SU634300A1 - Частотно-импульсное дифференцирующее устройство - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники, в частности, к устройствам дифференцировани  частотно-импульсных сигналов с преа- став ением результата в цифровой форме.

Известно дифференцирующее устройство содержащее преобразователь входного сигнала в цифровой код, сумматор, блок пам ти и блок управлени  . Данное устройство обладает пониженными точностью и быстродействием.

Известно также дифференцирующее устройство , содержащее блок выделени  раэности периодов, блок возведени  в квадрат , элемент И и счетчик Г2|. Недостат ками устройства также  вл ютс  мала  точность вычислений и пониженное быстродействие .

Прототипом изобретени   вл етс  частот но-импульсное дифференцирующее устройство , содержащее генератор опорной час- тоты, три группы элементов И, блок управлени , подключенный первым входом к входу устройства и соединенный первым

выходом с входом обнулени  счетчика импульсов, выходы которого подключены к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с вторым выходом блока управлени , подключенного третьим выходом к управл ющему входу управл емого делител  частоты, а четвертым вьгходом - к первым входам элементов И второй группы а .

Недостатками прототипа  вл ютс  пониженные быстродействие и точность, обусловленные необходимостью осуществлени  дополнительного преобразовани  выходного частотно-импульсного сигнала в циф ровой код.

Целью изобретени   вл етс  устранение указанных недостатков.

Claims (2)

