SU902253A1 - Функциональный цифровой преобразователь частоты - Google Patents

Description

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относитс  к цифровой вычислительной и измерительной тех-г нике и предназначено дл  функционального преобразовани  выходной частоты датчика с нелинейной номинальной выходной характеристикой.

Известен функциональный цифровой преобразователь выходной частоты датчика с нелинейной номинальной выходной характеристикой, который состоит из устройства управлени , реверсивного счетчика результата с устройствами выбора направлени  счета и выбора направлени  считывани , устройства автоматического выбора пределов , генератора образцовой частоты , делител  образцовой частоты, триггера цикла коррекции, элемента задержки, через который осуществл етс  сброс устройства автоматического выбора пределов, запоминающего регистра, счетчика участков аппроксимации , устройства сравнени  кодов, схем сравнени , схем совпадени , собирательных схем и клапанов 1.

Недостатки преобразовател  - сложность и то, что во многих случа х измерительной практики необходима оценка максимальной погрешности аппроксимации . Однако дл  одних и тех же интервалов аппроксимации максимальна  погрешность аппроксимации превосходит среднеквадратичную.

Известен преобразователь, который состоит из формировател  входной число-импульсной последовательности, который образует схема совпадени  и множительное устройство счетчика длины участка аппроксимации, счетчика числа участков аппроксимации, дополнительного счетчика, матрицы управлени , выходного счетчика, схемы сборки , комбинационной схемы, состо щей из двухвходовых схем совпадени  12.

В основу его работы положено использование цифровой кусочно-линейной аппроксимации обратной функции частотного датчика с равномерным шагом аппроксимации по оси абсцисс. Достоинством функциона.пьно-кодирующего преобразовател  плотности  вл етс  простота процесса аппроксимации .

Недостатки устройства - увеличение погрешности дискретности при низкой входной частоте, низка  точность функционального цифрового преобразовани  частоты, измен ющеес  число участков аппроксимации при работе с частотными датчиками с навоспроизводимой нелинейной номинальной выходной характеристикой. Кроме того, область применени  его ограничена .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  функциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий усилитель, счетчик числа периодов входной частоты , дешифратор числа периодов, генератор образцовой частоты, элемент И, счетчик длины участка аппроксимации , дешифратор, матрицы управлени , комбинационный блок, элемент ИЛИ, делитель частоты, счетчик результата 3 .

Достоинством этого преобразовател  частоты  вл ютс  широкий диапазон преобразуемых, частот, посто нное число участков аппроксимации, не завис щее от невоспроизводимости нелинейной номинальной выходной характеристики частотного датчика, простота процесса аппроксимации, сочетающиес  с высокой точностью функционального цифрового преобразовани  и относительной простотой схемных решений, легко реализуемой современными средствами микроэлектроники.

Недостатком функционального цифрового преобразовател  частоты  вл етс  низкое быстродействие при тангенсах углов наклона аппроксимирующи пр мых больших единицы.

Это вызвано тем, что при заданной погрешности аппроксимации и равномерном посто нном шаге аппроксимации длина участка аппроксимации опреде. , л етс  учстком обратной функции частотного датчика с максимальной кривизной . При этом тангенсы углов наклона аппроксимирующих пр мых могут быть больше единицы. В этом случае дл  обеспечени  заданной-точности функционального цифрового преобразовател  необходимо увеличить -число периодов входной частоты и/или образцовую частоту.

Однако увеличение образцовой частоты ограничено быстродействием элементной базы, а увеличение числа периодов входной частоты приводит к уменьшению быстродействи  функционального цифрового преобразовател  частоты.

Цель изобретени  - увеличение быстродействи  преобразовател  при TaHiTeacax углов наклона аппроксими- руюших пр мых больше единицы.

поставленна  цель достигаетс  тем что в функциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий, последовательно соединенные усилитель и счетчик числа периодов входной частоты , выходы которого подключены к входам дешифратора числа периодов входной частоты, генератор образцовой частоты, счетчик длины участка аппроксимации, элемент И, первый

вход которого соединен с выходом дешифратора числа периодов входной частоты, второй вход - с выходом генератора образцовой частоты, выход со счетным входом счетчика длины -участка аппроксимации, выходы которого подключены ко входам дешифратора, комбинационный блок, выходы которого через Последовательно соединенные ,элемент ИЛИ и делитель частоты подключены к счетному входу счетчика результата, выходы которого через матрицу управлени  соединены с первой группой входов комбинационного блока , дополнительно введены суммирующий и вычитающий счетчики, два делител  частоты, два элемента И и дешифратор нул , причем выход дешифратора числа периодов входной частоты через инвертор подключен к установочному входу вычитающего счетчика, входы

0 разр дов которого подключены к выходам счетчика длины участка аппроксимации , установочный вход котрого соединен с выходом дешифратора, выходы вычитающего счетчика через дешифратор

5 нул  подключены к первым входам дополнительных элементов И, выход генератора образцовой частоты через соответствующие дополнительные делители частоты подключен к вторым входам

Q первого и второго элементов И, выходы которых подключены к счетным входам соответственно вычитающего и суммирующего счетчиков, выходы последнего соединены со второй группой

t входов комбинационного блока.

