Устройство для измерения разности частот импульсов

 

Изобретение предназначено для .измерения рассогласования частот. Цель изобретения - повьпиение быстродействия и расширение функциональных возможностей. Устройство содер т генератор 1 опорной частоты, формирователь 2 синхроимпульсов, блок 3 синхронизации, одновибраторы 4, 5, элементы 6, 7 И, элемент 8 ИЛИ, реверсивный счетчик 9, счетчики 10, 11, 12., элемент И 13, элемент 14 ИЛИ, триггеры 15, 16, элемент 17 ИЛИ, усреднители 18, 19, сумматор 20, кнопку 21. Повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей достигается за счет введения реверсивного счетчика 9, формирователя 2 синхроимпульсов одновибраторов 4,5, триггера 16, усреднителей 18, 19, сумматора 20, при этом обеспечивается бессбойная работа, вызванная одновременным поступлением сравниваемых частот f и f при еледующих их соотношениях: ,5f, ; f.jf 0,5 f, . 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

030 A l (19) (11) (5)) 4 С 01 R 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Юа

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3786061/24-21 (22) 28.08.84 (46) 30.04.86. Бюл. Ф 16 (71) Опытное производственно-техническое предприятие "Урапчерметавтоматика" (72) И.И.Альтерман, Д.О.Мельников, С.Д.Сыпачев и Л.А.Шакурский (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 547703, кл. G 01 R 23/02, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 892333, кл. G 01 R 23/02, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЬЖРЕНИЯ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение предназначено для ,измерения рассогласования частот.

Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей. Устройство содер жит генератор 1 опорной частоты, формирователь 2 синхроимпульсов, блок 3 синхронизации, одновибраторы 4, 5, элементы 6, 7 И, элемент 8 ИЛИ, реверсивный счетчик 9, счетчики 10, 11, 12, элемент И 13, элемент 14 ИЛИ, триггеры 15, 16, элемент 17 ИЛИ, усреднители 18, 19, сумматор 20, кнопку 21. Повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей достигается за счет введения реверсивного счетчика 9, формирователя 2 синхроимпульсов одновибраторов 4,5, триггера 16, усреднителей 18, 19, сумматора 20, при этом обеспечивается бессбойная работа, вызванная одновременным поступлением сравниваемых частот f и f при сле- дующих их соотношениях: Е 0 5f

f«a0,5 f 3 ил.

1228030

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для изме" рения рассогласования частот.

Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение функциональ- 5 ных возможностей путем выполнения измерений с запаздыванием не более одного периода входной частоты при любых значениях входных частот, исключения сбоев, вызванных одновремен10 ным поступлением в устройство импульсов обеих сравниваемых частот и формирования выходного сигнала знака разности сравниваемых частот.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения разности частот; на фиг. 2 — диаграмма, поясняющая работу устройства;на фиг. 3 — схема усреднителей.

Устройство для измерения разности частот импульсов содержит генерар ор 1 опорной частоты, формирователь 2 синхроимпульсов, блок 3 син1 хронизации, одновибраторы 4 и 5, элементы И 6 и 7, элемент ИЛИ 8, реверсивный счетчик 9, счетчики 10—

12 импульсов, элемент И 13, элемент ИЛИ 14, триггеры 15 и 16, элемент ИЛИ 17, усреднители 18 и 19. сумматор 20 и кнопку 21. Выход генератора 1 опорной частоты подключен к входу формирователя 2 синхроимпульсов, выходы формирователя 2 подключены к первому и второму входам блока 3 синхронизации, первый вы35 ход которого соединен с вторыми входами элементов И 6 и 7, второй выход — с входом одновибратора 4, выход которого соединен с входом одновибра40 тора 5 и первым входом элемента ИЛИ 8, выходы элементов И 6 и 7 подключены к счетным входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 9, управ ляющий вход которого соединен с выхо45 дом одновибратора 5 и с S-входом триггера 15, вход установки "0" реверсивного счетчика 9 подключен к вы-" ходу элемента И 13, второму входу элемента ИЛИ 8 и установочному входу счетчика 11, выходы реверсивного

