SU790292A1 - Преобразователь частоты в код - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике преобразования информации и может быть использовано в дискретных системах контроля и· управления.

Известны преобразователи частоты· в код, использующие метод развертывания фазы преобразуемой частоты по линейному закону. Работа таких преобразователей происходит в два этапа, на первом из которых осуществляется линейное развертывание фазы преобразуемой частоты (равномерное квантование ее периода), а на втором - преобразование результата квантования в код, пропорциональный преобразуемой частоте [1] .

Общими недостатками подобных устройств являются ухудшение точности преобразования с ростом преобразуемой частоты,что обусловлено увеличением 20 'погрешности дискретности при квантовании периода, а также ухудшение быстродействия с ростом преобразуемой частоты, что обусловлено увеличением длительности второго этапа преобразо- 25 вания.

Известен также цифровой частотомер содержащий формирователь, ко входам которого подключены входная шина и выход блока, управления. Выход форми- 30 рователя связан со схемой ИЛИ и блоком управления задержки, выход которого соединен с другим входом схемы ИЛИ, связанной со входом ключа, другой вход ключа соединен со входом счетчика, разрядные выходы которого рвязаны. с блоком управляемой задержки [ 2 ] .

Однако это устройство отличается недостаточно высокой точностью и быстродействием.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь частоты в код, содёржащий два формирователя, 15 ко входу первого из которых подключена входная шина, а его выход соединен с установочным входом счетчика и выходом первой схемы И. Ко второму входу этой схемы подключен выход генератора стабильной частоты, а,выход первой схемы И соединен с информационным входом преобразователя· кодчастота, выход которого через второй формирователь связан с установочным входом преобразователя код-частота и входом второй схемы И, к другому входу которой подключен выход генератора, а выход этой схемы соединен ео счетным входом счетчика. При этом выход генератора связан также с тактовым

790202 входом преобразователя код-частота!3]

L

Погрешность квантования периода в этом устройстве определяется выражением выход ковходом элемент И первого из дсу= F_x/£₀, -I где F_x - преобразуемая частота».

f_Q - эталонная частота генератора с ростом преобразуемой частоты растет по линейному закону.

Быстродействие известного устройства может характеризоваться суммарным выражением двух этапов где К - постоянный коэффициент;

Т_х - период преобразуемой частоты.

Из последнего выражения очевидно, что, начиная со значения F_x=.f_o/(i< с ростом преобразуемой частоты F_x увеличивается и Т^· .

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия в области высших частот.

Поставленная цель достигается тем, .что в известное устройство, содержа·; . щее генератор эталонной частоты,.выход25 которого соединён с тактовым входом преобразователя код-частота и первым входом первого элемента И, торого соединен со счётным основного счетчика, второй и два формирователя, выход которых соединен с установочным входом основного счетчика, выход преобразователя код-частота через второй формирователь подключен ко второму входу первого элемента И, дополнительно введены генератор эталонного вре-’ мени, два коммутатора, элемент ИЛИ,- ' счётчик, регистр, компаратор кодов и коммутатор кодов, причем входная шина соединена с информационным входом первого коммутатора, первый выход которого непосредственно, а второй - через формирователь соединены со входами элемента ИЛИ,выход которого” подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен со 'счетным входом допдлнительного счетчика, разрядные выходы которого соединены с информационными входами преобразователя код-частота и первыми группами входов коммутатора кодов и компаратора кодов, выходы регистра подключены ко второй группе входов компаратора кодов, выход которого соединен/ с управляющими входамиiкоммутатора кодов, первого и второго коммутаторов, к первому и второму информационным входам последнего подключены соответственно выходы генераторов/7 эталонной частоты и эталонного времен ни выход второго коммутатора соединен со вторым входом- второго элемента И, выходы генератора эталонного времени и второго формирователя подключены к первому и второму установочным входам дополнительного счетчика соот1'0 ветственно, а выходы основного счетчика соединены со второй группой входов коммутатора кодов.

Структурная схема преобразователя частоты в код приведена на чертеже.

Устройство содержит коммутаторы 1 и 2, элемент ИЛИ 3, формирователи 4 и 5, элементы И 6 и 7, генератор 8 эталонного времени, генератор 9 эталонной частоты, дополнительный счетчик 10, компаратор 11 кодов, преобразователь 12 код-частота, коммутатор 13 кодов, регистр 14, основной счетчик 15.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии выходной сигнал компаратора 11 кодов то- < ков, что коммутатор 1 подключает входную шину F_x к элементу ИЛИ 3 через формирователь 4, а коммутатор 2 подключает генератор 9 ко входу элемента И ,7_. При этом на выходы коммутатора 13 кодов подключаются выходы счетчика 15.

