Устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов

 

Союз Советских

Социвлистичееник

Республик

< >862150 (61) Дополнительное к авт. свид-sy (22) Заявлено 131279 (21) 2872270/18-24 с присоединением звявии йо (23) Приоритет

Р1)М. К,.

G 06 G 7/18

Государстиеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 070981.. Бизллетень 89. ЗЗ

Дата опубликования описания 070981 (53) УДК 681. 335 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В. Б. Дудыкевич и В. Н. Максимович (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ ЧАСТОТНОИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к устройствам дифферснцирования частотно-импульсных сигналов с представлением результата в

5 цифровой форме.

Известно частотно-импульсное дифференцирующее устройство (1), содержащее блок выделения разности

10 периодов блок возведения входной частоты в куб, ключ и счетчик результата.

Известно также частотно-импульсное дифференцирующее устройство j2 J, содержащее блок управления, генератор 15 опорной частоты, блок измерения разности периодов, управляемые делители частоты, ключ, делитель частоты, группу элементов И, счетчик периодов и счетчик результата. 29

Наиболее близким к изобретению является устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов P),, содержащее ключи, группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к шине ввода дифференцируемой частоты, реверсив-, ный счетчик, вход обнуления которого соединен с первым входом блока .управления, а выходы разрядов - с ЗО первыми входами элементов И первой группы, подключенных вторыми входами к второму выходу блока управления, и счетчики, первый из которых соединен счетным входом с выходом первого ключа, выходами разрядов — с первыми входами элементов И второй группы, подключенных выходами к входам разрядов реверсивного счетчика, вычитающий и суммирующий входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего ключей. Управляющий вход второго ключа.подключен к управляющим входам первого и третьего ключей и к выходу первого триггера, соединенного первым входом с выходом дешифратора, подключенного входами к цифровому выходу функционального генератора и к первым входам элементов И третьей группы, соединенных выходами с информационными входами регистра, подключенного выходами к первым входам элементов

И четвертой группы, соединенных вторыми входами с выходом второго счетчика и входом второго триггера, а выходами - с входами разрядов второго счетчика, подключенного счетным входом к первому частотному выходу функционального генератора и к входу..

862150 делителя частоты, соединенного выходом с специальным входом первого ключа. Сигнальный вход второго ключа подключен н второму частотному выходу функционального генератора, сигнальный вход третьего ключа соединен с выходом второго триггера.

Второй вход первого триггера, вторые входы элементов И второй и третьей

1группн и входы обнуления регистра, счетчиков и делителя частоты подключены к соответствукщим выходам блока управления. Функциональный генератор выполнен на генераторе опорной частоты, делителе частоты, счетных счетчиках и трех группах элементов И.

Недостатком этих устройств является нх техническая сложность.

Целью изобретения является упрощение устройства.

С этой целью устройство для диф.ференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее ключи, группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к шине ввода дифференцируемой частоты, реверсивный счетчик, вход обнуления которого соединен с первым выходом блока управления, а выходы разрядов — с первыми входами элементов И первой группы, подключенных вторыми входами к второму выходу блока управления, и счетчики, первый из которых соединен .счетным входом с выходом первого ключа, а выходами разрядов— с первыми входами элементов И,второй группы, содержит элементы ИЛИ, блоки сложения, блоки вычитания и делитель частоты на три, подключенный выходом к первому входу первого блока вычитания, а входом — к выходу первого элемента ИЛИ, соединенного входами с выходами элементов И третьей группы, первые входы которых подключены к выходам. разрядов первого счетчика, а вторые входы - к выходам разрядов реверсивного счетчика и к вторым входам элементов И второй группы, соединенных выходами с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания и к первому входу первого блока сложения, соединенного вторым входом с выходом первого блока вычитания, а выходом— с вторым входом первого блока вычитания и с сигнальным входом первого ключа, подключенного управляющим входом к третьему выходу блока управления, соединенного четвертым выходом с управляющим входом второго ключа, сигнальный вход которого подключен к выходу второго блока сложения и к второму входу второго блока вычитания, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, соединенного промежуточным выходом с вторым входом блока управления, а выходом переполнения - с третьим входом бло ка управления, четвертый вход которого подключен к выходу второго счетчика, соединенного входами разрядов с выходами элементов И первой группы, а счетным входом - с выходом третьего ключа, подключенного управляющим входом к пятому выхОду блокауправления, а сигнальными входамик шине ввода опорной частоты и к первому входу второго блока сложения, второй вход которого соединен с выхо дом четвертого ключа, подключенного сигнальным входом к выходу второго блока вычитания, а управляющим входом — к шестому выходу блока управ-, ления, соединенного седьмым и восьмым

15 выходаэе с входами управления реверсом реверсивного счетчика.

