Преобразователь код-частота гармонического сигнала

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД - ЧАСТОТА ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА по авт./ св.№913586,о т л и-ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышение точности и расширения частотного диапазона преобразователя, первый и второй фильтры нижних частот рыполнены каждый на многожильном преобразователе коднапряжение,операционном усилителе , интеграторе со сбросом,преобразователе код - напряжение приращения и.аналоговом сумматоре,инвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора со сбросом, первый вход -которого объединен с аналоговым входом множительного преобразователя код - напряжение и подключен к выходу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом множительного преобразователя код - напряжение, а прямой вход - с выходом преобразователя код - напряжение приращения, при этом прямые входы аналоговых сумматоров первого и второго фильтров нижних частот соединены с выходами соответственно первого и второго множительных преобразователей код напряжение , цифровые входы множиi тельных преобразователей код - на (Л пряжение объединены и подключены к выходу регистра кода частоты, а вторые входы интеграторов со сбросом объединены и соединены с вторым выходом блока синхронизации, причем входы преобразователей код - напряжение приращения первого и второго фильтров нижних частот подключены ;о соответственно к инверсному выходу СП регистра синуса и второму выходу ре; гистра косинуса, а выходы аналоговых, сумматоров являются соответственно ;о выходными шинами косинуса и синуса.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„,SU, 119544 (504 Н 03 M 1/86

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВЪГ

Г," к

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР (61) 913586

-(2i) 3728741/24-24 (22) 20.02.84 (46) 30.11.85. Бюл. М 44 (71) Пензенский политехнический институт, (72) С.Б. Кутыркин,, А.В. Темногрудов, В.С. Шиндов, Г.П. Шлыков и В.M. Шляндин (53) 681.325(088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

М- 1094146, кл. H 03 К 13/20, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 913586, кл. Н 03 К 13/20, 1980. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД вЂ” ЧАСТОТА ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА по авт.св.9913586 о т л и -ч. а ю шийся . тем, что, с целью повышение точнос- ти и расширения частотного диапазона преобразователя, первый и второй фильтры нижних частот выполнены каждый на многожильном преобразователе код — напряжение, операционном усили- теле, интеграторе со сбросом,преобразователе код — напряжение приращения и.аналоговом сумматоре,инвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора со сбросом, первый вход .которого объединен с аналоговым входом множительного преобразователя код — напряжение и подключен к выходу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом множительного преобразователя код — напряжение, а прямой вход — с выходом преобразователя код — напряжение приращения, при этом прямые входы аналоговых сумматоров первого и второго фильтров нижних частот соединены с выходами соответственно первого и второго множительных преобразователей код— напряжение, цифровые входы множительных преобразователей код — напряжение объединены и подключены к выходу регистра кода частоты, а вторые входы интеграторов со сбросом объединены и соединены с вторым выходом блока синхронизации, причем входы преобразователей код — напряжение приращения первого и второго фильтров нижних частот подключены соответственно к инверсному выходу регистра синуса и второму. выходу регистра косинуса, а выходы аналоговых сумматоров являются соответственно выходными шинами косинуса и синуса..1195449

10 !

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для автоматического задания амплитуды, фазы и высокоста бильной частоты гармонического сигнала.

Принцип работы устройства основан на вычисления численных значений кодов синуса и косинуса с последующим их цифро-аналоговым преобразованием.

Вычисления производятся согласно следующей системе уравнений:, де A — амплитуда гармонического сигнала; — частота с выхода управляемоо го генератора импульсов;

, — дискретные моменты времени; — постоянное целое число вида

21(= 1,2,3,...).

Как видно из уравнений (1) и (2)., значения синуса и косинуса изменяются дискретно в моменты времени,, соответственно на 4 со6 (1О/К//М и

Aq n(T,/к)/k, т.е. на выходе первого и второго преобразователей код — частота формируется ступенчатый сигнал, сглаживаемый далее фильтрами нижних частот.

Однако построение традиционных фильтров нижних частот, работающих в широком диапазоне частот, например Баттерворта или Чебышева, является довольно сложной задачей. При этом, как правило, либо допускается некоторая неравномерность амплитудночастотной и фазочастотной характеристик, либо сужается рабочий диапазон частот фильтра, но даже при этом неравномерность амплитудно-частотной характеристики генератора в целом остается существенной (десятые . доли процента). Таким образом, налцчие на выходе генератора обычного фильтра нижних частот накладывает ограничение как на точность задания амплитуды и фазы сигнала, так и на диапазон рабочих частот (отношение верхней частоты диапазона генератора к нижней не должно превышать число отсчетов 2иК за период), и, кроме того, на время установления частоты.

Целью изобретения является повышение точности и расширение частотного диапазона преобразователя код— частота гармонического сигнала.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя кода-частота гармонического сигнала; на фиг. 2 временные диаграммы сигналов.

