аппаратуре.

Цель изобретени  - упрощение устройства , его настройки, повышение надежности , быстродействи , технологичности изготовлени  путем совмещени  функций выборки, хранени  напр жени  и его генерировани .

На фиг, 1 представлена функ1що- нальна  схема устройства; на фиг.2- диаграммы, по сн ющие его работу.

Аналоговый частотомер содержит источник опорного напр жени  Uon (не показан), блок 1, состо щий из N

управл емых RС-цепей (1 - 1)-(1 - li ) ,20  вл етс  управл ющий вход счетчика. N выходных электронных ключей (2-1)- Емкость счетчика определ етс  от- блок

-(2 - fi ) , блок 3 формировааи  импульсов управлени , первый и второй В - триггеры-соответственно 4 и 5, элемент И -6, входную и выходную шины соответственно 7 и 8 и шину 9 управлени .

Кажда  управл ема  RC -цепь выполнена в виде конденсатора 10, первого и второго резисторов соответственно 11 и 12, первого и второго электронных ключей соответственно 13 и 14.

Частотомер работает следукнцим образом,

В исходном состо нии на шине 9 управлени , на всех инверсных выходах блока 3 формировани  импульсов управлени  и на пр мом выходе триггера 4 присутствуют нулё вые уровни напр жений, отчего выходные ключи (2 - 1) - (2 -h ) устройства разомкнуты , а выходна  шина 8 устройства полностью отключена от всех элементов устройства, на всех пр мых выходах блока 3, на инверсном выходе триггера 5 присутствуют напр жени  уровн  логической единицы (фиг. 2 г, е, ж, з), ключи 13 и 14 всех управл емых КС -цепей (1 - 1) - (1 ) замкнуты.

Импульсы, частоты следовани  которых подлежит измерению, поступают на входную шину 7 устройства.

Запуск частотомера в работу производитс  сигналом Разрешение работы - импульсом (фиг, 2 б) , поступающим в момент времени -1. с шины 9 управлени  на Б -вход первого

ношением максимального времени воспроизведени  моделируемой функции к шагу квантовани  по времени (к

25 периоду колебаний генератора).

В виде последовательно измен ющегос  цифрового кода (комбинаций логических единиц и нулей) на выходе ПЗУ раскрыта программа работы

30 ключей 13 управл емых RC -цепей и выходных ключей (2 - 1) - (2 -h) устройства. Количество разр дов в цифровом коде соответствует количеству h цепей управлени  ключами

35 13 и вькодными ключами устройства.

Первьш импульс импульсной последо вательности, поступивший в момент tj, (после момента t прихода на вход XI -триггера 4 импульса Разрешение

40 работы) с входной шины 7 на С-вход первого триггера 4, взводит первый триггер 4. При этом на пр мом выходе триггера 4 с момента i.. формируетс  импульс напр жени  уровн  ло45 гической единицы, который поступает на Д -вход второго триггера 5 и на первый вход элемента И 6, на вторрм входе которого присутствует напр жение уровн  логической единицы с инверсного выхода триггера 5. Состо 50

в

момент tj не изние триггера мен етс ,

С момента -i на выходе элемента И 6 формируетс  импульс напр жени  55 уровн  логической единицы, который поступает на первый вход блока 3 и запускает его (включаетс  генератор импульсов).

триггера 4 и на второй вход блока 3 формировани  импульсов управлени .

Блок 3 может быть выполнен, например , в виде посто нного запоминающего устройства (ПЗУ) со счетчиком на входе и с генератором импульсов, обеспечивающим работу счетчика. Инверсные выходы ПЗУ св заны с входами соответствующих элементов И, - Hf, , другие (инверсные) входы которых св заны с входом генератора импульсов , а выходы элементов

И,

Hf,  вл ютс  соответствующиг-ш инверсными выходами блока 3 формировани  импульсов управлени , пр мыми выходами которого  вл ютс  соответствующие пр мые выходы ПЗУ. Вход генератора импульсов  вл етс  первым входом блока 3, вторым входом которого

 вл етс  управл ющий вход счетчика. Емкость счетчика определ етс  от-

ношением максимального времени воспроизведени  моделируемой функции к шагу квантовани  по времени (к

периоду колебаний генератора).

В виде последовательно измен ющегос  цифрового кода (комбинаций логических единиц и нулей) на выходе ПЗУ раскрыта программа работы

ключей 13 управл емых RC -цепей и выходных ключей (2 - 1) - (2 -h) устройства. Количество разр дов в цифровом коде соответствует количеству h цепей управлени  ключами

13 и вькодными ключами устройства.

Первьш импульс импульсной последовательности , поступивший в момент tj, (после момента t прихода на вход XI -триггера 4 импульса Разрешение

работы) с входной шины 7 на С-вход первого триггера 4, взводит первый триггер 4. При этом на пр мом выхое триггера 4 с момента i.. формируетс  импульс напр жени  уровн  логической единицы, который поступает на Д -вход второго триггера 5 и на первый вход элемента И 6, на вторрм входе которого присутствует напр ение уровн  логической единицы с нверсного выхода триггера 5. Состо 

в

момент tj не изние триггера ен етс ,

С момента -i на выходе элемента 6 формируетс  импульс напр жени  уровн  логической единицы, который поступает на первый вход блока 3 и запускает его (включаетс  генератор мпульсов).

