Частотно-импульсное вычислительное устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО 4ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2678352/18-24 (22) 19.10.78 (46 ) 07.09.83. Бюл. Р 33 (72) A. A Першин, Г. Г. Везыменко, и Л. Т. Глушкова (71) Карагандинский филиал Особого конструкторского бюро Всесоюзного научно-исследовательского института автоматизации черной металлургии (53) 681.14(088.8) (56) 1. Патент Японии М 47-30864, кл. 97(7)., 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

9 532097, кл. G 06 F 15/32, 1975 (прототип). (54)(57) ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНОЕ ВЬ ЧИС-., ЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее .три элемента,И, элемент ИЛИ, два счетчика, две группы элементов И, два триггера, причем прямой выход первого триггера соединен с первы-. ми входами первого и второго элементов И, инверсный выход второго триггера подключен к вторым входам пер-. вого и второго элементов И, а пря« мой выход второго триггера соединен: с первым входом третьего. элемента

И, выходы второго и третьего элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого эле» мента ИЛИ, .третий вход первого элемента И является тактовым входом устройства, третий вход второго элемента И является первым частотным входом устройства, первый вход первого триггера объединен с управля= ющими входами элементов И первой И второй групп и является входом "П йк" устройства, первый вход второго триггера объединен .с установочными вхбдами счетчиков и является установоМным входом устройства, выход перво-,го элемента И соединей с тактовым . входом первого счетчика, выход которого подключен ко входу первого формирователя импульсов, выход котоI

J рого соединен с вторым входом второ- го триггера, выходы элементов И первой н второй групп соединены с, входами соответственно первого и второго счетчиков,- а входы элементов И первой и второй групп являются соответственно первыми и вторыми входами задания коэффициентов устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него введены две группы элементов И, два реверсивных счетчика, второй формирователь импульсов, блок сравнения, три элемента И, два элемента ИЛИ, третий триггер, генератор импульсов, первый выход которого соединен с вторым,р

O входом третьего элемента И, второй выход генератора соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого Я реверсивного счетчика, выходы которого соответственно соединены с первыми входами блока сравнения, выход которого подключен к .первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого триггера и первому входу третьего триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, прямой выход третьего триггера соединен с вторым входом первого инверсного счетчика, третьим входом третьего элемента И и вторым входом четвертого элемента

И, третий вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго инверсного счетчика, выходы которого соответственно подключены к вторым входам блока сравнения, прямой выход первого триггера соединен с вторыми входами пятого и шестого элементов ,И, выход которого соединен с такто1040490

45 вым входом второго счетчика, выход которого подклю»: к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом третьего триггера, второй вход третьего элемента ИЛИ и установочные входы инверсных счетчиков объединены с установочными входами счетчиков, а управляющйе входы элементов И третьей .и четвертой групп объединены с управляющими входами элементов И первой и второй групп, третий вход пятого элемента И является вторым

Изобретение относится к вычислительным устройствам для обработки информации, а именно к устройствам для решения уравнений и может быть использовано, например в устройствах обработки информации измерительных приборов, в частности в двухканальных нейтронных влагомерах, имеющих весовую влажность сыпучих материалов с переменной плотностью.

Известно частотно-импульсное вычислительное устройство, содержащее три счетчика, три триггера, два элемента И, элемент ИЛИ, две группы элементов И. Первые входы первого и второго триггеров соединены с первым входом элемента ИЛИ, с входами установки "0" всех счетчиков и под,ключены к первому входу устройства, второй вход первого триггера соединен со входами первой и второй груп пы элементов И и подключен к второму входу устройства.

Один выход первого триггера подключен к первому, а вход первого элемента И и один выход второго триггера подключен к второму входу первого элемента И, на третий вход которого, являющийся третьим входом устройства, подается сигнал контролируемой частоты f. Выход первого эле:мента И подключен к счетным входам первого и второго счетчиков.

Выходы первой группы элементов H .. подключены к группе входов первого счетчика, а выходы второй группы элементов И подключены к группе второго счетчика, группы входов первой и второй группы элементов И являются группами входов устройства. Выход второго счетчика подключен к второму входу второго триггера и к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу третьего . триггера. Выход первого счетчика подключен к второму входу третьего частотным входом устройства,. третий вход шестого элемента И объединен с третьим входом первого элемента И, выход пятого элемента И соедннен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выходы элементов И третьей и четвертой групп подключены ко входам соот ветственно первого и второго инверсных счетчиков, а входы элементов И третьей и четвертой групп являются соответственно третьими и четвертыми входами задания коэффициентов устройства. триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И.