1. Дл  этого в устройство дополнительно введены счетчики импульсов, элементы И и ИЛИ, блок измерени  периодов и частотомер мгновенных значений, подклк ченный выходом к счетному входу основ- кого счетчика, а первым входом - к п тоJ6 му выходу блока управлени  и первому входу блока измерени  периодов, второй Вход которого подключен к второму входу частотомера мгновенных значений и перво му выходу генератора опорной частоты, второй и третий выходы ксхгорого соединены соответственно с вторым входом блока управлени  и первым входом допол нительного элемента И, подключенного вторым входом к шестому выходу блока управлени , а выходом - к счетному входу управл емого делител  частоты, cos  инениого первым выходом с счетным вхо- йом первого дополнительного счетчика, поразр дные входы которого подключены к вы ходам элементов И третьей группы, соединенных первыми входами с выходами блока измерени  периодов, а вторыми входами с выходом дополнительного элемента ИЛИ, подключенного первым входом к седьмому выходу блока управлени , а вторым входом к выходу первого дсшопнительного счетчик и суммирующему входу второго дополни- тельного счетчика, соединенного вычитающим входом с вторым выходом управл емого делител  частоты, поразр дными входами - с выходами элементов И первой группы, поразр дными выходами - с вторыми входами элементов И второй группы, выходы которых подключены к выходу устройства. Кроме этого управл емый делктель частоты содержит счетчики импульсов, группы элементов И, элементы ИЛИ и делитель частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика подключенного поразр дными выходами к первым входам элементов И трех групп, выходы элементов И первой группы, со&диненных вторь1ми входами с выходом первого элемента ИЛИ, подключены к поразр дным входам второго счетчика, выход которого соединен с первым входо первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, поразр дные входы которого подключены к выходам элементо И второй группы, вторью входы которых соединены с выходом второго элемента ИЛИ, подключенного первым входом к вь хоцу третьего счетчика, первому выходу управл емого делител  частоты в счетному входу четвертого счетчи1са, поразр дные входы которого подключены к кыходам элементов И третьей группы, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ,.подключенного первым входом к выходу четвертого счет чика и второму выходу управл емого де0 ител  частоты, счетный вход которого оединен с первым входом делител  чаооты и cчeтны входом второго счетчика, управл ющий вход управл емого делите  частоты подключен к второму входу делител  частоты, установочному входу ервого счетчика и к вторым входам элементов ИЛИ, . Устройство (см. чертеж) содержит блок управлени  1, генератор опорной частоты 2, частотомер.мгновенных значений 3, блок измерени  периодов 4, счетчики импульсов 5, 6, 7, управл емый делитель частоты 8, элемент И 9,. элемент ИЛИ 10, группы элементов И 11, 12, Управл емый делитель частоты 8 выполнен на счетчиках импульсов 13, 14, 15, 16, группах элементов И 17, 18, 19, элементах ИЛИ 20, 21, 22, делителе частоты 23 с посто нным коэффициентом делейи  и группе элементов И 24. Код N зых пропорциональный производной , формируетс  в устройстве в соответствии с выражением Т -Т ,х кф:|;| К(.2 К - коэффициент пропорциональности; входна  частота, соответствующа  предшествующему пери- оду i ; входна  частота, соответствующа  последующему периоду Т . Указанное выражение реализуетс  в Bbix fmax(mo. , JiiW V|i,(gdt,, т пmin гиеТц, период, соответствующий максимальному значению тах ОДНОЙ частоты} t врем , отсчитываемое от начала последующего периода входной частоты. Устройство работает следующим образом , В течение предшествующего периода входной частоты i х блок измерени  периодов 4 формирует код, проторциональный предшествующему периоду, и запоминает его, счетчик 5 накапливает импульсы, подаваемые с выхоца частото мера мгновенных значений 3, формиру  код, пропорциональный разности между максимальным значением входной частоты и значением частоты, соответствующи этому периоду. Дл  формировани  этого кода целесообразно примен ть частотоме мгновенных значений, работа которого основана на формировании кода, пропорци онального максимальному значению вход- ной частоты, и вычитании из этого кода в течение интервала времени, равного разности между периодом, соответствук щим входной частоте, и периодом, соответствующим максимальному значению входной частоты импульсов с переменно частотой. Подсчет этих импульсов счетчиком 5 дает возможность получить код, пропорциональный отклонению частоты от максимального значени . . Импульсы, фиксирующие периоды входной частоты, подаютс  на входы блока измерени  периодов 4 и частотомера 3 с соответствующего выхода блока управлени  1, а частота дл  формировани  кодов снимаетс  с генератора опорной частоты В начале последующего периода входной частоты сигналами с выходов блока управлени  1 выходной код блока 4 заноситс  в счетчик 6, работающий в режиме вычитани ; код счетчика 5 закосиГ с  в счетчик 7; делитель частоты 23 устанавливаетс  в исходное положение; в счетчик 16 заноситс  код, пропорциехнальный периоду, соответствующему мак- симальному значению входной частоты и этот же код за счет подачи сигнала с выхода блока управлени  1 на вход элементов ИЛИ 2О, 21, 22 заноситс  в вычитающие счетчики 13, 14, 15, работающие в режиме вычитани . По истечении интервала времени, равного периоду максимальной частоты, сигнал с соответствующего выхода блока управлени  1 открывает элемент И 9 и импульсы гене ратора опорной частоты 2 начинают поступать на вход счетчика 14, на выходе которого в моменты его обнулени  по вл ютс  импульсы. Каждый выходной им пульс через элемент ИЛИ 20 поступает на управл ющий вход группы элементов И 17 и осуществл ет запись в счетчик 14 кода, имеющегос  в счетчике 16. Таким образом, коэффициент делени  счетчика 14 равен коду, имеющемус  в счетчике 16. Так как в исходном состо нии в счетчик 16 записываетс  код, про пооциональный периоду максимального значени  входной частоты, а по истечении интервала времени, равного периоду максимального значени  входной частоты, в счетчике 16 накапливаетс  дополнительный код, пропорциональньй текущему времени , то в счетчике 16 в каждый момент времени хранитс  код, пропорциональный интервалу времени, отсчитьгоаемому от начала последующего периода. Следовательно , счетчик 14 выдает импульсы, частота которых измен етс  обратно пропорционально времени, отсчитываемому от начала последующего периода. Аналогично работают часть управл емого делител  частоты 8, включающа  счетчик 15, элемент ИЛИ 21, группу элементов И 18 и часть, включающа  счетчик 13, элемент ИЛИ 22 и группу элементов И 19. Частота на первом выходе делител  8 (выходе счетчика 15) обратно пропорциональна квадрату времени, отсчитываемому от начала последующего периода, а на втором выходе делител  8 (выходе счетчика 13) - кубу этого времени . Импульсы с выхода счетчика 15 подаютс  на вход счетчика 6. При каждом обнулении счетчика 6 на его выходе по вл етс  импульс, который подаетс  через элемент ИЛИ 10 на группу элементов И 12 и в счетчик 6 записываетс  выходной код блока 4. Следовательно, на выходе счетчика 6 формируютс  импульсы, частота которых обратно пропорциональна длительности предшествующего периода и квадрату времени, отсчитываемому от начала посл&дующего периода. Импульсы с выхода счетчика 6, поступающие на вход счетчика 7, суммируютс  с кодом, записанным в счетчик 7, а импульсы, поступающие на вход счетчика 7 с выхода счетчика 13, вычитаютс  из этого кода. Таким образом, в счетчике 7 формирую етс  код, пропорциональный производной входной частоты. В момент окончани  последзгюшего периода сигналом с выхода блока управлени  1 запираетс  элемент И 9 и прекращаетс  подача импульсов на счетный вхоц делител  8, т.е. на вход счетчика 14, и на вход депитеп  частоты , 23. Одновременно сигналом с выхода блока управлени  1 на вход группы элементов И 24 результирующий код счетчика 7 передаетс  на выход устройства. В случае, если в процессе выдачи импульсов на входы счетчика 7 с выходов счетчиков 6 и 13 результирзпощий код счет чика 7 окажетс  равным нулю, что прои- 763 зойает тогда, когпа скорость изменени  частоты будет иметь отрицательный знак, то в момент обнулени  по команде, выробатываемой в счетчике 7, входы его мен ютс , т.е. импульсы с выхода счетчика 13 начинают с этого момента идти на суммирование, а импульсы с выхода счетчика 6 - на вычитание. В этом случае в момент переписи результирующего коаа из счетчика 7 на выход устройст- ва со счетчика 7 подаетс  также соот ветствующий сигнал отрицательного знака. В течение периода, когда производитс  формирование результирующего кода в счетчике 7, происходит измерение этого периода блоком 4 и измерение отклонени  входной частоты, соответствующей данном периоду, от максимального значени  счетчиком 5 с помощью частотомера 3. Перед этим счетчик 5 сбрасываетс  на нуль сигналом с выхода блока управлени  1. Следовательно, в следующий период может оп ть формироватьс  код, пропорцио-. нальный производной входной частоты ibx . Обновление информации на выходе уст ройства происходит после каждого периода входной частоты. Врем , затрачиваемое на формирование выходного кода,  вл етс  предельно минимальным. Формула изобретени  1. Частотно-импульсное дифференцирующее устройство, содержащее генератор опорной частоты, три группы элементов И, блок управлени , подключенный первым входом к входу устройства и соединенный первым выходам с входом обнулени  счетчика импульсов, вьгходы которого подкл чены к первым входам элементов И перво