с момента -tj счетчик увеличивает выходные коды, начина  с нулевого, на единицу после каждого импульса, приход щего на второй вход счетчика с выхода генератора. В соответствии с каждым кодом, поступающим от счетчика на вход ПЗУ, последний вырабатывает на своих выходах уп- равл к цие кодовые сигналы - импульсы высокого уровн  напр жени  (уровн  логической единицы), которые поступают на соответствующие выходы 1блока 3 формировани  импульсов управлени .

В соответствии с заранее записанными дл  каждого шага квантовани  кодовыми комбинаци ми напр жений на соответствующих выходах ПЗУ (программа работы ПЗУ) с момента времени tj, до момента -з на всех пр мых выходах блока 3 остаютс  высокие уровни напр жений (уровни логической единицы ) , поступаклцие на управл ющие входы соответствующих ключей 13 всех управл емых RC -цепей устройства. На всех инверсных выходах блока 3 с момента времени ij до -tj присутствуют низкие уровни напр жений (уровни логического нул ), которые поступают на управл ющие входы соответствующих выходных электронных ключей (2 - 1)- -(2 - и ) устройства.

При этом с момента времени tj. до момента ij высокими уровн ми напр жений на управл ющих входах все элекронные ключи 13 замкнуты, а выходные электронные ключи (2 - 1) - (2 -ц) низкими уровн ми напр жений на всех управл ющих входах разомкнуты.

С момента времени -Ij в соответствии с одним из возных вариантов программной работы ПЗУ на первых пр мых выходах ПЗУ и блока 3 по вл етс  импульс низкого уровн  напр жени  (фиг. 2 е) , а на первом инверсном выходе ПЗУ - импульс высокого уровн  анпр жени . Длительность этих импульсов равна

A-t, Ь, - i, , (2)

где ц заложенньй в программу

работы ПЗУ момент времени окончани  импульсов напр жени  на первых выходах ПЗУ и блока 3. В течение действи  этих импульсов напр жени , поступивших на управл ющий вход ключа 13 первой управл емой

050494

КС -цепи 1-1, ключ 13 размыкаетс . При этом конеднсатор 10-1 первой управл емой R.C -цепи 1 - 1 начинает разр жатьс  с напр жени  Uc , 5 (фиг. 2и) через резистор 11 - 1 и замкнутый ключ 14 - 1 по закону, ап- пpoкcимиpyющe ry гиперболический закон изменени  напр жени  и i/ 1

10

20

25

30

- . (где )(, - масштабньй коэффициент) в

первом временном интервале аппроксимации лЬд i -

Напр жение с выхода элемента И 6, подаваемое на первый вход блока 3 и на инверсные входы элементов И,, - И блока 3,  вл етс  стробирующим дл  прерывани  прохождени  сигналов с инверсных выходов ПЗУ блока 3 на его соответствующие выходы.

Так как в течение первого временного интервала аппроксимации л t,, (с момента -L,, ДО момента t ) элемент И f заперт по инверсному входу напр жением уровн  логической единицы (фиг. 2 д), то импульс высокого уровн  напр жени  с первого инверс- ного выхода ПЗУ не проходит на первый инверсньш выход блока 3.

При этом в течение интервала лА-, (с момента -tj до момента i-ji ) выходной ключ 2 - 1 остаетс  разомкнутым , вследствие чего напр жение с конденсатора 10 - 1 не проходит на выходную шину 8 устройства (фиг. 2м), т.е. последн   остаетс  в состо нии

35 высокого импенданса.

Максимальное врем  моделировани  устройством гиперболической зависимости разбиваетс  порграммной работой ПЗУ временного распределите40 л  3 на последуюиц1е временные интервалы аппроксима);ии Л-1.2 s ....; д1ь tri -i-f,, в каждом из которьск производитс  аппроксимаци  гиперболической зависимости V( рт45 дельными экспонентами, формируемыми соответствующими управл емыми RC -цеп ми устройства от второй п -и. I

В управл ем1)1Х RC -цеп х от второй

до п -и, работа которых аналогична работе первой управл емой RC-цепи, соответствующие конденсаторы (10 - - 2) - (10 -П ) начинают экспоненциальный разр д по закону, аппроксимирующему гиперболический.

Кажда  управл ема  RC-цепь устройства формирует на своем выходе соответствующую экспоненциальную функцию.

50

55

аппросксимирующую гиперболическую, в единственном временном интервале, отведенном дл  нее программной работой ПЗУ блока 3 формировани  импульсов управлени .

Последовательно формируемые на конденсаторах (10 - 2) - (10 -t ) управл емых RC -цепей экспоненциальные напр жени , аппроксимирующие гиперболическое V) в каждом соот- ветствующем временном интервале аппроксимации , не проход т на выходную цину 8 устройства (фиг. 2м), пока на первом входе блока 3 действует напр жение уровн  логической едини- цы (фиг. 2д).