Блок управления содержит элементы И и ИЛИ, элемент задержки, инвертор, триггеры и счетчик, подключен20 ный счетным входом к выходу первого элемента И, прямым выходом первого разряда — к первым входам первого . элемента ИЛИ и второго элемента- И, инверсивным выходом первого разря25 да — к первому входу третьего элемента И, выходом второго разряда — к второму входу первого элемента ИЛИ, и к вторым входам второго и третьего элементов И, выходом третьего разряЗО да — к третьему входу первого элемента ИЛИ, к первому входу четвертого элемента И и к шестому выходу блока управления, а выходом переполнения — к первому входу первого

35 триггера, соединенного вторым входом с шиной запуска, а выходом — с первым входом первого элемента И, подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ, первый и вто рой входы которого являются вторым

4О и четвертым входами блока управления. третий вход второго элемента

ИЛИ является первым входом блока управления и соединен с первым входом пятого элемента И, а четвертый

45 вход второго элемента ИЛИ является третьим входом блока управления и подключен к первому входу шестого элемента И, соединенного вторым входом с выходом второго элемента И, щ вторым входом пятого элемента И с входом инвертора. Выход шестого элемента И подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управлен| я, а второй вход соединей с выходом элемента задержки, под-ключенного входом к выходу пятого элемента И, второму выходу блока управления и к входу второго триг гера, соединенного первым выходом с

40 вторым входом четвертого элемента И, выход которого является пятым выходом блока управления, Выходы третьего элемента И, первого элемента ИЛИ, второго элемента И и инвертора являются соответственно третьим, четвер862150 тым, седьмам и восьмым выходами блока управления, а выходы второго триггера являются выходными сигналами .знака производной.

На фиг. 1 дана структурная. схема устройства для дифференцирования частотно-импульсных сигналов; на фиг. 2 — схема блока управления.

Устройство содержит первый и второй счетчики 1 и 2, реверсивный счетчик 3, элементы И 4, 5, 6 первой, второй и третьей групп соответственно, первый и второй элементы ИЛИ 7 и 8, первый и второй блоки 9 и 10 сложения, первый и .второй блоки 11 и 12 вычитания, первый, второй, третий и четвертый ключи 13-16 соот- . 15 ветственио, делитель 17 частоты на три и блок 18 управления.

Блок 18 подключен первым входом

19 к шине ввода дифференцируемой частоты Г». Реверснвный счетчик 3 соединен входом обнуления с первым выходом 20 блока 18, а выходами разрядов — с первыми входами элементов

И 4 первой группы, подключенных вторыми входами к второму выходу 21 25 блока 18. Счетчик 1 соединен счетным входом с выходом ключа 13, а выходами разрядов — с первыми входами элементов И 5 второй группы. делитель 17 частоты на три подключен выходом к первому входу блока 11 вычитания, а входом - к выходу элемента ИЛИ 7. Входы элемента ИЛИ 7 соединены с выходами элементов И 6 третьей группы,. подключенных первыми входа..я к эыхсдам разрядов счетчика 1, а вторыми входами — к выходам разрядов счетчика 3 и к вторым входам элементов И 5 второй группы, соединенных выходами с входами элемента ИЛИ 8. Выход элемента ИЛИ 8 подключен к первому входу блока 12 вычитания и к первому входу блока 9 сложения, соединенного вторым входом с выходом блока 11 вычитания, а выходом - с вторым входом блока 11 вы 4$ читания и с сигнальным входом ключа 13.

Ключ 13 подключен управляющим входом к третьему выходу 22 блока

18, соединенного четвертым выходом gg

23 с управляющим входом ключа 14.

Ключ .14 подключен сигнальным входом к выходу блока 10 сложения и к второму выходу блока 12 вычитания, а выходом — к счетному входу счетчика 3. . Счетчик 3 соединен промежуточным выходом с.вторым входом 24 блока 18, а выходом перемножения - с третьим входом 25 блока 18, четвертый вход которого 26 подключен к выходу счетчика 2. 40

Счетчик 2 соединен входами разрядов с выходами элементов И 4 первой группы, а счетным (вычитающим) входом — с выходом ключа 15, подключенного управляющим входом к пятому 45 выходу 27 блока 18, а сигнальным входом - к шине ввода опорной частоты и к первому входу блока 10 сложения, второй вход блока 10 сложения соединен с выходом ключа 16, подключенного сигнальным входом к выходу . блока 12 вычитания, а управляющим входом - к шестому выходу 28 блока 18, Седьмой и восьмой выходы 29 и 30 блока 18 соединены с входами управления реверсивным счетчиком 3 (с шинами вычитания и сложения соответст-, венно). Злок 28 управления содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы И 31-36 соответственно, первый, второй и третий элементы ИЛИ 37-. 39, элемент 40 задержки. инвертор 41, первый и второй триггеры 42 и 43 и счетчик