На второй вход второго элемента И, являющийся четвертым входом устройства, подается сигнал эталонной частоты f . Выход второго элемента И подключен к счетному входу третьего счетчика Г1 ).

Недостатком этого устройства является то, что при его использовании в приборах для исследования физических свойств веществ для решения более сложной математической зависимости общая функциональная схема устройства значительно усложняется из-за многоступенчатой обработки информации, каждая ступень которой реализуется известным устройством в комплексе с другими устройствами, например сумматорами, регистрами памяти, что значительно усложняет общую схему.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является частотно-импульсное вычислительное устройство, содержащее два счетчика, два элемента И, две группы элементов И, два триггера, формирователь импульсов, причем, первые входы триггеров и счетчиков соединены с первым входом устройства} нулевой выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго элементов И, единичный выход второго триггера подключен к вторым входам первого и второго элементов И, выход первого элемента И подключей к второму входу первого счетчика, выход второго элемента И подключен к второму входу.второго счетчика, выход второго счет40 чика через формирователь подключен

Й второму входу второго триггера, третьи входы первого и второго элементов И являются соответственно вторым и третьим выходами устройства,. входы первой и второй группы

:1040490 элементов И и второй вход первого триггера подключены к четвертому входу устройс-ва, выходы первой группы элементов И подключены к группе входов первого счетчика, выходы второй группы элементов H подключены к группе входов второго счетчика, группы входов первой н второй групп элементов И являются группами входов устройства. Группа выходов первого счетчика является группой выходов to устройства (2 ).

Использование такого устройства возможно в тех приборах для определения физических свойств веществ, где производится определение лишь 15 одной физической величины, напри- .. мер, в радиоизотопных приборах одноканального типа, определяющих влаж, ность вещества (влагомер типа "Нейтрои-3") ° Н тех приборах, где опрея деление одной физической величины производится с коррекцией по другой физической величине,.т.е. приборах двухканального типа, например,.в радиоизотопных влагомерах с опреде- лением весовой влажности с коррекцией по плотности, решаемая задача усложняется и сводится к решению системы уравнений с двумя неизвестными и постоянными коэффициентами.

Например, в радиоизотопных измерительных приборах, определяющих весовую влажность сыпучих материалов с переменной плотностью (кокс, аглошихта, руда и проч.} для повышения точности измерения необходимо измерять объемную влажность и насыпную плотность материала, затем по этим данным определить весовую влажность в соответствии с алгоритмом ь(3 -a)a Р -ь) 4о 1(P >O) +<(>W О) где а, а.„, а, — постоянные коэффиbb, Ь1, b2 циенты — информация объем - 4>

W ной влажности>

I — информация о йа- сыпной плотностй, .. — весовая влажность материала.

Для реализации данного алгоритма используют двухканальный измеритель- . ный преобразователь (датчик) и вычислительное устройство обработки информации. Датчиком измеряют объ- 55 емную влажность (тщ) и насыпную плотность I P . Причем информация

I„„и I зависит от изменения влажности и плотности материала и может быть выражена зависимостью (2) по .. ц) типу уравнений у ах + Ь

=ц Щ+ Q +Е,ЬЭ®

2 2 . ) (2)

65 — последовательности импульсов соответствующих информаций об объемной влажности и насыпной плотности

3 -3„ „ — Е

1 (3) Ъ ) 1 и2

Ь1

Ь2

3 а P

Причем действительное значение весовой влажности сыпучих материалов будет найдено в момент, когда произойдет равенство э -э э ь з"-з

Я(=

n W а- - с, "., ", "г "т

Jw

Таким образом, определение влажности сводится к решению обеих частей уравнения (4) и поиску момента совпадения значения функции W.

Для решения системы уравнений (3) может быть использовано несколько устройств только в комплексе с системами поиска: например, с системой автоматического управления, осуществляющей отыскание таких значений измеряемой величины, чтобы значейия функции не выходило за границы определенной области; что значительно усложняет общую схему решающего устройства.

