Многоканальный преобразователь разности частот в код

 

О П И С А Н И Е (щ 590849

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.12.75 (21) 2300957/18-24 с присоединением заявки ¹ (51) М Кл.з Н 03К 13/20 госуаарственный комитет (23) Приоритет

Соке а Микисров СССР ло делам изооретенкй и откры!нй (43) Опубликовано 30.01.78. Бюллетень № 4 (53) УДК 681,325(088.8) (45) Дата опубликования описания 27.02.78 (72) Автор изобретения

3. К. Скворцов (71) Заявитель

Специальное конструкторское бюро научного приборостроения

Сибирского отделения АН СССР (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ

ЧАСТОТ В КОД

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в устройствах для считывания информации о перемещении, например, скорости или положения объекта. 5

Известны многоканальные преобразователи разности частот в код (1), содержащие генератор опорных импульсов, соединенный со входами коммутатора, блока управления и блока синхронизации, подключенного к входу регист- 10 ра и входу сумматора, выход регистра соединен с другим входом сумматора„счетчик, приемники информации, соединенные со входами коммутатора.

Недостатком известного преобразователя 15 является его недостаточная помехозащищенность.

Наиболее близким решением является преобразователь (2), содержащий делитель частоты, подключенный через последовательно сое- 20 диненные излучатель, приемники информации и коммутатор, к одному входу вычитателя, выход которого через блок синхронизации соединен с двумя входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом регистра, 25 к счетному входу которого подключен выход сумматора, выходы блока управления соединены с управляющими входами блока синхронизации, сумматора, коммутатора и регистра, выходы генератора опорных импульсов под- 30 ключены ко входам делителя частоты и блока управления. Недостатком известного преобразователя является его невысокая надежность, вызванная необходимостью применения внешних фильтрующих устройств. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя.

Это достигается тем, что в него введены счетчик, блок предустановки и многовходовой элемент И, выходы разрядов регистра через последовательно соединенные блок предустановки, счетчик и многовходовой элемент И соединены с другим входом вычитателя, счетный вход счетчика соединен с дополнительным выходом генератора опорных импульсов, дополнительный выход блока управления соединен с управляющим входом блока предустановки.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Преобразователь содержит (см. фиг. 1) последовательно соединенные генератор 1 опорных импульсов, делитель 2 частоты, излучатель 3, приемники 4 информации, коммутатор

5, выход которого соединен с одним входом вычислителя 6. Выход вычитателя 6 через блок

7 синхронизации соединен с двумя входами сумматора 8, средний вход которого соединен с выходом регистра 9, к счетному входу которо590849 го подключен выход сумматора 8. Выходы разрядов регистра 9 через последовательно соединенные блок 10 предустановки, счетчик

11 и многовходовой элемент И 12 соединены с другим входом вычитателя 6. Выходы генератора 1 опорных импульсов подключены ко входу блока 13 управления и счетному входу счетчика 11. Выходы блока 13 управления соединены с управляющими входами блока 7 синхронизации, сумматора 8, коммутатора 5, регистра 9 и блока 10 предустановки. Блок 7 синхронизации содержит блок 14 тактования и вентили 15 и 16, одни входы которых соединены с выходом блока 13 управления, а другие — с выходами блока 14 тактования, соединенного с выходом блока 13 управления.

На диаграмме (фиг. 2) рассмотрен (i+1)ый период работы трехканального преобразователя с восьмиразрядными двоичными кодами разностей частот Ла, Ла, Ло в каждом из каналов, причем четыре младших разряда кода использованы для запоминания положения фронта прямоугольного входного сигнала, то есть элементарное приращение фазы входного сигнала равно 1/16 периода излучаемого сигнала.

Преобразователь работает следующим образом. Приемники 4 информации обнаруживают, усиливают и формируют входные сигналы.

Прямоугольные сигналы с выходов приемников 4 информации поступают через коммутатор 5 на вход вычитателя 6, производящего вычитание частот. Порядок и продолжительность подключения приемников 4 информации через коммутатор 5 ко входу вычитателя 6 показаны на фиг. 2, а, Продолжительность подключения одного приемника 4 к вычитателю 6 должна превышать один период входного сигнала, чтобы за время действия сигнала приемника 4 на вычитатель 6 появился по крайней мере один, например, передний фронт этого сигнала, не совпадающий во времени с моментами коммутации приемников 4 информации. Кроме того, необходим дополнительный отрезок времени для фиксирования состояния вычитателя 6 с помощью блока тактования 14, так как момент фиксирования не должен совпадать с моментом переключения вычитателя 6. В рассматриваемом преобразователе время подключения приемника 4 информации к вычитателю 6 взято равным двум периодам излучаемого сигнала с той целью, чтобы все каналы преобразователя находились в одинаковых условиях: при одинаковой фазе входных сигналов обеспечиваются одинаковые коды разностей частот (разностей фаз, перемещений и т. п.) в кольцевой счетной схеме, включающей сумматор

8 и регистр 9.