Преобразователь код- частота гармонического сигнала содержит регистр

1.кода частоты, регистр 2 амплитуды косинуса, кодоуправляемый генератор

3 импульсов, регистр 4 амплитуды синуса, первый коммутатор 5, блок 6 синхронизации, счетчик 7 периода, второй коммутатор 8, регистр .9 косинуса, регистр 10 синуса, первый сумматор 11, второй сумматор 12, первый буферный регистр 13, второй буферный регистр 14, первый преобразователь

15 код — напряжение, второй преобразователь 16 код — напряжение, первый фильтр 17 нижних частот, состоящий, в свою очередь, из множительного пре25 образователя 19 код — напряжение,преобразователя 20 код — напряжение прифащейия, операционного усилителя 23, интегратора 25 со сбросом и аналогового сумматора 27, и второй фильтр

I8 нижних частот, состоящий также иэ множительного преобразователя 21 код — напряжение,преобразователя 22 коднапряжение приращения, операционного усилителя 24, интегратора 26 со сбросом и аналогового сумматора 28, входные шины конуса 29, кода частоты 30 и синуса 34, а также выходные шины косинуса 32 и синуса 33.

Регистр 1 кода частоты предназначен для хранения кода частоты М поступающего по шине 30,и для управления кодоуправляемым генератором 3 импульсов, выходы которого соединены с блоком 6 синхронизации, который обеспечивает стробирование записи кодов в регистр 9 косинуса, регистр

10 .синуса, в первый буферный ре(гистр 13 и во второй буферный регистр

14. Выход кодоуправляемого генератора 3 импульсов соединен также со счетчиком 7 периода, объем которого определяет число точек отсчета за период. Счетчик 7 периода обеспечивает стабилизацию гармонического сигнала как по амплитуде, так и по частоте путем управления коммутаторами 5 и 8. Регистр 2 амплитуды косинуса и регистр 4 амплитуды синуса предназначены для задания и хранения

3 119 амплитуды и фазы гармонического сигнала. Код амплитуды косинусаНА, и код амплитУды синУса Н4в,z, постУпающего по шинам 29 и 31, должны удовлетворять равенству (3)

Й +Ы =А ьcos Ann

Регистры 2 и 4 имеют прямой и инверсный выходы, подключенные к коммутаторам 5 и 8 соответственно.

Выход первого коммутатора 5 соединен с первым установочным входом регистра 10 синуса. Сумматор 11 соединен своим выходом с первым буферным регистром 13, выход которого подключен через второй вход регистра 9 косинуса к первому входу первого сумматора 11. К второму входу первого сумматора 11 подключен инверсный выход регистра 10 синуса, причем коды скоммутированы в сумматоре 11 со сдвигом так, что реализуется уравне.— ние (1). Выход первого буферного ре.гистра 13 соединен также с первым преобразователем 15 код — напряжение, к первому входу второго сумматора 12 подключен прямой выход регистра 10 синуса, а к второму входу — второй

I выход регистра 9 косинуса, причем коды скоммутированы со сдвигом так, что во втором сумматоре 12 реализуется уравнение (2). Вход второго буферного регистра 14 подключен к выходу второго сумматора 12, а выход — к второму входу регистра 10 синуса и к входу второго преобразователя 16 код — напряжение.

Фильтры 17 и 18 выполнены аналогично. При этом инвертирующий вход аналогового сумматора 27(28) соединен с выходом интегратора 25(26), первый вход которого объединен с аналоговым входом множительного преобразователя . 19(21) и подключен к выходу операционного усилителя

23(24)) инвертирующий выход которого соединен с выходом множительного пре образователя 19(21), и прямой вход— с выходом преобразователя 20(22).

Прямые входы аналоговых сумматоров первого и второго фильтров 17 и 18 соединены с выходами соответственно первого .и второго преобразователей

15 и 16, цифровые входы множительных преобразователей 19 и 21 объединены и подключены к выходу регистра 1, а вторые входы интеграторов 25 и 26 объединены и соединены с вторым вы5449 4 ходом блока 6, причем входы преобразователей 20 и 22 подключены к вторым выходам регистров 10 и 9 соответственно, а выходы аналоговых сумматоров 27 и 28 являются выходными шинами 32 и 33 соответственно °

В преобразователе используется безынерционный фильтр-интерполятор,. соответствующий по возможности сгла10 живания ступенчатого сигнала фильтру четвертого порядка. Однако этот фильтр-интерполятор не вносит фазочастотных искажений и его амплитудночастотная характеристика является равномерной во всем рабочем диапазоне частот, который в основном зависит от времени установления преобразователя код-напряжение приращения и вре-, мени сброса интегратора.

