Устройство фиксации переходов через нуль периодического сигнала

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ НУЛЬ.;. ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее выходные шины, источник входного сигнала, формирователь прямоугольных импульсов, подсоединенный первым входом к источнику входного сигнала, формирователь интервалов нулевой зоны, подсоединена, ный первым и вторым входами соответственно к первому и второму выходам формирователя прямоугольных импульсов , формирователь управляющих импульсов , подсоединенный первым входом к второму выходу формирователя прямоугольных импульсов, первый счетчик, подсоединенный входом установки к первому выходу формирователя управляющих импульсов, генератор тактовых импульсов, подсоединенный выходом к третьему входу формирователя интервалов нулевой зоны,и второй счетчик, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности фиксации моментов переходов через нуль искаженного периодического сигнала, в него введены два преобразователя код-временной интервал и комбинационный сумматор, подсоединенный прямыми информационными входами к информационным выходам первого счетчика, и инверсными , кроме старшего, соединенного с щиной нулевого потендиала к информационным выходам второго счетчика со сдвигом на один разряд в сторону старших, вход установки которого соединен с выходом формирователя интервалов нулевой зоны, при этом счетные входы обоих счетчиков соединены с дополнительным выходом генератора тактовых импульсов, с третьим входом формирователя прямоугольныхимпульсов, с третьим вхос 59 дом формирователя управляющих импульсов и с первьши входами первого (Л . и второго преобразователя кодврес: менной интервал, соединенных вторыми и третьими входами соответственнос вторыми и третьми выходами формирователя управляюпщх импульсов, четвертый вход которого подключен 00 к первому выходу формирователя прямоугольных импульсовi а четвертые входы преобразователей кодвремен1 С ной интервал подключены к выходу суммы комбинационного сумматора, причем второй вход формирователя управляющих импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов , выходы преобразователей кодвременной интервал соединены соответственно с первой и второй выходными шинами,а выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом формирователя прямоугольных импульсов. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем,что формирователь прямоугольных импульсов

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l 9) (11) (51)4 С 05 В 1/01 Н 03 К 5/24

r=, СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ГВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3686709/24-21 (22) 05.01.84 (46) 23. 10.85. Бюл. ¹ 39 (72) В.А.Мишин и Е.A. Соловьева (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологи.ческий институт комплектного электропривода (53) 621.374.33(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 738130, кл. G 05 В 1/01, 1978. (54)(57) 1. УстРОйстВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ

ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ НУЛЬ., ПЕРИОДИЧЕСКОГО

СИГНАЛА, содержащее выходные шины, источник входного сигнала, формирователь прямоугольных импульсов, подсоединенный первым входом к источнику входного сигнала, формирователь ин. тервалов нулевой зоны, подсоединен-.. ный первым и вторым входами соответственно к первому и второму выходам формирователя прямоугольных импульсов, формирователь управляющих импульсов, подсоединенный первым входом к второму выходу формирователя прямоугольных импульсов, первый счетчик, подсоединенный входом установки к первому выходу формирователя управляющих импульсов, генератор тактовых импульсов, подсоединенный выходом к третьему входу формирователя интервалов нулевой зоны,и второй счетчик, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности фиксации моментов переходов через нуль искаженного периодического сигнала, в него введены два преобразователя код-временной интервал и комбинационный сумматор, подсоединенный прямыми информационными входами к информацион ным выходам первого счетчика, и инверсными, кроме старшего, соединенного с шиной нулевого потенциапа,— к информационным выходам второго счет чика со сдвигом на один разряд в сторону старших, вход установки которого соединен с выходом формирователя интервалов нулевой эоны, при этом счетные входы обоих счетчиков соединены с дополнительным выходом генератора тактовых импульсов, с третьим входом формирователя прямоугольных импульсов, с третьим входом формирователя управляющих им— пульсов и с первыми входами первого .и второго преобразователя код- временной интервал, соединенных вторыми и третьими входами соответственно с вторыми и третьми выходами формирователя управляющих импульсов, четвертый вход которого подключен к первому выходу формирователя прямоугольных импульсов,: а четвертые входы преобразователей код- временной интервал подключены к выходу суммы комбинационного сумматора, причем второй вход формирователя управляющих импульсов соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выходы преобразователей кодвременной интервал соединены соответственно с первой и второй выходными шинами,а выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом формирователя прямоугольных импульсов.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем,что формирователь прямоугольных импульсов