44, подключенный счетным входом к выходу элемента И 31, прямым выходом первого разряда - к первым входам элемента ИЛИ 37 и элемента И 32, инверсным выходом .первого разрядак первому входу элемента И 33, выходом второго разряда - к второму входу элемента ИЛИ 37 и к вторым входам элементов И 32 и 33, выходами третьего разряда — к третьему входу элемента ИЛИ 37, к первому входу элемента H 34 и к шестому выхо- . ду 28 блока 18, а выходом переполнения — к первому входу триггера 42, Триггер 42 соединен вторым входом с шиной запуска, а выходом — с первым входом элемента И 31, подключенного вторым входом к выходу элемента ИЛИ 38.

Первый и второй входы элемента

ИЛИ 38 являются вторым .и.четвертым входами 24, 26 блока 18, третий вход элемента ИЛИ 38 является первым входом 19 блока 18 н соединен с первыФ входом -элемента И 35, а четвертый вход элемента ИЛИ 38 является третьим входом 25 блока 18 и подключен к первому входу элемента И 36. Элемент

И 36 подключен вторым входом к вЫход элемента И 32, к второму входу элемента И 35 и к входу инвертора 41, а выходом — к первому входу элемента ИЛИ 39.

Выход элемента ИЛИ 39 является первым выходом 20 блока 18, а второй вход элемента ИЛИ 39 соединен с выходом элемента 40 задержки. Элемент 40 задержки подключен входом к выходу элемента И 35, к второму выходу 21 блока 18 и к входу триггера 43. Триггер 43 соединен первым выходом с вторым входом элемента

И 34, выход которого является пятым выходом 27 блока 18. Выходы элемента

И 33, элемента ИЛИ. 37, элемента И 32 и инвертора 41 являются соответственно третьим, четвертым, седьмам и восьмым выходами 22-30 блока 18, а выходы триггера 43 являются выходны862150 (f)т )

Счетчики 1 и 3, группа элементов

И 5 и элемент ИЛИ 8 образуют первый двоичный умножитель (в котором счетчик 1 выполняет роль управляющего ,О счетчика),.а счетчик 3 — роль делителя частоты, частота следования импульсов на выходе которого равна., )» Nd(4) 1 нием

20 dNi М

N, 9

25 Счетчики 1 и 3 совместно с группой. элементов И 6 и элементом ИЛИ 7 образуют второй. двоичный умножитель, в котором счетчик 3 является управляющим, а счетчик 1 служит делителем частоты. Частота следования импульсов на выходе этого умножителя опрецеляется соотношением

С учетом полученных. соотношений

45 работа устройства будет определяться дифференциальным уравнением вида

,И.) =1.„Н,) У,Ъ), лЮ Ю

К. (g) где (t) и f (t) - частоты следова- 50 ния имйульсов на выходах элементаНЛИ 8 и блока 11 вычитания соответственно.

Так как частота t„„(t) определяется выражением тиИ ) f.98) ъ у

%1 () ми шинами знака производнойЯ, (4 частоты f< по времени

Работу устройства как для случая уменьшения входной дифференциальной частоты, так и для случая ее увеличения, можно условно разбить на четыре этапа, которые соответствуют состоянию счетчика 44 блока 18 управления.

В случае уменьшения входной частоты устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в счетчик 1 записывается число (N -К ) где и - коэффициент пересчета счетМ чиков 1, 2и 3, — коэффициент пропорциональности.

В счетчик 3 записывается число (й „-1), а счетчик 2 обнуляется. На первом этапе работы, который начинается после прихода первого {после команды "Пуск" ) импульса входной частоты fg, счетчик 44 блока 18 переходит в первое положение. При этом открывается ключ 14, а ключи 13, 15 и 16 остаются закрытыми. Реверсивный счетчик 3 открыт по суммирующей шине управления. Импульсы с шины опорной частоты f через блок 10 сложения и ключ 14 поступают на счетчик 3.

Через промежуток времени где k< — коэффициент пропорциональности, произойдет промежуточное заключение счетчика 3. В этот момент импульс с промежуточного выхода счетчика 3 переведет счетчик 44 блока 18 во второе положение.

При этом откроется ключ 13 и начнется второй этап работы устройства.