Цель изобретения - расширение класса решаемых задач.

Поставленная цель достигается тем, что в частотно-импульсное вычислительное устройство, содержащее три элемента И, элемент ИЛИ, два счетчика, две группы элементов И, два триггера, причем прямой выход

;первого триггера соединен с первыми

@„., 6, — постоянные коэффициендй у ъь2

gI+, — приращение последовао тельности импульсов I при изменении плотности и влажности материалов во всем диапазоне измерений а I ðàâíoì (т

3 Ы вЂ” приращение последоваУ. тельности импульсов при изменении плотности и влажности материалов во всем диапазоне изменения dI, равном (I -Ip).

Таким образом, в данном случае для определения весовой влажности ,материала необходимо решить систему уравнений (2) относительно -W

1040490

20

35 геры 2-4, элемент ИЛИ 5, элементы

M 6-10, элемент.ИЛИ 11, элемент И 12, элемент ИЛИ 13, группу элементов

И 14, счетчик 15, группу элементов

И 16, реверсивный счетчик 17, группу элементов И 18, счетчик 19; группу элементов И 20, реверсивный счет45 чик 21, формирователи 22 и 23 импульсов, блок 24 сравнения кодой, представляющий собой сумматор.

На первые входы элементов И 10 ° и 12 подается тактовый частотный сигнал fj на первый вход элемента И 6 подается частотный сигнал I, соответствующий измеряемой физической величине, например, объемной влажности сыпучих материалов, на первый

55 вход элемента И 8 подается частотный сигнал I соответствующий другой измеряемой величине, корректирующей первую, например, насыпная плотность материала, на первый вход элемента И 7 Ьодается базовый частотный сигнал f„ соответствующий максимальному дйапазону изменения

65 входами первого и второго элементов

И, инверсный выход второго триггера подключен к вторым входам первого и второго элементов И, а прямой выход второго триггера соединен с первым входом третьего элемента И, выходы второго и третьего элементов И соедииены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, третий вход первого элемента И является тактовым входом устройства, третий вход второго элемента И является первым частотным входом устройства, первый вход первого триггера объединен с управляющими входами элементов И первой и второй групп и является входом "Пуск" устройства, первый вход второго триггера объединен с установочными входами счетчиков и является установочным входом устройства, выход первого элемента

И соединен с тактовым входом первого счетчика, выход которого подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого соединен с вто- рым входом второго триггера, выходы элементов И первой и второй групп соединены с входами соответственно первого и второго счетчика, а входы элементов И первой и второй групп являются соответственно первыми и вторыми входами задания коэффициентов устройства, введены две группы элементов И, два реверсивных счетчика, второй формирователь импульсов, блок сравнения, три элемента И, два элемента ИЛИ, третий триггер, генератор импульсов, первый выход которого соединен с вторым входом третьего .элемента И, второй выход генератора соединен с первым входом четверто1 э элемента И, выход которого подключен к первому входу. второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом, первого реверсивного счетчика, выходы которого соответственно соединены с первыми входами блока сравнения, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, йыход которого подключен к второму входу первого триггера и первому входу третьего триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, прямой выход третьего триггера соединен с вторым входом первого инверсного счетчика, третьим входом третьего элемента И и вторым входом, четвертого элемента И, третий вход которого соединен с прямым выходом второго триггера,. выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго инверсного счетчика, выходы которого соответственно подключены к вторым входам блока сравнения, прямой выход перво10

30 го триггера соединен с вторыми входами пятого и шестого элементов И, выход которого соединен с,тактовым входом второго счетчика, выход которого подключен к входу второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом третьего триггера, второй вход третьего элемента ИЛЙ и установочные входы инверсных счетчиков объединены с уотайовочными входами счетчиков, а управляющие входы элементов И третьей и четвертой групп объединены с управляющими входами элементов И первой и второй групп, третий вход пятого элемента И является вторым частотным входом устройства, третий вход шестого элемента И объединен с третьим входом первого элемента И, выход пятого элемента И соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выходы элементов И третьей и четвертой групп подключены к входам соответственно первого и второго инверсных счетчиков, а входы элементов И третьей и четвертой групп являются соответственно третьими и четвертыми входами задания коэффициентов устройства.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, предназначенный для генерации частотных сигналов, соответствующих максимальному диапазону изменения входных сигналов I»i, I

»» . з"-э з - э в равных ы Ы х Р грвгai а2

Ц

W % входной величины I+ равный

1040490 на первый вход элемента и 9 подается базовый частотный. сигнал f> соответствующий максимальному дйапазону изменения входной величины I и .равный

Р Р

Устройство, работает следующиМ образом.

