Умножитель частоты следования импульсов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()970632 (6l ) Дополнительное н авт. спид-ву— (22) Заявлено 27. 04. 81 (21) 3286044/18-21 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет(51)M. Ка.

Н 03 В 19/10

Государственный комитет

СССР

h0 делам изобретений и открытий

Опубликовано 30. 10. 82. Бюллетень № 40 (53) УДК 621. 375.

° 8(088.8) Дата опубликования описания 30 . 10 . 82 . (72) Автор изобретения

Л. А. фомин (7l) Заявитель (54) УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

1 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в измерительных системах различного назначения.

Известен цифровой умножитель частоты, содержащий последовательно сое- 5

° диненные формирователь входного сигнала, блок управления, первый вентиль первый делитель частоты, выход которого является выходом цифрового умножителя частоты, элемент ИЛИ и первую схему переноса, выход которой подключен к другому входу первого делителя частоты, а другой вход - к выходу первого регистра памяти, входом подключенного к другому входу блока управления, а также последовательно соединенные кварцевый гене-. ратор, первый формирователь импульсов, второй вентиль, второй делитель, .ю частоты, выход которого подключен к входу первого регистра памяти, второй регистр памяти, другим входом подключенный к выходу второго венти2 лн и к первому .входу третьего вентиля, вторая схема переноса, к другому входу которой подключен выход элемента И, сумматор и триггер задержки, выход и другой вход которого подключены соответственно к другому и к третьему входу первого вентиля, при этом выход блока управления под" ключен к другим входам элемента ИЛИ и второго вентиля, к второму входу третьего вентиля и через третью схему переноса — к другому входу сумматора, выходом подсоединенного к другому входу третьей схемы переноса, к третьему входу которой через третий регистр памяти подключен выход третьего вентиля (1).

Недостаток данного устройстваограниченные функциональные возможности в связи с ъем, что формируемые на выходе импульсы отличаются по форме от входных импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому является умножитель частоты следова970632 ния импульсов, содержащий импульсный генератор, выход которого соединен с первыми входами логических элементов И, второй вход первого из которых соединен с входом первого формирова.5 теля передних фронтов, второй вход второго логического элемента И соединен с входом второго Формирователя передних Фройтов, выходы каждого логического элемента И и соответствующего ему формирователя передних фронтом соединены с входами одного из двух счетчиков импульсов, выход каж дого из которых соединен с первым входом одного из двух блоков сравнения, элемента ИЛИ, два входа которого соединены с выходами упомянутых формирователей передних фронтов.

Устройство также содержит триггер, два дополнительных счетчика импульсов и четыре дополнительных логических элемента И, выходы двух из которых соединены. с дополнительными входами элемента ИЛИ, а первые входыс вторым входом одного из выходов триггера, вход которого подключен к входной шине, первые входы двух дру1 гих логических элементов И соединены соответственно с выходами Формирователей передних фронтов, выходы этих дополнительных элементов И подключены к первым входам дополнительных счетчиков импульсов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих логических элементов И, 35 а выходы дополнительных счетчиков импульсов соединены с вторыми входами блоков сравнения, выход одного из которых соединен с вторыми входами первого и третьего, а выход второго блока сравнения соединен с, вторыми входами второго и четвертого упомянутых дополнительных элементов И(2 J.

Недостаток известного устройстваограниченные функциональные возмож45 ности, так как не обеспечивает сохранение формы входных прямоугольных импульсов и выдает на выходе короткие (пиковые ) импульсы. Первый импульс соответствует выделенному переднему фронту, независимо от дли50 тельности импульсов входной последовательности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в умножитель частоты следования содержащий четыре счетчика импульсов, четыре элемента И, первый триггер, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, а второй вход - с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго. счетчика импульсов и формирователь импульсов по переднему Фронту, выход которого соединен с первым входом элемента,ИЛИ, введены второй, третий и четвертый триггеры, дополнительные четчики импульсов, два блока элементов И, два элемента задержки, два элемента И-НЕ и формирователь импульсов но заднему фронту, вход которого соединен с входной шиной и входом формирователя импульсов по переднему фронту, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, выход первого элемента И-НЕ соединен с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к шине "Стоп" и с.нулевым входом третьего триггера а выход второго элемента И-НЕ соединен с единичным входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с парным входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с тактовой шиной, вторым входом первого элемента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера, единичныи вход которого соединен с выходом формирователя импульсов по переднему фронту, а нулевой вход — с шиной "Пуск", при этом счетный вход первого счетчика импульсов соединен с выходом элемента ИЛИ и входом первого элемента задержки, разрядные входы - с выходами блока элементов И, первые входы которого соединены с выходом первого элемента задержки, а вторые входы - с разрядными выходами третьего счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом первого дополнительного счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход первого счетчика импульсов соединен с вторым входом элемента ИЛИ и единичным входом четвертого триггера, выход которого подключен к второму входу второго эле- .