I

На чертеже представлена структурна  схема функционального цифрового преобразовател  частоты.

Функциональный цифровой преобразователь частоты содержит усилитель 1, счетчик 2 числа периодов входной частоты, дешифратор 3 числа периодов входной частоты, генератор 4 образцовой частоты , элемент И 5, счетчик

е 6 длины участка аппроксимации, дешифратор 7, инвертор 8, дополнительные делители 9 и 10 образцовой частоты, дополнительные элементы И 11 и 12, вычитающий счетчик 13, дешифратор

л 14 нул , суммирующий счетчик 15, матрицу 16 управлени , комбинационный блок 17, элемент ИЛИ 18, делитель 19 частоты, счетчик 20 результата.

Выход частотного датчика соедин етс  с входом усилител  1, выход которого соединен со счетным входом

счетчика 2 числа периодов входной частоты. Выходы счетчика 2 соединены со входами дешифратора 3 числа периодов входной частоты, выход которого

соединен с входом инвертора 8, выход которого соединен с установочным входом счетчика 13. Выход дешифратора 3 соединен также с одним из входов элемента И 5, другой вход которого

соединен с выходом генератора 4 обраэцовой частоты, а выход элемента И 5 соединен со счетным входом счет чика 6 длины участка аппроксимации. Перва  группа выходов счетчика б 1 соединена, со входами дешифратора 7, выход которого соедин етс  с устано вочным входом счетчика 6. Втора  группа выходов счетчика б соедин ет с  с одними из входов счетчика 13, выходы которого соедин ютс  со вход ми дешифратора 14 нул . Выход генер тора 4 образцовой частоты соедин ет с  также с входом каждого из делителей 9 и 10 образцовой частоты. Вы ход делител  9 соедин етс  с одним из входов элемента И 11, другой вхо которого соедин етс  с выходом деши ратора 14 нул , а выход элемента И соедин етс  со счетным входом счетч ка 13. Выход делител  10 соедин етс  с одним из входов элемента И 12, другой вход которого также соедин етс  с выходом дешифратора 14 нул , а вы ход элемента И 12 соедин етс  со счетным входом счетчика 15, выходы которого соедин ютс  с первой группой входов комбинационного блока 17 Втора  группа входов комбинационного блока 17 соединена с выходами матри цы 16 управлени , а выходы комбинационного блока 17 соединены с входа ми элемента ИЛИ 18, выход которого соединен с входом делител  19 частоты . Выход делител  19 соединен со счетным входом счетчика 20 результата , выходы которого соединены со вхо дами матрицы 16 управлени . В основу работы функционального цифрового преобразовател  частоты по ложено использование цифровой кусочно-линейной аппроксимации обратной функции частотного датчика с равномерным шагом аппроксимации по оси ординат. Различный наклон аппроксиМ1 рующих пр мых реализуетс  при помощи двоичного умножител , который образуют суммирующий счетчик 15, матрица 16 управлени , комбинационны блок 17 и элемент ИЛИ 18. Коэффициен ты наклона аппроксимирующих пр мых задаютс  в матрице 16 управлени . Функциональна  зависимость дл  каждо го участка аппроксимации при числоимпульсном представлении результата преобразовани  имеет вид ( NU-NV.); .0 где Kj - целое положительное число, включа  нуль; частота сложени ; ьыч частота вычитани . Коэффициенты наклона аппроксимирующих пр мых, задавае:«1ые в матрице управлени , рассчитываютс  по формуле « 17 17° в случае, если коэффициент то показатель степени К4 принимаетс  равным нулю, т.е. f fibi4 В случае, если коэффициент , то показатель степени К принимаетх;  таким, чтобы выполн лось условие дл  участка аппроксимации с наибЪльшим коэффициентом, а отношение частот fen и fftbi4. должно удовлетвор ть условию 4-.,о .. Необходимые значени  частот-fj,; и выч. задаютс  при помощи делителей образцовой частоты. Преобразователь работает, следующим образом. При поступлении в дешифратор 3 числа периодов входной частоты команды ПУСК в счетчике 2 числа периодов входной частоты начинаетс  отсчет заданного числа периодов частоты, поступающей на его счетный вход из частотного датчика через усилитель 1. одновременно по команде с дешифратора 3 и генератора 4 образцовой час- . тоты импульсы начинают поступать через элемент И 5 на счетный вход счетчика б длины участка аппроксимации. При поступлении в счетчик 6 заданного числа импульсов, соответствующего границе диапазона преобразовани  по оси абсцисс, ка выходе дешифратора 7 формируетс  кратковременный сигнал, поступающий на установочный вход счетчика 6. По этому сигналу счетчик 6 устанавливаетс  в нуль до прихода следуквдего импульса из генератора 4 и счет импульсов в счетчике 6 продолжаетс . При поступлении в счетчик 2 заданного числа периодов входной частоты команда из дешифратора 3, разрешающа  прохождение импульсов из генератора 4 через элемент И 5 в счетчик б, снимаетс . Одновременно на выходе инвертора 8 формируетс  сигнал, поступающий на установочный вход счетчика 13. По этому сигналу

