Аналоговый частотомер

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1205049 А,51> С 01 К 23/Оь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

- с. . Г опиодник изонрктения!".:.. ц1

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” "i

Г (21) 3498449/ 18-21 (22) 01. 10.82 (46) 15.01.86. Бюл. Р 2 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени авиационный институт им. акад. С.П. Королева (72) В.А. Медников и А.Н. Порынов (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 532823, кл. G 01 К 23/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Ф 185410, кл. G Ui К 23/Ob, 1966. (54)(57) 1. АНАЛОГОВЬЙ ЧАСТОТ011ЕР, содержащий источник опорного напряжения, блок из N управляемых 1(( цепей, управляющие входы которых соединены с прямыми выходами блока формирования импульсов управления, К выходных ключей, входы управления которых связаны с инверсными выходами блока формирования импульсов управления, выходы выходных ключей соединены с выходом частотомера, а входы - с выходами управляемых (.— цепей, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, его настройки, повышения надежности, быстродействия, технологичности изготовления, в него введены первый и второй Д) -триггеры и элемент И, а управляемые КС -цепи выполнены с дополнительными управляющими входами, соединенными с инверсным выходом нторого 3 -триг" гера и с входом элемента И, выход которого соединен с входом блока формиронания импульсон управления, второй вход которого соединен с шиной управ пения устройства, соединенной с управляющим входом первого

-триггера, прямой выход которогО соединен с управляющим входом второго 3 -триггера и с вторым входом элемента И, тактовые входы обоих

-триггеров соединены с входной шиной частотомера, а аналоговые входы всех Р С -цепей связаны с выходом источника опорного напряжения.

2. Частотомер по и. 1, о т л ич а и шийся тем, что управляемая gC -цепь вьпчолнена н ниде двух резисторов, двух электронных ключей, конденсатора, перньп вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, с которой соединен вывод первого резистора, второй вывод которого соединен с аналоговыми входами электронных ключей, выход первого электронного ключа связан через второй резистор с аналоговым входом управляемой RC -цепи, а выход второго электронного ключа соединен с вторым выводом конденсатора и явля,ется выходом управляемой А,С -цепи, Управляющим входом которой является управляющий вход первого электронного ключа, а дополнительным управляющим входом управляемой Р,С -цепи явля ется управляющий вход второго электронного ключ, 1205049

Изобретение относится к измеритель ной технике, предназначено для измерения частоты следования импульсов и может быть использовано при исследовании процессов малой скорости, в частности, в медицине, в кардиологической аппаратуре.

Цель изобретения — упрощение устройства, его настройки, повышение надежности, быстродействия, технологичности изготовления путем совмещения функций выборки, хранения напряжения и его генерирования.

На фиг. 1 представлена функцио— нальная схема устройства; на фиг.2диаграммы, поясняющие его работу.

Аналоговый частотомер содержит источник опорного напряжения U > (не показан), блок 1, состоящий из и управляемых Р,С -цепей (1 — 1)-(1 — 11 )

N выходных элекТронных ключей (2-1)—

-(2 — И ), блок 3 формирования импульсов управления, первый и второй Il триггеры соответственно 4 и 5, элемент И -б, входную и выходную шины соответственно 7 и 8 и шину 9 управления.

Каждая управляемая RC -цепь выполнена в виде конденсатора 10, первого и второго резисторов соответственно

11 и 12, первого и второго электронных ключей соответственно 13 и 14.

Частотомер работает следующим образом.

В исходном состоянии на шине 9 управления, на всех инверсных выходах блока 3 формирования импульсов управления и на прямом выходе триггера 4 присутствуют нулевые уровни напряжений, отчего выходные ключи (2 — 1) - (2 — tl ) устройства разомкнуты, а выходная шина 8 устройства полностью отключена от всех элементов устройства, на всех прямых выходах блока 3, на инверсном выходе триггера 5 присутствуют напряжения уровня логической единицы (фиг. 2 г„ е, ж, з}, ключи 13 и 14 всех управляемых KC -цепей (1 — 1) — (1 — И- ) замкнуты.

Импульсы, частоты следования которых подлежит измерению, поступают на входную шину 7 устройства.

Запуск частотомера в работу производится сигналом "Разрешение работы" — импульсом (фиг, 2 б), поступающим в момент времени -Е4 с шины 9 управления на 3 -вход первого

15 ,20

55 триггера 4 и на второй вход блока 3 формирования импульсов управления.

Блок 3 может быть выполнен, например, в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) со счетчиком на входе и с генератором импульсов, обеспечивающим работу счетчика. Инверсные выходы ПЗУ связаны с входами соответствующих элементов И, — И другие (инверсные) входы которых связаны с входом генератора импульсов, а выходы элементов И< — И являются соответствующими инверсными выходами блока 3 формирования импульсов управления, прямыьы выходами которого являются соответствующие прямые выходы ПЗУ, Вход генератора импульсов является первым входом блока 3, вторым входом которого является управляющий вход счетчика.