   группы, вторые входы которых соединены с вторым выходом блока управлени , подключенного третьим выходом к управл ю-, щему входу управл емого делител  частоты , а четвертым выходом - к первым входам элементов И второй группы, отличающеес  тем, что, с целью повышени  бьютродействи  и точности, в него дополнительно введены счетчики импульсов, элементы И и ИЛИ, блок измерени  периодов и частотомер мгновенных значений, подключенный .выходом к счетному входу основного счетчика, а первым входом - к п тому выходу блока управлени  и первому входу блока измерени  периодов, второй вход которого

   подключены к поразр дным входам второго счетчика, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и счетным входом третьего счетчика, поразр дные входы которого подключены к выходам элементов И второй группы, вторые входы которьтх соединены с выходом второго элемента ИЛИ, подключенного первым входом к выходу третьего счетчика, первому в.ыходу управл емого целител  частоты и счетному входу четвертого счетчика, поразр дные входы котрого подключены к выходам элементов И третьей группы, вторые входы которых соединены с выходом третьего элемента ИЛИ, подключенного первым входом к 0 подключен к второму входу частотомерк мгнове}гных значений и первому выходу генератора опорной частоты, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым входом блока управлени  и первым входом дополнительного элемента И, подключенного вторым входом к шестому выходу блока управлени , а выходом - к счетному входу управл емого делител  частоты, соединенного первым выходом с счетным входом первого дополнительного счетчика, поразр дные входы которого подключены к выходам элементов И третьей группы, соединенных первыми входами с выходами блока измерени  периодов, а вторыми входами с выходом дополнительного элемента ИЛИ, подключенного первым входом к седьмому выходу блока управлени , а вторым входом к выходу первого дополнительного счетчика и суммирующему входу второго дополнительного счетчика, соединенного вычитающим входом с вторым выходом управл емого делител  частоты, поразр дными входами - с выходами элементов И первой группы, поразр дными выходами - с вторыми входами элементов И второй группы, вьгходы которых подключены к выходу устройства. 2. Частотно-импульсное дифференцирующее устройство по п. 1, отличающеес  тем, что управл емый делитель частоты содержит счетчики импульсов , труппы элементов И, элементы ИЛИ и делитель частоты, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, подключенного поразр дньми выходами к первым входам элементов И трех групп, Ьыходы элементов И группы, соединенных вторыми входами с выходом первого элемента ИЛИ,

   выходу четвертого счетчика и второму выходу управл емого целител  частоты, счетный вход которого соединен с первым входом целител  частоты и счетньтм входом второго счетчика, а управл ющий вхоп управл емого делител  частоты подключен к второму входу делител  частоты, , установочному входу первого счетчика и ко вторым входам элементов ИЛИ.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:

   .1. Левидов В, А., Тихонов О. Ц,, Цивирко Г. П. Измерение скоростей, М,, Изц-во стандартов, 1972, с. 51,
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 399860, кл. q 06 Р 7/38, 1971.

   3,Авторское свидетельство СССР № 495675, кл. q 06 Q 7/18, 1974.