осуществл етс  перепись числа импульсов , полученных в счетчике 6, в счетчих 13, При этом на выходе дешифратора 14 нул  формируетс  команда, по которой импульсы с выхода делител  9 образцовой частоты через элемент И 11 поступают на счетный вход счетчика 13, а импульсы с выхода делител  10 образцовой частоты через элемент И 12 поступают на счетный вход счетчика 15. При поступлении импульсов в счетчик 15 на выходах комбинационного блока 17 в соответствии с кодом коэффициента наклона аппрокисмирующей пр мой, поступающим из матрицы 16 управлени , формируетс  импульсна  по )следовательность, Эта последовательность через элемент ИЛИ 18 поступает на вход делител  19 частоты, где осуществл етс  деление на заданный коэффициент, С -выхода делител  19 импульсы поступают на счетный вход , счетчика 20 результата. При поступлении в счетчик 20 числа импульсов, соответствующего границе каждого участка аппроксимации по оси ординат, код коэффициента наклона аппроксимирующей пр мой на выходах матрицы 16 управлени  измен етс  и устанавливаетс  код коэффициента наклона следующего участка аппроксимации.

В счетнике 13 осуществл етс  вычитание импульсов, поступающих на его вход, из числа импульсов, записанных в Нем. В момент времени, когда при поступлении очередного импульса число импульсов в счетчике 13 становитс  равным нулю, с выхода дешифратора 14 нул  снимаетс  команда, разрешающа  прохождение импульсов с выхода делител  9 через элемент И 11 в счетчик 13 и с выхода делител  10 через элемент И 12 в счетчик 15 и цикл заканчиваетс . Число импульсов в счетчике 20 численно равно результату функционального преобразовани . Цикл повтор етс  при наличии команды Пуск сразу после переписи числа импульса из счетчика 6 длины участка аппроксимации в счетчик 13.

Таким образом, сущность изобретени  заключаетс  в том, что сохран   все достоинства известного устройства и измен   соотношение между частотой считывани , поступающей в вычитающий счетчик, и частотой сложени , поступающей в суммирующий счетчик, при ,их максимальных значени х можно увеличить число импульсов, nocT ynaipщих в двоичный умножитель и пропорциональных разности между текущим значением периода частотных колеба НИИ и границей участка аппроксимации по оси абсцисс во столько раэ, во сколько раз необходимо уменьшить тангенсы углов наклона аппроксимирующих пр мых до величины, не превьн ающай единицы, не увеличива  числа периодов входной частоты, поступающих в счетчик числа периодов входной частоты.

Использование изобретени  позво|л ет увеличить быстродействие функционального цифрового преобразовател  частоты при тангенсах углов наклона аппроксимирующих пр мых больше единицы за счет уменьшени  числа периодов входной частоты, отсчитываемого в счетчике числа периодов входQ ной частоты.

Использование предлагаемого преобразовател  особенно эффективно, если обратна  Функци  частотного датчика имеет небольшую девиацию частоты и большую крутизну.

Claims (3)

1. Авторское свидетельство СССР 300956, кл. Н 03 К 13/02, 1971.

2. Автоматизаци  и телемеханизаци  нефт ной промышленности ,1975, № 8 , с.21-23..

3. Авторское свидетельство СССР по за вке №2811796.

17

О