Цифро-аналоговое дифференцирующее устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социапистичесиик

Республик (iii982035 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (sl)N. Кл. (22)Заявлено 24.03.81 (21) 3262838/18-24 с присоединением заявки яв

G 06 J 3/00

G 06 G У/18 Ьеудлрстанай каивтет

CCCP ав двдаи взобрютеквк в открытий (23) Приоритет (53) УДК 681.34 (088.8) Опубликовано 15. 12. 82. бюллетень М 46

Дата опубликования описания 15 . 12 . 82

В. И. Трохин, В. В. Зубков и В. И. Пенкина

1 ( с г

1,.

f"

Украинский заочный политехнический институт:". :;:.;. ( ь a.;. (?2) Авторы изобретения (?1) Заявитель (54) ЦИФРО-АНАЛОГОВОЕ ДИффЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к автомати- ке и вычислительной технике и может найти применение, в частности, в,, дискретных системах автоматического управления различными объектами и технологическими процессами.

Известно устройство для дифференцирования частотно-импульсных сигналов, содержащее генератор, триггер, формйрователи импульсов, элементы И и элемент задержки, счетчики, цифроаналоговые преобразователи, аналоговые запоминающие элементы и выходной дифференциальный усилитель $1).

Недостатками этого устройства яв.ляются ограниченный диапазон дифференцируемых частот, пониженная точность и сложность технической реа-. лизации, Известно также дифференцирующее 20 устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, триггер, формирователь импульсов, элемент задержки, ревврсивный счетчик, регистр и вы2 модной цифро -аналоговый преобразователь 2).

Недостатками данного устройства также являются пониженная точность дифференцирования и относительная сложность

Наиболее близким к предлагаемому является цифро-аналоговое дифференцирующее устройство, содержащее счетчики, элементы И и первый блок синхронизации, соединенный с сигнальныя входом с входом дифференцируемой частоты, а управляющим входом - с первым входом генератора тактовых импудКсов и с первым входом первоя схемы с - разности, подключенной вторым и третьим входами к выходу первого счетчика и к первому выходу блока управления, а выходом — к первому входу преобразователя времяимпульсного сигнала в напряжение, соединенного вторым входом с первым выходом второй схемы разности, подключенной вторым выходом к первому sxoAy блока уп3 98203 равления, первым входом - к второму выходу генератора тактовых импульсов и к второму входу блока управления, вторым входом - к выходу второго счетчика, а третьим входом - к выходу первого блока синхронизации, к входам обнуления второго и третьего счетчиков и к третьему входу блока управления, соединенного выходами со счетныьи входами счетчиков !в и с первыми входами элементов И первой и второй групп, причем элементы

И первой группы подключены вторыми входами к выходам разрядов третьего счетчика, а выхедами -. к входам раз- И рядов второго счетчика, а элементы И второй группы соединены вто,рыми входами с выходами разрядов второго счетчика, а выходами - с входами разрядов первого счетчика(31

Недостатки данного устройстваограниченный диапазон изменения дифференцируемой частоты, пониженная точность дифференцирования и,, конструктивная сложность, 23 Целью изобретения является расширение диапазона дифференцируемой частоты, повышение точности и упрощение устройства.

so

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее счетчики, элементы И и первый блок синхронизации, соединенный сигнальным входом с входом дифференцируемой частоты, а управляющим входом - с первым выходом генератора тактовых импульсов, содержит регистр сдвиra, второй блок синхронизации, делитель частоты, узлы обну40 ления, триггер и преобразователь широтно-импульсного сигнала в аналоговый, подключенный выходом к выходу устройства, первым входом - к первому выходу триггера, первому входу первого элемента И и к входу первого узла обнуления, а вторым входом - к второму выходу триггера, первому входу второго элемента И и к входу второго узла обнуления, соединенного выходом с установочным входом первого счетчика, подлюченного .выходом переполнения к первому установочному входу триггера, первым вчетным входом - к выходу пер- М вого элемента И, а вторым счетным ( входом - к выходу первого. блока синхронизации и к сигнальному входу

5 ф регистра сдвига, соединенного управ-, ляющим входом с выходом делителя час тоты, а выходом - с сигнальным входом второго блока синхронизации, подключенного управляющим входом к первому выходу генератора тактовых импульсов, а выходом - к первому счетиому входу второго счетчика, соединенного выходом переполнения со вторым установочным входам триггера, установочным входом - c выходом первого узла обнуления, а BTopbIM счетным входом - с выходом второго элемента Й, второй вход которого подключен к второму входу первого элемента И и к втс рому выходу генератора тактовых импульсов, соединенного третьим выходом с входом делителя частоты.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый блок 1 синхронизации, соединенный сигнальным входом с входом дифференцируемой частоты, а управляющим входомс первым выходом генератора 2 тактовых импульсов. Преобразователь 3 широтно-импульсного сигнала в аналоговый подключен выходом к выходу уст" ройства, первым входом - к первому выходу три гера 4, первому входу первого элемента И 5 и к входу первого узла 6 обнуления,а вторым входомк второму выходу триггера 4, первому входу второго элемента И 7 и к входу второго узла 8 обнуления.

