Цифровой дискриминатор средней частоты

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах связи и управления. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Для достижения поставленной цели в дискриминатор, содержащий триггеры 4, 5, 9, 10, 14, 15, реверсивные счетчики 7, 12, 17 импульсов, элементы ИЛИ-НЕ 6, 11, 16, введены формирователи 9, 13, 18 импульсов и новые связи. В начальном состоянии в реверсивных счетчиках 7, 12, 17 содержится код 2<SP POS="POST">N-1</SP>, где N - количество разрядов, а на выходных шинах 19, 20, 21 присутствуют логические 0. Коды в реверсивных счетчиках 7, 12, 17 изменяются в зависимости от соотношения частот на входных шинах 1, 2, 3. При появлении сигнала переполнения на выходе одного из реверсивных счетчиков 7, 12, 17 этот счетчик устанавливается снова в состояние 2<SP POS="POST">N-1</SP> или 2<SP POS="POST">N-1</SP>-1, а состояние триггера 5, 10 или 15 изменяется. Код на шинах 19, 20, 21 показывает, какая из выходных частот является средней по величине. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (51)5 Н 03 К 5/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

И A ЭТОРСНОМЪ СВйДЕ ТЕЛЬОТВУ

1 (2l) 4334310/24-21 (22) 26,10,87 (46) 23,04,90, Бюл. № 15 (72) В,M.Ïàíoí., А,П.Шевченко и Ю,А,Юренко (53) 621.374(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 907793э кл. Н 03 К 5/22э 1980

Авторское свидетельство СССР № 1293835, кл. Н 03 К 5/26, 1985, (54) ЦИФРОВОЙ ДИСКРИМИНАТОР СРЕДНЕЙ

ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к импульс" ной технике и может быть использовано в системах связи и управления, . Цель изобретения - повышение надеж= ности устройства, Для достижения поставленной цели в дискриминатор, содержащий триггеры 4, 5, 9, 10 14, 2

15, реверсивные счетчики 7, 12, 17 импульсов, элементы ИЛИ-НЕ 6, 11,16, введены формирователи 9, 13, 18 импульсов и новые связи, В начальном состоянии в реверсивных счетчиках 7, 12, 17 содержится код 2, где п —количество разрядов, а на выходных шинах 19, 20, 21 присутствуют логические О, Коды в реверсивных счетчиках 7, 12, 17 изменяются в зависимости от соотношения частот на входных шинах 1, 2, 3. При появлении сигнала переполнения на выходе одного из реверсивных счетчиков 7, 12, 17 этот счетчик устанавливается снова в состояние 2" или 2" -I а состояние триггера 5, 10 или 15 изменяется, Код на шинах 19, 20, 21 показывает, какая из выходных частот является средней по величине. 2 ил, 1559399

30

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова но в системах связи и управления, 1

Цель изобретения - повышение на5 дежности устройства, На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг ° 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.

Дискриминатор содержит первую 1, вторую 2 и третью 3 входные шины, первый 4 и второй 5 триггеры, первый элемент ИЛИ-НЕ 6, первый реверсивный счетчик 7 импульсов, первый формирователь 8 импульсов, третий 9 и четвертый 10 триггеры, второй элемент ИЛИ-НЕ 11, второй реверсивный счетчик 12 импульсов,.второй форми.рователь 13.импульсов, пятый 14 и шестой 15 триггеры, третий элемент

ИЛИ-НЕ. 16, третий реверсивный счетчик 17 импульсов, третий формирователь 18 импульсов, первую 19, вторую 20 и третью 21 выходные шины.

Первая входная шина 1 соединена с 8-входами первого 4 и пятого 14 триггеров, вторая входная шина 2 соединена с R-входом первого триггера

4 и 8-входом третьего триггера 9, третья входная шина 3 соединена с

R-входами третьего 9 и пятого 14 триггеров. Прямые выходы первого 4, третьего 9 и пятого 14 триггеров соединены с входами управления первого, 35 второго и третьего реверсивных счетчиков 7, 12 и 17 соответственно, Первые входы первого 6, второго 11 и третьего 16 элементов ИЛИ НЕ соединены с 8-входами первого 4, третье- 40

ro 9 и пятого 14 триггеров соответственно, вторые входы - с R-входами тех же триггеров,, а выходы - с тактовыми входами первого 7, второго

