Частотное пороговое устройство
Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах рротивоаварийной автоматики, а также в системах контроля любых величин, преобразованных в частоту. Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 эталонной частоты, делители 2.4 частоты, триггер 3, формирователь 6 коротких импульсов, выходную шину 5, входную шину 7 с соответствующими связями . 2 СЛ.Ф-ЛЫ, 3 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам
1 (21) 4944238/21 (22) 11.06.91 (46) 30.1193 Бюл Мя 43-44 (71) Московский агрегатный завод "Дзержинец" (72) Краскин В М. (73) Краскин Владислав Михайлович (54) ЧАСТОТНОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к импульсной технике и (в) ÉRU U(и) 2ОО4О72 (Д (51) 5 КОЗ КД/26 может быть использовано в устройствах противоаварийной автоматики, а также в системах контроля любых величин, преобразованных в частоту. Сущность изобретения: устройство содержит генератор
1 эталонной частоты, делители 2, 4 частоты, триггер
3, формирователь 6 коротких импульсов, выходную шину 5, входную шину 7 с соответствующими связями. 2 сл.ф-лы,3 ил.
2004072
Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах пративоаварийной автоматики, а также н системах контроля любых величин, преобразованных н частоту. 5
Известно устройство для допусконого контроля частоты, представляющее собой днухуронненое частотное пороговое устройство и содержащее формирователь импульсов, два последонательно включенных ждущих Мультивибратара и триггеры, выходы которых являются выходами устройства (1), Для исключения лажных срабатываний устройства при изменении частоты входного сигнала в широком диапазоне управление подачей импульсов с. выхода формирователя на вход первого ждущего мул ьтивибратора осуществляется дополнительной схемой управления. Действие устройства основана на cpàâttåíèè 20 длительности прямоугольных импульсов, сформированных из положительной полувалны входного сигнала, с длительностью эталонных импульсан, генерируемых ждущими мультинибраторами, 25
Описанное устройство имеет низкую точность, обуслонленну!а недостаточной стабильностью эталонных импульсов v, чувств!1Тельность!о K искажениям формы кривой контролируемого входного сигнала.
Кроме того, в устройстве не предусмотрены . меры для организации гистерезиса с целью исключения режима. "звонка" при модуляциях частоты входного сигнала, à налич!ле
ДОГ!ел !ительной схемы уп реале! !Ия значительно усложняет конструкцию.
Наиболее близким по технической сущИОсти к за»нляемо1 лу является выбранное в качестве прототипа частотное пороговое устройство, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, ныX0P KOTOPOt Q tlOQ,KfllQЧЕН K t18PBOMy BXG, триггера и входу установки нуля второго делителя .!астоты, выход которого подключе!1, 45 к второму входу триггера. первый выход которого подключен к ьыхадной шине, входную шину 12). Счетный вход второго делителя частоты подключен к входной шине, а выход — к входу установки нуля первого 50 делителя частоты.
Это устройство обладает недостаточной надежностью функционирования из-за вазможности несрабатывания, Обусловленного отсутствием синхронизации в рабате дели- 55 телей. Кроме того, для перестройки частотного порога с целью организации гистерезиса н устройства введен специальный блок предустановки, что усложняет конструкцию.
Цель изобретения по первому варианту — повышение надежности функционироваНИЯ.
С этой целью н частотное пороговое устрайбтво, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, выход которого подключен к второму входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине, входную шину, введен формирователь коротких импульсов, вход которого подключен к входной .шине; а выход — к входу установки нуля первого делителя частоты и счетному входу второго делителя частоты, Цель изобретения по второму варианту — повышение надежности функционирования при одновременном упрощении перестройки частотного порога.
С этой целью в частотном пороговом устройстве, содержащем-генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен х первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, выход которого подключен к второму входу триггера, первый выход которого подключен к.выходной шине, входную шину, первый делитель частоты выполнен на счет.:1ке импульсов с возможностью предустановки кода и в устройство введен формирователь коротких импульсов, вход которого подключен к входной шине, а выход — к.счетному входу второго делителя частоты и входу установки нуля первого делителя частоты, по крайней мере адин из входов предварительной установки которого падкл!Очен к первому или второму вь!ходу триггера.
В результате проведенных патентных исследований указывая совокупность отличительных признаков не обнаружена, Таким образом, устройства соответствуют критери!о "существенные отличия".
На фиг. 1 и редставлена структурная схема частотного порогового устройства по первому варианту; на фиг. 2 — структурная схема частотного порогового устройства по второму .варианту; на фиг, 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства па второму варианту.
