Умножитель частоты следования импульсов

 

УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ, содержащий генератор опорной частоты, первый и второй элементы И, делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходом элемента сравнения кодов, ко входам которого поразрядно подключены счетчик импульсов опорной частоты и реверсивный счетчик импульсов, вход вычитания которого соединен с выходом первого элемента И, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности при расширении диапазона входных частот, в него введены третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, дополнительный счетчик импульсов и формирователь импульсов, вход которого соединен с входной шиной устройства, первый выход - с установочным входом делителя часто .ты и первым входом-первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения кодов и с первым входом второго элемента И,, а выход подключен ко входу сброса счетчика импульсов опорной частоты , счетный вход которого сс динен с выходом генератора опорной частоты , при этом второй выход формирователя импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с синхровходом дополнительного счетчика импульсов,счетный вход которого соединен, с выходом второго элемента И, информационные входы - с информационными выходами делиа в теля частоты, а информационные выходы - с соответствующими входами втоW рого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, вторыми входами второго и третьего элементов И и первьп входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом делителя -частоты, а выход с первым эо входом пятого элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом первого элемента И и с выходом эле00 мента сравнения кодов, выход пятого :дд элемента И соединен со входом сложения реверсивного счетчика импульсов, причем выход делителя частоты соединен с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения кодов, а выход соединен с выходной шиной устройства .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОД.М Ю

РЕСПУБЛИК

09) 02) сю Н 03 К 5/156

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ (21) 3526591/18-21 (22) 20.12.82 (46) 23.03.84. Бюл. N 11 (72) В.И. Попов, Н.А. Сипягин и В.Н. Лебедев (71) Пензенский политехнический институт (53) 621.374.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 580634, кл. Н 03 К 5/ 156, 0 1.06.76.

2. Авторское свидетельство СССР

9 540381, кл. Н 03 К 23/С0,15.12.75 (прототип) . (54)(57) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ, содержащий генератор опорной частоты, первый и второй элементы И, делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходом элемента сравнения кодов, ко входам которого поразрядно подключены счетчик импульсов опорной частоты и реверсивный счетчик импульсов, вход вычитания которого соединен с выходом первого элемента И, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности при расширении диапазона входных частот, в него введены третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, дополнительный счетчик импульсов и формирователь импульсов, вход которого соединен с входной шиной устройства, первый выход — с установочным входом делителя часто.ты и первым входом первого элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен " с выходом элемента сравнения кодов и с первым входом второго элемента

И,. а выход подключен ко входу сброса счетчика импульсов опорной частоты, счетный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, при этом второй выход формирователя импульсов соединен с первым вхо" дом третьего элемента И, выход кото" рого соединен с синхровходом дополнительного счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И, информационные входы — с информационными выходами делиС2 теля частоты, а информационные выхо- 19 ды — с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, вторыми входами второго и третьего элементов И и первым входом Я четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом делителя

° частоты, а выход соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом первого элемента И и с выходом элемента сравнения кодов, выход пятого элемента И соединен со входом сложения реверсивного счетчика импульсов, причем выход делителя частоты соединен с первым входом шестого элемента

И, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения кодов, а выход соединен с выходной шиной устройства.

1 1 1817

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и цифровых системах автоматического управления для масштабирования информации, представленной в частот" но-импульсной форме.

Известен умножитель частоты следования импульсов, содержащий генератор опорной частоты, делитель час- 10 тоты, счетчик импульсов, элемент сравнения кодов, элемент ИЛИ и группу управляемых регистров сдвига Pt ).

Недостатком данного устройства является низкая помехозащищенность 15 и, как следствие, невысокая точность.

Наличие импульсов помех на входе приводит к тому, что в управляемых регистрах фиксируются ложные кодовые

I комбинации, которые устройство от- 20 рабатывает, как истинные. При этом на выходе устройства наблюдаются значительные пульсации частоты следования импульсов. Отмеченные недостатки ограничивают область применения данного умножителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее генератор опорной частоты, первый и второй элементы И, делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходом элемента

I сравнения кодов, ко входам которого поразрядно подключены счетчик импульсов опорной частоты и реверсивный

35 счетчик импульсов, вход вычитания которого соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен со входной шиной устройства, первым входам триггера и входом сброса делителя частоты, вы-. ход которого соединен со вторым, входом триггера, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, входом сложения реверсивно" го счетчика импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход — со счетным входом счетчика импульсов опорной частоты, вход сброса которо" го соединен с выходной шиной устройства Г2).

Недостатками известного умножите" ля частоты следования импульсов являются низкая точность и большие 55 пульсации выходного сигнала при работе с неравномерно следующими им.пульсными последоватепьностями. Так, 83 2 при скачкообразном изменении частоты входного сигнала резко уменьша- ется точность данного умножителя частоты следования импульсов и возникают пульсации выходного сигнала иээа медленной отработки данного скачка и несогласованности процессов кодирования и генерации новой импульсной последовательности.

Цель изобретения — повышение точности устройства при расширении диа" паэона входных частот.