• Поступающие по шине F* импульсы подаются через коммутатор 1 на формирователь 4', где выделяется период Т_х этих импульсов. Таким образом, элемент И 7 оказывается открытым в течение интервала Τχ и через него на счетчик 10 поступают импульсы генератора 9 эталонной частоты f_o. По окончании интервала код в счетчике 10 имеет значение Κ,,-f

Предположим, что преобразуемая частота в рассматриваемый момент такова, что ГЦ/уЦр',· где Νρ - число, записанное в регистре 14. При указан- , ном соотношении между Ν_τ и Νρ компаратор 1Ϊ кодов остается в прежнем состоянии, при котором к одному входу элемента И 7 подключен выход формирователя 4,к другому его входу - гене* ратор 9, а ко входным шинам_коммутатора 13 - выходы счетчика 15. Код счетчика 10 преобразуется в частоту преобразователя 12, при этом частота на выходе последнего равна

F--N_T f_o/K I Формирователь 5 выделяет период той же частоты и через элемент Иби

I счетчик 15 поступает N = f_Q/r=kF_x/£_Q1 импульсов-частоты f₀.

В силу указанного состояния коммутатора 13 код счетчика 15,пропор; циональный преобразуемой частоте передается на выходы коммутатора 13. В дальнейшем при выполнении условия j f_o/Γ_χ= Νγ7Νρ; , т.е. при относительно низких частотах Ρχ , описанный процесс повторяется.

При·низких значениях F* устройство обладает такими же характеристиками как и известное.

^=F_x/fp (4) (21_

Положим теперь, что значение возросло настолько, что

В этом случае на выходе компаратора 11 кодов появляется такой сигнал, что к одному входу элемента И 7 подключается непосредственно шина Γχ , а к другому - генератор 8 эталонного времени Т_о . Одноверменно к выходным шинам коммутатора 13 кодов подключаются выходы счетчика 10.

Это означает, что теперь в течение интервала Т_о в счетчик 10 поступают Ймпульсы F* , т.е. код счетчика 10 »геперь равен

Nr ~Fx 'То I ,

т.е. также пропорционален частоте Γχ . Теперь уже этот код присутствует на выходах коммутатора 13, а счетчик 10 периодически обнуляется сигналами генератора 8. В этом режиме времени преобразования постоянно Т^=Т_О (3), а погрешность дискретности выражается в виде Δ<^-1/Εχ·Τ_ο (4) , т.е. с ростом Ρχ уменьшается

Настоящее устройство целесообразно использовать в цифровых системах с частотными датчиками параметров, изменяющихся н широких пределах.

Особенно эффективным является применение устройства в таких системах, где с точки зрения точности важны ре- 30 жимы малых и больших значений параметров (зона средних значений является нерабочей).

реэ второй формирователь подключен ко второму входу первого элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия в области высших частот, в него дополнительно' введены генартор эталонного . времени, два коммутатора, элемент ИЛИ, счетчик, регистр, компаратор кодов и коммутатор кодов, причем входная . шина соединена с информационным входом первого коммутатора, первый выход которого непосредственно, а второй - через первый формирователь соединены со входами, элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом дополнительного счетчика, разрядные выходы которого соединены с информационными в ходами преобра з ов ат еля код-час т от а и первыми группами входов коммутатора кодов и компаратора кодов, выходы регистра подключены ко второй группе входов компаратора кодов, выход которого соединен с управляющими входами коммутатора кодов, первого и второго коммутаторов, к первому и второму информационным входам последнего подключены соответственно выходы генератора эталонной частоты и эталонного времени, выход второго коммутатора соединен со вторым входом второго элемента И, выходы генератора эталонного времени и второго формирователя подключены к первому и второму установочным входам допслнительно-