50 счетчика 9 подключены к соответст1 вующим входам элемента ИЛИ 14 и входу параллельного ввода счетчика 12, выход старшего разряда — к второму входу элемента И 13, счетный вход счетчика 12 соединен с выходом счетчика 10, установочный вход — с выходом элемента ИЛИ 8 и тактовым входом триг2 гера 16-, а выходы — к соответствующим входам элемента ИЛИ 17, выход которого соединен с установочным входом счетчика 10 и первым входом усреднителя 18, счетный вход счетчика 10 и 11 подключены к первому и второму выходам формирователя 2 соответственно, выход счетчика 11 соединен с входом усреднителя 19 и подключен к входу установки в "0" счетчика 1! первый вход элемента И 6 соединен с первым выходом триггера 15 и первым входом элемента И 13, первый вход элемента И 7 подключен к второму выходу триггера 15 и информационному входу триггера 16, выходы устреднителей 18 и 19 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 20, кнопка 21 подключена к входу сброс реверсивного счетчика 9, счетчиков 1012, третий и четвертый входы блока 3 синхронизации являются входами устройства, выходы триггера 16 являются первым выходом устройства, выходы триггера 16 являются первым выходом устройства, а выход сумматора 20— с вторым выходом устройства, причем первый выход устройства подключен к второму входу усреднителя 18, на информационные входы реверсивного счетчика 9 задают число М, равное соотношению масштабов входных частот.

Для простоты реализации целесообразно число М выбирать из ряда 10;

100; 1000 и т.д.

Усреднитель 18 содержит реверсивный генератор 22 тока, ключ 23, фильтр 24. Усреднитель 19 аналогичен усреднителю 18, но в нем генератор тока нереверсивный.

Устройство для измерения разности частот импульсов работает следующим образом. !

Перед началом работы нажатием кнопки 21 счетчики 9 — 12 сбрасываются в нуль. Последовательность прямоугольных импульсов с выхода опорного генератора 1 подается на вход формирователя 2 синхроимпульсов, который формирует две сдвинутых по фазе на о

180 последовательности синхронизирующих импульсов частотой f (f с f ñ ) поступающих на входы блока 3 синхронизации, на два других входа которого поступают сравниваемые частоты

М f) и Г . Синхроимпульсы последовательностей Е, f обеспечивают пес редачу импульсов входных частот f<

3 1228030 4 на первый выход узла 3 синхронизации, — -М Е Т -Ма f — на второй выход узла 3 со сдвиЬИ=М M f T =M ° -- — —, 4 г гом по фазе (исключая одновременное где Тг — текущий период последовательпоступление импульсов двух частот ности f

Д Э на выходы узла 3 синхронизации, что g т.е. пропорционально относительной могло бы привести к сбою в работе разности сравниваемых частот с учетом знака этой разности.

В момент времени t (фиг. 2) одно- После записи в счетчик 12 числа дМ вибратор 4 формирует импульс. Выход- на выходе элемента ИЛИ 17 формируется ной импульс одновибратора 4, прохо- 10 сигнал "i" поступающий на вхо

Э и ющий на вход усреддя через элемент 8 ИЛИ, поступает нителя 18 и на установочный вход на установочный вход счетчика 12, счетчика-делителя 10 раз блокируя его. обеспечивая запись в него выходного При этом последовательность синхросигнала реверсивного счетчика 9, и импульсов f« с выхода формирователя 2 на тактовый вход триггера 16, пере- 15 синхроимпульсов через счетчик 10, писывая в него содержимое тригге- работающий в режиме делителя частоты ра 15. По окончании импульса на вы- поступает на счетный вход счетчика 12, ходе одновибратора 4 по его заднему уменьшая его содержимое от hN до нуля, фронту одновибратор 5 формирует им- вследствие чего на выходе элеменпульс, который, поступает на устано- 20 та ИЛИ 17 формируется сигнал "0" коЭ вочныи вход реверсивного счет ика 9, торый блокирует счетчик 10, после обеспечивая запись в него числа М, чего импульсы на вход счетчика 12 не соответствующего отношению масштабов поступают. По заднему фронту импульсравниваемых частот, и на S-входе са на- выходе одновибратора 4 срабатытриггера 15 — знака числа в реверсив-25 вает одновибратор 5 и процесс измереном "счетчике 9, формируя на выходах ния повторяется. триггера 15 состояние, соответствую- Таким образом, на выходе элеменщее положительному числу, что приво- та ИЛИ 17 формируется импульсная подит к открыванию элемента И 7, после следовательность с частотой следовачего на вычитающий счетный вход счет-ЗО ния Е и длительностью импульсов чика 9 начинают поступать импульсы ьИ последовательности Mrf,, уменьшая его содержимое. В момент времени t

