Преобразователь частоты в напряжение

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления. Цель изобретения состоит в повьшении разрешающей способности преобразователя на средних и высоких частотах диапазона за счет автоматического выбора периода преобразования в зависимости от диапазона входной частоты. Число периодов входной частоты, на протяжении ю со СИ СЛ |С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 03 М 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3968564/24-24 (22) 26.09.85 (46) 07.03.87. Бюл. У 9 (71) Институт автоматики и процессов управления с вычислительным центром

Дальневосточного научного центра

АН СССР (72) А.С.Чариков (53) 681 ° 325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 577666, кл. Н 03 К 13/02, 1977.

Авторское свидетельство СССР и 834885, кл. Н 03 К 9/06, 1981.

Л0ы 1295520 А1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления. Цель изобретения состоит в повьппении разрешающей способности преобразователя на средних и высоких частотах диапазона за счет автоматического выбора периода преобразования в зависимости от диапазона входной частоты. Число периодов входной частоты, на протяжении

1295520 которых необходимо проводить очередное преобразование, определяет датчик 19 диапазона преобразования, Код этого числа хранится в регистрах 10, 11 и является задатчиком коэффициента деления для управляемого делителя

20 входной частоты. Блок 7 управления по фронту входного сигнала, поступающего с формирователя 1, вырабатывает через следующих друг за другом управляющих сигнала, имеющих длительность, равную нескольким периодам сигнала генератора 15 опорной частоты. Элементы И 2, 3, 4, 5, 6, управляемый делитель 20 с регистром

9 и блоком 7 обеспечивают работу счетчика 8 и сохранение кода накопленного числа, пропорционального длительности заданного количества!

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности преобразователя на средних и высоких частотах диапазона за счет автоматического выбора периода преобразования в зависимости от диапазона входной частоты.

На фиг.1 изображена функциональная схема преобразователя частоты в код и напряжение, на фиг.2 — блок управления, на фиг,3 — временные диаграммы сигналов на его входах и выходах, на фиг.4 — датчик диапазона преобразования.

Преобразователь частоты в напряжение содержит формирователь 1 импульсов, элементы И 2-6, блок 7 управления, счетчик 8 импульсов, регистры 9-11, резистивную матрицу 12, группы ключей 13 и 14, генератор 15 опорной частоты, операционный усилитель 16, источник 17 опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18, датчик 19 диапазона преобразования, управляемый делитель 20 частоты, элементы НЕ 21-23, входную шину 24, выходную шину 25. периодов входного сигнала, а первая

13 и вторая 14 группы ключей, реэистивная матрица !2, операционный усилитель 16, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18 и источник 17 опорного напряжения преобразуют код в обратно пропорциональное ему напряжение. Таким образом, выходное напряжение преобразователя на выходной шине 25 обратно пропорционально длительности определенного датчиком 19 числа периодов входного сигнала. При этом оно пропорционально выходному напряжению ЦАП 18, обеспечивающего линейность характеристики устройства, соответственно увеличивая свое выходное напряжение, которое является опорным для операционного усилителя

16. 2 s.п. ф-лы, 4 ил.

Блок 7 содержит элемент И 26, счетчик 27 импульсов, элемент И-ИЛИ

28, элементы И 29-31.

Датчик 19 диапазона преобразования содержит элемент НЕ 32, элементы И 33 и 34, триггер 35, счетчик

36 импульсов, запоминающее устройство 37. Блок 7 управления предназначен для вырабатывания по началу выходного импульса формирователя 1 четырех, следующих друг за другом и выдаваемых по разным цепям, команд управления Ul, U2 U3, U4. ДлительнОсть каждОй иэ них pRBHB длитель ности некоторого постоянного числа периодов сигнала опорного генерато- ° ра. управляемый делитель 20 (входной) частоты предназначен для формирования на своем выходе в начале каждого ш-го периода преобразуемой частоты сигнала, разрешающего прохождение

25 команд управления через элементы

И4-И6, и имеющего длительность, большую суммарной длительности команд

U1 U4, Код, соответствующий числу m поступает на разрядные входы делитеЗО ля с разрядных выходов датчика 19 диапазона. з 1295

Датчик 19 представляет собой блок, на разрядных выходах которого на каждом периоде преобразуемой частоты по командам Ul, U4 появляется цифровой код, соответствующий номеру диапазона, в котором в данный момент находится частота входного сигнала °

В каждом диапазоне преобразование производится за некоторое заранее определенное для каждого диапазона число периодов входной частоты m.