11871 содержит два компаратора, обьединенные первые входы которых являются первым входом формирователя прямоугольных импульсов, источник опорного напряжения, соединенный прямым и инверсным выходами с вторыми входами соответственно первого и второго компараторов, четыре 3 — триггера, информационные входы первых двух из которых подключены соответственно к выходам первого и второго компараторов, а прямые выходы — к информационным входам третьего и четвертого 3 - триггера, прямые выходы которых являются первым и вторым выходами формирователя прямоугольных импульсов, при этом входы синхронизации первого и второго, третьего и четвертого Р— триггеров являются соответственно вторым и третьим входами формирователя прямоульньгх импульсов.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что формирователь интервалов нулевой зоны содержит элемент ИЛИ, входы которого являются первым и вторым входами формирователя интервалов нулевой зоны, и†триггер, соединенный информационным входом с выходом элемента ИЛИ, вход синхронизации 3 — триггера является третьим входом формирователя интерва; лов нулевой зоны, а выход — выходом формирователя интервалов нулевой эоны.

4. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что формирователь управляющих импульсов содержит

Вб — триггер, R — и ) — входы которого являются соответственно первым и четвертым входами формирователя управляющих импульсов, три Р— триггера, причем прямые выходы первого и второго Q — - триггеров соединены с информационными входами соответственно второго и третьего D - триггеров, а прямой выход 85 — триггера подключен к информационному входу первого 3 — триггера, первый и второй элементы ЗИ, подключенные первыми входами соответственно к прямому и инверсному выходам R5

45 триггера, вторыми входами — к инверсному и прямому выходам первого

Д вЂ” триггера, а их выходы являются вторым и третьим выходами формирователя управляющих импульсов, элемент ЗИ-ИЛИ, выход которого является первым выходом формирователя управляющих импульсов, при этом первый и второй вход элементов ЗИ элемента ЗИ-ИЛИ подключены соответственно к прямому и инверсному выходам второго и третьего Q — триггеров, к инверсному и прямому выходам второго и третьего Э вЂ” триггеров, вход синхронизации второго — триггера является третьим входом формирователя управляющих импульсов, входы синхронизации первого и третьего 3 — триггеров являются вторым входом формирователя управляющих импульсов и соединены с третьими входами элементов ЗИ и третьими вхо- дами элементов ЗИ элемента ЗИ-ИЛИ.

5. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователь код-временной интервал содержит Э вЂ” триггер, 5 и R входы установки которого являются соответственно вторым и третьим входами преобразователя код временной ин-. тервал, а информационный О в вход соединен с шиной нулевого потенциала элемент И, соединенный первым входом с выходом Э -триггера, а второй вход элемента И является первым входом преобразователя код-временной интервал,вычитающий счетчик с предварительной записью, информационный вход которого является четвертым входом преобразователя код-временной интервал вход записи соединен с Р

) входом 3 -триггера, а счетный вход— с выходом элемента И, дешифратор нулевого состояния счетчика, соединенный информационными входами с информационными выходами счетчика, входом стробирования — с вторым входом элемента И, а выходом — с входом синхронизации D --триггера и выходом преобразователя код-временной интервал.