12 и третьего 17 реверсивных счетчиков соответственно, Выходы второго . 5, четвертого 10 и шестого 15 триггеров соединены с первой !9, второй

20 и третьей 21 выходными шинами соответственно, Входы первого 8, второ- 5 го 13 и третьего 18 формирователей соединены с выходами первого 7, второго 12 и третьего 17 реверсивных счетчиков, а выходы - с входами записи тех же.счетчиков и С-входами второго 5, четвертого 10 и шестого

15 триггеров соответственно, Прямые выходы первого 4, третьего 9 и пятого 14 триггеров соединены с D-входами разрядов, кроме старшего, первого

7, второго- 12 и третьего 17 реверсивных счетчиков, D-входы старших разрядов которых соединены с инверсными выходами тех же триггеров.

На фиг.2 приведена временная диаграмма работы цифрового дискриминатора средней частоты (отсчет времени показан с момента включения дискриминатора), где обозначено: а, б, втри фазы тактовой сетки, соответственно ТИ1, ТИ2, ТИЗ; r, д, е — входные (" привязанные" к тактовой сетке1 импульсы дискриминируемых частот f<, f< и f> соответственно; ж, з, и— прямые выходы триггеров 4, 9 и 14 соответственно; к, л, м - выходы переносов реверсивных и-разрядных счетчиков 7, 12 и 17 соответственно; н, о, и выходы формирователей 8, 13 и

18 соответственно; р, с, т - прямые выходы триггеров 5, 10 и 15 соответственно, Диаграмма на фиг,2 приведена для счетчиков 7, 12 и 17, имеющих емкость Н = 7, т,е. трехразрядных, Дискриминатор работает следующим образом, По включении цифрового дискриминатора триггеры 5, 10 и 15 устанавливаются в нулевое состояние, а в и-разрядные реверсивные счетчики 7, 12 и 17 записывается исходное число и-

N, соответствующее значению 2 или 2 -1 (цепи установки триггеров не показаны). На выходах реверсивных счетчиков 7, 12 и 17 при этом имеют место высокие потенциалы, благодарячему происходит заряд конденсаторов (|:1 ) в формирователях 8, 13 и 18 через резисторы (Rl) на общую шину пи тания, !

На входные шины 1-3 дискриминатора поступают импульсы сигналов сравниваемых частот и, f< и fq (фиг.2г, д, е) предварительно "привязанные" к импульсам многофазной тактовой серии ТИ1, ТИ2, ТИЗ (фиг.2а, б, в). Каждый входной импульс частотй f своим передним фронтом устанавливает триггеры 4 и 14 соответственно s единичное состояние (фиг,2ж, и) и че рез элементы ИЛИ НЕ 6 и 16 на счетные (тактовые) входы и-разрядных реверсивных счетчиков 7. и 17.

Входные импульсы частоты f < своими передними фронтами устанавливают

5 15 триггер 4 в нулевое состояние, а триггер 9 второго канала — в единичное (фиг.2з) и через элементы ИЛИ-НЕ

6 и ll соответственно первого и второго каналов проходят на счетные входы реверсивных счетчиков импульсов 7 и 12. Входные импульсы частоты

f> своими передними фронтами устанавливают триггеры 9 и 14 в нулевое состояние и через элементы ИХП1НЕ

1l и 16 соответственно проходят на счетные входы реверсивньгх счетчиков

12 и 17, Таким образом, все реверсивные счетчики 7, 12 и 17 по тактовым (счетным) входам переключаются задними фронтами входных импульсов сравниваемых частот », f u

Триггеры 4, 9 и 14 каналов на своих прямь х выходах (@иг.2ag 3, и) формируют сигналы управления режимом работы соответственно реверсивных счетчиков 7, 12 и 17 (сложение или вычитание), Так гри действии на вход= ной шине 1 входного импульса триггеры 4 и 14 устанавливаются в единичное состояние, обеспечивая счетчикам 7 и 17 режим сложения по заднему фронту импульса f Когда на входной, шине 2 присутствует входной импульс f< триггер 4 обеспечивает счетчику 7 импульсов режим вычитания., а триггер 9 обеспечивает счетчику 12 режим сложения по заднему фронту импульса f Ä Импульс f> на входной шине 3 устанавливает триггеры 9 н

14 в нулевое состояние, обеспечивая тем самым счетчикам 12 и 17 импульсов режим вычитания по своему заднему фронту.