Команда Ul останавливает работу датчика диапазонов для того, чтобы в нем закончились все переходные процессы, после чего на его разрядных выходах появляется код номера дианазона, в котором находится входная частота. После считывания кода в управляемый делитель 20 частоты и регистр 10 команда U4 устанавливает датчик 19 диапазона в начальное состояние для работы на следующем периоде входной частоты. Датчик диапазона может иметь. гистерезисную характеристику.

Преобразователь работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на вход формирователя 1, где преобразуется в импульсную форму, необходимую для 30 работы логических и пересчетных схем.

Частота сигнала при этом сохраняется.

При поступлении с выхода формирователя 1 m-го.(от конца предыдущего интервала преобразования) импульса З1 управляемый делитель 20 входной частоты выдает сигнал, открывающий элементы И4-6. В противном случае счетчик 8 продолжает подсчет импульсов опорного генератора, команды Ul, U4 40 поступают только на входы датчика диапазона для обеспечения его работы на очередном периоде входной частоты, выработанный им на предыдущем периоде выходной код сбрасывается. При от-45 крытых элементах И4-6, команда Ul через элемент НЕ 23 поступает на вход элемента И 2 и закрывает его. Импульсы генератора 15 опорной частоты перестают проходить на вход счетчика 50

8, что дает возможность закончиться переходным процессам в нем и на его выходах устанавливается код числа и . импульсов генератора 15 опорной частоты, подсчитанных счетчиком за ш S$ периодов входного сигнала. Команда

U2 через элемент НЕ 22 продолжает закрывать элемент И2 и переносит код

520 счетчика 8 в регистр 9, где он сохраняется на протяжении следующего периода измерения. Этой же командой в регистр 11 заносится код номера диапазона, соответствующий числу m периодов входного сигнала, за время прохождения которых подсчитывались импульсы генератора 15 опорной частоты. Разрядные выходы регистра 11 подключены к разрядным входам ЦАП 18, на выходе которого появляется напряжение

У =qmU,, где U, — выходное напряжение источника 17 опорного напряжения, — коэффициент передачи ЦАП 18 °

Разрядные выходы регистра 9 управляют первой 13 и второй 14 группами ключей, которые вместе с резистивной матрицей 12 и операционным усилителем 16 представляют собой цифроаналоговый преобразователь, переводящий код числа и на выходе регистра 9 в обратно пропорциональное ему напряжение, которое появляется на выходе операционного усилителя 16 и равно ь», 0 ьых р

h где P — - коэффициент передачи резистивной матрицы 12.

С учетом выражения для U и того, что число и пропорционально длительности ш периодов входного сигнала

mf — 1 вх получим

qmU. q UÅä вых Р Pg

h о где f, — частота опорного генератора, f „— входная частота.

Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя 16 про-. порционально входной частоте. Если в счетчике 8 записалось предельное число импульсов, которое задается соответствующим включением элемента

И 3, то на выходе элемента.И 3 появляется сигнал, закрывающий через элемент НЕ 21 элемент И 2. В дальнейшем до конца интервале преобразования на выходе преобразователя поддерживается напряжение, соответствующее минимальной входной частоте. Командой

U3 счетчик 8 устанавливается в начальное состояние, при котором на его выходе появляется код числа К, 5 12 равного числу импульсов генератора

15 опорной частоты, составляющему суммарную длительность команд U1, U2, U3. Это необходимо для устранения возникающего рассогласования, так как по началу команды U1 заканчивается очередной период измерения и начинается следующий, и, если бы счетчик работал, то эа время прохождения команд Ui, U2, U3 в нем накопилось бы число К. Одновременно этой же командой U3 новый код номера диапазона m „ выработанный датчиком диапазона на последнем закончившемся периоде входного сигнала, заносится в регистр 10 и в управляемый делитель 20 входной частоты. Следовательно, на очередном периоде измерения будут подсчитаны импульсы генератора 15 опорной частоты на протяжении

m периодов входной частоты, а в регистре 10 будет сохраняться код числа m,,Далее при поступлении 1-го, 2-го,...,(m,-t)-го импульсов входного сигнала блок управления будет вырабатывать команды U1-U4, управляющие только датчиком 19 диапазона, потому что элементы И4,$,6 будут закрыты. При поступлении m -го импуль1 са на выходе управляемого делителя

20 входной частоты появляется сигнал, открывающий элементы И4,5,6, после чего весь цикл измерения повторяется. Целое число п накапливаемое счетчиком 8 sa m периодов входной частоты, равно где f-J — целая часть числа.

