Устройство для преобразования частоты

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ, содержащее последовательно соединенные блок управления и первый элемент И, последова тельно соединенные первый и второй счетчики, дешифратор и блок элементов И, вторые входы которого подключены к выходам делителя, вход которого подключен к импульсному выходу блока управления, а выходы блока элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И и первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к первому входу третьего элемента И и второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, при этом выход первого счетчика подключен к своему входу предварительной записи, входы уста-.. новки в нуль первого и второго счетчиков подключены к выходу установки нуля блока управления, отличающееся тем, что, с целью повы . шения точности преобразования частоты , в него дополнительно введены дешифратор , а также счетчик и счетчик с управляемым коэффициентом пересчета , входь| установки в нуль которых подключены к выходу установки нуля блока управления, причем управляющий, вход дополнительного дешифратора подключен к четвертому выходу блока управления, выход дополнительного дешифратора подключен к первому входу первого счетчика, а его информационные входы подключены к информационным выходам счетчика С: управляемым коэффициентом пересчета, вход которого подключен к выходу первого элемента И, а его управляющий выход подключен к второму входу первого сметчика, информационные выходы которого подключены к информационным входам дополнительного счетчика, первый управляющий вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй 1 управляющий вход подк/иочен к выходу второго элемента ИЛИ, второй вход О которого подключен к выходу дополнительного счетчика и второму входу сх третьего элемента И. ;о 2. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что блок управ .ления содержит компаратор, два элемента И, два триггера, два формирователя , генератор импульсов,, выход которого является импульсньм выходом блока управления, а выход компаратора подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого триггера , а второй вход подключен к нулевому выходу второго триггера и neo.BQ-. му входу второго элемента И, выход которого является четвертым выходом

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

g(sn Н 03 К 1 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3357922/18-21 (22) 23. 11. 81 (46) 30.03,83. Б . 12

1 (72) А.Н. Морозевич (71) Минский радиотехнический институт (53) 621. 317 (088. 8)

56 1. Смеляков В. В, Цифровая измерительная аппаратура инфранизкихчастот. M., "Энергия", 1975, с. 37, рис. 2-1.

2. Авторское свидетельство СССР

N 546102, кл. " 03 K 13/20, 1977. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ, содержащее последовательно соединенные блок управления и первый элемейт И, последова тельно соединенные первый и второй счетчики, дешифратор и блок. элементов И, вторые входы которого подключены к выходам делителя, вход которого подключен к импульсному выходу блока управления, а выходы блока элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И и первому входу второ.го элемента И, второй вход которого подключен к первому входу третьего элемента И и второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, при этом выход первого счетчика подключен к своему входу предварительной записи, входы уста-.. новки в нуль первого и второго счетчиков подключены к выходу установки нуля блока управления, а т л и ч а " ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования часто„„SU„„1008904 ты, в него дополнительно введены де- шифратор, а также счетчик и счетчик с управляемым коэффициентом пересче" та, входы установки в нуль которых подключены к выходу установки нуля блока управления, причем управляющий. вход дополнительного дешифратора пддключен к четвертому выход блока управления, выход дополнительного дешифратора подключен к первому входу первого счетчика, а его информационные входы подключены к информационным выходам счетчика с управляемым коэффициентом пересчета, вход которого подключен к выходу первого элемента

И, а его управляющий выход подключен к второму входу первого счетчика, информационные выходы которого подключены к информационным входам дополнительного счетчика, первый управляющий вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй ,управляющий вход подключен к выходу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу дополнительного счетчика и второму входу третьего элемента И.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управ.ления содержит. компаратор, два эле" мента И, два триггера, два формирова-. теля, генератор импульсов, выход которого является импульсным выходом блока управления, а выход компаратора подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого триг" гера, а второй вход подключен к. нулевому выходу второго триггера и первому входу второго элемента И, выход которого является четвертым выходом

