Устройство для скользящего осреднения частотных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО ОСРЕДНЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее входной формирователь импульсов, выходом соединенный с управляющим входом блока синхронизации , три счетчика, блок памяти, блок управления и генератор импульсов , выход которого соединен со . счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первому входу блока управления, .. первыИ выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , в него введены элемент И, элемент ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединен с входом записи блока памяти, информационный вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а выход блока памяти соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, вход сброса которого является входом запроса устройства и соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, при этом (Л счетньй вход второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу переноса первого счетчика, входу элемента задержки и тактовому входу блока синхронизации, а другой вход элемента ИЛИ соединен ci вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу элемента И, первый выход бло9 ка управления и выход третьего счетчика является выходами устройсл ства. о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

WVNW

РЕСПУБЛИН ()9) (ff) 4(5l) G 01 R 23/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3 735423/24-21 (22) 09.01.84 (46) 15.07.85. Вюл. В 26 (72) В.П. Потапов, В.П. Лобынцев и В.В. Блящев (71) Специальное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения (53) 621.317(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 624235, кл. G 06 F 15/36, 1978., 2. Авторское свидетельство СССР

N7 940082, кл. G 01 R 23/02, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО

ОСРЕДНЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее входной формирователь импульсов, выходом соединенный с управляющим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блок управления и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены элемент И, элемент ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединен с входом записи блока памяти, информационный вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а выход блока памяти соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика, вход сброса котоРого является входом запроса устройства и соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, при этом счетный вход второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу переноса первого счетчика, входу элемента задержки и тактовому входу блока синхронизации, а другой вход элемента ИЛИ соединен d вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу элемента И, первый выход блока управления и выход третьего счетчика является выходами устройства.

1167521

25 сущности к предлагаемому является устройство для скользящего осреднения частотных сигналов, включающее входную шину, соединенную через формирователь импульсов с управляющим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блок управления и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, кроме того, данное устройство содержит два регистра, два счетчика и цифровой интегратор.

Изобретение относится к импульсной технике, предназначено для получения среднего значения непрерывного частотного сигнала в цифровой форме скользящим методом и может быть использовано в различ=- 1 ных информационно-измерительных cucf емах с. д4 уефУ1ДЙи с частотным выФ" « ход.ом . ч 10

Известно устройство для скользя1 . ." щего " осреднения частдтного сигнала, 1 вКлючающед „бщурсинхронизации, у,1 Щ;" генератор импульсоъ, счетчик, сдвиговые регистры, элементы И, элементы ИЛИ, элемент НЕ и блок считывания.

В основу работы этого устройства положен принцип разбиения периода осреднения на несколько равных интервалов, в течение каждого из которых производится накопление информации в счетчике, а в конце каждого интервала производится занись накопленной информации в сдвиговые регистры и сброс информации в счетчике, после чего начинается новый период накопления (1) .

Алгоритм осреднения частотного сигнала в этом устройстве имеет дискретный характер и результат 30 на его выходе также имеет дискретный характер и не соответствует текущему среднему значению в реальном масштабе времени. Кроме того, это устройство конструктивно сложно и не З5 обладает универсальностью по отношению к диапазону частот входного сигнала и периоду осреднения.

Наиболее близким по технической

В выходном счетчике данного устройства за счет применения цифрового интегратора формируется код среднего значения частоты входной последовательности импульсов в реальном масштабе времени (2) .

Недостатками данного устройства являются сложность и ограниченные функциональные возможности, так как устройство формирует результат, соответствующий среднему значению частоты входной импульсной последовательности, и не имеет возможности одновременного масштабирования входного сигнала, т.е. получения результата, соответствующего значению физического параметра, измеряемого частотным датчиком, подключенным к входу данного устройства.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в .устройство для скользящего осреднения частотных сигналов, содержащее входной формирователь импульсов, выходом соединенный с управляющим входом блока синхронизации, три счетчика, блок памяти, блок управления и генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход переноса которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго счетчика, введены элемент И, элемент ИЛИ и элемент задержки, выход которого соединен с входом записи блока памяти, информационный вход которого подключен к выходу блока синхронизации, а выход блока памяти соединен с первым входом элемента И, выход которого подключен к счетному. входу третьего счетчика, вход сброса которого является входом запроса устройства и соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, при этом счетный вход второго счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу переноса первого счетчика, входу элемента задержки и тактовому входу блока синхрони1167