1187145 рых совпадает с фронтом С2. Сигнал

d1 равен логической "1" в течение интервалов tp t ° t4 tg и таад и логического "0 в течение интервалОв tg t4 q tg ta (c тОчнОстью до сдвига). Далее на регистре сдвига íà D-триггерах 23-25 сигнал dl три раза сдвигается для получения сигналов d2, d3, d4, с помощью кото- 10 рых формируются импульсы записи кода с выхода комбинационного сумматора 8 в преобразователи 9 и 10 кодвременной интервал и импульс установки в ноль счетчика 6. Первый сдвиг 15 на Гтриггере 23 осуществляется по срезу С1, второй — на D-триггере

24 по фронту С2, а третий — íà Dтриггере 25 также по срезу Сl. На элементе ЗИ 26 формируются импульсы 1, совпадающие с С1(/ !=Сl d1 d2)

И ПОЯВЛЯЮЩИЕСЯ В МОМЕНТЫ с задержкой на сдвиги, Аналогично на элементе 3М 27 ь 2=С1 dl d2 появляется с задержкой на сдвиги в 25

МоменТЫ t t6 И T,Ä, На элементе 2-ЗИ-ИЛИ 28 формируется импульс 3, совпадающий с импульсом Сl и задержанный отнои и сительно /,1 и /,2 на оцин период

Сl. В качестве счетных импульсов для счетчиков 6 и 7 используются тактовые импульсы С2 (фиг.1,10).

Разность между содержимым счетчика

6 и половиной содержимого счетчика 7 получается на комбинационном сумматоре 8, работающем в режиме вычитания. Деление содержимого счетчика 7 на два осуществляется . путем постоянного (монтажным способом) сдвига содержимого счетчика на один разряд вправо (в сторону младших). При этом младший разряд г/четчика 7 не используется, а на старший вычитающий вход сумматора

8 подается логический "0", Выход суммы комбинационного сумматора

8 соединен с информационными входами преобразователей 9 и 10 кодвременной интервал, следовательно, информационными входами предварительной записи вычитающего счетчика 31, на вход записи которого поступают импульсы записи / 1 гЛ / 2) . Каждый преобразователь код временной интервал, кроме вычитающего счетчика 31, содержит дешифратор 32 нулевого состояния

55 счетчика, П-триггер 29 с установками и элемент И 30. В настоящее время вместо отдельных вычитающего счетчика и дешифратора нулевого состояния счетчика может быть применен реверсивный счетчик с встроенными дешифраторами нулевого и единичного состояний счетчика имеющийся как в микросхемах серий

ТТЛ (К155ИЕ7. 133HE7), так и К-МОП (К561ИЕ11, 564ИЕ11) .

Дешифратор 32 нулевого состояния счетчика может быть реализован при прямых выходах счетчика на логическом элементе ИЛИ-НЕ с инверс ным входом для ст оби о ия сЗ(с4) = A1...An + С2 = Al...Xn с2., Триггер 29 и элемент И 30 образуют клапан для пропускания тактовых импульсов С" на счетный вход вычитающего счетчика 31. Выходные импульсы снимаются с выхода дешифратора 32.

Рассмотрим работу устрой"тва во времени, Пусть в момент и (фиг,6) входное напряжение превышает положительный порог, в результате чего на выходе компаратора 14 появляется уровечь логической "1" (аl=l), который сдвигается на //-триггер 16 по фронту Сl (а2=1), а на П-триггере 18 — по фронту С2 (а3=1). В моI мент t входное напряжение становито ся меньше положительного порога, на выходе компаратора 14 снова появляется уровень логического "..0" (а1=0), который также сдвигается по Сl (а2=0) и С2 (a3=0). Аналогично

// происходит в моменты времени

) // оэ

Когда отрицательная полуволна входного сигнала превышает отрицательный порог, уровень логической "1" появляется на выходе второго компаратора 15 (вl=l), что проис одит в моменты времени

//

l/

Когда отрицательная полуволна становится меньше отрицательного порога, уровень логической "1" на выходе компаратора 15 сменяется уров нем логического "0" (в1=0, моменты

/ /

tq). Аналогично сдвигу аl íà D-триггерах 17 и 19 происходит сдвиг сигнала в1 (вl — эв2 ="вЗ) .