Номинальные величины емкостей конденсаторов (10 1) - (10 -и ), резисторов (11 - 1) (11 -Н )S (12 1) - (12 -h ), а также прог- рамму работы блока 3 формировани  и шyльcoв управлени  выбирают из условий получени  соответству;ощего экспоненциального напр жени , аппроксимирующего гиперболическое V с ми нимальной погрешностью в течение соответствующего интервала аппроксимации .

Второй импульс импульсной последовательности , пришедший в момент 1 ( на входную шину 7 устройства, поступает на С -входы первого и второго

триггеров 4 и 5. При этом состо ние триггера 4 не измен етс  (так как на его J) -входе остаетс  потенциал урон  логической единицы), а с момен--- та времени -tf, исчезает импульс напр жени  на инверсном выходе триггера 5, а следовательно 5 и на управл ющих входах ключей (14 - 1) - (14 -h ), отчего последние размыкаютс . Разр дные цепи конденсаторов всех управл емых RC -цепей разрываютс .

С исчезновением напр жени  высокого уровн  на втором входе элемеи та И 6 с момента tj, исчезает импуль напр жени  на его выходе (фиг, 2д) а следовательно, и на первом входе блока 3, В результате, генераци  импульсов с выхода генератора в но мент времени i(, прекращаетс .

В момент времени прихода вто рого входного импульса на шнку 7

ю j

0 5

0

5

устройства на 1 -м пр мом выходе ПЗУ и блока 3 фиксируетс  низкий уровень напр жени  (фиг, 2з), а на t-м инверсном выходе ПЗУ фиксирует СИ высокий уровень напр жени , поступающий на пр мой вход , -го элемента И , Так как на инверсном входе 1 -14) элемента И с момента i действует напр лсение уровн  логического нул , то на вькоде элемента И,5 и на 1 -м инверсном выходе блока 3 с момента 1 формируетс  напр лсение уровн  логической единицы,

В результате вьпсодной ключ 2 -) замыкаетс ,, напр жение на выходной тине 8 устройства с момента равно напр жению на- конденсаторе 10 -( (1 - -1 )-й управл емой RC-цепи (фиг, 2м),

Таким образом, с момента времени ife ;пЬступлени : на входную шину 7 устройства второго импульса последовательности на выходной 1лине 8 устройства уста.на.вливаетс  напр жение Ug. (Фиг. 2м), пропорциональное частоте следовани  этого импульса с погрешностью измерени  . обусловленной минимально погреБ Ностью аппроксимации гиперболической фнукции кусочно-экспоненциальной в заданном диапазоне измерений . Это напр жение сохран етс  до тех пор, пока в момент 1; не окончитс  импульс Разреиьвки работы на шине 9 управлени  устройства (фиг, 26, момент i,,) , привод щ1ж блок 3 в исходное состо ние, отчего выход ной ключ (2 -.1 ) в момент i. размыкаетс  и выходна  шина 8 полностью отключаетс  от всех элементов устройства,

В срав1 ении с прототипом предлагаемое устройство имеет более простую конструкцию, а следовательно, и более высокую надежность, так как выполн ет аналогичные прототипу гфуню ии измерени  частоты следовани  импульсов без применени  блока выборки хранени  и генератора гиперболических ммпульсов, характери- .1,егос  значительной сложностью, а следовательно, и малой надежностью.

а

дк(7).

Claims (2)

1. АНАЛОГОВЫЙ ЧАСТОТОМЕР, содержащий источник опорного напряжения, блок из N управляемых RC цепей, управляющие входы, которых соединены с прямыми выходами блока формирования импульсов управления,

N выходных ключей, входы управления которых связаны с инверсными выходами блока формирования импульсов управления, выходы выходных ключей соединены с выходом частотомера, а входы - с выходами управляемых Р,С. цепей, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, его настройки, повышения надежности, быстродействия, технологичности изготовления, в него введены первый и второй JJ -триггеры и элемент И, а управляемые КС -цепи выполнены с дополнительными управляющими входами, соединенными с инверсным выходом второго В -триг гера и с входом элемента И, выход которого соединен с входом блока формирования импульсов управления, второй вход которого соединен с шиной управления устройства, соединенной с управляющим входом первого

5 -триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом второго D -триггера и с вторым входом элемента И, тактовые входы обоих -триггеров соединены с входной шиной частотомера, а аналоговые входы всех RC -цепей связаны с выхо дом источника.опорного напряжения.

2. Частотомер по п. 1, о т л ичающийся тем, что управляемая RC -цепь выполнена в виде двух резисторов, двух электронных ключей, конденсатора, первый вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, с которой соединен вывод первого резистора, второй вывод которого соединен с аналоговыми входами электронных ключей, выход первого электронного ключа связан через второй резистор с аналоговым входом управляемой RC -цепи, а выход второго электронного ключа соединен с вторым выводом конденсатора и является выходом управляемой ЦС -цепи, управляющим входом которой является управляющий вход первого электронного ключа, а дополнительным управляющим входом управляемой RC -цепи является управляющий вход второго элект а

ронного ключа,.