1 блока управления, а второй вход подключен к первому входу второго триггера и нулевому выходу первого триггера, единичный выход которого является первым выходом управления блока и подключен к входу первого формирователя, выход которого является выходом установки нуля блока

008904 управления, третьим выходом которого является выход второго формировате. ля, вход которого подключен к единичному выходу второго триггера и является вторым выходом блока управления, второй вход второго триггера подключен к второму входу первого триггера. тт

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использо вано в цифровых устройствах, занятых обработкой (вычислением интеграль ных характеристик) аналоговых сигналов, а также в качестве измерительного прибора, позволяющего измерять период входных сигналов и вырабатывать последовательность импульсов с частотой следования,.обратно про- 10 порциональной периоду входного сигнала.

Известно устройство, содержащее генератор эталонной частоты, формирующее устройство, блок управления, 1$ управляемые вентили, делители. частоты, регистр и схему переноса, которые позволяют выполнить функции преобрааоаатела период-частота (1J

Однако в указанном устроистве 20 наличие одного (неуправляемого) источника опорной частоты значиуельно сужает частотный диапазон входных сигналов. Кроме того, указанным устройствам присущи большие погрешнос- 2$ ти, уменьшение значений которых требу. ет значительного сравнимого с обьемом основного устройства, дополнительного оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому щ является устройство, содержащее вход" ной блок (блок управления), три эле- мента И. пеовый и второй счетчики, дешифратор, блок элементов И, делитель, два элемента ИЛИ и второй блок элементов И (2 .

Известное устройство позволяет обеспечить постоянство относительной погрешности преобразования в достаточно широком частотном диапазоне.

Недостатки. известного устройстваналичие инструментальной ошибки, возникающей вследствие конечного времени распространения сигнала из-за иска жения, состояния делителя при соответствующих его установках (запись дополнительного кода в младшие разряды и др.), ошибка преобразования ограничена сверху в каждом-1 -ом диапазоне весом младшего разряда первого сщзтчика, ввиду конструктивны особенностей затруднено изменение коэффициентов передачи преобразователя в широких пределах.

Указанные: недостатки существенно снижают то4ность преобразований и область применения известных устройств.

Цель изобретения - повышение точности преобразования частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для преобразования частоты, содержащее последовательно соединенные блок управления и первый элемент И, последовательно соединенные первый и второй счетчики, дешифратор и блок элементов И, вторые входы которого подключены к выходам делителя, вход которого подключен к импульсному выходу блока управления, а выходы блока элементов

И подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И и первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к первому входу третьего элемента И и второму выходу блока управления, третий выход которого подключен к первому входу второго элемента

ИЛИ, при этом выход первого счетчика подключен к своему входу предварительной записи, а входы установки в ноль первого -и второго счетчиков

3 1008 подключены к выходу установки нуля блока управления, дополнительно введены дешифратор, а также счетчик и счетчик с управляемым коэффициентом пересчета, входы установки в ноль которых подключены к выходу установки нуля блока управления, причем управляющий вход дополнительного дешифратора подключен к четвертому выходу блока управления, выход допол- 1о нительного дешифратора подключен к 1 первому входу первого счетчика, а его информационные входы подключены к информационным выходам счетчика с управляемым коэффициентом т-:пересчета

Р вход которого подключен к выходу первого элемента И, а его управляющий выход подключен к второму входу первого счетчика, информационные выходы которого подключены к информацион- щ ным входам дополнительного счетчика, первый управляющий вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй управляющий вход подключен к выходу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу дополнительного счетчика и второму входу третьего элемента И.