Емкость счетчика определяется отношением максимального времени воспроизведения моделируемой функции к шагу квантования по времени (к периоду колебаний генератора).

В виде последовательно изменяющегося цифрового кода (комбинаций логических единиц и нулей) на выходе ПЗУ раскрыта программа работы ключей 13 управляемых ÊC -цепей и выходных ключей (2 — 1) — (2 — Ь ) устройства. Количество разрядов в цифровом коде соответствует количеству П цепей управления ключами

13 и выходными ключами устройства.

Первый импульс импульсной последовательности, поступивший в момент 1 (после момента „ прихода на вход

3 -триггера 4 импульса "Разрешение работы" ) с входной шины 7 íà C.-вход первого триггера 4> взводит первый триггер 4. При этом на прямом выходе триггера 4 с момента 4< формируется импульс напряжения уровня логической единицы, который поступает на Q -вход второго триггера 5 и на первый вход элемента И 6, на втором входе которого присутствует напряжение уровня логической единицы с инверсного выхода триггера 5. Состояние триггера 5 в момент 1 не изменяется, С момента - на выходе элемента

И б формируется импульс напряжения уровня логической единицы, который поступает на первый вход блока 3 и запускает его (включается генератор импульсов).

1205049

С момента 1, счетчик увеличивает выходные коды, начиная с нулевого, на единицу после каждого импульса, приходящего на второй вход счетчика с выхода генератора. В соответствии с каждым кодом, поступающим от счетчика на вход ПЗУ, последний вырабатывает на своих выходах управляющие кодовые сигналы — импульсы высокого уровня напряжения (уровня логической единицы), которые поступают на соответствующие выходы

1блока 3 формирования импульсов управления.

В соответствии с заранее записан10

15 ными для каждого шага квантования кодовыми комбинациями напряжений на соответствующих выходах ПЗУ (програм. ма работы ПЗУ) с момента времени 1 до момента з на всех прямых выхо- 20 дах блока 3 остаются высокие уровни напряжений (уровни логической единицы), поступающие на управляющие входы соответствующих ключей 13 всех управляемых КС -цепей устройства. На 25 всех инверсных выходах блока 3 с момента времени 1 до 1 присутствуют низкие уровни напряжений (уровни логйческого нуля), которые поступают на управляющие входы соответствующих выходных электронных ключей (2 — 1)—

-(2 — п ) устройства.

При этом с момента времени 1 до момента 1к высокими уровнями напряжений на управляющих входах все электронные ключи 13 замкнуты, а выходные электронные ключи (2 — 1) — (2 — 11 ) низкими уровнями напряжений на всех управляющих входах разомкнуты.

С момента времени 1э в соответст- 4 вии с одним из возных вариантов программной работы ПЗУ на первых прямых выходах ПЗУ и блока 3 появляется импульс низкого уровня напряжения (фиг. 2 е), а на первом инверсном выходе ПЗУ вЂ” импульс высокого уровня анпряжения. Длительность этих импульсов равна (2) .

50 где 1 — заложенный в программу работы ПЗУ момент времени окончания импульсов напряжения на первых выходах ПЗУ и блока 3.

В течение действия этих импульсов напряжения, поступивших на управляющий вход ключа 13 первой управляемой

5С -цепи 1 — 1, ключ 13 размыкается.

При этом конеднсатор 10 — 1 первой управляемой КС -цепи 1 — 1 начинает разряжаться с напряжения Ос - макс (фиг. 2и) через резистор 11 — 1 и замкнутый ключ 14 — 1 по закону, аппроксимирующему гиперболический закон изменения напряжения к (где — масштабный коэффициент) в первом временном интервале аппроксимации Ь t„=

Напряжение с выхода элемента И 6, подаваемое на первый вход блока 3 и на инверсные входы элементов Ик — И блока 3, является стробирующим для прерывания прохождения сигналов с инверсных выходов ПЗУ блока 3 на его соответствующие выходы.

Так как в течение первого временного интервала аппроксимации ь Е» (с момента 1э до момента 14 ) элеI мент И < заперт по инверсному входу напряжением уровня логической единицы (фиг. 2 д), то импульс высокого уровня напряжения с первого инверсного выхода ПЗУ не проходит на первый инверсный выход блока 3.

При этом в течение интервала Ь1 (с момента 1 до момента -.4 ) выходной ключ 2 — 1 остается разомкнутым, вследствие чего напряжение с конденсатора 10 — 1 не проходит на выходную шину 8 устройства (фиг. 2м), т.е. последняя остается в состоянии высокого импенданса.

Максимальное время Тщ, моделирования устройством гиперболической зависимости разбивается порграммной работой ПЗУ временного распределителя 3 на последующие временные интервалы аппроксимацни Ь1 = — 1д

Л1„= — Е,, „, в каждом из которых производится аппроксимация гиперболической зависимости Ч отдельными экспонентами, формируемыми соответствующими управляемыми

Я -цепями устройства от второй 11 -й. !