f Š— частота следования синхро(фиг. 2) содержимое счетчика 9 умень0 импульсов на выходе формирошается до нуля, об этом сигнализиру- З5 вателя 2; ет выходной сигнал элемента ИЛИ 14, К вЂ” коэффициент пересчета счеткоторый, поступая на тактовый вход чика 10. триггера 15, переводит его в состоя- К ак видно из выражений (1) и (2), ние, соответствующее отрицательному длительность импульсов на выходе элечислу в счетчике 9, по которому от- 40 мента 17 пропорциональна отнрсителькрывается элемент И б, и импульсы нои разности сравниваемых частот. последовательности М f начинают В случае, если соотношение частот поступать на суммирующий счетный вход и Е таково, что за период частосчетчика 9.

В момен в момент времени с (фиг. 2) приты Ег содержимое реверсивного счетчиФ

45 ка 9 и триггера 15. знака изменится ходит очередной импульс последова- до -М (если Ег 0,5 f ), что фикси ет. тельности f, по которому последова(Ег О, °, ), ф ирует. тельно, как было показано выше, сра2 ся элементом И 13 по вых по выходному сигбатывают одновибраторы 4 и 5. налу элемента И 13 сб а

13 сбрасывается в нуль счетчик 9, а в счетчик 11

По импульсу одновибратора 4 через 5О (самоблокирующийся в нуль) эаписыва- элемент ИЛИ 8 содержимое реверсивно- ется постоянное число Q. После запиго счетчика 9 переписывается в счет- си числа Q на выходе счетчика 11 чик 12, а информация о знаке разнос- устанавливаетея уровень "1". Счетти частот (Е -Е,) с выхода тригге- чик 11 разблокируется и под дейст55 вием последовательности импульсов

Число, насчитываемое в реверсивном синхронизации f<, поступающих на его счетчике 9 и триггере 15 эа период счетный вход с выхода формироватенизкой частоты f г ля 2 синхроимпульсов, его содержимое

1228030

5 уменьшается с Q до О, после чего счетчик 11 самоблокируется, а на его выходе устанавливается снова уровень "О". Если реверсивный счетчик 9 снова достигнет состояния -И, процесс повторится. Таким образом, на выходе счетчика 11 формируется(, -t>, фиг, 2) и импульсов длительностью

Q с

El

fc

Число импульсов переполнения определяется выражением

f1

n= — — 1, 2 где n — целое число; частота максимально близкая

1 Э .к f<,но период ее целое раз уклацывается в периоде частоты Г

Когда на выходе элемента И 13 появляется фиксирующий состояние -И импульс, который через элемент 8 ИЛИ поступает также на установочный вход счетчика 12, поскольку на информационных Р -входах счетчика 12 во всех разрядах находится уровень "0" канал измерителя (счетчики 10 и 12, элемент ИЛИ 17, усреднитель 18 при

ЬЫ=-и И) в работе не участвует.

В момент времени t (фиг. 2), после прихода очередного импульса частоты f2, содержимое реверсивного счетчика 9 не достигает -M. В этом случае импульс -М на выходе элемента И 13 не формируется и счетчик 11 остается в нуле. По команде с выхода одновибратора 4 содержимое реверсивного счетчика hN> (см. Фиг. 2) переписывается из реверсивного счетчика 9 в счетчик 12, после чего на выходе элемента ИЛИ 17 аналогично описанному формируется единичный импуль длительностью

Предлагаемое устройство работает в трех режимах:

З5 12 0,5 Е,;

Е2 0,5" f выход измерителя на естественное ограничение. В первом режиме в работе участвует только канал измерителя 18, 4О а во втором — оба канала 18 и 19.

В обоих случаях выходной сигнал (выс ход сумматора 20) пропорционален абсолютной разности сравниваемых .входных частот, т.е. устройство обеспечивает быстродействующее измерение разности частот следования импульсов, в том числе если одна из частот равна нулю. х

Преобразуя последнее выражение, получают

f,-f, а =К;И вЂ” —— з=;

fz

Сигнал на выходе 2 устройства пропорционален абсолютной разности сравниваемых частот с учетом знака разности, формируемого на выходе 1 устройства.