Кроме того, блок упрарления содержит компаратор, два элемента И, два

39 триггера, два формирователя и генератор импульсов, выход которого является импульсным выходом блока управления, а выход компаратора подключен к первому . входу первого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого триггера, а второй вход подключен к нулевому выходу второго триггера и первому входу второго элемента И, выход которого является четвертым выходом блока управления, а второй вход подключен к первому входу второго триггера и нулевому выходу первого триггера, единичный выход которого является первым выходом блока управления и подключен к входу первого формирователя, выход которого является выхо; . дом установки нуля блока управления, третьим выходом которого является выход второго формирователя, вход $6 которого подключен к единичному выходу второго триггера и является вто-. рым выходом блока управления, второй вход второго триггера подключен к второму входу первого триггера. $$

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — временная диаграмма ос904 4 новных сигналов, на фиг. 3 - конкретная реализация блока управления.

Устройство (фиг. 1) содержит блок

1 управления, первый элемент И 2, первый 3 и второй 4 счетчики, дешифра° тор 5, блок 6 элементов И, делитель

7, первый элемент ИЛИ 8, второй элемент И 9, третий элемент И 10 вто-: рой элемент ИЛИ 11, дополнительный,, .счетчик 12, счетчик 13 с управляемым коэффициентом пересчета, дополнительный дешифратор 14. Входной блок 1 содержит (фиг. 3) генератор 15 импульсов, компаратор 16, элемент И 17, первый триггер 18, второй триггер

19, элемент" И 20, первый формирователь 21, формирователь 22 и кнопку

23 °

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все счетчики

3, 4, 12 и 13 (фиг. 1) находятся в нулевом состоянии, а на выходах блока 1 управления - запрещающие потенциалы. На вход делителя 7 поступают импульсы опорной частоты f . С выходов делителя 7 на входы блока 6 элементов

И поступают импульсы с частотой f о 2, о 4 " т д.

При первом после сигнала "Пуск" переходе значения входного. сигнала (фиг. 2. а) через ноль из отрицатель- ных значений в положительные на первом выходе блока 1 (фиг. 2 в) появляется разрешающий потенциал, открывающий элемент И 2 по первому входу.

В первый момент времени после сигнала %уск" код во втором счетчике 4-нулевой. Дешифратор 5 подает разрешающий потенциал на первый вход первого (младшего} элемента И из блока

6, а на остальные элементы И блока

6 - запрещающие потенциалы. Поэтому на первый элемент ИЛИ 8 будет" поступать самая высокая частота Го из на" бора выходных частот делителя 7 опорной частоты f . С выхода первого элемента ИЛИ 8 (фиг. 2" И) через открытый элемент И 2 поступают импульсы на вход счетчика 13 с управляемым коэффициентом К пересчета. Коэффициент К пересчета счетчика 13 опредв ляет коэффициент передачи устройства в целом. При поступлении на вход счетчика 13 К импульсов с частотой

Г происходит его переполнение, при этом заносится "1" в первый счетчик

3. Таким образом, на второй вход

Таким образом, после выполнения шага корекции в счетчике 3 оказывается код NÄ, который меньше нЯ единицу (младшего разряда) величины кода И, если Т -N< (" . Причем Т,—

-(Ы +1) «ь 0,5/128, т. е. погрешность измерения (с учетом единицы младшего разряда ) в два раза меньше, чем до коррекции. По окончании шага кор". рекции на третьем выходе блока 1 (фиг. 2d ) формируется управляющий сигнал, который, проходя через элемент ИЛИ 11,, осуществляет перезапись кода иэ счетчика 3 в счетчик 12. На

"втором выходе блока 1 (фиг. 2 е) в это же время появляется разрешающий потенциал, открывающий второй элемент И 9 по второму входу. При этом

)на вычитающий (первый) вход счетчика 12 поступают импульсы с частотой

Го/2 Э, каждый иэ которых умень шает содержимое счетчика 12 на единицу. После прихода на счетчик 12 ,количества импульсов, соответствующе го величине И„+1, произойдет отрицательное переполнение счетчика 12.

При этом на выходе счетчика 12 сформируется сиrнал, который через открытый элемент И 10 пройдет на. выход устройства (фиг. 2 д), а также через элемент ИЛИ 11 на вход счетчика 12. По этому сигналу в сче чик 12 перепишется код иэ счетчика

3. Далее процесс формирования выход. ных сигналов пройсходит аналогично вышеописанному.

