Преобразователь частоты в двоичный код

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ („)995319

Союз Советских .

Социалистических . Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.04. 81 (21) 3280864/18-21

Р М g+ з с присоединением заявки МН 03 К 13/20

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (ЗЗ УДК 681.325. . 3 (088. 8) Опубликовано 0702.83. Бюллетень М 5

Дата опубликования описания 07. 02 83...:. -..-..

- 1,;;";i

Д.И.Мельник, A.A.ÓMàíñêèé и Н.В.Xaaiíoöà- - 4 (72) Авторы изобретен и я (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В ДВОИЧНЫЙ КОД

1 . Изобретение относится к кодирова,нию непрерывных неэлектрических. величин и может-быть использовано в. измерительной технике для создания датчиков различных физических величин с представлением результата-измерения в двоичном-коде.

Известен преобразователь отношения частот в.код, содержащий форьж- . рователи импульсов, счетчики, эле- менты совпадения и поглощения, клю- чи, элемент задержки и выходной регистр перезаписи (.1 3 °

Данный преобразователь: имеет низкую точность преобразования. - 15

Наиболее близким по технической.

- сущности к предлагаемому является преобразователь сигнала дифференциального датчика, -который содержит два управляемых датчиком генератора, соединенных с формирователями импульсов, формирователи первого и второго временных интервалов, сос-, тоящих из RS-триггеров, двух элементов совпадения и делителей частоты (2 3.

Формирование измерительного интервала в этом устройстве происходит асинхронно по отношению к им- . пульсам образцовой частоты, что снижает точность, а результат пре- . образования может содержать достаточно большой уровень шумов.

Цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивости в широ-, ком диапазоне частот.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь частоты в: двоичный код, содержащий первый и второй формирователи.-импульсов, кварцевый. генератор, -первый и второй формирователи временного интервала, первый вход второго из которых соединен с выходом второго формирователя импульсов, блок управления, реверсивный счетчик, выходы разрядбв которого соединены с информационными входами регистра перезаписи, введены блок синхронизации и расйределитель импульсов, причем. выход квар цевого генератора подключен к первым входам блока управления и блока синхронизации, второй вход которого соединен с выходом первого формы рователя импульсов, а,выход подключен к первому входу первого формирователя временного интервала и

С-входу распределителя импульсов, первый и второй входы которого соединены с первыми выходами соответст«

995319

65 венно первого и второго формирователей временного интервала, вторые входы которых объединены и соединены с первым выходом распределителя импульсов и R-входом реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий 5 входы которого подключены соответственно к первому и второму входам блока управления, второй вход которого соединен с третьим входом первого формирователя временного интервала и !О его же вторым выходом, третий вход блока управления соединен с третьим входом второго формирователя времен-: ного интервала и его же вторым выходом, второй выход распределителя !5 импульсов подключен к управляющему входу регистра перезаписи.

Формирователь временного интервала содержит два элемента совпадения, триггер и делитель частоты, причем первый вход первого элемента совпадения подключен к первому входу формирователя, и $-входу триггера, R-вход которого соединен с вторым входом формирователя и R- âõîäîì де- 25 лителя частоты, С-вход которого подключен к выходу первого элемента совпадения, а прямой выход является первым выходом формирователя, инверсный выход делителя частоты подключен к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера, а выход является вторым выходом формирователя, второй вход первого элемента совпадения соединен с третьим входом формирователя.

Кроме того, блок управления содержит два элемента совпадения и элемент запрета, выход которого соединен с первыми входами элементов 40 совпадения, вторые входы которых объединены и.. соединены с первым входом блока, второй вход которого соединен с третьим входом первого элемента совпадения и первым вхо- 45 дом элемента запрета, второй вход которого подключен к третьему входу второго элемента совпадения и третьему входу блока, выходы первого и второго элементов совпадения яв- 5О ляются соответственно первым и вторым выходами блока.

На фиг.l изображена структурная схема преобразователя; на фиг.2 временная диаграмма, поясняющая алгоритм работы предлагаемого устройства.

Преобразователь содержит кварцевый генератор 1, формирователи 2 и 3, формирователь 4 временного интервала, включающий элементы 5 и 6 совпадения, делитель 7 частоты и триггер 8; формирователь 9 временного интервала, содержащий элементы 10 и 11 совпадения, делитель 12 частоты и триггер 13, блок 14 управления, включающий элемент 15 запрета и элементы 16 и 17 совпадения, блок 18 синхронизации, реверсивный счетчик 19, регистр 20 перезаписи и распределитель 21 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Пусть выходные частоты Fx< и Fx> и их периоды Тк1 и Тх равны друг другу в середине диапазона изменения измеряемого, параметра . Выходная частота Р„„ первого измерительного канала и йериоды Т 2.второго являются большими в одной половине, а выходная частота FxZ второго и периоды

Т 1 первого измерительных каналов— большими в другой половине диапазона изменения измеряемого параметра (фиг.2, 1.-й и j-й циклы).