Устройство по первому варианту содержит генератор 1 эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу делители 2 частоты. Выход последнего подключен к первому входу триггера 3 и входу установки нуля делителя 4 частоты, выход которого подключен к второму вхалу тригге2004072 ра 3, первый выход которого подключен к выходной шине 5. Формирователь 6 коротких импульсов входом подключен к входной шине 7, а выходом — к входу установки нуля делителя 2 частоты и счетному входу делителя 4 частоты.
Устройство работает следующим образом.
Генератор 1 эталонной частоты вырабатывает прямоугольные импульсы эталонной частоты f», значительно превышающей заданную частоту срабатывания устройства f>, В качестве делителей 2 и 4 частоты используются счетчики-делители, причем делитель 2 частоты устанавливается в нулевое состояние сигналом низкато уровня, а делитель 4 частоты — сигналом высокого уровня.
Импульсы входной частоты f> с входной шины 7 поступают на вход формирователя.
6 коротких импульсов, на выходе которого по переднему фронту каждого входного импульса формируется короткий импульс низкого уровня длительностьютк., абнуляющий делитель 2 частоты. Задним фронтом короткого импульса записывается "1" в младший разряд делителя 4 частоты и одновременно снимается сигнал обнуления с входа установки нуля делителя 2 частоты, при этом последний начинает осуществлять пересчет эталонных импульсов, поступающих на его счетный вход с выхода генератора 1 эталонной частоты, Коэффициент деления делителя 2 частоты выбирается таким, чтобы интервал времени от момента снятия сигнала обнуления до момента появления импульса на его выходе Q был бы
1 равен — — г.и..
При ах<4 делитель 2 частоты успевает заполниться до конца периода входной частоты fx и своим выходным импульсом удерживает триггер 3 в состоянии "0". Наличие на выходной шине 5 сигнала низкого уровня соответствует условию fx
При повышении частоты входного сигнала до 4>f делитель 2 частоты не успевает заполняться за период входной частоты, поэтому импульсы на ега выходе не появляются. При этом делитель 4 частоты не обнуляется и продолжает пересчет импульсов, поступающих на его счетных вход. Появляющийся на его выходе импульс перебрасывает триггер 3 в состояние "1", последующие импульсы на выходе делителя
4 частоты лишь подтверждают это состояние триггера. Наличие на выходной шине 5 сигнала высокого уровня соответствует условию fx> f3.
Устройство по варианту второму содержит генератор 1 эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу делителя 2 частоты, выполненного на счетчике импульсов с возможностью предустановки кода. Выход делителя 2 чь "таты подключен к первому входу триггера 3 и входу установки нуля делителя 4 частоты, выход которого подключен к второму входу тригге1.0 ра, первый выход которого подключен к выходной шине 5. Формирователь 6 коротких импульсов входом подключен к входной шине 7, а выходом — к счетному входу делителя
4 частоты и входу установки нуля делителя
2 частоты, по крайней мере один из входов предварительной установки которого подключен к первому или второму выходу триггера 3.
Принцип работы устройства описывает20 ся на примере конкретно схемы, выполненной на микросхемах 564 серии, где 2— программируемый счетчик-делитель
564ИЕ15, 3 — триггер 0-типа 564ТбЛ2, 4— суммирующий двоичный счетчик-делитель
25 .564ИЕ10.
Генератор 1 выполнен на основе кварцевого резонатора и вырабатывает прямоугольные импульсы эталонной частоты
f3T» fs, подаваемые на счетный вход Т программируемого счетчика-делителя 2.
Импульсы входной частоты f> с входной шины 7 поступают:на вход формирователя 6 (фиг. За), который по переднему фронт каждого входного импульса ф рмирует короткий импульс низкого уровня заданной длительности тк.и.(фиг. Зб), достаточной для установки программируемого счетчикаделителя 2 в исходное состояние (для
564ИЕ15 не более трех полных периодов
40 тактовой частоты) и последующего восстановления готовности двоичного счетчикаделителя. 4 к приему счетного импульса после снятия сигнала обнуления (для 64ИЕ10 Ы,5 мкс). Программируемый счет"5 чик-делитель 2 работает в режиме периодического счета с заданным коэффициентам деления, выбираемым в соответствии с выс 1 ражением f»(— — гк.и,), а при срабатываfç нии устройства он изменяется на более высокий, соответствующий выражению
f> (— t<.и. ), где 6 — ширина гистеfý г резиса, Коэффициент деления набирается с помощью входов формирования модуля l4, Кв, Кс и предварительной установки it ... l 6, Входы Ка. Кс служат также для запрета счета и установки программируемого счетчикаделителя 2 в исходное ".осто я«ие
2004072 (Кэ=Кс=О). Один или оба эти входа в зависимости от того, на какие из них для обеспечения выбранного модуля в ходе счета должен быть подан сигнал "1", подключаются к выходу формирователя 6 коротких импульсов, На фиг, 2 показано подключение к этому выходу только входа Кс. Все другие входы в соответствии с заранее рассчитанной программой установки требуемого коэффициента деления подключаются либо к. прямому, или инверсному выходам триггера
3 (в том случае, если для обеспечения требуемой перестройки коэффициента деления необходимо изменять их состояние), либо к постоянным потенциалам 0 и 0 .