Выход узла 8 соединен с установочным входом первого счетчи ка 9, подключенного выходом переполнения к первому установочному входу тригге" ра 4, первым счетным входом - к выходу элемента И 5, а вторым счетным входом - к выходу, блока 1 синхронизации и к сигнальному входу регистра 10 сдвига. Регистр 10 соединен управляющим входом с выходом делителя 11 частоты, а выходом - с сигнальным входом второго блока 12 синхронизации . Блок 12 подключен управляющим входом к первому выходу генератора 2, а выходом - к первому счетному входу второго счетчика 13.

Счетчик 13 соединен выходом переполнения со вторым установочным входом триггера 4, установочным входомс выходом узла 6 обнуления, а вторым @четным входом - с выходом элемента И 7. Второй вход элемента И 7

5 9820 подключен к второму входу элемента

И 5 и к второму выходу генератора 2, соединенного третьим выходом с входом делителя 11 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Ф

Первый режим проводят при отсутст вии импул ьсов дифферен цируемой частоты.В этом режиме генератор 2, который может быть выполнен, например, на 30 кварцевом генераторе опорной частоты,и формирователе коротких импульсов, вырабатывает на первом и втором выходах две последовательности нормализованных импульсов Fl и F2 15 с периодом следования Т, сдвинутые по фазе относительно друг друга на

180 а на третий выход генератора 2 поступают импульсы частот Fl и F2.

Импульсы частоты F2 поступают на вто-. щ рые входы элементов И 5 и 7. Пусть, например, триггер 4 находится в таком состоянии, при котором на его первом выходе имеется высокий потенциал, а на втором - низкий. При 5 этом элемент И 7 закрыт, а элемент

И 5 открыт и импульсы со второго выхода генератора 2 через элемент

И 5 заполняют счетчик 9. Импульс:пе. реполнения счетчика 9, поступая на . вход триггера 4, изменяют его состояние. На первом выходе триггера 4 по- является низкий потенциал, а на втором выходе - высокий. При этом элемент И 5 закроется, запрещая прохождение импульсов на счетчик 9, а узел

8 обнуления, выполненный аналогично узлу 6 на ключе и формирователе ко.- . ротких импульсов, устанавливает счетчик 9 в нулевое состояние. Одновре; менно с этим отпирается элемент И 7 и импульсы со второго выхода генератора 2 начнут заполнять счетчик 13, Учитывая его нулевое начальное состояние и емкость (аналогично счетчику а5

9),время его заполнения такое же, как и счетчика 9. Следовательно, триггер 4 находится в колебательном ре-, жиме, период Т.„ и частота 6т которого определяются соотношениями

35 где n - количество разрядов счетчика, И

При этом длительность импульса tg равна длительности паузы t> и, со- ответственно, среднее значение нап ряжения на выходе преобразователя 3 равно нулю.

Во втором режиме при f =-- ñonüÌÎ устройство работает следующим образом.

Импульсы дифференцируемой частоты поступают на сигнальный вход блока 1 синхронизации и с его выхода вводятся на второй счетный вход счетчика 9 синхронно и синфазно с импульсами тактовой частоты F1 с первого выхода генератора 2. Благодаря этому дифференцирующее устройство надежно защищено от сбоев и потери информации.

В этом режиме в счетчик 9 до начала его заполнения импульсами со второго выхода генератора 2 записано определенное количество импульсов частоты Г„, что приводит к уменьшению времени его заполнения и, как следствие, к уменьшению периода колебаний триггера 4. Кроме этого, импульсы дифференцируемой частоты после блока 1 синхронизации поступают также на регистр 10 сдвига, в котором задерживаются на время Х

Время задержки зависит от частоты импульсов на выходе делителя 11 частоты. Изменяя коэффициент деления делителя 11, можно смещать диапазон возможного изменения дифференцируемых частот в область верхних или нижних частот; Импульсы с выхода регистра

10 поступают на сигнальный вход блока 12 синхронизации и с его выхода синхронно и синфазно с импульсами тактовой частоты Fl вводятся íà первый счетный вход счетчика 13. Следовательно, время заполнения счетчика

13 также сократится аналогично счетчику 9 и период переключения триггера 4 уменьшится. Таким образом, при постоянном значении дифференцируемой частоты, отличном от нуля, период колебаний на выходе триггера 4 уменьшится, но скважность этих колебаний по-,прежнему останется равной двойке и напряжение на выходе преобразователя 3 равно нулю.