9706 мента И, а нулевой вход - к выходу второго счетчика импульсов, его же счетному входу второго элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами второго блока элементов И, вторые входы которого соединены с разрядными выходами четвертого счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом второго дополнительного счетчика импульсов, 1О вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, третий вход которого соединен с входной шиной, причем разрядные входы второго счетчика импульсов соединены с выходами второ- l5 го блока элементов И.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на.фиг. 2 " временные диаграммы, показывающие его работу. щ

Устройство содержит счетчики 1-4 импульсов, элемент ИЛИ 5, элементы

И 6-9, триггеры 10-13, формирователь

14 импульсов по переднему фронту, состоящий из элемента HE 15, конден- И сатора 16, элемента И 17, формирователь 18 импульсов по заднему фронту состоящий из элементов HE 19 и 20, элемента И-НЕ 21, конденсатора 22, блоки 23 и 24 элементов И, .элементы зо

И-НЕ 2 и 26, элементы 27 и 28 задержки, дополнительные счетчики 29 и 30 импульсов, входную шину 31, тактовую шину 32, шину "Стоп" 33, шину "Пуск" 34, выходную шину 35.

Умножитель частоты следования импульсов работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчики 1-4 обнулены. В счетчике 29 коэффициент пересчета установлен равным требуемой кратности умножения частоты следования. Коэффициент пересчета счетчика 30 равен единице. Тактовые им пульсы не поступают на входы счетчиков, так как элементы 6-8 закрыты низкими потенциалами на входах, снимаемых с прямых выходов триггеров

10, 13 и 12 соответственно. Элемент

9 закрыт по третьему входу низким потенциалом на шине 31 в отсутствие входного импульса.

При появлении первого импульса положительной полярности на шине 31 (диаграмма б, фиг.2), элемент 9 откроется на время действия импульса и тактовые импульсы с шины 32 начнут заполнять счетчик 4. Так как коэффи-. циент счета счетчика 30 К =1, то за

22 время действия импульса Ти в. счетчик

32 6

4 будет записано число и Т ° F где Fo - частота следования тактовых импульсов (диаграмма 2, фиг.2).Одновременно с приходом первого входного импульса на выходе формирователя 14 появляется короткий импульс положительной полярности (передний фронт)," который через элемент 26, открытый по одному из входов высоким потенциалом с инверсного выхода триггера 18 обнулит единичный вход второго дополнительного триггера 11, который перейдет во второе устойчивое состояние. Тактовые импульсы с шины 32 через открывшийся элемент 8 начнут заполнять счетчик 3 через счетчик 29.

Частота импульсов на входе счетчика 3 будет определяться коэффициентом пересчета счетчика 29, т.е.

К2„/Fo. По окончании действия первого входного импульса в формирователе 18 будет выделен задний фронт этого импульса, который перебросит триггер 11 во второе устойчивое состояние. На его инверсном выходе появится низкий потенциал, который закроет элемент 9 (для исключения срабатывания от последующих импульсов ) и элемент 26 и одновременно откроет элемент 25 высоким потенциалом с прямого выхода.

При появлении второго импульса входной последовательности в формирователе 14 будет выделен его передний фронт, который через элемент 2 обнулит нулевой вход триггера 12, который вернется в исходное состояние, прекратив подачу тактовых импульсов на вход счетчика 29 через элемент 8.

Таким образом элемент 8 будет открыт в течение одного периода Т входной последовательности. Число п импульсов, которое будет записано в счетчике 3 за это время, составит п =

=T Fo/К „,где К2„- коэффициент пересчета счетчика 29 (диаграмма в, фиг.21.

Одновременно с этим происходит переключение триггера 10 передним фронтом второго импульса с выхода. элемента 25 и перезапись содержания счетчика 3 в счетчик 1 через вторые входы блока 23 импульсом положительной полярности с выхода формирователя 14 через элемент 5 и элемент 19.

Тактовые импульсы с шины 32 через элемент 6 поступают на вход счетчика 1. На выходе счетчика 1 появляются

Формула изобретения

7 9706 импульсы с частотой F„ F/Ê„, где К,,коэффициент пересчета счетчика 1, который в данном случае однозначно определяется числом импульсов, записанных в счетчике 3. Состояние разрядов счетчика 3 определяется двоичным выражением числа п . Например, при п =9 (двоичное выражение 1001) первый и четвертый разряд счетчика

3 будет находиться под высоким по- о тенциалом, а второй и третий - под низким. Следовательно и первые входы элементов И блока 23 будут находиться под соответствующими потенциалами. В счетчике 1 при перезаписи 3$ будут включены только первый и четвертый разряды. Это обеспечит прохождение на выход счетчика 1 каждого девятого импульса (п =9). В общем случае соблюдается условие для пер- 20 вого счетчика 1 K =n, т.е. частота следования импульсов на выходе первого счетчика 29 будет определяться выражением F =К gT=Fп К,где F частота следования импульсов входной .2$ последовательности. Таким образом на выходе первого счетчика 1 будут появляться импульсы с частотой Г, превышающей частоту следования импуль сов входной последовательности (c щ начальной фазой, определяемой Ьередним фронтом) в К раз, где К2 - коэффициент пересчета счетчика ?) (диаграмма р, фиг.2).