На этом этапе частота импульсов на выходе блока 9 сложения равна где f (t) — частота следования импульсов на выходе элемента ИЛИ 7, то для частоты f< (t) будем иметь соотношение где И„ {t) — число, содержащееся в счетчике 1 и связанное с частотой „ (t) выражегде М 9(с) — число, содержащееся в счетчике 3, которое связано с временем t соотношением н,(о= +.. решение которого с учетом пределов изменения переменных будет иметь вид Тл «)

1,,„"() = I й,„Н,7, Кл Г,у где Т длительность первого периода входной частоты

А - коэффициент пропорциональности

862150

В момент окончания первогс периода входной частоты счетчик 44 блдка 18 переходит в третье положение. При этом ключ 13 закрывается, а реверсивный счетчик 3 открывается по вычитающей шине управления.

На третьем этапе работы устройства происходит вычитание из счетчика

3 числа N f ° - Т, которое было записано в нем к концу первого периода входной частоты.

При переходе в единичное состояние всех разрядов счетчика 3 импульс с выхода переполнения счетчика 3 переводит счетчик 44 блока 18 в четвертое положение. При этом происходит обнуление счетчика 3 и его отпирание по суммирующей шине управления, а также открывается ключ 16 и начинается четвертый этап работы устройства.

Частота следования импульсов на выходе блока 10 сложения будет определятьсл выражением

"(О О (2. где f — частота следования импуль(2 сов на выходе блока 12 вычитания, которая равна (-Е и <о 8 где f — частота импульсов «а выходе

В элемента ИЛИ 8 на четвертом этапе работы устройства ! Й1

1 = —

8 Н„„<о.

Решая совместно полученные урав«ения, имеем е нв (. N1

Заполнение счетчика 3 импульсами частоты происходит до момента оконча- ния второго периода Т входной частоты f . К этому моменту в счетчике

3 будет зафиксировано число

Т1 ФТ2

"г 1О

2т1 "о и К йщ !Л дт й2 К У- тъ=втъ о ( где дТ Т - Т вЂ” разность периодов

Я 4 входной частоты, Ь

В коэффициент пропорциональности, т.е. будет зафиксирован результат вычисления производной входного частотно-импульсного сигнала.

После окончания второго периода входной частоты счетчик 44 блока 18 переходит в исходное состояние, при котором ключи 14 и 16 закрываются.

45 т,+т

I f Я

С учетом равенства Nq А(Т„ ) получим (В (Дт(А(т„ одт о )з

f0

В случае увеличения входной частоты fg счетчики 1, 2 и 3 устанавливаются в те же исходные состояния, что и в случае уменьшения входной частоты.

Работа устройства на первых двух этапах полностью повторяет его работу в случае уменьшения f>. В момент окончания первого периода fg в счетчике 1 фиксируется число М А(Т )

f ( а счетчике 3 - число Из f - Т .

На третьем этапе происходит вычитание из реверсивного счетчика 3 числа

N, но так как второй период входной частоты в данном случае меньше ее первого периода, то окончание второго периода fg произойдет раньше, чем все разряды счетчика 3 перейдут в единичное состояние.

В этот момент по команде с блока

18 произойдет перенос числа из счетчика 3 в счетчик 2 и через время задаваемое элементом 40 задержки, счетчик 3 .установится в нулевое состояние.

В момент окончания второго периода входной частоты счетчик 40 блока

16 переходит в четвертое положение.

При этом открываются ключи 15 и 16, и начинается четвертый этап работы устройства. На этом этапе счетчик 3 который открыт по суммирующей шине управления, заполняется импульсами с частотой следования

NA 1О (В счетчике 2, который работает в вычитающем режиме, происходит вычитание числа, которое было в него перенесено с реверсивного счетчика 3.

В момент перехода всех разрядов счетчика 2 в единичное состояние импульс с его выхода переполнения переводит счетчик 44 блока 18 в исходное положение.

При этом ключи 15 и 16 закрываются. К этому моменту в счетчике 3 б:-дет зафиксировано число

Фиксация знака первой производной по времени от входной частоты осуществляется посредством триггера 43 блока 18. Триггер 43 переходит в единичное состояние, соответствукщее случаю ) О, в iîì случае, когда

Д

41 в третьем положении счетчика 44, при котором на выходе элемента И 32 существует пОложительный потенциал, 8б2150

12 на первый вход блока 18 поступает импульс входной частоты

Если при нахождении счетчика 44 в третьем положении на третий вход

25 блока 18 поступит импульс заполнения реверсивного счетчика 3, триггер

43 будет к моменту окончания работы устройства находиться в нулевом состоянии, что соответствует случаю

df tdt, -О. 10

Так как в рассмотренном устройстве блоки сложения реализованы на элементах ИЛИ, а блоки вычитания — на триггерах и элементах И, то устройство для дифференцирования частотноимпульсных сигналов значительно про5 ще чем устройство-прототип .за счет исключения дополнительного регистра и функционального генератора, содержащего четыре счетчика, делитель частоты и три группы элементов И.