50 зации, а другой вход элемента ИЛИ соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу элемента

И, первый выход блока управления и выход третьего начетчика являются выходами устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для скользящего осреднения частотных сигналов содержит входную шину 1, формирователь 2 импульсов, блок 3 синхронизации, 15 элемент 4 задержки, блок 5 памяти, генератор 6 импульсов, первый счетчик 7, элемент ИЛИ 8, второй счетчик 9, шину 10 запроса, блок 11 управления, элемент И 12, третий счетчик 13, выходные информационные шины 14 и шину 15 ответа.

Входная шина 1 соединена через формирователь 2 импульсов с управляющим входом блока 3 синхронизации, тактовый вход которого подключен к выходу переноса счетчика 7, первому входу блока 11 управления, одному из входов элемента ИЛИ 8 и через элемент 4 задержки к входу записи 30 блока 5 памяти, информационный вход которого соединен с выходом блока 3 синхронизации, управляющий вход подключен к первому выходу блока 11 управления и шине 15 ответа, а адрес-35 ные входы подключены к выходам счетчика 9, счетный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 8 другой вход которого соединен с вторым выходом блока t1 управления,. третий 40 выход которого подключен к одному из входов элемента И 12, .другой вход которого соединен с выходом блока 5 памяти, а выход подключен к счетному входу счетчика 13, выходы которого соединены с выходными шинами

14 устройства, а вход сброса подключен к шине 10 запроса и второму входу блока 11 управления, третий вход которого соединен с выходом генератора 6 импульсов и счетным входом счетчика 7, информационные входы которого подключены к шинам задания коэффициента счета К 1, а информационные входы счетчика 9 55 соединены с шинами задания коэффициента счета К2. Блок 11 управления может содержать, например. блок 16

521 4 синхронизации, триггер 17, формирователь 18 серии импульсов, элемент

19 задержки и счетчик 20.

В данном варианте реализации . блока 11 управления его первый, второй и третий входы соединены соответственно с тактовым и управляющим входами блока 16 синхронизации н тактовым входом формирователя 18 серии импульсов, управляющий вход которого подключен к прямому выходу триггера 17, единичный вход которого соединен с выходом блока 16 синхронизации, а прямой выход подключен к первому выходу блока 11 управления, при этом триггер 17 подключен к выходу переноса счетчика 20, информационные входы которого соедичены с шинами задания коэффициента счета

К 2, а счетный вход подключен к выходу формирователя 18 серии импульсов, второму выходу блока 11 управления и через элемент 19 задержки к его третьему выходу.

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 6 импульсная последовательность частотой (фиг. 2 о ), поступает на счетный вход счетчика 7, на выходе переноса которого формируется импульсная последовательность частотой 1 /k 1 (фиг. 2 о ).

С шины 1 через формирователь 2 импульсов на управляющий вход блока 3 синхронизации поступает входная импульсная последовательность частотой в„ (фиг. 2 ь ).

Блоком 3 синхронизации осуществляется временная привязка входных информационных импульсов к импульсной последовательности с выхода счетчика 7,(фиг. 2 ) . При этом на вход управления блока 5 памяти с первого выхода блока 11 управления поступает потенциал (фиг. 2 Ф ), устанавливающий его в режим записи.

Блок 5 памяти является одноразрядным с количеством ячеек, выбираемым из соотношения Вк.макс

К2= т . (1) где вк „щк - максимально возможное к мак значение частоты следования входных импульсов, 6F — цена деления одного .входного импульса, на-

1167521 — (2)

k2

Т о где Т вЂ” требуемый интервал осреднения.

Это соотношение обеспечивает один полный цикл записи за интервал осреднения.