Поставленная цель достигается тем, что в умножитель частоты следования импульсов, содержащий генератор опорной частоты, первый и второй элементы И, делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходом элемента сравнения кодов, ко входам которого поразрядно подключены счетчик импульсов опорной частоты и реверсивный счетчик импульсов, вход вычитаний которого соединен с выходом первого элемента И, введены третий, четвертый, пятый и шестой элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, дополнительный счетчик импульсов и формирователь импульсов, вход которого соединен с входной шиной устройства, первый выход — с установочным входом делителя частоты и первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения кодов и с первым входом второго элемента И, а выход подключен ко входу сброса счетчика импульсов опорной частоты, счетный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, при этом второй выход формирователя импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с синхровходом дополнительного счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И

1 информационные входы — с информационными выходами делителя частоты, а информационные выходы — с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, вторыми входами второго и третьего элементов И и первым входом четвертого элемента

И, второй вход которого соединен с ,выходом делителя частоты, а выход соединен с первым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом первого элемен1081783 та И и с выходом элемента сравнения кодов, выход пятого элемента И соединен со входом сложения реверсивно- . го счетчика импульсов, причем выход делителя частоты соединен с первым 5 входом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения кодов, а выход соединен с выходной шиной устройства. !

О

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Умножитель частоты следования импульсов содержит генератор 1 опорной частоты, первый и второй элементы

И 2 и 3, делитель 4 частоты, счетный вход которого соединен с выходом элемента 5 сравнения кодов, ко входам которого поразрядно подключены счетчик 6 импульсов опорной частоты и ре- 2О версивный счетчик 7 импульсов, вход вычитания которого соединен с выходом первого элемента И 2, третий четвертый, пятый и шестой элементы И

8 — 11, первый и второй элементы ИЛИ 25

12 и 13, дополнительный счетчик 14 . импульсов и формирователь 15 импульсов, вход которого соединен со входной шиной 16 устройства, первый вы" ход — с установочным входом делителя 4 частоты и первым входом первого элемента ИЛИ 12, второй вход которого соединен с выходом элемента 5 сравнения кодов и с первым входом вто. рого элемента И 3, а выход подключен

35 ко входу сброса счетчика 6 импульсов .опорной частоты, счетный вход которого соединен с выходом генератора

1 опорной частоты, при этом второй же выход формирователя 15 импульсов 4О соединен с первым входом третьего элемента И 8, выход которого соединен с синхровходом дополнительного . счетчика 14 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго 45 элемента И 3, информационные входы— с информационными выходами делителя 4 частоты, а информационные выходы — с соответствующими входами второго элемента ИЛИ 13, выход которого

50 соединен с первым входом первого элемента И 2, вторыми входами второго и третьего элементов И 3 и 8, и первым входом четвертого элемента И

9, второй вход которого соединен с выходом делителя 4 частоты, а выход соединен с первым входом пятого элемента И 10, второй вход которого соединен со вторым входом первого элемента И 2 и с выходом элемента 5 сравнения кодов, выход пятого элемен" та И 10 соединен со входом сложения реверсивного счетчика 7 импульсов, причем выход делителя 4 частоты сое- динен с первым входом шестого элемента И 11, второй вход которого соединен с выходом элемента 5 сравнения кодов, а выход соединен с выходной

:шиной 17 устройства.

Устройство работает следующим образом.

По входному импульсу формирователь

15 выдает два импульса: по переднему фронту — импульс, поступающий на элемент 8, по заднему фронту — на сброс делителя 4 и на сброс счетчика 6 (через элемент 12). Импульс с выхода элемента & переписывает содержимое делителя 4 в дополнительный счетчик 14 в дополнительном коде, следовательно, в установившемся режиме в дополнительный счетчик 14 перепишется "0". В момент достижения равенства кодов, содержащихся в реверсивном счетчике 7 и счетчике 6 (в дальнейшем этот момент назовем просто сравнением), с выхода элемен" та 5 выдается импульс, поступающий через открытый элемент 11 на выход устройства, а также через элемент 12 на сброс четчика 6 и на вход делителя 4 ° 3a один период входной частоты такой цикл повторяется в установившемся режиме работы И раз.

B установившемся режиме за один период умножаемой последовательности генератор 1 выдает п импульсов опор-. ной частоты в счетчик 6. Для обеспечения необходимой точности умножения в реверсивном счетчике 7 должен быть записан код N, равный

11

М где M — коэффициент умножения устройства;

n = T

Частота f< генератора 1 выбирается из следующих соотношений:

Ео . М

Е Е вах i„M "Bec" добавочного ймпульса в реверсивном счетчике 7 определяется как

m =

5 1081783

Рассмотрим случай, когда Т, = 2T„ .. В этом случае умножитель

Х1- 1 работает следующим образом. Так как в реверсивном счетчике 7 записан код, !

Т, «,1 fcs

5 равный = —, та за время

)В

Тк тк1-1 где

f (t) *d ° t,.