Когда значение входного напряже/ ния находится между пороговыми уровнями на выходах обоих компараторов

7 1187

14 и 15 логический "О", По положительному перепаду а3 в момент. и (с точностью до сдвига) К триггер

22 (фиг. 8) переключается в состояние логической "1", а в момент t .(с точностью до сдвига) по в3— в состояние .логического "0". Аналогично в моменты t, t< и т.д.

Таким образом формируется сигнал d1, который равен логичес- 10 кой "1" в течение положительных сдвинутых полупериодов 6 и т.д.) логическому "0" в течение отрицательных сдвинутых полупериодов (t — t<, t6 - t® и т.д.). В момент импульс записи с 1 переписывает

В код D* А — в вычитающий счетчик

31 преобразователя 10 код-временной интервал. При этом А-код, пропорцио- 20 нальный предыдущему сдвинутому отрицательному полунериоду; В-код, пропорциональный интервалу между моментами пересечения пороговых уровней входным сигналом. 25

Одновременно импульс с 1 в том же преобразователе устанавливает D-триггер 29 по входу R в состояние логического "0" если он по какой-либо причине находился в состоянии логи- у0 ческой "1",например,при начальном включении. Тем самым предотвращается немедленное считывание записанного .кода. По срезу импульса, 1 счетчик

7 (фиг.5) сигналом е2 сбрасывается в нуль по входу R и удерживается в нуле до тех пор, пока е2 =1(е2=0).

Затем импульсом 3 счетчик 6 сбрасывается в состояние нуль и со следующего импульса С2 начинает снова 40 считать, преобразуя -положительный сдвинутый полупериод Сo - и в код.

Одновременно импульсом Г1 в момент

D-триггер 29 в преобразователе

9 по входу S устанавливается в сос- 45 таяние логической "1 (я=1), благодаря чему разрешается прохождение импульсов с2 через элемент,И 30 на счетный вход вычитающего счетчика 31. Таким образом, код записан-. ный в счетчик 31 преобразователя в

145 8 предыдущий сдвинутый положительный полупериод (в момент аналогичный моменту 1 1>начинает преобразовы ваться в интервал. После прохождеВ ния D А — — импульсов С2 счетм

„ик 3 1 пр ео бр аз о в ат еля 9 установится в состояние "О" (Е1=0), следующий (D +1) "й импульс С2 пройдет через дешифратор 32 на выходную шину 11, а через элемент ЗИ 27 — на счетчный вход счетчика 31. По срезу (D +1)-го импульса 32, счетчик

31 из состояния "0" переключается в состояние "1", дешифратор 32

"закрывается", прекращая прохождение импульса С2 на выходную шину 11.

Одновременно по срезу (П +1)-ro импульса С2, прошедшего через дешифратор Ю-триггер 29 устанавливается в состояние "О", запирая тем самым элемент И 30 и прекращая доступ импульсов С2 на счетный вход счетчика 31. Таким образом, в момент

II на выходной шине 11 появится

I импульс СЗ, соответствующий переходу входного сигнала отположительного значенияк отрицательному, В» течение интервала to t2 когда преобразователь 9 преобразует код в интервал, преобраэова тель 10 находится в режиме хранения, а счетчики 6 и 7 заняты преобразо ванием интервалов — -и соответственно в код, Прй этом интерю !( вал to tî счетчиком 7 не у тывается, так как после выхода входного сигнала из нулевой (межпороИ говый) зоны в момент t счетчик сбрасывается по входу R сигналом е2 (фиг.6).

Начиная с момента t> преобразователь 10 преобразует код, записанHbIH в момент tg в интервал и выдает на выходную шину 12 импульс с4 в момент t> . В это время преобI разователь 9 находится в режиме хранения кода, записанного импульсом (, 2 с выхода комбинационного сум" матора 8 в момент

Далее процесс повторяется.

