Частотное пороговое устройство

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах противоаварийной автоматики, а также в системах контроля любых величин, преобразованных в частоту. Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 эталонной частоты, делители 2,4 частоты, триггер 3, входную шину 5, выходную шину 6 с соответствующими связями. 2 С.П.Ф-ЛЫ. 3 ил.

ОБИСАНБЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1(омитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4944237/21 (22) 11.06.91 (48) 30.11.93 Бюл. Na 43И (71) Московский агрегатный завод "Дзержинец" (72) Краскин В.М; Пиастро Л.М. (l3) Краскин Владислав Михайлович; Пиастро Леонид Моисеевич (54) ЧАСТОТНОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО (в) RU (и) 2004071 Cl (51) 5 Н 03 (67) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах лротивоаварийной автоматики, а также в системах контроля любых величин, преобразованных в частоту. Сущность изобретения: устройство содержит генератор

1 эталонной частоты, делители 2, 4 частоты, триггер

3, входную шину 5, выходную шину 6 с соответствующими связями. 2 спф-лы, 3 ил.

2004071

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах противоаварийной автоматики, а также в системах контроля любых величин, преобразованных в частоту.

Известно устройство для допускового контроля частоты, представляющее собой двухуровневое частотное пороговое устройство и содержащее формирователь импульсов, ждущие мультивибраторы и триггеры, выходы которых являются выходами устройства (1). В этом устройстве фиксация нахождения частоты входного сигнала в той или другой зоне осуществляется нэ основе сравнения длительности прямоугольных импульсов, сформированных из положительной полуволны входного сигнала, с длительностями эталонных импульсов, генерируемых ждущими мультивибраторами, Недостаток описанного устройства— низкая точность, обусловленная нестабильностью параметров элементов времязадающих цепей в мультивибраторах и чувствительностью к искажениям формы кривбй входного сигнала. Кроме того, в этом устройстве не предусмотрены меры для создания гистерезиса с целью исключения режима "звонка" при наличии модуляции частоты входного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа частотное пороговое устройство, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого

- подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, счетный вход которого подключен к входной шине, а первый выход — к второму входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине (2). Второй делитель частоты в описанном устройстве имеет один выход, связанный одновременно с вторым входом триггера и с входом установки нуля первого делителя частоты.

Это устройство обладает недостаточной надежностью функционирования из-зэ возможности несрабатывания, обусловленного отсутствием синхронизации в работе делителей. Кроме того, для перестройки частотного порога с целью организации гистерезиса в устройство введен специальный блок предустановки, что усложняет конструкцию.

Цель изобретения по первому варианту — повышение надежности функционирова-. ния.

С этой целью в частотном пороговом устройстве, содержащем генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, счетный вход которого подключен к входной шине, а первый выход — к второму входу триггера, первый выход кото10 рого подключен к выходной шине, второй выход второго делителя частоты подключен к входу установки нуля первого делителя частоты.

Цель изобретения по второму варианту

15 — повышение надежности функционирования при одновременном упрощении перестройки частотного порога.

С этой цель|о в частотном пороговом устройстве, содержащем генератор эталон-

20 ной частоты, выход которого подключен к

° счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго де. лителя частоты, счетный вход которого подключен к входной шине, а первый выход — к второму входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине, первый делитель частоты выполнены на счетчике импульсов с возможностью предустановки кода, а второй выход второго делителя частоты, подключен к входу установки нуля первого делителя частоты, по крайней мере один из входом предварительной установки которого подключен к первому или второму

3б выходу триггера.

В результате проведенных патентных исследований указанная совокупность отличительных признаков не обнаружена, Таким образом, заявленные вариантй

40 устройства соответствуют критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена структурная схема частотного порогового устройства по первому варианту; на фиг. 2 — структурная

45 схема частотного порогового устройства по второму варианту; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства по второму варианту.

Устройство по первому варианту содер50 жит генератор 1 эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу.первого делителя 2 частоты. Выход последнего подключен к первому входу триггера 3 и входу установки нуля второго делителя 4 частоты, счетный вход которого подключен ,к входной шине 5, э первый выход — к второму входу триггера 3. Первый выход триггера подключен к выходной шине 6, а второй выход второго делителя 4 частоты — к входу установки нуля первого делителя 2 частоты.