5 100890 счетчика 3 поступают импульсы с частотой f /к. При поступлении на второй вход счетчика 3 N импульсов (выбирается из условия достижения необходимой точности измерения периода в 5 каждом поддиапаэоне) происходит его переполнение. При переполнении счет" чика 3 заносится "1" во второй счет" чик 4, а в первый счетчик 3 заносится при этом код, равный половине его 10 емкости. Последнее необходимо для учета части измеряемого периода, равной по величине N Ко/f . При коде

00...01 во втором счет .ике 4 на первом входе второго элемента И и э блока 15

6 поя вляется разрешающий потенциал.

Таким образом на вход первого счетчика 3 поступают импульсы, частота следования которых вдвое меньше предыдущей частоты, т.е. /2к. При каждом го очередном переполнении первого счет- чика 3 код во втором счетчике 4 увеличивается на единицу, а в первы счетчик 3 заносится код, равный половине его емкости N, (при N= 2 эа- у носится единица в старший разряд ) и частота импульсов, идущих на вход первого счетчика 3 уменьшается в два раза (фиг. 2.h) . Так происходит

i до того момента времени, когда входной сигнал второй раз перейдет через ноль из отрицательных значений s положительные, т.е, когда окончится период Т измеряемого сигнала. При этом на первом выходе выходного блока появится запрещающий потенциал, З закрывающий первый элемент И 2. На этом заканчивается цикл измерения, в результате которого на счетчиках

3 и 4 сформирован код, пропорциональный периоду T)(входного сигнала. Причем код Dz< во втором счетчике 4 показывает, в каком поддиапаэоне лежит период Т1(, а код N < в первом счетчике 3 определяет Т у внутри.поддиапазона. При этом оказывается, что погрешность g измерения Т может достигать единицы младшего разряда. Например, если n = 7, то

N 2 = 1 28 и, следовательно„ „о „ =

11/128. В счетчике J3 зафиксирован код, равный разности Т -(N „ ° 7 " ) К/

Для рассмотренного примера 0+PT -(И, 2 " )k/f> f61/128. Очевидно, что для повышения точности измерения можно провести определение реэуль4% тата в счетчике 3 по условию

Т =Т„+1рр, если Ь = Т„Нк1 2 х") k/f/0 5К k/fg

4 d где 1 р — единица младшего разряда, Т„= Т„, если 5 -= Т„k/fgj<0 5 k k/fo

Однако для дальнейшего преобразо. вания необходимо выполнить обратную коррекцию, т ° е. если в счетчике 13 зафиксирован код, равный половине и больше величины К коэффициента пересчета счетчика 13, то результат в счетчике 3 остается без изменений, а если код в счетчике 13 меньше К/2, то из содержимого счетчика 3 вычита" ется единица.

Анализ, содержимого счетчика 13 осуществляется дешифратором 14. На выходе дешифратора формируется сигнал вычитания единицы из счетчика

3 сигналом из входного блока (фиг.2 с) в случае, если код счетчика 13 меньше 0,.5 К.

7 1008ЭО4 8

Коэффициент передачи устройства ся в нулевое состояние. Сигнал на определяется как его единичном выходе (фиг . 2 в) меня, Эх ется с единицы на ноль. Сигнал на

"х о/ "х нулевом выходе триггера 18 изменяет,gDx k y. ся с нуля на единицу. Этот передний фронт сигнала поступает на первый

Следовательно, число выходных им- (счетный ) вход триггера 19 и перевопульсов не зависит от величины пеРи- дит его в единичное положение. Сиг" ода входного сигнала и ОПРеделЯетсЯ нал на единичном выходе григгера 19 лишь коэффициентом пересчета счетчи- 1в изменяется с нуля на единицу (фиг.2е) ка 13. Как следует из описания функ- формирователь 22 формирует из этого ционирования устройства преобразова- переднего фронта импульс (фиг. ниЯ частоты (фиг. 1) порЯдок Работы На выходе элемента Н 20 появляется его блоков определяется сигналами, сигнал в том случае, когда триггеры