В момент включения цифрового дискриминатора средней частоты триггеры 4, 9 и 14 устанавливаются в нулевое состояние, На выходных шинах 19, 20 и 21 (фиг,2с, т у) дискриминатора имеет место код 000, который используется для управления процессом мультиплексирования средней частоты для ее дальнейшей обработки.

Если первым на входных шинах 1-3 после включения дискриминатора появляется, например, входной сигнал частоты f (фиг.2д}, то он подтверж= дает нулевое состояние триггера 4, переводит в единичное состояние триггер 9 и через элементы ИЛИ-НЕ 6 и 11 проходит на счетные входы реверсивных счетчиков 7 и 12 соот59399 6

А.Q

55 ветствен io К моменту окончания импульса f, на управляющем входе реверсивного счетчика 7 имеет место низкий потенциал (режим вычитания), а на управляющем входе реверсивного счетчика 12 - высокий потенциал (режим сложения}, Таким образом, по заднему фронту импульса f èñõoäíûé код N> в счетчике 7 уменьшается на единицу (N 4-1 = 3), а код в счет-. чике 12 увеличивается на единицу (N<= 4+1 = 5).

Если после этого на входной шине

1 появляется импульс частоты (фиг.2г),то он переводит триггеры 4 и 14 в единичное состояние, обеспечивая к моменту своего окончания реверсивным счетчикам 7 и 17 режим сложения, и через элементы ИПИ-НЕ 6 и 16 проходит на счетные входы реверсивных счетчиков 7 и !7, Таким образом, по заднему фронту импульса коды N в реверсивных счетчиках 7 и 17 изменяются следующим образом:

N» = 3+1 = 4; Ng = 4+1 = 5.

Появление после этого импульса f на входной шине 3 приводит к установке в нулевое состояние триггеров

9 и 14, благодаря чему счетчики 12 и

17 переводятся в режим вычитания, Через элементы ИЛИ-HE ll и 16 импульс проходит на счетные входы реверсивных счетчиков 12 и l7 и своим задним фронтом изменяет текущие коды N этих счетчиков следующим образом: N = 5-1 = 4; N > — — 5-1 = 4, На реверсивном счет-шке 7 с помощью триггера 4 и элемента ИЛИ-НЕ 6 осуществляется операция f,-1 „ на реверсивном счетчике 12 с помощью триггера 9 и элемента ИЛИ-HE 11 операция f -1,, на реверсивном счетчике 17 с помощью триггера 14 и элемента ИЛИ-НЕ 16 — операция

Триггеры 5, 10 и 15 предназначены для запоминания и хранения знака результата указанных операций, Если

f»-f ) О, триггер 5 первого канала через время с; определяемое степенью разброса но величине частот

Е »и f< устанавливается в единичное состояние (фиг.2р) следующим образом, Появляющийся на выходе реверсивного счетчика ? отрицательный уровень сигнала переноса (фиг,2к) поступает на вход формирователя 8, Положительный импульс с выхода формирователя

8 обеспечивает параллельную запись!

559399 кода в разряды реверсивного счетчика

7 и установку в единичное состояние триггера 5 по С-входу, поскольку на

его D-входе в этот момент имеет место высокий уровень логическбй "1", Через время, равное времени задержки переключения реверсивного счетчика

7 импульсов по D-входам, на его выходе переноса появляется положительный уровень, обеспечивающий с некоторой задержкой на выходе формирователя 8 нулевой уровень. Благодаря наличию формирователя 8 осуществляется надежная запись кода в реверсивный сче " ик 7 и срабатывание триггера 5.

Если же f,- f<(О, триггер 5 остается в нулевом состоянии до тех пор, пока сохраняется указанное соотношение частот f„ и f<. Аналогично, состояние триггеров 10 и 15 определяется знаком разностей f -f > и f<-f> соответственно, Трехразрядный код на выходе циф-. рового дискриминатора средней час- 25 тоты может принимать восемь различных значений, Код 000 означает, что имеют место следующие соотношения: f, — f < О, т.е, Х > f<; . fz f с О; т.е. f > > f<>

f,-Х (О; те, f )f

Следовательно, f q < Х с- f» т.е. среднее значение имеет частота

При коде 010 f fg c О, т,е. Х, с Х;

f -f > О, т.е. fz» f ;f,— f с О, 35 т,е. f g > f .