Формула изобретения

1. Устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее ключи группы элементов И, блок управления, подключенный первым входом к шине ввода дифференцируемой частоты, реверсивный счетчик, вход gg обнуления которого соединен с первым выходом блока управления, а выходы разрядов — с первыми входами элементов:И первой группы, подключенных вторыми входами к второму 3S выходу блока управления, счетчики, первый из которых соединен счетным входом с выходом первого ключа, а выходами разрядов — с первыми входами элементов И второй группы, о т — л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит- элементы ИЛИ., блоки сложения, блоки вычитания и делитель частоты на три, подключенный выходом к первому входу первого блока вычитания, 4$ а входом — к выходу первого элемента

ИЛИ, соединенного входами с выходами элементов И третьей группы, первые входы которых подключены к выходам разрядов первого счетчика, а вторые 0 входы — к выходам разрядов реверсивного счетчика и ко вторым входам элементов И второй группы, соединенных выходами с входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго блока вычитания к первому входу первого блока сложения, соединенного вторым входом с выходом первого блока вычитания, а выходом — со вторым входом первого блока вычитания и с сигнальным вхо- е0 дом первого ключа, подключенного управляющим входом к третьему выходу блока управления, соединенного четвертым выходом с управлякщим входом второго ключа, сигнальный вход кото рого подключен к выходу второго блока сложения и ко второму входу второго блока вычитания, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика, соединенного промежуточным выходом с вторым входом блока управления, а выходом переполнения — с третьим входом блока управления, четвертый вход которого подключен к выходу второго счетчика, соединенного. входами разрядов с выходами элементов И первой группы, а счетным входом — с выходом третьего ключа, подключенного управляющим входом к пятому выходу блока управления R сигнальным входом к шине ввода опорной частоты и к первому входу второго .блока сложения, второй вход которого соединен с выходом четвертого ключа, подключенного сигнальным входом к выходу второго блока вычитания, а управляющим входом — к шестому выходу блока управленин, соединенного седьмым и восьмым выходами с входами управления реверсом реверсивного счетчика.

2. Устройство по н.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит элементы И и ИЛИ, элемент задержки, инвертор, триггеры и счетчик, подключенный счетным входом к выходу первого элемента И, прямым выходом первого разряда к первым входам первого элемента ИЛИ и второго элемента И, инверсным выходом первого разряда — к первому входу третьего элемента И, выходом второго разряда — к второму входу первого элемента ИЛИ и ко вторым входам второго и третьего элементов

И, выходом третьего разряда — к третьему входу первого элемента ИЛИ, к первому входу четвертого элемента

И и к шестому выходу блока управления, а выходом переполнения — к перному входу первого триггера, соединенного вторым входом с шиной запуска, а выходом — с первым входом первого элемента И, подключенного вторым входом к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются вторым и четвертым входами блока управления, третий вход второго элемента ИЛИ является первым входом блока управления и со:;единен с первым входом пятого эле мента И, а четвертый вход второго элемента ИЛИ является третьим вхо;дом блока управления и подключен к первому аходу шестого элемента И, соединенного вторым входом с выхо» дом второго элемента И, вторым входом пятого элемента И и с входом инвертора, а выход шестого элемента

И подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управления, а второй вход соединен с выходом элемента задержки, подключенного входом к выходу пятого элемента И, второму выходу блока управлении и

862150 к входу второго триггера, соединенного первым выходом со вторым входов4 четвертого элемента И, выход которого является пятым выходом блока управления, причем выходы третьего элемента И, первого элемента ИЛИ, второго элемента И и инвертора является соответственно третьим, четвертым, седыеюм и восьмым выходами блока управления, а выходы второго триггера являются выходными шинами знака производной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Изв. ВУЗов "Приборостроение", 1975, 9 7, с. 13-17.

2. Авторское свидетельство СССР

5 9 734729 по заявке Р 2400486/18-24, кл. G 06 G 7/18, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР в 691891 по заявке В 2432557/18-24, tO кл. 6 06 0 7/18, 1977 (прототип .

862150

Редактор Л.утехина

Составитель С. Казинов

Техред K. Бабинец Корректор Г.Решетник

Заказ 6614/44 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиад ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

4 g ф @ сф