В управляемых КС -цепях от второй до 11 -й, работа которых аналогична работе первой управляемой КС -цепи, соответствующие конденсаторы (10

2) — (10 — и ) начинают экспоненциальный р-зряд по закону, аппроксимирующему гиперболический„

Каждая управляемая РС -цепь устройства формирует на своем выходе соответствующую экспоненциальную функцию, устроиства ilcl 3 м прямОм выхОде

ПЗУ и блока 3 фиксируется низкий уровень напр11жения (фиг. 2з), а на

1 -ь1 инверсном выходе ПЗУ фиксирует с я Высокий уровень напряжения, поступающий на прямой вход 1 -го элемснта И, Так как 11а инверсном входе 1 -го элемента И; с момента

-ь<,цействует напряжение уровня ло313 гического нуля, то на Выходе эле— мента И,,; и на 1 — и инверсном Выходе блока 3 с момента 1Ь формируется напряжение уровня логической единицы. l5 :В результ те выходной ключ 2 замыкается,. Наг1ряжение на выходной .1ине 8 устройства с момента равно на11ряжению на конденсаторе 10 -3 (1 — 3 )-й управляемой 1С -цепи ,!11 (фиг. 2м), Таким образом, с момента времени I:<, .поступления: на входную шиIIy 7 устройства второго импульса

НОсгlедовательности на. Выходной шине 8 устройства устанавлиьается напряжеьие Ugbl„ = „, „ (фи3 . 2м), пропорциональное частоте следования этого импульса с погрешностью измерения., Обуcловленной минимально

I" IIIieP6 0лической фнукции кусочно-экспоненциальной в заданном диапазоне измеОений. Зтo напряжениP oохраняется цо тех пор, пока В момент 1» не

Окончится импульс "Разрешени работы на шине 9 управления усTðoêñTI3à !

I (фиг, 2б, момент -Е,,), приводящий

oJIoê ? В исходное состо "IHIIå, отчего выходной ключ (2

;:б размыкается и выходная шина 8 пол.;остью отключается От всех элементов устройства, В сравнении с прототипом предлагаемое устройство имеет более прост JJIQ 1 Онструкциlо а с31едОВательHo н более 13blc окую надежность, так как

Выпо 1няет аналогичные прототипу функции измерения частоты следования имг1у11ьсов без применения блока ) выборк11 — хранения и генератора гиперболичс кнх 11мпульсов, характеризующегoc53. =11ачительной сложностью, а сг1н!,ilol313. i lib íî н малой надежностью.

5 120з049 аппросксимирующую гиперболическу1о, в единственном временном интервале, отведенном для нее программной работой ПЗУ блока 3 формирования импульсов управления, Последовательно формируемые на конденсаторах (10 — 2) — (10 -II ) управляемых 1 Ц -цепей экспоненциаль=ные напряжения, аппроксимируюн1ие гиперболическое V3 в каждом С.оответствующем временном интервале аппроксимации, не проходят на выходную шину 8 устройства (фиг. 2м), пока на первом входе блока 3 действует напряжение уровня логической единицы (фиг. 2д).

Номинальные величины емкостей конденсаторов (10 — 1) — (10 --11 ), резисторов (11 — 1) — (11 — 13 ). (12 — 1) — (12 — 1I )), а также программу работы блока 3 формирования импульсов управления выбирают из условий получения соответствующего экспоненциального напряжения„ ап .роксимирующего гиперболическое Ч с минимальной погрешностью в течение соответствующего интервала аппроксима-ции.

Второй импульс импульсной последовательности,пришедший В момент 1 на входную шину 7 устройства, посту.пает на C. -— входы первого ч второго триггеров 4 и 5. При этом состояние триггера 4 не изменяется (так как на его Д -входе остается потенциал уООВ ня логической единицы), а с момен-та времени -1 исчезает импульс напряжения на инверсном выходе триггера

5, а следовательно, и на управляю1ц11х входах ключей (14 — 1) - (14 — 13 ), отчего последние размыкаются. Разрядные цепи конденсаторов г>сех управляемых С -цепей разрываются.

С исчезновением напряжения высокого уровня на втором входе элемента И 6 с момента 1ь исчезает импульс напряжения »а его выходе (фиг. 2д), а следовательно, и на первом входе блока 3. В результате, генерация импульсов с выхода генератора в момент времени 1ь прекращается.

В момент ь вРемени пРихоДа I3тоporo входного импульса на шину 7

1205049

1205049

0(Я

Рю о(ж) пр Ювх в. 1

LQ у U(b)й/х р У(3) Йй. 1пр

) U(3) Юьн 2п

3 У(3) Йи. Й

gC Ю-1

Осд

Заказ 8522/4б Тираж

ВНИИПИ Государственного по делам изобретений

113035, Москва, Ж-35, Раушская

Подпис ное комитета СССР и открытий наб., д. 4/5

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

Редактор И. Рыбченко Техред Ж.Кастелевич - Корректор С Черни