Следовательно, f > f Х, т,е, значение имеет частота

При коде 100 f f > О; Х -Хз сО;

Х,-Хз 0, т,е. Х„ Х )Х с- Хэ 40

Х с f, Следовательно, среднее значение имеет частота Х, поскольку

f g) f, E fz. И так далее, Исходя из приведенных соотношений и неравенств осуществляется исполь- 45 зование кода на выходе дискриминатора для мультиплексирования средней частоты на вход устройства ее дальнейшей отработки, В момент включения дискриминатора в реверсивные счетчики 7, 12 и 17

Ь-< записывается исходный код N =2 где n — число разрядов счетчика, Из описанного следует, что если в момент включения и далее частоты оказываются равными, т,е, f„= Х; f,=f>, то в течение всего времени, пока сохраняется такое соотношение, код на выходе дискриминатора сохраняет значение 000. Это объясняется тем, что ни один из счетчиков 7, 12 и 17 при равенстве частот не формирует сигнала переноса на своем выходе (фиг.2к, л, м), посколь" ку коды счетчиков с течением времени меняются относительно исходного

N,= 4 (при n=3) на единицу то в сторону увеличения, то в сторону уменьшения, не достигая ни значения N=7 ни значения N=O, при которых в зависимости от состояния триггеров 4, 9, 14 возможно формирование сигналов переноса, следовательно, переключение триггеров 5, 10 и 15 по С-входам не происходит, Формирование текущего кода на выходе дискриминатора при условии

f<-f< > О; Х -f с О; f,-Х сО (100) осуществляется следующим образом, Если f,-Х =+ДЕ,, через время

С «с- — — — с момента включения дискДЕ риминатора текущий код в реверсивном счетчике 7 первого канала увеличивается на единицу по сравнению с исходным N =4 и далее изменяется с поо ступлением каждого импульса в пределах N=5-6, Начиная с момента первого увеличения кода N =4 счетчика 7 на единио цу, через каждый интервал времени

r. = †-- текущий код этого счетчика

I Д возрастает на единицу и через время

KPp, APp, (при и= Э) код реверсивного счетчика

7 достигает значения 7, при этом на его выходе появляется низкий потенциал сигнала переноса (фиг,2к),. вызывающий через формирователь 8 зались кода в реверсивный счетчик 7 по его

D-входам и срабатывание по С-входу триггера 5, Поскольку при возрастании кода в реверсивном счетчике 7

1 появление сигнала переноса на его выходе возможно лишь после поступления на его вход очередного импульса

f, по входной шине 1, то триггер 4 в этот момент находится в единичном состоянии на D-входе первого триггера 5, а также на D-входах реверсивного счетчика 7 с первого по (n-1 )-й присутствует высокий уровень„ а на его и-м D-входе — низкий уровень с инверсного выхода триггера 4, Поэтому в момент срабатывания формирова1559399

10 теля 8 триггер 5 устанавливается в единичное состояние, а в реверсивный счетчик 7 импульсов записывается код

N = 2" -1, т,е, 3, вместо N =4 при э включении дискриминатора и так далее до тех пор, пока f» остается больше, чем

Аналогично работают реверсивные счетчики 12 и 17 соответственно, с той лишь разницей, что в них через каждый интервал времени, равный со1 1 ответственно с = — — — = — — и

f — f ЬГ, 1 1

t = — — — = †--, текущий код в ре »-4 f3 версивных счетчиках 12 и 17 уменьшается на единицу, начиная от No=4 и до О, Поскольку всякое уменьшение отличного от нуля кода в счетчике возможно лишь в режиме вычитания, то в момент перехода кода реверсив.ного счетчика из значения N=l в значение N=Î триггер 8 или 14 находится в нулевом состоянии, обеспечивая 25 на и-м D-входе соответствующего реверсивного счетчика 12 или 1 7 высокий потенциал, а на остальных, с первого по (и-1}-й П-входах этого счетчика и на D-входе триггера 10 или 15 - низкий потенциал, На управляющем входе соответствующего реверсивного счетчика 12 или 1? в этот момент также имеет место низкий потенциал (режим вычитания), поэтому при N=0 на его выходе формируется сигнал переноса, поступающий на вход соответствующего формирователя 13 или 18, Выходной сигнал формирователя 13 или 18 обеспечивает запись па- 40 раллельного кода в соответствующий реверсивный счетчик 12 или 17 и по

С-входу триггера 10 или 15 подтверждает его нулевое состояние (фиг.2о,п), ! 45

Абсолютной ошибкой работы дискриминатора является количество импульсов выбранной (средней) частоты