С учетом соотношения (1) при ли нейной зависимости частоты входного сигнала от физического параметра, измеряемого частотным датчиком, после первого полного цикла записи (один цикл работы счетчика 9) количество единиц в блоке 5 памяти соответствует среднему значению физического параметра за данный интервал осреднения. При aF 1, это количество единиц соответствует среднему значению частоты входного 40 сигнала.

В процессе последующих циклов записи в блоке 5 памяти осуществляется поддержание количества единиц в соответствии с текущим средним 45 значением измеряемого физического параметра, поскольку при записи единицы или нуля в очередную ячейку происходит обновление информации, срок давности которой равен интерва- So лу осреднения.

Очевидно, что для получения кода среднего значения физического параметра достаточно организовать один полный цикл считывания информа- SS ции из блока 5 памяти.

С этой целью при поступлении по шине 10 запроса от потребителя

35 пример, по отношению к физическому параметру, измеряемому частот-ным датчиком.

Каждым импульсом с выхода счетчи- 5 ка 7 производится переключение адреса ячейки в блоке 5 памяти и запись в соответствующую ячейку

"0" или "1" в зависимости от того, поступил ли в данном такте входной информационный импульс. Элемент 4 обеспечивает формирование импульса записи с некоторой задержкой по отношению к моменту переключения адреса и появления сигнала на инфор-, 15

I мационном входе блока 5 памяти, что необходимо для нормальной его работы в режиме записи.

Частота следования импульсов с выхода счетчика 7 должна соответствовать на выдачу информации блок 11 управления формирует серию из К2 импульсов, которая должна укладывать- ся в интервале между двумя соседними импульсами записи. Поэтому коэффициент счета К 1 счетчика 7 должен несколько превышать коэффициент K 2.

Из этого требования определяется частота генератора 6 импульсов.

В момент поступления очередного сигнала запроса по шине 10 (фиг. 2g ) сбрасывается предыдущее содержимое счетчика 13. В блоке 11 управления импульс запроса привязывается по времени к ближайшему импульсу записи блоком 16 синхронизации и по заднему фронту этого импульса триггер 17 переключается в единичное состояние, что обеспечивает переключение блока 5 памяти в режим считывания и разрешает работу формирователя 18 серии импульсов, с выхода которого серия из К 2 импульсов с частотой генератора 6 импульсов через элемент ИЛИ 8 (фиг. 2 о ) поступает на счетный вход счетчика 9 ад— реса. Количество импульсов в серии регулируется счетчиком 20, коэффициент счета которого так же, как и счетчика 9, равей К 2. Сигнал переноса с выхода счетчика 20 возвращает триггер 17 в нулевое состояние, что обеспечивает переключение блока 5 памяти снова в режим записи. В процессе цикла считывания на выходе блока 5 памяти, сигнал меняется в соответствии с состоянием опрашиваемых ячеек. Этот сигнал стробируется импульсами с выхода элемента 19 задержки блока 11 управления на элементе И 12, в результате чего по окончании цикла считывания в счетчике 13 формируется код среднего значения физического параметра на данный момент времени.

Поскольку цикл считывания не мешает процессу записи информации в блок 5 памяти и он может начинаться с любого адреса, то требование запроса на выдачу информации может поступать в произвольный момент времени.

Шина 15 ответа является вспомогательной и необходима для организации интерфейса с потребителем.

Нулевой потенциал по этой шине должен запрещать съем информации со счетчика 13, поскольку он в это вре1167521 мя работает, а положительный перепад по шине 15 сигнализирует о готовности результата по очередному запросу.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет более простой алгоритм работы и, следовательно, более простую реализацию. Кроме того, помимо функции скользящего осреднения имеется возможность одно„Запр

Составитель В.Новоселов

Редактор И.Рыбченко Техред О.Ващишина

Корректор О.Луговая

Заказ 443 1/43 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 д

8 г д

Г

И временного масштабного преобразования частотного сигнала в код, соответствующий значению измеряемого физического параметра.

Подбором коэффициентов 1 и K 2 возможна перестройка устройства на другой частотный диапазон и интервал осреднения без конструктивных изменений.