Первый импульс, появившийся на выходе счетчика 1, переведет триг гер 13 во второе устойчивое. состояние. Это приведет к открытию элемента 7 BblcoKNM потенциалом, с инверс.ного выхода триггера 13. Тактовые @ импульсы начнут заполнять счетчик 2.

При появлении первого импульса на его выходе происходит перезапись содержимого счетчика 4 в счетчик 2.

Одновременно. прекратится подача тактовых импульсов на его вход, так как этот импульс возвращает триггер l3, в исходное состояние (диаграмма 1, фиг.2). Коэффициент пересчета второго счетчика 2 однозначно определяется следующим выражением К =n = 7 FO, 1

Таким образом, длительность импульса на выходе триггера 13 равна исходной длительности импульса (диаграм ма ж, фиг.2)72 = „ . При высоких зна$$ чениях коэффициента умножения в случаях, когда длительность входных импульсов будет превышать некоторую величину „, определяемую условием

32 8

" Ъ, > импульсы в выходной после ик. довательности будут перекрываться, что нарушит режим работы устройства.

В этом случае возможна перестройка длительности выходных импульсов - укорочение их в кратное число раз, определяемое коэффициентом пересчета счетчика 22. Длительность выходных импульсов при соответствующей его настройке будет определяться выраИ ю жением С о — >, где К -коэффициент

\ Кц пересчета счетчика 30. В случае, если число импульсов тактовой частоты за время одного периода входной последовательности окажется некратным требуеммому коэффициенту умножения, в устройстве предусмотрена принудительная синхронизация, осуществляе- . мая передним фронтом входного импульса через элемент 5 и элемент 27 на первые входы блока 23. Начальная фаза первого выходного импульса всегда будет равна начальной фазе входного импульса.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности, так как оно обеспечивает сохранение длительности импульсов входной последовательности, либо кратное изменение этой длительности (укорочение в целое число раз). Кроме того, изменение коэффициента умножения не связано с перестройкой счетчиков 1-4, которая в известных устройствах осуществляется путем коммутации разрядных выходов этих счетчиков с помощью механических переключающих устройств, либо от внешних устройств управления.

В предлагаемом устройстве установка требуемого коэффициента умножения осуществляется настройкой счетчика

29, причем независимо от достигаемой сколь угодно высокой ) точности, этот коэффициент всегда равен коэффициенту пересчета счетчика 29.

Предлагаемое устройство не содержит нестандартных узлов и блоков и легко реализуется на элементах интегральной техники.

Умножитель частоты следования импульсов, содержащий четыре счетчика импульсов, четыре элемента И, первый триггер, прямой выход кото9, 97063 рого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, а второй вход - с первым входом второго элемента И, 5 выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов и формирователь импульсов по переднему фронту, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй, третий и четвертый триггеры, дополнительные счетчики импульсов, два элемента задержки,. два блока элементов И, два элемента И-НЕ и формирователь импульсов по заднему фронту, вход которого соединен с входной шиной и входом формирователя импульсов по переднему фронту, выход кото, рого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с

25 прямым и инверсным выходами второго триггера, выход первого элемента И-НЕ. соединен с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к шине "Стоп" и с нулевым входом третьего триггера, а выход второго элемента И-НЕ соединен с единичным входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с тактовой шиной, вторым входом первого эле-И мента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с инверсным выходом второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом Формирователя им- ао пульсов по переднему фронту, а нуУ

2 10 левон вход - с Ull4HOH нПускн при этом счетный вход первого счетчика импульсов соединен с выходом элемента ИЛИ и входом первого элемента задержки, разрядные входы - с выходами первого блока элементов И, первые входы которого соединены с выходом первого элемента задержки, а вторые входы - с разрядными выходами третьего счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом первого дополнительного счетчика импульсов, вход которого, соединен с выходом третьего элемента И, а выход первого счетчика импульсов соединен с вторым входом элемента ИЛИ и единичным входом четвертого триггера, выход которого подключен к второму входу второ го элемента И, нулевой вход - к выходу второго счетчика импульсов. его же счетному входу и входу второго элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами второго блока элементов И. вторые входы ко" торого соединены с разрядными выходами четвертого счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом второго дополнительного счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, третий вход которого соединен с входной шиной, причем разрядные входы второго счетчика импульсов соединены с выходами второго блока элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР и 734867, кл. H 03 В 19/10, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

N 738101, кл. H 03 8 19/10, 1977.

970632

Nut /

Составитель О. Кружилина

Редактор. Н. Ковалева Техред С.Иигунова Корректор Н.Шароши

Заказ 8420/73 . Тираж 959 Лодлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l303$, Иосква, й-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", t-. Ужгород, ул. Проектная, Й