На второй вход вычитателя 6 от многовходного элемента И 12 поступают переключающие импульсы, время появления которых зависит от величин кодов разностей частот, циркулирующих в регистре 9. Состояние вычитателя 6 определяется суммарным действием упомяну10

65 тых сигналов на его входах. Поэтому до рассмотрения работы блока тактования 14 вентилей 15 и 16 и сумматора 8, выделяющих и суммирующих элементарные приращения фаз входных сигналов, необходимо предположить наличие кода в регистре 9 и рассмотреть работу счетчика 11 с блоком 10 предустановки и элемента И 12, формирующих второй входной сигнал для вычитателя 6.

На фиг. 2, б на временной диаграмме указывается порядок появления кодов разностей частот на 1-м промежуточном входе регистра

9. Пусть произвольный двоичный код во втором канале представляет число 1001 (младшие разряды на фиг. 2, бпомещены слева всоответствии с осциллограммой кода). При этом время прохождения кода одной разности частот через промежуточный вход регистра 9 равно времени подключения одного приемника

4 информации к вычитателю 6, а момент появления кода на промежуточном входе регистра

9 опережает момент подключения соответствующего приемника к вычитателю 6 на величину, равную половине промежутка времени между двумя тактовыми импульсами, продвигающими коды разностей частот в регистре 9.

Последовательность тактовых импульсов, поступающих от блока управления 13 к регистру

9, осуществляющему сдвиг кода, показана на фиг. 2, в.

На фиг. 2, r изображена последовательность стробирующих импульсов, поступающих на блок 10 предустановки от блока 13 управления. Эти импульсы, длительность которых много меньше промежутка времени между двумя тактовыми импульсами для регистра 9, осуществляют установку на счетчике 11 кода, инверсного по отношению к коду, составляющему и младших разрядов кода разности частот в регистре 9 сдвига. Если четыре младших разряда кода по второму каналу представляют число 1001, то счетчик 11 будет установлен в состояние 0110. На счетный вход счетчика 11 поступает от генератора 1 опорных импульсов последовательность импульсов, изображенная на фиг. 2, д, с периодом, равным 1/16 периода входного сигнала. Длительность импульсов этой последовательности меньше длительности импульсов, стробирующих блок 10 предустановки (фиг. 2, г), а передние фронты их совпадают. Поэтому счетчик 11 начинает работать с первого импульса последовательности, изображенной на фиг. 2, д, следующего непосредственно за импульсом предустановки счетчика 11. Когда на счетный вход счетчика 11 поступят девять импульсов, счетчик 11 окажется в состоянии 1111 и через элемент И 12 выдаст импульс, показанный на фиг. 2, е, который, воздействуя на переключающий вход вычитателя 6, установит вычитатель 6 в одно из двух положений — единицу или нуль, в зависимости от положения фронта (в данном примере — переднего фронта) прямоугольного сигнала с выхода приемника 4 информации (т. е. в зависимости от уровня входного сигнала), 590849

5

На временной диаграмме (см. фиг. 2, а и 2, е) передний фронт сигнала приемника 4 информации (фиг. 2, а) располо>кен слева от импглт са на фиг. 2, е и поэтому вычитатель

6 оказался установленным в положение «+I» (фиг. 2, ж), так какуровень входного сигнала, соответствующий этому импульсу, единичный.

Таким образом. на вычитателе 6 происходит сравнение положения фронта прямоугольного сигнала с выхода приемника 4 информации (т. е. входного сигнала преобразователя) в (i+I)-ый цикл т>аботы преобразователя с поло>кением фронта того же прямоугольного сигнала, но только для i-ro цикла.

Положение фронта прямоугольного входного сигнала запомтптается на один цикл благодаря наличию кода разности частот в кольцевой счетттойт схеме поеобразователя. Непосредственно переч подклточением приемника 4 инфооматпти т< вы титателто 6 в (i+1)-ом цикле начинается процесс преооразования младптих разрядов соответствуюшего кода разности частот во впеттте>тттой интепвал, который заканчивается тЬормироваттием импульса на выходе элемента И 12. Именно этот импульс, сигнализирующий о переполнении счетчика, и является сигналом, воспроизводятцим положение фронта прямоугольного входного сигнала в <ом цикле работы преобпазоватечя, то есть, прибавив один периоч работы преобразователя к моменту появления фронта входного сигнала в i-ом цикле паботы преобразователя, в опт>еделенном канале. можно определить в (i+1)ом цикле для того >ке канала момент появления импульса HB выходе элемента И 12. При этом период, сигналов, поступаютцих на счетный вход счетчика 1, равен вес . самого младшего разряда кода разности частот.

Блок 14 тактования аналогичен по устройствт. вычитате,чю 6. На очин из его входов пост патот сигналы от вьтчитателя 6, а на другой вход от блока I3 управления подаются пепек.чточятотттие импульсы, изобра>кенные на фиг.