Усреднитель 18 (19) работает следующим образом. бъ К ьнз К% (ЕВ Су) К1 M f (При отсутствии ймпульса с выхода элемента ИЛИ 17 ключ 23 открыт и ток с выхода генератора тока 22 на вход фильтра 24 не поступает.

При наличии входного импульса ключ 23 закрывается и импульс тока по длительности, равный входному и соответствующий по знаку состоянию триггера 16 через фильтр 24, поступает на вход сумматора 20. Среднее значение тока, поступающего на вход сумматора 20 с выхода измерителя 18

Ф

Я Ч «Т

15 где 2. — выходной ток реверсивного гг1 генератора 22 тока.

Измеритель 19 работает аналогично.

Среднее значение тока, поступающего на вход сумматора 20 с выхода измери20 теля 19, л2

6р

=Х ° n ---, cF2 гт2 Т э где Х вЂ” выходной ток нереверсивногт2 го генератора 22 тока.

При равенстве величин токов генераторов

Ц2о К2о гг ш (2) где ш — масштабный коэффициент;

U — напряжение сумматора 20;

30 К вЂ” коэффициент передачи сумматора 20.

Использование предлагаемого устрой ства позволяет повысить быстродействие измерения разности частот, поскольку измерение может осуществляться за один период входной частоты и .обеспечивает работоспособность устрой55 ства при любом соотношении входных частот, даже если одна из них равна нулю, т.е. имеет более широкие функциональные возможности.

1228

Формула иЗобретения

Устройство для измерения разности частот импульсов, содержащее генератор опорной частоты, три счетчика импульсов, три элемента И, три элемента ИЛИ, триггер, при этом выход первого элемента ИЛИ соединен с тактовым входом триггера, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход второго элемента ИЛИ соединен с установочным входом первого счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введены реверсивный счетчик, формирователь синхроимпульсов, блок синхронизации, два одновибратора, второй триггер, два усреднителя.и сумматор, при этом выход генератора опорной частоты соединен с входом формирователя синхроимпульсов, первый выход которого соединен со счетным входом второго счетчика и первым входом блока синхронизации, а второй выход — со счетным входом третьего счетчика и вторым входом блока, синхронизации, первый выход которого соединен с вторыми входами первого и второго элемен- 30 тов И, выходы которых соединены со счетными входами сложения и вычитания реверсивного счетчика соответственно, второй выход блока синхронизации через последовательно соединенные пер- 35 вый и второй одновибраторы соединен с установочным входом реверсивного счетчика и S-входом первого триггера, 0З0 8 первый выход которого соединен с .первым входом третьего элемента И,.а второй выход — с первым входом второго элемента И, и информационным входом второго триггера, тактовый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соеДинен с выходом первого одновибратора, а второй вход — с выходом третьего элемента И, установочным входом третьего счетчика и входом установки

I I 11 в 0 реверсивного счетчика, входы параллельного ввода первого счетчика поразрядно соединены с входами первого элемента ИЛИ и с выходами реверсивного счетчика, причем выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с вторым входом третьего элемента И, счетный вход первого счетчика соединен с выходом второго счетчика, а выходы — с соответствующими входами третьего элемента ИЛИ, установочный вход второго счетчика подключен к выходу третьего элемента ИЛИ и первому входу первого усреднителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго усреднителя, вход которого соединен с выходом третьего счетчика и его входом установки в "0", третий и четвертый входы блока синхронизации являются первым и вторым входом устройства, а выходы второго триггера и сумматора — первым и вторым выходами устройства, причем первый выход устройства соединен с вторым входом первого усреднителя.

1228030 дМ

+8

ЬЩ дЯ

8ыхад рееерсабнеа смааха У

h/g

Щ

-И дихт аЬдй ршюри 4

Взио8 ойеA4emape S дыхадлри гера 6 йиа@арвФ гера юка 16» диаФэещива Ияк и

УиЫдвиама if.

4 4 Ю

Фиаг

Составитель В.Новоселов

Редактор Л.Пчелинская Техред Г.Гербер Корректор М.Шароши

Заказ 2284/46 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.ужгород, ул,Проектная, 4