В исходном состоянии триггеры 8 и 13, делители 7 и 12 частот и реверсивный счетчик 19 находятся в нулевом состоянии . Соответственно на выходах формирователей 4 и 9 временного интервала, т.е. на выходах зле= ментов 6 и 11 совпадения, присутствуют О. и импульсы частот Fxg с выхода формирователя 3 (фиг.2 e ) и частот F 1 с выхода блока 18 синхронизаций (фиг.2 ь ) на входы делителей 12 и 7, а с выхода кварцевого генератора 1 на входы реверсивного счетчика 19 не поступают. Блок 18 синхронизации осуществляет привязку частоты Г (фиг. 2 ) к импульсам (фиг.2 ) кварцевого генерато- . ра 1. Он может содержать два триг гера и блок элементов совпадения и построен таким образом, что вместо каждого из входных импульсов выдает импульс (фиг.2 з ), совпадающий с одним из импульсов кварцевого генератора 1.

Первые из входных импульсов частот

Fx и F переводят триггеры 8 и 13 в единичное состояние, что приводит к появлению на выходах элементов 6 и 11 совпадений уровней " 1, формируя начала первых (фиг.2 ъ ) и вторых (фиг.2 ж ) временных интервалов. Все последующие импульсы частот F xq (фиг.2 д и 3 ) поступа.ют на информационные входы делителей

7 и 12 частоты. Так как емкости делителей 7 и 12 частоты одинаковы, а периоды входных частот Fx1 и Fx раз личны, то и время 1= No Txg u

t„= NoTxg по истечении которого на их выходах произойдет изменение логических уровней, неодинаково. В

1-м цикле t>>tq, а в j-м цикле

Ф 2. Изменение логических уровней

На выходах делителей 7 и 12 частоты приводит к появлению на выходах формирователей 4 и 9 временного интервала уровней 0, а на входах

995 319

Формула изобретения распределителя 21 импульсов-уровней

° 41й!

Пусть в i-м цикле первый (меньший) временной интервал t q (фиг.2 ъ ) начнет формирование раньше, чем второй (больший) tg (фиг.2 ж), а в

j-м цикле наоборот первый (больший)

С1 (фиг.2 z ) начнет формирование позже, чем второй (меньший) t2 временной интервал (фиг.2 A ) Тогда за время а,« равное. промежутку, заключенному между моментами начала формирования первого t q (второго t2) и второго 2 (первого 11) временных интервалов (в 1-м цикле фиг.2 и, a м - фиг.2 к ), на суммируюший вход (в 1-м цикле) и вычитающий вход (в j-м цикле) реверсивного счетчика

19 поступит соответственно N<= аОГО и Н„= 6 Ров импульсов кварцевого генератора 1 (фиг. 2 р в i-м и . фиг.2 м в -.м циклах), где N«N„количество импульсов, поступивших соответственно на суммирующий иливычитаюший вход реверсивного с4етчика в начале циклов преобразования;

Р б — частота кварцевого генератора 1.

Начиная с момента, когда на выходах формирователей 4 и 9 временных интервалов появляется 1-, и до момента окончания одного из них, импульсы кварцевого генератора 1 (фиг.2 a ) на входы реверсивного счетчика 19 не поступают. С момента окончания одного из временных ин.тервалов (в 1-м цикле первого в

-)-м — второго) и до момента окончания другого (в i-M цикле второгб, в j"ì первого), т.е. за время

bi 2= tg-(t.,-ha +) для i-го цикла (фиг.2 к ) и 8 i< =t„- t>+b i<) для

j ro цикла (фиг.2 м}, на вход вычитания (i — é цикл, фиг.2 м) и суммирующий вход (j-й цикл, фиг.2 л) реверсивного счетчика 19 поступит соОтветственно 1ЧУ =К2-(. - и ;.,) Б еб и N = (t< (+ bi1) ) р импульсов генератора l,,где И+, N — количество импульсов, постуйивших соответственно на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика 19 в конце циклов преобразования.