Х Б ., которое проходит на вход

ЕЬ»Б ус тр ойс тв а з а в р емя, о тсчитыв аемо е от момента, когда текущая выбранная

50 частота перестает быть средней (изменилась в верхнюю или нижнюю сторону) и до момента изменения трехразрядного кода на выходных шинах 19, 20 и 21 дискриминатора, т.е, до момента смены выбранной ранее средней „частоты на новую, имеющую среднее значение в текущее время. Условия начала переключения при этом определяются соотношениями

dr. наимен вь!ьр } >

Выполнение любого иэ этих условий приводит к началу возрастания или уменьшения на единицу содержимого кода соответствующих реверсивных счетчиков до момента формирования сигнала переноса на их выходах, как описано ранее, Поскольку выполнение указанных условий (1) или (2} может начаться в любой момент времени и при любом текущем коде. в реверсивных счетчиках, то с момента начала выполнения одного из условий (1) или (2) до момента перехода на новую среднюю частоту максимальная абсолютная погрешность не превышает N»» импульсов, где Инемкость счетчика, равная

К = 2" и где n — число разрядов реверсивного счетчика в канале, Время переключения дискриминатора с выбранной частоты на новую определяется периодом разностной частоты в выражениях 1 и 2 и прямо пропорционально последнему

lИи N»» — Ы . т ;(3) » У

f íàèìeí f ebl6p ."и 1 1 и или t- — — - — — N т .(4)

»» ьыБ р на иБ

На точность работы дискриминатора средней частоты практически не влияет начальный разброс фаз входных сигналов после очередного переключения с выбранной частоты на новую, Кроме того, как видно из выражений (3) и (4), время переключения цифрового дискриминатора средней частоты является функцией степени разброса входных сигналов по частоте, Чем ближе частоты друг к другу по величине, тем меньше разность между ними, тем больше значение Т » или Тр и тем больше время переключения, При сохранений входными частотами своего постоянного значения время переключения с îa т,е ° дискриминатор сохраняет выходной трехразрядный код неизменныи во все время своей работы, и наоборот, чем сильнее возникший раэ12 брос входных частот, тем меньше период Тр< или Т их разностной часI тоты и тем быстрее происходит смена выходного кода, . т,е. переключение на новую частоту, По сравнению с известным предлагаемый дискриминатор имеет более высокую надежность, так как и извест= ном при начальном нулевом состоянии 10 реверсивного счетчика поступление первого импульса на вычитание сразу приводит к формированию сигнала переноса, в то время как в предлагаемом во всех случаях сигнал переноса формируется после прохождения 2 импульсов на сложение или вычитание, кроме того, имеется меньшее коли» чество элементов и связей.

Формула изобретения

Цифровой дискриминатор средней частоты, содержащий с первого по шестой триггеры, с первого по третий реверсивные счетчики импульсов, с первого по третий элементы ИЛИ-НЕ, причем. первая входная шина соединена с S-входами первого и пятого тригге- 30 ров, вторая входная шина соединена с К-входом первого и S-входом третьеIo триггера, третья входная шина соединена с R-входами третьего и пятого TpHFFepoB, прямые выходы первого, третьего и пятого триггеров соединены с входами управления первого, второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов соответственно и с

Р-входами второго, четвертого и шес- 40 того триггеров соответственно, первые входы. первого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены с Бвходами первого, третьего и пятого триггеров соответственно, вторые входы первого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены с R-входами первого, третьего и пятого триггеров соответственно, выходы первого, второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ соединены с тактовыми входами первого, второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов соответственно, а выходы второго,чет» вертого и шестого триггеров соединены с первой, второй и третьей выходными шинами соответственно, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены первый, второй и третий фор мирователи импульсов, входы которых соединены с выходами первого, второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов соответственно, а выходы. соединены с входами записи первого, второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов соответственно и с С-входами второго, четвертого и шестого триггеров соответственно при этом прямые выходы первого, третьего и пятого триггеров соеди» иены с D-входами всех разрядов, кроме старшего, первого, второго и третьего реверсивных счетчиков импульсов соответственно, D-входы старших разрядов которых соединены с инверсными выходами первого, третьего и пятого триггеров соответственно.

1559399

Составитель А.Смирнов

Техред А.Кравчук Корректор Э.Лончакова

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 841 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101