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к технике преобразовани  информации и может быть использовано в дискретных системах контрол  и- управлени . Известны преобразователи частоты в код, использующие метод развертывани  фазы преобразуемой частоты по линейному закону. Работа таких преобразователей происходит в два этапа/ на первом из которых осуществл етс  линейное развертывание фазы преобраз емой частоты (равномерное квантование ее периода), а на втором - преобразование результата квантовани  в код, пропорциональный преобразуемой частоте 1 . Общими недостатками -подобных устройств  вл ютс  ухудшение точности преобразовани  с ростом преобразуемо . частоты,что обусловлено увеличением погрешности дискретности при кванто .вании периода, а также ухудшение быс тродействи  с ростом преобразуемой частоты, что обусловлено увеличением длительности второго этапа преобразо вани . Известен такэте цифровой частотоме содержгиций формирователь, ко входам которого подключены входна  шина и выход блока, управлени . Выход формировател  св зан со схемой ИЛИ и блоком управлени  задержки, выход которого соединен с другим входом схемы ИЛИ, св занной со входом ключа, другой вход ключа соединен со входом счетчика, разр дные выходы которого рв заны с блоком управл емой задержки 2 . Однако это устройство отличаетс  недостаточно высокой точностью и быстродействием. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  преобразователь частоты в код, содержащий два формировател , ко входу первогЪ из которых подключена входна  шина, а его выход соединен с установочным входом счетчика и выходом первой схемы И. Ко второму входу этой схемы подключен выход генератора стабильной частоты, -а выход первой схемы И соединен с информационным входом преобразовател  кодчастота , выход которого через второй формирователь св зан с установочным входом преобразовател  код-частота и входом второй схемы И, к другому входу которой подключен выход генератора, а выход этой схемы соединен со счетаым входом счетчика. При этом выход генератора св зан также с тактовым входом преобразовател  код-частота,3 Погрешность квантовани  периода в этом устройстве определ ет с  выражением где F} - преобразуема  fg - эталонна  частота генератора с ростом преобразуемой частоты растет по линейному закону. Быстродействие известного устройства может характеризоватьс  суммарным выражением двух этапов . VVl /f Vi/V v/fo.i где К - посто нный коэффициент; Т - период преобразуемой частоты Из последнего выражени  очевадно, что, начина  со значени  г с ростом преобразуемой частоты Р увеличиваетс  и Т. . Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  в области высших частот. , Поставленна  цель достигаетс  тем, .ЧТО в известное устройство, со держа 7 шее генератор эталонной частоты, .выхо которого соединён с тактовым входом преобразовател  код-частота и первым входом первого элемента И, выход.которого соединен со счётнымвходом основного счетчика, второй элемент И и два формировател , выход первого из которых соединен с установочным входом основного счетчика, выход преобразовател  код-частота через второй формирователь подключен ко второму входу первого элемента И, дополнитель но введены генератор эталонного времени , два коммутатора, элемент ИЛИ,счётч ик , регистр, компаратор кодов и коммутатор кодов, причем входна  шина соединена с информационным входом первого коммутатора, первый выход которого непосредственно, а.второй - че рез формирователь соединены со входами элемента ИЛИ,выход которого пЪдкдю чен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен со счетHHiM входом дополнительного счетчика, разр дные выходы которого соединены с информационными входами преобразовател  код-ча.стота и первыми группами входов коммутатора кодов и компаратора кодов, выходы регистра подключены ко второй группе входов крмпаратора кодов, выход которого соединен/с управл ющими входами коммутатора Кодов, первого и второго коммутаторов , к первому и второму информационным входам последнего подключены соответственно выходы генераторов// эталонной частоты и эталонного време ни выход второго коммутатора соедине со вторым входом- второго элемента И, выходы генератора эталонного времен и второго формировател  подключены к первому и второму установочным входам дополнительного счетчика соответственно , а выходы основного счетика соединены со второй группой вхоов коммутатора кодов. Структурна  схема преобразовател  частоты в код приведена на чертеже. Устройство содержит коммутаторы 1 и 2, элемент ИЛИ 3, формирователи 4 и 5, элементы И 6 и 7, генератод 8 эталонного времени, генератор 9 .