Выходной код N, „ равен количестsy импульсов, поступивших за время =- tq-(tq-bi„).-йТ = t2- „на вычитающий вход (для i-го цикла) и. а. = tq(t2+d L<)+b I.<= t — tg на сумми руюший вход (для j-го цикла) реверсивного счетчика 19, т. е. N H«Är=

«(t tqJ» Fobp H Неьехд=(- - 2) P o$p или N = 0 +И (Я++И +...), опреде-. вых ленное как модуль разности между большим и меяьшнм временными интервайами;

В моменты окончания формирования временных интервалов (фнг.2 н, о ) на входах распределителя 21 появляются уровни 1 . При этом в момент появления 1 на обоих входах (фиг.2 n ) открывается информационный

С-вход; на который поступает текущее значение-частоты первого сигнала,синхрониэованной импульсами кварцевого генератора 1 (фиг.2 в ). Первый выходной импульс распределителя 21 (фиг.2 р ) переписываег содер10 жимое реверсивного счетчика 19 в регистр 20. Второй выходной импульс (фиг.2 с ) устанавливает в нуль делители 7 и 12 частоты, реверсивныйсчетчик 19 и триггеры 8 и 13, что

15 соответствует началу следующего цикла преобразования.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе для увеличения быстродействия производится измерение разности периодов текущих значений частот дифференциального датчика. В каждом цикле преобразования результат равен количеству импульсов кварцевого генератора 1, поступивших на входы реверсивного счетчика 19 sa время, определенное как модуль разности между большим и меньшим из временных интервдлов, сформированных независимо друг от друга. Возможность диск-

30 ретного изменения числовых емкостей делителей частот дает возможность получать необходимый масштаб преобразования измеряемая величина - дво- ичный код. Применение блока синхро35 ниэацни одного из сигналов и исйольэование его для формирования импульсов управления стабилизирует работу преобразователя и значительно снижает уровень шумов на выходе устройствау

4О формирование независимых временных интервалов и выполнение обоих измерительных каналов дифференциального частотного датчика идентичными, позволяют наилучшим образом компенси45 ровать влияние дестабилизирующих факторов и повысить точность преобразования ° При этом устройство производит полную обработку частотной информации, что очень удобно в эксплуатации.

»

1. Преобразователь частоты в,двоичный код, содержаший первый и, второй формирователи импульсов, кварцевый генератор, первый и второй формирователи временного интервала, первый вход второго из которых соединен с выходом второго формирователя импульсов, блок управления, реверсивный счетчик, выходы разрядов которого соединены с информационными входами регистра перезапиСи, о т65 л и ч à ro rrr и и с я тем, что, с

995319

7 целью повышения точности и помехоустойчивости в широком диапазоне частот, в него введены блок синхронизации и распределитель импульсов, причем выход кварцевого генератора подключен к первым входам блока управления и блока синхронизации, второй вход которого. соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход подключен к первому входу первого формирователя времен;, ного интервала и С-.входу распределителя.импульсов, первый и второй входы которого соединены с первыми выходами соответственно первого и второго формирователей временного ин- тервала, вторые входы которых объединены:, и соединены с первым выходом .распределителя импульсов и В-входом реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого подключены соответственно к..первому и второму входам блока управления, второй "вход которого соединен:с третьим входом первого .формирователя временногЪ интервала и его же вторым выходом, третий вход блока .управления соеди« динен с третьим входом второго .формирователя временного интервала .и его же вторым выходом, второй выход распределителя импульсов подключен к управляющему входу регистра пере-. записи.

2. Преобразователь по п.1,- о тл и ч а ю щ и и .с я .тем, что. формирователь временного интервала со-: держит два элемента совпадения, триггер и делитель частоты, причем первый вход первого элемента совпа-, дения подключен к первому входу формирователя и S-входу триггера, 8

В-вход которого соединеН с вторым .входом формирователя и R-входом.делителя частоты, С-вход которого подключен к выходу первого элемента совпадения, а прямой выход является первым выходом формирователя, инверсный выход делителя частоты под-ключен к первому. входу. второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера, 1O а выход является .вторым выходом. формирователя, второй вход первого эле. мента совпадения соединен с третьим входом формирователя.

3. Преобразователь по п.1, о т

35 л .и ч а ю шийся тем, что блок управления, содержит два элемента совпадения и элемент запрета, выход которого соединен с первыми входами

:элементов соВпадения., вторые входы которых объединены и соединены с первым входом блока, второй. вход которого соединен с третьим входом первого элемента совпадения и пер.вым входом элемента запрета, второй вход которого. подключен к третьему входу второго элемента совпадения и третьему входу блока, выходы пер вого и второго элементов совпадения являются соответственно первым и вто-. рым,выходами блока., Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. 6аЮРо И., WinkRer I. Mikroprozessoren im Waaqenben Feinwerktechnik und Nesstechnik", 1978, Р .1, S.30-35.

2. Новицкий П.B. и др., Цифровые приборы с частотными датчиками, Л., "Энергия, 1970, с.342-345.

995319

Составитель П.Плетнева

Редактор В.Петраш Техред М.Надь КорректорА;,Пзятко

Заказ 670/45 Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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