004071

Устройство работает следующим абразом

Генератор Зтапскной частоты (фиг. 1f

В ы рабаты Вает п ря ма у гоп ьн 64е и РРпуп ьсы

ЗТаланнай частоты fear, DO МНОГО Раз пРВВЫша4ащие зада«ную частоту срабатывания устройства f, В качестве делителей 2 и 4 частоты используются счетчики-делители, причем первый делитель 2 частоты устанавливается в нулевое состояние сигналам низкого уровкя, G второй делитель 4 частаты— сигналом высокого уровня. Импульсы Входной частоты f)(с входной шины 5 паступа4ат на счетный вход делителя 4 частоты, который осуществляет из пересчет. При атом на выходе Qttt! его 4т4 4-го разряда формируется последовательность прямоугапь«ых импульсов, длительность которых пропорциональна периоду входного сигнала. Поступая на вход установки нуля псрвога делителя 2 частоты, эти импульсы разреша4ат этому делителю частоты пересчет эталонных импульсов, поступа4ощих на его счетный ахад с генератора эталон«ой частоты. При отсутствии импульса на входе установки иупя делителя 2 частоты ан устанавливается в

25 кулевае состояние. коэффициент деления этого делителя частоты выбирается таким, чтобы иктервал времени от начала пересчета эталонных импульсов этим делителем частоты до момента появления импульса HG ега выхода Qttt бып бы равен дпитеиьнасти импульса, формируемого на Выходе О л делителем 4 частоты при fx=4. При fx

0П 1делителя 4 частоты. Появляющийся при этом импульс на выходе Qttt делителя 2 частоты удерживает триггер 3 в состоянии "Г, фиксируя на выходной шине 6 устройства, что f>

Описанный процесс периодически повторяется. flptt повыше«ии частоты Вхадкога сигала да fy>fz импульс на выходе Grat делителя 4 частоты пропадает раньше, чем успел бы запал«итьсп делитель 2 часта1ы, при зтам последний каждый р".- Обнуляется, а делитель 4 частоты непрерывна продолжает пересчет вхад 4ых импупьсаз, В

55 резуп6TGTB чего паявпяется импульс «а ега состояние. Пропадание при этом импульса 45

ВЫХадЕ QII;p. ЛрИ атОМ трИГГЕр 3 ПЕрЕбрПСЫвается в состояние "4", фиксируя на выходной шине 6 устройства, чтО 4>Гд.

Последующие импульсы на выходе Q z делителя 4 частОты лишь падтвержда4ат зта состояние триггера, Устройство па второму Варианту содержит генератор 4 эталонной частоты (фиг. 2).

Выход котарога поцкп4ачеР4 к счет«аму входу

rtepBoro делителя 2 частоты. Выход последнего подключен к первому входу триггера 3 и входу установки нуля второго делителя 4 частоты, счетный вход которого подкл4очен к входной шике 5, а первый выход — к второму Входу триггера 3. Первый выход триггера подключен к .выхсднай шине G, а второй

ВыхОД BTopot О Делителя 4 частоты — к входу установки нуля первого делителя 2 частоты, котарь4й Выполнен на счетчике импульсов с

Возможностью прЕдустановки кода. По крайней мере один из Входов предварительной установки делителя 2 частоты подключен к первому ипи втараму выходу триггера

3, Принцип рабаты устройства па второму варианту паяскяется «а примере конкретной схемы, Выполненной на микросхемах

564 серии, где 2 — программируемый счетчик-делитель 564ИЕ35, 3 — триггер 0-типа

564 ПМ2, 4 — суммирующий двоичный счетчик-делитель 564NE! О. Генератор эталонной частоты Выполнен ка основе кварцевого резонатора и вырабатывает прямоугольные иРлпупьс64 эталонной частоты fy» тз

Устройство по второму варианту работает следующим образам.

Праграллмируемый счетчик-делитель 2, ка счетный вход которого поступают прямоугольные импульсы с Выхода генератора I, работает В режиме периодического счета с заданным коэффицлиентам деления, набираемым с помощью Входов формирования модуля Q, Ка, Кс и преДвлрителькаи устанаВки (t ... ltB, Коэффициентделения выбирается в соответствии с атнашением f>zlf>, а при срабатывании устройства происходит ега перестройка на более высокий уровень, соответствующий отношению 4т/(4- Aft), где hf< — шири«а гистерезиса, Входы Кь, Кс служат также для запрета счета и установки программируемого счетчика-делителя 2 в исходное состояние (Кь=К --0). Один или оба зти Входа в зависимости От того, на какие из них дпя обеспечения B6lápGtt 4ot.о модуля в ходе счета должен быть подан сигнал "!", подключены к выходу псрвага разряда дваичнага счетчика-делителя 4, На фиг. 2 ïoêGзана падкпячение K зтаР гу Выходу талька

Входа К . Всс дру4 ttB Вхадь4 B соответствии с

2004071

ЗО

З5

50 программной установки подключаются частично к Бы",îäàì триггера (для обеспечения необходимой перестройки коэффициента деления при изм8нении состояния выхода устройства), остальное — к постоянным потенциалам 08 и 0", При поступлении БхОДных импу!!Ьсов с входной шины 5 на счетный вход С Двоичного счетчика-делителя 4 (фи-. За) и соблюдении условий раз438Ш844ия счета (Oct= О, UR=0) ft6pal!лю-46Hvfa сиГала HG выхОД8 Q1 счетчика происходит по переднему фронту ка)кдого BXOAHoro импульса, а сигнала на выходе Q2 — oo отрицательному фронту сигнала Q t, При этом на выходе О1 формируется последователь!!Ость им41ульсов, длительность которых равна периоду входного сигнала устройства.