этаонной частоты, дополнительный счетик 10, компаратор 11 кодов, преобразователь 12 код-частота, коммутатор 13 кодов, регистр 14, основной счетик 15. Устройство работает следую1чим образом . Пусть в исходном состо нии выходной сигнал компаратора 11 кодов то- i ков, что коммутатор 1 подключает входную шину Fj( к элементу ИЛИ 3 через формирователь 4, а коммутатор 2 подключает генератор 9 ко входу элемента И 7. При этом навыходы коммутатора 13 кодов подключаютс  выходы счетчика 15. Поступающие по шине F импульсы подаютс  через коммутатор 1 на формирователь 4, где выдел етс  период этих импульсов. Таким образом, элемент И 7 оказываетс  открытым в течение интервала TX и через него на счетчик 10 поступают импульсы генератора 9 эталонной частоты f. По окончании интервала код в счетчике 10 имеет значение Предположим, что преобразуема  ч йстрта в рассматриваемый мрмент такова , 4ToM.|.7NpV где NP - число, записанное в регистре 14. При указанном соотношении между N и Np компаратор 11 кодов остаетс  в прежнем состо нии , при котором к одному входу элемента И 7 подключен выход формировател  4,к другому его входу - гене ратор 9, а ко входным шинам коммутатора 13 - выходы счетчика 15. Код счетчика 10 преобразуетс  в частоту преобразовател  12, при этом частота на выходе последнего равна F-. I Формирователь 5 выдел ет период той же частоты и через элемент И 6 и счетчик 15 поступает N ,. импульсов-частоты fg. в силу указанного состо ни  коммутатора 13 код счетчика 15,пропорциональный преобразуемой частоте РХ передаетс  на выходы коммутатора 13. В дальнейшем при выполнении услови  ( , т.е. при относительно низких частотах Я , описанный процесс повтор етс . ПриНИЗКИХ значени х F;; устройство обладает такими же характеристиками как и известное. , , (1) ,lC-F,/f, Положим теперь, что значение возросло настолько, что :fo/Fi NT Np в этом случае на выходе компаратор 11 кодов по вл етс  такой сигнал, что к одному входу .элемента И 7 подключаетс  непосредственно шина f , а к другому - генератор 8 эталонного вре мени То Одноверменно к выходным шинам коммутатора 13 кодов подключаютс  выходы счетчика 10. Это означает, что теперь в течение интервала TQ в счетчик 10 поступают Импульсы Г)( , т.е. код счетчика 10 теперь равен NrFx -Та , Т.е. также пропорционален частоте F Теперь уже этот код : присутствует на выходах коммутатора 13, а счетчик 10 периодически обнул етс  сигналами генератора 8. В этом режиме времени .преобразовани  посто нно (3), а погрешность дискретности выражаетс в виде . I/FX-TO (4) , т.е. с ростом FX уменьшаетс  Насто щее устройство целесообразн использовать в цифровых системах с частотными датчиками параметров, измен ю1шхс  s широких пределах. Особенно эффективным  вл етс  при менение устройства в таких системах, где с точки зрени  точности важны ре жимы малых и больших значений параметров (зона средних значений  вл ет с  нерабочей). Формула изобретени  Преобразователь частоты в код, содержащий генератор эталонной частоты , выход которого соединен с тактовым входом преобразовател  код-часто та и первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом основного счетчика, второ элемент И и два формировател , выход парвого из которых соединен с установочным входом основного счетчика, выход преобразовател  код-частота че рез второй формирователь подключен ко BTopofiy входу первого элемента И, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи  в области высших частот, в него дополнительно введены генартор эталонного . времени, два коммутатора, элемент ИЛИ, счетчик, регистр, компаратор кодов и коммутатор кодов, причем входна  шина соединена с информационным входом первого коммутатора, первый выход которого непосредственно, а второй - через первый формирователь соединены со входами, элемента ИЛИ, виход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом дополнительного счетчика, разр дные выходы которого соединены с информационными входами преобразовател - код-частота и первыми группами входов коммутатора кодов и компаратора кодов, выходы регистра подключены ко второй группе входов компаратора кодов, выход которого соединен с управл ю щми входами коммутатора кодов, первого и второго коммутаторов, к первому и второму информационным входам последнего подключены соответственно выходы генератора эталонной частоты и эталонного времени/ выход второго коммутатора соединен со вторым входом второго элемента И, выходы генератора эталонного времени и второго формирорател  подключены к -первому к второму установочным входам дополнительного счетчика соответственно, а выходы основного счетчика соединены со второй группой входов коммутатора кодов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Март шин А.И. и др. Преобразователи электрических параметров, дл  систем контрол  и измерени . 1м., Энерги  , 1976, с. 223-226,
2. 2.Авторское свидетельство СССР 463926, кл. G 01 R 23/00, 1975.
3. 3.Авторское свидетельство по за вке 2585454, 29.09.78.