1187145

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения устройств, для измере.— ния частоты и фазы в устройствах управления тиристорными преобразовате- 5 лями, работающих от питающей сети, форма напряжения которой сильно искажена. . Цель изобретения — повышение точности фиксации моментов переходов 10 через нуль периодического сигнала, в том числе и искаженного.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства фиксации переходов через нуль периодического сигнала; 15 на фиг. 2 — 5 структурные схемы выполнения формирователя прямоугольных импульсов, формирователя интервалов нулевой зоны, формирователя управляющих импульсов и преобразо- 20 ват ля код-временной интервал; на фиг. 6 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство фиксации переходов через нуль периодического сигнала содержит источник 1 входного сигнала, генератор 2 тактовых импульсов, формирователь 3 прямоугольных импульсов, соединенный первым входом с источником 1 входного сигнала, вторым и третьим входами соответственно с выходом и дополнительным выходом генератора 2 тактовых импульсов, формирователь 4 интервалов нулевой зоны, соединенный первым и вторым 35 входами соответственно с первым и вторым выходами формирователя 3 прямоугольных импульсов, третьим входом — с выходом генератора 2 тактовых импульсов, формирователь 40

5 управляющих импульсов, соединенный соответственно первым и вторым входами с вторыми выходами формирователя 3 прямоугольных импульсов и 45

2 тактовых импульсов, первый счетчик 6, соединенный входом установки R с первым выходом формирователя

5 управляющих импульсов, счетным входом — с дополнительным выходом 50 генератора 2 так-.овых импульсов, второй счетчик 7, соединенный входом установки R с выходом формирователя 4 интервалов нулевой зоны, счетным входом — с дополнительным 55 выходом генератора 2 тактовых импульсов, комбинационный сумматор

8, соединенный прямыми информационными входами с информационными выходами первого счетчика 6 и инверсными, кроме старшего, с информационными выходами второго счетчика 7 со сдвигом на один разряд в сторону старших, первый 9 и второй 10 преобразователи код-временной интервал, соединенные первыми входами с дополнительным выходом генератора

2 тактовых импульсов, при этом вторые и третьи входы преобразователей код-временной интервал подключены соответственно с вторыми и третьими выходами формирователя 5 управляющих импульсов, а выходы преобразователей 9 и 10 код-временной интервал. подключены соответственно к первой 11 и второй 12 выходным шинам, причем формирователь 3 прямоугольных импульсов содержит источник 13 опорного напряжения и два компаратора 14 и 15, первые входы которых подключены к первому входу формирователя 2 прямоугольных импульсов, вторые входы — соответственно к пРямому и инверсному выходам источника 13 опорного напряжения, а выходы — к информационным входам первого и второго 2 -триггера 16 и 17, прямые выходы которых соединены с информационными входами третьего и четвертого -триггера 18 и 19.

Формирователь 4 интервалов нулевой зоны содержит элемент ИЛИ 20, .выходом подключенный к информационному входу D --триггера

21, формирователь 5 управляющих импульсов содержит R S-триггер 22, прямой выход которого подключен к информационному входу первого D — - триггера 23, прямым выходом соединенного с информационным входом. второго Dтриггера, 24-, прямой выход которого соединен с информационным входом четвертого D-триггера 25, при этом прямой выход RS-триггера 22 и инверсный выход первого D --триггера 23 подключены к первому и второму входу первого элемента 3 И 26,инверсный выход RS -триггера 22 и прямой выход первого D -триггера 23 подключены к первому и второму входу второго элемента ЗИ 27, прямой выход второго

D — - триггера 24 подключен к первому входу элемента ЗИ элемента ЗИ- ИЛИ

28, преобразователь код-временной интервал содержит Ю-триггер 29, вы3 ходом соединенный с первым входом элемента И 30, выход которого соединен с счетным входом вычитающего счетчика 31, информационными выходами подключенного к информационным входам дешифратора 32 нулевого состояния счетчика.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал от источника 1 поступает на вход формирователя 3 прямоугольных импульсов (фиг.1), а следовательно, на входы компараторов 14 и 15 (фиг.2), где в первом сравнивается с положительным пороговым напряжением,а во втором— с отрицательным.