С приходом первого входнсго импульса на счетнь4й вход двоичного счетчика-делител я с- и 4- 4 а л i. 6 ro Б !.,! хода Q 1 з а и ус 4; а ет rt j3 ограммируемый счетчик-делитель 2. При тх>Хз

Г4рограммир емый счетчик-делитель 48 успегает заполниться за период входной частоты! и по Окон fGI-4Mh Г46риода с приходом следу4ощего входного и4ипульса происходит переключение си Гна/! ОБ l!8 Быходах Q1 l1 Q2 двоичного счетчик".,-делителя 4 (фи". Зб, r), Пропада4! 18 сигнала О1 приводит к запрету

С 48TG Г4РОГPHftfIИ47У8МЫ!1 С 46ТЧИКОМ-ДВЛИТЕлям 2 и уста!40Вка 6ГО в исходн438 состояИl!6, а floHЬлание Сигнала 442 — к срабаты43ани4О триггера 3 (Од=! 4, LJ ;=U, о

Ut4=0) и установке его в состояние "1" (фиГ, Зд), При этом сиГнал 1 с 6ГО.пprtt«oro выхода фиксирует на выходной шине 6 факт

ПОD!ь4Ш64 IИЛ Чr СТОТЫ. !"43f4Q!fеНИ8 СИГНаЛОВ на прямо!1 и инверснВМ выходах привоцит к перестройке коэффициa, íT6 деле!1!!n программируемого счетчика-делителя 2. Таперь тp!1rrep окаэывае-ся в состоянии "1" г/О тех

ПОР, ПОКа КОНтРОЛИРУ6МаЯ ЧБСтОта Гх НЕ СтаНЕт М6НЬШ6, ЧБМ 4з- йг-, При СНИЗКБНИИ ЧаСтаты Бходн О го сигнала до fx -"f3 — ЛГ перLÇOM же контроли, Зусмом Г!6,7иод8 Г1роГ13ctf>1мир3 амый с {атчик Делитель 2 /сп! ВBGT заг4ол44иться, и сигнал с его выхода (фиг. Зв)

Об! Р/л Лет Двоичный счетчи .-л елител ь 4 (фиГ, Зб) и триггар 3 (риг. ЗД). 4"..4ип4ал "0" с его прямого выхода фиксирует !4а выходной Lffêне 6 факт отсутствия пов!.4шенил частоты, Изменение состояния выходов триггера ведет к ffapccTpoi,, коэфд„ ициента деления программируемого счетчика-делителя 2 44а коэффициент, соответст43ующий частоте 1з

В частотном порого вом устро fcTBCI, Вы" бранном за прототип, выявгениоcooTtloftteние частоты вход!!ОГО с,иГI48ëß fx и заданной

fç ОСущеСТВЛяеТСя П /Т8М СоаянеНИя ДЛИтельности пауз сигналов. формируемых на выхода делителей. В то же время из-за отсутствия синхронизации в работе делителей временной сдвиг ме3кду началами этих пауз может быть произвольным, что приводит к нестабильности времени срабатывания устройства, а при определенных условиях к его несрабатыванию.

Проведем анализ работы устройства при изменении частоты входного сигнала с

4х J (тх< тз) на 4Т (х> тз). Предварительно обозначим

N1 и 4Ч2 — коэффициент деления первого и второго делителей; ти1, т и2 И

1 I . 1

Тх= —, Тз — —, Тзт, 4ТХ= з Тх. тх Тз тзт

Будем считать, что длительность выходных импульсов делителей пропорциональна периоду их входных сигналов, при этом

К1 и К2 коэффициенть4 пропорциональности для первого и второго делителей, Тогда можно записать тп1= 4>(N1 K1) т п2=Тхф2 2)

УЧИтыааЯ УСЛОВИЕ СоабатЫВаНИЯ (тп1=Гп2 Г4РИ Тх=тз) Тп1=Тз(4Ч2 2).