В начале первого периода контролируемого входного сигнала после прохождения короткого импульса низкого уровня с выхода формирователя 6 запускается программируемый счетчик-делитель 2, одновременно задним фронтом этого импульса записывается единица в двоичный счетчик-делитель 4 (фиг. Зв). При fx В начале следующего периода контролируемого входного сигнала за время прохождения короткого импульса программируемый счетчик-делитель 2 устанавливается в исходное состояние, а после пропадания его выходного импульса двоичный счетчик-делитель 4 подготавливается к поступлению счетного импульса. Прсцесс повторяется периодически каждый период. При повышении частоты входного сигнала до fx>4 программируемый счетчик-делитель не успевает заполниться до конца периода и устанавливается в исходное состояние коротким импульсом с выхода формирователя б в начале следующего периода. По заднему фронту этого импульса происходит переключение сигналов на выходах G1u Q2 двоичного счетчика-делителя 4 (фиг. 3 в; д). Импульс с выхода Q2 своим передним фронтом перерабатывает тригl 8p 3 (Од=-U, Us=U, UR=0) в состояние " 1" о (фиг. 3e). При этом сигнал "1" с его прямого выхода фиксирует на выходной шине 5 факт повышения. частоты, Изменение сигналов на прямом и инверсном выходах триггера 3 приводит к перестройке коэффициента де. ления программируемого счетчика-делителя 2. Теперь триггер оказывается в состоянии "1" до тех пор, пока контролируемая частота f».íå станет меньше, чем f3- Мг 30 ro временной сдвиг между началами отсчета 40. го и второго делителей; 50 55 рт, что время восстановления делителя час10 В частотном пороговом устройстве, выбранном за прототип, выявление соотношения частоты входного сигнала fx и заданной f3 осуществляется путем сравнения длительности пауз, формируемых в каждом цикле сравнения на выходах делителей частоты при пересчете ими счетных импульсов. При работе устройства в зависимости от соотношения сравниваемых частот один из делителей частоты работает в непрерывном режиме деления и задает длительность цикла сравнения, начало которого совпадает с началом паузы в выходном сигнале данного делителя частоты, а другой — в периодическом режиме, обнуляясь в конце каждого цикла сравнения импульсов, возникшим ка выходе делителя частоты, работающего в непрерывном режиме. При этом начало пересчета счетных. импульсов делителем частоты, работающим в периодическом режиме, оказывается сдвинутым во времени относительно начала цикла сравнения в основном из-за временного сдвига момента поступления первого. счетного импульса относительно начала цикла сравнения. При высокой частоте входного сигнала необходимо учитывать и время восстановления делителя частоты после скятия сигнала обнуления. Возникающий в результате этосчетных импульсов делителями частоты приводит к нестабильности времеки срабатывания устройства, а при определенных условиях к его несрабатыванию Для обоснования этого рассмотрим работу устройства при изменении частоты ВХОДНОГО СИГНаЛа С fx1(fx1 Предварительно обозначим К1 и М2 — коэффициенты. деления перво-" К1 и K2 — коэффициенты пропорциональности между длительностью выходного импульса и периодом тактовой частоты для первого. и второго делителеи; Тп1, тп2 — ДЛИтЕЛЬНОСтЬ ПаУЗ В ВЫХОДных сигналах делителей при их работе в непрерывном режиме; 1, 1 1 Тэт= —, Тэ= —, Тх=, Л Хх=Тэ Тх тэт э. fx ТОГДа Гп1=Тэт(Ч1 К1), Т п2=Тх(Ч2 — К2), а С учетом условий срабатывания устройства (п1= тп2 ПРИ f»= тз) tn1=Тэт(И1 К1)=Тэф2 К2) (1) При анализе работы устройства считатоты после снятия сигнала обнуления равно нулю. Пусть в исходном состоянии 1х=(х1. ПРИ ЗтОМ Хп2> Гп1 И ИМПУЛЬСЫ На ВЫХОДЕ первого делителя появляются раньше, чем 2004072 10 на выходе второго и, поступая на вход установки нуля второго делителя, периодически устанавливают его в исходное состояние. Пусть в момент То (0 СИГНаЛа С fx1 Íà fx2 НЕтрудНО ПрОВЕрИтЬ, Чта тх2 fç пРи Тс,>Тэ " (Nz — К2) в пеРвом цикfx2 fx1 ле сравнения устройство не срабатывает. Для срабатывания устройства в одном из последующих циклов сравнения необходимо, чтобы временной сдвиг между началом пересчета тактовых импульсов вторым делителем частоты и началом цикла сравнениЯ был меньше, чем тн1 — гл2. т.