Сигналом "Установка 0" все элементы схемы устанавливаются в исходное состояние, при этом триггеры 2-4 устанавливаются в нулевое состояние . и на- вторых входах элементов 6-10 и 12 появляется "0", запрещающий про->5 хождение входных частотных сигналов й,„, I, Т „ f, f в счетчики импульсов, в сетчиках 15, 17, 19 и 21 устанавливается "0". При поступленйй сигнала "Пуск " в счетчики 15, 17,, 19 и 21 через элементы И 14, 16, 18 и 20 записываются соответственно: постоянные коэффициенты „,f(2, ф „к кроме того, триггер 2 перебрасывается в "1",- разрешая прохождение чае- 25

"готных сигналов 1„, 1, I», соответственно через элементы И 10, 12,6 и 8. Так как на входах этих элементов все ":1", то последователь.» ность импульсов с частотой f1 посту- 30 пает на вход счетчиков 15 и 19, по следовательность импульсов с частотой хг, поступает на вход счетчика, 17, последовательность импульсов I на вход счетчика 21. . 35

Необходимым условием- работы данного устройства является или

7s и », >

2. 3 »» 3( значению, J С(1 а частота f »» )!! значению:

2 где ь„, »,„ Т3,, - соответственно время зайолйеняя счетчиков 15, 17, 19 и 21.

При этом счетчик 15 заполняется

1с за время,%,= т,, 3а это время в счетчике 17 занисывается код

Счетчик. 19 заполняется за время.

Ф

В

Ь

Е т

За это же время в счетчике 21 запишется код

< Т

После заполнения счетчиков 15 и 19 на их выходах появляются им» пульсы, которые через формировате,ли 22 и 23 импульсов поступают соот-, ветственно на вторые входы триггеров 3 и 4. Триггеры 3 и 4 перебрась»ваются в "1", .в результате чего на третьих входах элементов И 6, 8, 10 и .12 появляются сигналы запрета "0", запрещающие прохождение импульсов с частотами Г, I<, Ip, а на вторых и третьих входах элементов И 7 и 9 устанавливается "1", что дает разрешение на прохождение сигнала с ,частотой f на вход счетчика 17, сигнала f> на вход счетчика 21. Причем прохождение этих сигналов разрешается одновременно только после заполнения обоих счетчиков 15 и 19.

Одновременно с вторых выходов триггеров 3 и 4 сигналы "1" поступают на реверсивные входы счетчиков 17 и 21. Таким образом, в счетчике 17 из кода Л-! вычитаются импульсы с частотой 1, а в счетчике 21 из кода 02 — импульсы с частотой Г

Причем частота f соответствует

В счетчике 17 непрерывно образуется код, равный.\.

4р а в счетчике 21 непрерывно образует»»» ся код, равный!

» з e- P и

2 Т 2

Выходы счетчиков 17 и 21 соединены с входами блока 24 сравнения кодов, где непрерывно происходит сравнение кодов. Вычитание импульсов с частотой f â счетчике 17 и с частотой в счетчике 21 происходит дь тех пор, пока коды N „", N не сравняются.

55,В момент совпадения кодов на выходе блока 24 сравнения кодов появляется импульс, поступающий через элемент

ИЛИ 5 на.первые входы триггеров,2 .и 4, триггеры переходят в другое состояние, в результате чего на вторых выходах триггеров 2 и 4 появляются сигналы запрета "0", запреща;ющие прохождение импульсов с часто тами Г,, I ?, fr г соответст»: венно в счетчики 15, 17, 19

65! и 21..

1040490

10.

6930/53 писное нт",,ул.Проектная, 4

Таким образом, в счетчиках 17 и 21 устанавли" .тся равные коды

"г т . . т . 2

ГДЕ а = =1с, а = —;—

2 2 К 2 4, Предлагаемое устройство может быть использовано для обработки информации в системах и приборах для определения физических свойств веществ при помощи радиоактивных излучений.