В О

aN(t) 25 счетчике 7 для м. Гх i-<4

Таким образом, 30

N = N — hN(t), 1/2 Т „с элемента 5 на вход открытого элемента 11 поступит М импульсов, после чего импульс с делителя 10

4 закроет элемент 11 и откроет, проходя через открытый элемент 9, элемент 10, на второй вход которого поступает импульсы с выхода элемента 5, которые в каждый момент сравнения увеличивают код в реверсивном счет-! чике 7 на m. Таким образом, код N к концу Т„„ в реверсивном счетчике

7 будет равен (t 20 и = Ы вЂ” aN(t), TxФ-1

Следовательно, код,в реверсивном К. = Т Должен быть

1 кi Т

X1: импульсов, которые поступили на выход устройства (через открытый элемент 11) и в делитель 4. Таким образом, в делителе 4 будет записан код 5". По приходу очередного импульса умножаемой последовательности формирователь 15 сформирует по его sseo реднему фронту импульс, который, проходя через элемент 8, переписывает код из делителя 4 в дополнительном коде в дополнительный счетчик 14, Наличие кода в этом счетчике вызывает формирование сигнала с выхода элемента 13, который закрывает элементы 8 и 9 и открывает элементы 10 и 3, на входы которых поступают импульсы с элемента 5 ° По заднему фронту этого же входного импульса формирователь

15 формирует сигнал, который сбрасывает делитель 4 частоты и через элемент 12 — счетчик 6. В рассматриваемом случае в дополнительный счетчик

14 запишется код "5". Во втором периоде входной частоты при каждом моменте равенства из кода в дополнительном счетчике 14 будет вычитаться единица, а из кода в реверсивном счетчике 7 — число m.

Предположим, через некоторое вре- мя прошел скачок, при котором Т

0,5 Т„ „. При отработке предыдущего изменения входной частоты Ъ реверсивный счетчик 7 записался код, равный N = 0,19. В этом случае за период Т к„ элемент 5 сформирует 5

Пусть М = 10, тогда N О, 2 и, а m = й(М = 0,01n. При этих условиях в первом периоде Т 2Т „„ к коду

N в реверсивном счетчике 7 добавятся

m = 0,07п и Ы = 0,17n. Во втором периоде код N увеличится еще на

m" = 0,01 и N" = 0,18п, а в третьем . периоде — на N М „ 0,19п, что обеспечивает работу устройства с вы сокой точностью. Для отработки такого скачка известному устройству потребовалось бы не менее 100 периодов входной последовательности. Причем с увеличением М длительность времени отработки скачка в известном устройстве увеличивается, в то время как в предлагаемом устройстве это время остается практически постоянным.

1 где х 1-1 х

8ЫХ(TX 1-1

При тех же условиях, что и в рассмотренном случае, за второй период

Т ; из кода К в реверсивном счетчике 7 вычтется ш 0,05п, и код станет равным N = 0,14п. В делителе

4 частоты будет код "6", следовательно, в третьем периоде, аналогично описанному, N = 0,1п. Но в этом случае будет только 9 моментов равенства, следовательно, в четвертом периоде входной частоты в первый же момент равенства код в -реверсивном счетчике 7 изменится: N пi

= 0,09п, код в дополнительном счетчике 14 станет равным "0" и элемент

2 закроется. После того, как элемент

5 сформирует 10 импульсов, сигнал с делителя 4 закроет элемент 11 и откроет элементы .9 и 10, вследствие чего при наступлении последующего момента сравнения к коду в реверсивном счетчике 7 добавится г.. = 0,01п т.е. N = 0,1п, что обеспечивает

1081783

Ф

1 мГц — 10, 100, 1000, 10000;

Составитель А. Соколов

Редактор Н. Егорова ТехредМ.Надь Корректор В Бутяга

Заказ 1564/51 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 высокую точность умножения. Извест ному устройству для отработки такого же скачка потребовалось бы не менее 100 периодов входной частоты . с такой же зависимостью от М,как и в ;5 первом случае. Кроме того, такая органиэация коррекции сводит пульсацию выходной частоты к минимуму. Действие помехи в предлагаемом устройстве будет корректироваться в течение трех периодов, что не хуже, чем в известном устройстве.

Умножитель частоты следования импульсов обладает высокостабильным коэффициентом умножения, не зависящим 1 как от неравномерности следования импульсов умножаемой частоты, так и от наличия импульсных помех. Введение в устройство новых элементов и связей позволяет уменьшить пульсации выходного сигнала и использовать его для умножения неравномерно следующих импульсных последовательностей.

В качестве базового объекта принят умножитель частоты 46-35, выпуск которого освоен промышленностью. Данный умножитель частоты имеет следующие технические характеристики: диа.пазон умножаемых частот (1 — 5) мГц; реализуемые коэффициенты умножения для час.- т:

5 мГц — 2, 20, 200, 2000.

Недостатком данного умножителя является ограниченная область применения, так как отсутствует возможность работы с инфраниэкочастотными и низкочастотными частотными сигналами.

В отличие от базового объекта— умножителя частоты — предлагаемый умножитель частоты следования импульсов обеспечивает работу с низкочастотными и инфранизкочастотными сигналами, что дает воэможность более ши рокого его использования для построения устройств автоматики и измерительной техники. Широкое применение предлагаемое устройство может найти и при построении автоматизированных систем управления технологическими процессаMH °