е. необходимо, чтобы было выполнено условие 0 n — число последующих, циклов сравнения. Преобразовав неравенство (2) 0<ТО + Тэт К1 <Лтх М2 К2 (3) О<=+ . и< рассмотрим возможности срабатывания устройства, >1. Тх В этом случае срабатывание устройства всегда гарантируется, причем уже во втором цикле сравнения, поскольку, учитывая, что Т <Тэт И1, à m — ЦЕЛОЕ ЧИСЛО С ДИСКРЕтОМ, равным единице, условие (3) всегда выполняется при n=1. < 1. "х В этом случае срабатывание устройст ва не может быть гарантировано. ДейстТэт Ц1 вительно, если — целое число и при Тх этом выбрать То таким, чтобы дробная То часть отношения —, находилась в предеТх ЬВ -.М Ъ Ь Тх Тх "Тх " то условие (3) ие может быть выполнено ни при каких целых m и и, т.е. в данном случае устройство не срабатывает. Из изложенного следует, что для обеспечения надежности функционирования рассматриваемого устройства при малых отклонениях частоты входного сигнала от заданной необходимо выбирать большим коэффициентом деления Nz, а это приводит 20 к увеличению времени срабатывания устройства, что часто неприемлемо. Рассмотрим конкретный пример. Пусть требуется обеспечить гарантированное срабатывание устройства при повышении частоты входного с. снала на 1 ВЫШЕ f3, т,Е. ПрИ fx2=1,01f3. ПрИ ЭТОМ ОЦЕНИМ предельный, наиболее благоприятный с точки зрения времени срабатывания случай, когда длительность выходных импульсов. формируемых делителями, близка к нулю, т.е. можно принять К1=К2=0, В этом случае hT„ для выполнения условия — "- Nz > 1 не-. Тх обходимо, чтобы Nz> 99, т.е. выбираем N2=100. Оценим максимально возможное время срабатывания, считая, что в предшествующем режиме частота была равна 1х1=0,99 f3. Накладывая условие несрабатывания в первом цикле сравнения (Tp>50T>), выбираем Томнн=50,1 Тэ. Тогда с Тср.макс.=1 12 Тэ Томин+Тх2 И2=(1 00-50, 1)Тэ+ 25 + 1 01 Òэ=1 48,9Тэ, I т.е. в рассмотренном случае время срабатывания может достигать почти 150 периодов заданной частоты срабатывания, Возможность уменьшения коэффици30 ента деления ограничена в р=ссматриваемом устройстве и используемым принципом перестройки частотного порога. Так, Юг=4э „., где п — число, ввои 12 К2 35 димое во второй делитель для перестройки его коэффициента деления. Поскольку пм;,= 1, то, например, при Ж вЂ” — 0,02 fq необходимо, чтобы Nz 50. В предлагаемом устройстве начало цикла сравнения задается задним фронтом короткого импульса и привязано к началу . периода входного сигнала. В любом режиме временной сдвиг начала отсчета счетных импульсов имеет место только для первого 45 делителя. В связи с этим, выбрав f»»f3, можно резко снизить его величину, что повышает надежность функционирования устройства. Так, при — =10 гэ.с.=0,1 g T . тэт 3 fç 5D При введении перестройки частотного порога она обеспечивается путем изменения N1, т.е. при этом величина N2 снизу не ограничивается. Все это позволяет уменьшить длительность цикла сравнения до одного периода, т,е. уменьшить вре ..я срабатывания устройства до минимума при сохранении надежности функционирования. 2004072 3 (56) 1. Авторское свидетельство СССР М 1478315, кл. Н 03 К 5/26, 1987. Формула и эоб ре те н и я 1. ЧАСТОТНОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, выход которого подключен к второму входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине, входную шину, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования, в устройство введен формирователь коротких импульсов, вход которого подключен к входной шине, а выход - к входу установки нуля первого делителя частоты и счетному входу второго делителя частоты. 2. Частотное пороговое устройство, содержащее генератор эталонной частоты, выхэд которого подключен к счетному вхо2. Авторское свидетельство СССР N. 661761, кл. Н 03.К 5/26, 1977. 5 ду первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, выход которого подключен к второму входу триггера, первый выход которо10 го подключен к выходной шине, входную шину, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования при одновременном упрощении перестройки частотного порога, первый дели15 тель частоты выполнен на счетчике импульсов с воэможностью предустановки кода и в устройство введен формирователь коротких импульсов, вход которого подключен к входной шине, а выход - к.счетно20 му входу второго делителя частоты и входу установки нуля первого делителя частоты, по. крайней мере один из входов предварительной установки которого подключен к первому или второму выходу триггера. 