Пусть в исходном состоянии f

ЭтОМтп2> тп1И ИМПУЛЬСЫ На ВЫХОДЕ ПЕРВОГО делителя появляются раньше, чем на выходе второго и, поступая на установочный вход второго делителя, периодически устанавлива!от его в исходное состояние.

В момент То происходит изменение частоты входного сигнала с f $ на f f, отсчет

То ведется от начала данного периода (начала паузы) выходного сигнала первого делителя.

Нетрудно проверить, что при Т43> тз

>- —, . Тз(!" 42-.К2) в первом периоде выf t — f ходного сигнала первого делителя срабатывания устройства не происходит. Чтобы устройство сработало необходимо, чтобы временной сдвиг между началами отсчета пауз в Одном из последующих периодов был меньше опредег4енной величины. Это условие можно записать следующим обра8GM:

0<То+Тх ГБ Тзт г41п< тп1 т п2, (1) где и — число периодов выходного сигнала первого делителя;

m — число периодов входного сигнала устройства.

Преобразовав неравенство (1) в вид

0 — +m m— . -n n< — — — — (2), То Тзт 1 ""х Я2 r2

Тх Тх Тх

2004071 проведем анализ гарантий срабатывания устройства.

Тх

В этом случае срабатывание устройства не может быть гарантировано.

Тзт N1

Действительно, если Т вЂ” целое

Тх число и То выбрать таким, чтобы дробная часть отношения находилась н пределах Tõ 2 К2 < То То < 1

Тх Тх . Тх . то услоние (2) не может быть выполнено ни при каких m и п, следовательно, н этом случае устройство не срабатывает.

<1.

"х . В этом случае срабатывание устройства гарантируется, причем уже на втором периоде выходного сигнала первого делителя, поскольку, учитывая, что То<ТзтИ1, условие (2) всегда ныполнимо уже при:n=1.

Таким образом, для обеспечения функциональной надежности устройства при малых отклонениях частоты необходимо выбирать большой коэффициент деления

N2, а это приводит к увеличению времени срабатывания устройства. что но. многих случаях недопустимо.

Рассмотрим конкретный пример.

Предположим, что второй делитель выполнен в виде последовательно соединенных триггерных ячеек. В этом случае скважность выходных импульсов делителя

N2 равна двум и N2-К2= — .

Формула изобретения i. ЧАСТОТНОЕ ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты, счетный вход которого подключен к входной шине, а первый выход - к второму входу триггера, первый выход которого подключен к выходной шине, отличающееся тем, что. с целью повышения надежности функционирования, второй выход второго делителя подключен к входу установки нуля первого делителя частоты.

2. Частотное пороговое устройство, содержащее генератор эталонной частоты, выход которого подключен к счетному нхоПусть требуется обеспечить гарантированное срабатывание устройства при повышении частоты входного сигнала на 1%.

АТх

Поскольку в этом случае 0,01, то слеТх дует выбрать N2>200, т.е. 2ЬГ

Пусть f |, составляло 99% тз. Накладывая условия несрабатывания в первом периоде выходного сигнала первого делителя

10 (То>64Тз) выбираем То=64,1 Тз. Тогда максимальное бремя срабатывания определим иэ выражения ч2

Тсризхс=М2Тз Томин+Тх — (2 56 — 64, 1)Тз+

+-1-0 1-Тз=З 1 8,6Тз.

128

Таким образом, в рассматриваемом случае время срабатывания устройства мо20 жет достигать 318,6 периода заданной частоты срабатывания.

B предлагаемом устройстве этот недостаток ликвидируется за счет синхронизации запуска счета программируемого

25 счетчика-делителя на частоте входного сигнала (передним фронтом входного импульса) и выбором 4т»1з. При — -10 тэт 3

fs максимальный нременной сдвиг начала от30 -счета сравниваемых по длительности сигналон не превышает Тзт=0,1%Тз. (56) 1, Авторское свидетельство СССР

N. 1478315, кл. Н 03 К 5/26, 1987.

35 2. Авторское свидетельство СССР

М 661761, кл. Н 03 К 5/76, 1977. ду первого делителя частоты, выход которого подключен к первому входу триггера и входу установки нуля второго делителя частоты,q счетный вход которого подключен к входной шине. а первый выход - к второму входу триггера, первый выход ко,торого подключен к выходной шине, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования при одновременном упрощении перестройки час50 тотного порога, первый делитель частоты выполнен на счетчике импульсов с воэможностью предустановки кода, а второй выход второго делителя частоты подключен к входу установки нуля первого делителя ча55стоты, по крайней мере один иэ входов предварительной установки которого полключен к первому или второму выходу триггера.

2004071

Составитель В,Краскин

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор Т.Юрчикова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35. Раушскал наб., 4/5

Заказ 3328

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101