Суть работы фильтра-интернолятора заключается в том, что при изменяющемся периоде Т интерполяции (см. фиг. 2) и приращении дV ступенчатого сигнала Чс он вырабатывает пило25 образное напряжение V соответствующего наклона и амплитуды. При этом скорость нарастания Ч„ прямо пропорциональна 4Ч и обратно пропорциональна 1, ; а максимум Ч„ определяется

4 периодом Т„, что соответствует

ׄ =- — Z, t ҄. (4)

1Г 4V ь„Т„ о где ь — постоянная времени интегратора; г. — некоторый постоянный коэффициент, имеющий размерность времени.

Если положить, что ц — 1 — N /f. где My — код частоты;

40 т — частота опорного кварцевого генератора, входящего в кодоуправляемый генератор импульсов, адЧ=й,„V,/ ", 15 где Иду — приращение кодар и р — соответственно. опорное напряжение и число двоичных разрядов преобразователя код-напряжение, 50 то из (4) при 4 = Тц получ м Ти

И "о Г Г И,„.М,.1„, н о

55 откуда =Т(f„в K/Sg=E=const ° Лля Удоб ства записи можно пРинЯть E=<Г 4 „в.3 тогда фильтр — интерполятор напряжение

1195449 Ь

Формирует 12 коды записываются в первый 13 и второй 14 буферные регистры. Далее цикл повторяется, кроме операций переписи из регистров кода амплитуды косинуса 2 и синуса 4.в регистры косуинса 9 и синуса 10 соответстОперацию деления и <„на N y можно осуществить на операционном усилителе с множительным преобразователем код — напряжение в обратной связи., а 10 операцию интегрирования за время T> †: интегратором со сбросом.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии код частоты 15 записанный в регистре i кода частоты, равен нулю и кодоуправляемый генератор 3 импульсов. блокирован.

Блок 6 синхронизации не выдает синхроимпульсов записи в регистры 9, 10, 20

13 .и 14, никаких операций не производится. Триггер режима находится в единичном состоянии. Для запуска уст. ройства необходимо в регистры 2 и 4 занести в соответствии с равенством (3) коды Ng „„, и К А „-,„, в регистр 1 кода частоты — код Ng, отличный от нуля. При этом кодоуправляемый генератор 3 импульсов начинает вырабатывать опорную частоту о, блок..6 син- 30 хронизации подает синхроимпульсы записи информации в регйстры 9 и 10 косинуса и синуса, а затем в первый

13 и второй 14 буферные регистры.

Одновременно счетчик 7 периода вьда- .35 ет сигнал по первому выходу коммута, торов 5 и 3 на .коммутацию прямых .выходов регистров 2 и 4 амплитуды косинуса и синуса. Таким образом, прямые коды из регистров 2 и 4 амплитуды 4п косинуса и амплитуды синуса переписываются соответственно. в регистр 9 косинуса и регистр 10 синуса. Далее в первом сумматоре 11 происходит сложение прямого кода амплитуды косинуса Й cosc обратным кодом амплитуды синуса И э,„1 сдвинутым на 1 разрядов вправо, то .есть одновременно реализуются операции деления на 2 и вычитания, соответствующие уравнению (1). Аналогично реализуется уравнение (2) на втором сумматоре 12. Полученные на сумматорах 11 и венно.

Через число отсчетов, равное половине периода гармонического сигнала, счетчик 7 периода выдает сигнал по второму выходу на коммутаторы 5 и 8. По этому сигналу произво-. дится коммутация инверсных выходов регистров 2 и 4 амплитуды косинуса и амплитуды синуса, и в регистры 9 и 10 .косинуса и синуса соответственно заносятся обратные коды амплитуды косинуса и синуса..

Еще через полпериода счетчик 7 периода выдает сигнал по первому выходу, а в регистрах 9 и 10 косинуса и синуса восстанавливаются прямые значения кодов М, и Кд „. Это необходимо для коррекции амплитуды гармонического сигнала и для более оперативного управления его амплитудой.

В результате выполнения перечисленных операций на выходе преобразователей 15 и 16 код — напряжение вырабатываются ступенчатые сигналы, соответствующие косинусу и синусу (фиг. 2а). Как видно из. уравнений (1) и (2), на втором выходе регистра

9 косинуса и инверсном выходе регистра 10 синуса формируются коды приращения соответственно синуса и косинуса, которые подаются на входы преобразователей 22 и 20 код — напряжение приращения второго 18 и первого 17 фильтров нижних частот. Пропорционально этим приращениям и обратно пропорционально коду 8$ частоты операционные усилители 24 и 23 вырабатывают постоянное напряжение, поступающее на входы интеграторов 26 и 25, которые формируют соответствующие по амплитуде и частоте пилообразные. сигналы (фиг. 2б), которые, складываясь с основными ступенчатыми сигналами в аналоговых сумматорах 28 и

27, образуют сглаженные гармонические сигналы синуса и косинуса (фиг. 2в) на выходных шинах 33 и 32.

1195449

1195449 а)

Jn

1 @

О

Составитель В. Войтов

Редактор М. Циткина Техред М.Гергель Корректор О. Луговая

Заказ 7423/58 Тираж 871 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