В третьем режиме при изменяющейся во времени дифференцируемой частоте работа устройства происходит следующим образом.

Пусть значение дифференцируемой частоты непрерывно возрастает с постоянной скоростью. При этом время заполнения счетчика 9 непрерывно уменьшается, а время заполнения счетчика 13 также уменьшается„ но со

982035

$0

$$ сдвигом во времени на величину

Это приводит к изменению скважности выходных широтно«импульсных сигналов триггера ч на постоянную величину и на выходе преобразователя 3 появля-. ется аналоговый сигнал постоянного уровня. Чем больше скорость изменения дифференцируемой частоты, тем выше уровень выходного аналогового сигнала. Если дифференцируемая частота уменьшается, то на выходе преобразователя 3 также появляетоя аналоговый сигнал, но противоположного знака.

Напряжение на выходе преобразователя 3 определяется соотношением

tï- t4

U — К U---- — —- (s) выл и о Т т где К - передаточный коэффициент преп образователя 3;

U - -напряжение питания преобрао зователя 3.

Длительность паузы t„ и длительность импульса t Bûõîäíîãî сигнала триггера 4 связаны с входным значением

f дифференцируемой частоты и с задержанным значением этой частоты соотношениями вида.

Определив 1п и tg, из уравнения (2) и подставив в (1) можно. получить выражение для выходного сигнала устрой« ства (на выходе преобразователя 3).

u » Kx- U M

ЬЬЪ ВО n O

При этом ма к си мал ьное зн аче ние дифференцируемой частоты огранимакс чено значением тактовой частоты, т.е.

Fг.

Х c-- смак 2 а минимальное значение 1, дифференцируемой частоты оГраничено времен нем задержки, т е f «> ---,.- °

Сравнение предлагаемого дифференцирующего устройства с прототипом показывает, что диапазон изменения дифференцируемой частоты.у рассмотренного устройства примерно в 10 раз шире, а относительная погрешность в 2,7 раза меньше, при этом конструктивная реализация устройства упрощается за счет исключения третьего счетчика двух групп элементов И и схем разности. Все это определяет технико-экономическую эффективность возможного применения устройства. формула изобретения 0

Цифро-аналоговое дифференци рующее устройство, содержащее счетчики, элементы И и первый блок синхронизации, соединенный сигнальным вхо" дом с входом дифференцируемой частоты, а управляющим входом - с первым выходом генератора тактовых импульсов, о т л и ч а ю.:щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона дифференцируемых частот, повышения точности и упрощения устройства, 20 оно содержит регистр сдвига, второи блок синхронизации, дели тел ь частоты, узлы обнуления, триггер и преобразователь широтно-импульсного сигнала в аналоговый, подключенный выходом к выходу устройства, первым входом — к первому выходу триггера, первому входу первого элемента И и к входу первого узла обнуления, а вто30 рым входом - к второму выходу триггера, первому входу второго элемента И и к входу второго узла обнуления, со- . единенного выходом с установочным входом первого счетчика, подключенного выходом переполнения к первому

З$ установочному входу триггера, первым счетным входом - к выходу первого элемента И, а вторым счетным входомк выходу первого блока синхронизации и к сигнальному входу регистра сдви40 га, соединенного управляющим входом с выходом делителя частоты, а выходом - с сигнальным входом второго блока синхронизации, подкпюченного управляющим входом к первому выходу

4$ генератора тактовых импульсов, а выходом - к первому счетному входу второго счетчика„соединенного выходом переполнения со вторым, установочным входом триггера, установочным входом - с выходом первого узла обнуления, а вторым счетным входом - с выходом второго элемента

И, второй вход которого подключен к второму входу первого элемента И и к второму выходу генератора тактовых импульсов, соединенного третьим выходом с входом делителя частоты.

982035

Составитель С. Казинов .

Редактор M. Петрова Техред M. Гергель Карре ктор В. Нрохненко

Заказ 9714/70 Тираж 731 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Карпов P. Г. Техника частотноимпульсного моделирования. M., "Машиностроение". 1969, с. 166, рис.93.

2.Авторское свидетельство СССР

И 711586, кл. С 06 С 7/18, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

И 481919, кл. G 06 J 3/00, 1973

3 (прототИп).