Когда положительная полуволна входного сигнала превьппает положительное пороговое напряжение (интервалы t>- t » 1о- ti» t4 t» tg( фиг,б), на выходе первого компаратора 1 4 появляется также положительное напряжение, которое принято за уро".: вень логической единицы а 1=1, При этом на выходе второго компаратора

15 уровень логического "0". Когда отрицательная полуволна превышает отрицательное пороговое напряжение и»

I (интервалы t - t » tz t » ь, фиг ° 6), на выходе второго компаратора 15 появляется уровень логической "1"(В1=1). Когда входной сигнал находится между пороговыми напряжениями, т.е. "нулевой" зоне, на выходе обоих компараторов 14 и

15 будет нулевое напряжение, т.е. уровень логического "0". Выходные сигналы с компараторов поступают через двухраэрядные регистры сдви-. га, выполненные на D-триггерах 16, 18 и 17, 19. Это обусловлено тем, что для надежной работы счетчиков, у которых счетные входы входящих в них триггеров объединены, необходимо чтобы счетные импульсы не укорачивались на фронте и срезе импульса разрешения счета (импульса, пропускающего счетные импульсы на счетчик).При значительном укорочении счетного импульса часть подлежащих переключению триггеров из»эа меньшего быстродействия может не переключиться, что вызовет большую ошибку кода счетчика.

Чтобы. это не произошло, необходимо, чтобы фронт и срез импульса разрешения находились между счетными

187145 ф

35

50

В формирователе 5 управляющих импульсов (фиг.4) иэ сигналов аЗ, вЗ на RS-триггере 22 формируется логический сигнал "сдвинутых" полупериодов di» фронт и срез кото55 импульсами. Для этого необходимо, чтобы выходные сигналы компараторов

14 и 15 по фронту и срезу совпадали с фронтом или срезом тактовых импульсов. Такая "временная привязка" сигналов компараторов 16 и 15 к тактовым импульсам осуществлена на D-триггерах, переключающихся по фронту тактового импульса. Первая

"привязка" íà D-триггерах 16 и 17 осуществляется по фронту С1, а вторая на 0-триггерах 18 и 19 — по фронту С2. Двойная "привязка" надежнее, чем "одинарная" при наличии колебаний на фронтах информационных и синхронизирующих сигналов. Временная привязка необходима,для формирования в.определенные моменты входного сигнала управляющих импульсов и интервалов, фронты и срезы которых совпадают (с точностью до задержки элементов)с фронтами и срезами тактовых импульсов..

Логические сигналы аЗ и вЗ(фиг,б) с выходов D-триггеров 18 и 19 имеют тот же период следования, что и а1, в1, (фиг.б), но фронт и срез их совпадают с фронтом импульсов С2.

При этом, чем выше частота следования тактовых импульсов по сравне нию с частотой следования входного сигнала, тем меньше сдвиг сигналов аЗ,вЗ относительно а1,в1 и различие их по длительности. Поэтому реальный

/ относительный сдвиг будет на несколько порядков меньше, чем изображено на фиг.б.

Логические сигналы а3, вЗ (фиг.б) с выхода формирователя 3 прямоугольных импульсов поступают на входы формирователя 4 интервалов нулевой зоны и формирователя 5 управляющих импульсов.

В формирователе 4 интервалов нулевой зоны из сигналов аЗ, вЗ на элементе ИЛИ 20 формируется инверсный сигнал е1= аЗ+вЗ=аЗ ° вЗ, фронт и срез которого совпадают (без учета задержки микросхем) с фронтом С2.

На 9-триггере 21 сигнал е1 сдвигается по срезу импульса С1,,благодаря чему сигнал е2 перекрывает импульсы 1 и ь 2, совпадающие с С1.

118714

Фиг.2.1187145

Фиг.1

1187145

Соса авитель Н.Маркин

Редактор С.Патрушева Техред З.Палий Корректор И.Эрдеи

Заказ 6548/53 Тираж 862 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент" > r. Ужгород, ул. Проектная, 4