Приращение дп, соответствующее приращению входной частоты ьК дается выражением

gn=-mf, аХ „/Г

Так как n — целое, то минимальное значение ьа=1, следовательно, минимальное различимое преобразователем приращение:входной частоты равно

2 мин (4Г „ )= — -"- . к о

Формула изобретения

1. Преобразователь частоты в напряжение, содержащий первую и вторую группы ключей, формирователь импульсов, вход которого является входной шиной, источник опорного напряжения, и первый элемент И, первый и второй

95520 6 входы которого соединены соотнетственно с выходами генератора опорной частоты и первого элемента НЕ,а выход подключен к счетному входу счетчика импульсов, выходы которого соответственно соединены с информационными входами первого регистра, инверсные выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами второй группы

10 ключей, выходы которых соответственно объединены с выходами первой группы ключей и подключены к соответствующим входам резистивной матрицы, выход которой соединен с инвертирующим

15 входом операционного усилителя, выход которого является выходной шиной и подключен к объединенным между собой коммутационным входам первой группы ключей, управляющие входы ко20 торых соответственно соединены с прямыми выходами первого регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя на средних

25 и высоких частотах диапазона, в него введены второй и третий регистры, цифроаналоговый преобразователь, блок управления, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, второй и

30 третий элементы НЕ, управляемый делитель частоты и датчик диапазона преобразования, первый вход которого объединен с первым входом блока управления и подключен к выходу геке35 ратора опорной частоты, а второй вход объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к первому выходу блока управления, второй вход которого объединен с частотным

40 входом управляемого делителя частоты и подключен к выходу формирователя импульсов, второй и третий выходы соединены соответственно с первыми входами четвертого и пятого эле45 ментов И, а четвертый выход подключен к третьему входу датчика диапазона преобразования, при этом информационные входы второго регистра объединены с соотнетствующими инфор50 мационными входами управляемого делителя частоты и соответственно подключены к выходам датчика диапазона преобразования, вход записи второго ,регистра объединен с входом установки начального значения счетчика импульсов и с входом синхронизации управляемого делителя частоты и подключен к выходу пятого элемента И, а выходы второго регистра соотнеTcY7 1 венно соединены с информационными входами третьего регистра, вход записи которого объединен с входом записи первого регистра и входом первого элемента НЕ и подключен,к вы ходу четвертого элемента И, а выходы третьего регистра соответственно соединены с первыми входами цифроаналогового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом источника напряжения, а выход — с неинвертирующим входом операциоьного усилителя, причем входы второго элемента И соединены с соответствующими выходами счетчика импульсов, а выход второго элемента И через третий элемент НЕ подключен к третьему входу первого элемента И, четвертый вход которого через второй элемент НЕ подключен к выходу третьего элемента

И, второй вход которого объединен с вторыми входами четвертого и пятого элементов И и подключен к выходу управляемого делителя частоты, а ком мутационные входы второй группы ключей объединены и являются шиной ну-. левого потенциала.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на счетчике импульсов, четырех элементах И и элементе И-ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управления, а первый вход объединен с первым входом четвертого элемента И и подклю чен к первому прямому выходу счетчика импульсов, первый инверсный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого объединен с вторыми входами четвертого элемента И и элемента

И-ИЛИ и подключен к второму прямому выходу счетчика импульсов, второй инверсный выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого является вторым выходом бло295520 8 ка управления, а второй вход объединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И и подключен к третьему прямому выходу счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого является первым входом блока управления, вторым входом которого является второй вход счетчика импульсов, а третьим и четвертым выходами являются соответственно выходы третьего и четвертого элементов И, при этом третий и четвертый входы элемента И-ИЛИ объедииены и подключены к третьему инверсному выходу счетчика импульсов, чет-. вертый инверсный выход которого соединен с вторым входом первого элемента И.

3. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что датчик диапазона преобразования выполнен на двух элементах И, элементе НЕ, счетчике импульсов, запоминающем устройстве и триггере, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом переноса счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента И; первый вход которого соединен с выходом триггера, второй вход является первым входом датчика диапазона преобразования, а третий вход объединен с

Зэ вторым входом первого элемента И и подключен к выходу элемента НЕ, вход которого является вторым входом. датчика диапазона преобразования, выходами которого являются соответствующие выходы запоминающего устройства, входы которого соответственно соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, вход сброса которого объединен с вторым входом триггера и яв45 ляется третьим входом датчика диапазона преобразования.

1295520 и1

yg ut

Редактор С.Патрушева

Заказ 627/61

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

01

Составитель В.Войтов

Техред В.Кадар Корректор М. Самборская

Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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