Формируемыми в блоке 1 Управления в 5 18 и 1р находятся в состоянии нуля.Персоответствии с временной диаграм- вый раз этот сигнал формируется сразу

v мои (фиг. 2) . же после нажатия кнопки, но до фор.Устройство работает следующим . мирования сигнала установки счетчиков в ноль,.т.е. этот сигнал на

На @ход компаРатоРа 16 (Фиг. 3) 2 работу схемы не влияет. 0торой раз поступает. периодический сигнал на выходе элемента И 20 формируется (фиг. 2 а). 8 -качестве компаратора короткий импульс, длительность котороможет быть использован например го равна времени задержки сигнала в . триггер Шмитта. На выходе компарато- триггере 19 (фиг. 2. с). для предлаа 16 формируется также периодичес" 2s гаемого устройства такая длительность кий сигнал с тем же пеРиодом, но импульса обеспечивает надежную рабо"

Форма его соответствует сигналам, ту устройства. сли же для какой-ли= спользУемым в циФРовых логических бо реализации длительность импульса элементах. Этот сигнал поступает, на будет недостаточной, то в цепь между первый вход элемента И 17 При нажа- нулевым выходом триггера 1ц и первым тии кнопки 23 (ФоРмиРУетсЯ сигнал входом элемента И 20 иожно ввести

П нъ

).триггеры 18 и 19 устанав элемент задержки. На фиг..3 этот элеливаются в ноль. При этом сигнал с мент задержки.-показан пунктиром. В нулевого выхода триггера .19 откры- качестве формирователей 21 и 22, генеВает элемен™ 17 для прохожде- ратора 15 импульсов и счетчика 13 с / ния сигнала с выхода компаратора 1б 3S управляемым коэффициентом пересчета на первый вход триггера 18. Первый может быть использовано любое из вход триггера 18 является счетным известных устройств. входом, т.е. каждый переход сигнала на этом входе из нУлЯ в единицУ Б качестве делителя 7 может быть переводит триггер 18 в протВвопо- использован, например, двоичный счетчик, так как у двоичных вчетчиков .

xe " уск" переход из нуля в единицу частота -сигнала на выходе каждого последующего триггера в два раза .Указанного сигнала переводит триггер 18 в единичное положение. При этом сигнал на единичном выходе тригау гера .8 соответствует Ч" (фиг. 2 .в).

° 1

: В то же время из перехода оль - еди(переднии фронт) QopHHpOB3T8Jlh Та м об азом, вве, ен е новы функциональных блоков:и связей поз21 Формирует сигнал установки в ноль воляет повысить точность преобразовасчетчиков 3,, и 3. Таким обРазом., по переДнему ФронтУ вхоДно" . ное значени ния, а именно: уменьшить максимальное значение абсолютной ошибки в два

: раза, устранить инструментальную ошибку, возникающую вследствие коустанавливаются в исходное (нулевое)

roстояние. нечного времени распространения сиг

И нала в делителе при соответствующих

В момент окончания первого пери-. :Установках его .в исходное состояние ода входного сигнала (очередным пе- например, запись дополнительного редним Фронтом} триггер 18 переводит- ;кода в младшие разряды и др.) . Кро1008904

10 ме того, в предлагаемом устройстве упрощена операция изменения коэффициента передачи устройства преобразования частоты и сводится лишь к изменению коэффициента пересчета счетчика l3.

1008904

Пуем . Д ие2

Составитель. В. Муляр

Редактор Н. Ковалева Техред: Т ;Йаточка Корректор А. Дзятко

Заказ 2359/68 Тираж 934 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5

° Ь

Филиал ilRll "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4