2, 3. Эти импульсы стпобттттт.тот блок 14 тактовапия в когттте проме>кутка времени, соответствутощего подключению приемника 4 информации к вычитателю 6. Поскольку этот промежуток времени, как указано вьппе, больше одного пепиода входного сигнала, в каждом цикле чля каждого канала блок 14 тат<тованття фиксипует состояние вычитателя 6, так как на выходе элемента И 12 успевает появиться по крайней мере очин импульс, переключающий вьт титате.ль 6.

На фиг. 2, v пот<азаттьт временные интервалы, в которых информация на выходе блока тактовантт:т соответствует I-Mv, 2-vfv и 3-му тсатта.Лам. Сигналы с прямого и ттнверсного выхода тьчотса 14 тактованпя поступают на два вентиля I 5 и 16, которые стпобттр ют я имтт Thc. à òè, изображенньт 4Н на сЬиг. 2, к. Сигналы с выходов вентилей 15 и 16, соответствуюшие элементарным приращениям фазы входного сигнала «+ 1» или « — 1», поступают на входы

45 сложения и вычитания сумматора 8, на третий вход которого поступают двоичные коды разностей частот из регистра 9 (см. фиг. 2, л).

Это дает возможность скорректировать код разности частот по отношению к действительному положению фронта входного сигнала.

В рассматриваемом случае смещение фронта входного сигнала влево равнозначно уменьшению задержки сигнала по фазе, поэтому формируется сигнал элементарного прирашения фазы « — 1». На прямом выходе блока 14 тактования имеется единичный уровень, который через вентиль 15 обеспечивает формирование на входе сумматора 8 сигнала « — 1».

Код разности частот Ло (и+1), равный 1000, показана на фиг. 2, м.

Сигналы от блока 13 управления устанавливают нулевые значения кодов в регистре 9, а по истечении заданного промежутка времени пт>екрацтается стробирование вентилей 15 и

16. После этого в регистре 9 будут последовательно расположены двоичные коды разностей частот для 1, 2 ... т-го каналов, являющиеся выходными кодами преобразователя (или коды скоростей объектов в случае допплеровского преобразователя). Затем цикл измерения может быть повторен.

Если при пуске в работудопплеровского преобразователя в регистре 9 устанавливаются начальные значения кодов (в частности, нулевые), а стробирование вентилей происходит непрерывно, то выходные коды преобразователя являются кодами перемещений излучателя 3 относительно приемников 4 информации.

Изменение старших разрядов кодов разностей частот (скоростей, перемещений) происходит в результате переполнения младших разрядов (осушествляюших запоминание положения фронта входного сигнала) — выделения единиц переносов или заемов из старших разрядов. Сигналы переносов нз самого старшего разряда кода в самый младший разряд кода следуютцсго канала (как и сигналы заемов для самого старшего разряда) гасятся в сумматоре 8 сигналами от блока 13 управления.

Эффективность предлагаемого преобразователя разности частот в код проверена при его использовании для определения перемещений излучателя относительно приемников ультразвука в воздушной среде. По сравнению с прототипом предлагаемый преобразователь допускает повышение уровня шумов на 20 децибелл. Дискретная фильтрация входных сттгналов в предлагаемом преобразователе сделала нен жным использование резонансных уси лнтелей для входных сигналов. Широкополос нтте усилители после приемников ультразвук позволили прат<тическтт свести к нулю сдвш фазы между исходным сигналом частотног< датчика и входным сигналом преобразователя

В результате точность отсчета перемещенит повысилась примерно вдвое.

590849

Формула изобретения

Многоканальный преобразователь разности частот в код, содержащий делитель частоты, подключенный через последовательно соединенные излучатель, приемники информации и коммутатор к одному входу вычитателя, выход которого через блок синхронизации соединен с двумя входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом регистра, к счетному входу которого подключен выход сумматора, выходы блока управления соединены с управляющими входами блока синхронизации, сумматора, коммутатора и регистра, выходы генератора опорных импульсов подключены ко входам делителя частоты и блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, в него введены счетчик, блок предустановки и многовходовой элемент И, выходы разрядов регистра через последовательно соединенные блок

5 предустановки, счетчик и многовходовой элемент И соединены с другим входом вычитателя, счетный вход счетчика соединен с дополнительным выходом генератора опорных импульсов, дополнительный выход блока управ10 ления соединен с управляющим входом блока предустановки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Мо 451116, 15 кл. G 08С 9/04, 11.02.73.

2. Авторское свидетельство СССР Ию 475638, кл, G 06K 11/00, 1972, 590849 е() 1Ш

66 и л u)> (n- I)

Т

f1 л о1з(л) д ld>(n+

Рие, Г

Составитель И. Назаркина

Техред И. Михайлова

Корректоры: Л. Орлова и Л. Котова

Редактор P. Киселева

Заказ 520/11 Изд. № 170 Тираж 1080

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3К-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2