CS268926B1

CS268926B1 - Connection of frequency converter and ratio of two frequencies to DC voltage

Info

Publication number: CS268926B1
Application number: CS87965A
Authority: CS
Inventors: Karel Ing Hoder
Original assignee: Karel Ing Hoder
Priority date: 1987-02-13
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS96587A1

Abstract

Zapojení umožňuje měření rychlosti nebo poaěrné rychlosti. Podstata spočívá ve využívání tvarování vstupních impulsů o kmitočtu fj pomocí synchronního logického automatu taktovaného hodinovými impulsy o kmitočtu íjj. Stejnosměrná složka získaných impulsů je úměrná poměru kmitočtu Γχ : íjj. Zapojení je zvláště vhodné pro převodníky s velmi nízkou chybou převodu.The circuit allows for the measurement of speed or rate of fire. The essence lies in the use of shaping input pulses of frequency fj using a synchronous logic automaton clocked by clock pulses of frequency íjj. The DC component of the obtained pulses is proportional to the frequency ratio Γχ : íjj. The circuit is particularly suitable for converters with very low conversion error.

Description

Vynález se týká zapojení převodníku kmitočtu, popřípadě poměru dvou kmitočtů na stejnosměrné napětí, umožňující měření zejména rychlosti, popřípadě poměrné rychlosti.The invention relates to the connection of a frequency converter, or a ratio of two frequencies to a direct current voltage, enabling the measurement of, in particular, speed, or relative speed.

Pro přesné měření kmitočtu a poměru kmitočtů se používá čítače s dobou čítání odvozenou od známého kmitočtu. Výstup je v číslicovém tvaru a nehodí se pro další zpracování analogovými přístroji, například pro zápis časového průběhu rychlosti. Dosavadní známá řešení používají pro převod kmitočtu na napětí zapojení s monostabilním klopným obvodem. Toto zapojení je zatíženo velkou chybou převodu. Zajištění vysoké přesnosti, zejména ve velkém rozsahu pracovní teploty, vede ke složitým opatřením.For precise measurement of frequency and frequency ratio, a counter with a counting time derived from a known frequency is used. The output is in digital form and is not suitable for further processing by analog instruments, for example for recording the time course of the speed. The known solutions to date use circuits with a monostable flip-flop circuit for converting frequency to voltage. This circuit is burdened with a large conversion error. Ensuring high accuracy, especially in a wide range of operating temperatures, leads to complex measures.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny zapojením převodníku kmitočtu, sestávajícího ze synchronního logického automatu, který je tvořen dvěma klopnými obvody typu D a pěti součinovými hradly typu NAND, z čítače, ze spínače normálového napětí a z filtru typu dolnofrekvenční propusti podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že hodinové vstupy prvního a druhého klopného obvodu a čítače jsou vzájemně propojeny a tvoří první impulsní vstup (fjj)· Řídicí vstup prvního klopného obvodu je spojen s výstupem třetího součinového hradla, na jehož první vstup je přiveden výstup prvního součinového hradla, jehož první vstup je spojen s výstupem prvého klopného obvodu. Na druhý vstup třetího součinového hradla je přiveden výstup druhého scučinového hradla, na jehož druhý vstup je přiveden výstup naplnění čítače a na druhé vstupy prvního, druhého a čtvrtého součinového hradla je přiveden výstup druhého klopného obvodu, na je- hož řídicí vstup je připojen výstup pátého součinového hradla, kterého první vstup je spojen s výstupem čtvrtého součinového hradla a současně s řídicím výstupem spínače normálového napětí. První vstup čtvrtého součinového hradla je spojen s negovaným výstupem prvého klopného obvodu a druhý vstup pátého součinového hradla je současně druhým impulsním vstupem (fy)· Negovaný výstup druhého klopného obvodu je spojen s nulovacím vstupem čítače, vstupní svorka filtru je spojena s výstupem spínače normálového napětí, na jehož pracovní vstup je připojena svorka normálového napětí, přičemž výstupní svorka filtru je současně výstupní svorkou celého převodníku. Nastavovací vstupy prvního a druhého klopného obvodu jsou připojeny na blokovací vstup 3LOK a nulovací vstupy prvého a druhého klopného obvodu jsou připojeny na vstup logické jednotky.The above disadvantages are eliminated by connecting a frequency converter consisting of a synchronous logic automaton, which is formed by two D-type flip-flops and five NAND-type product gates, a counter, a normal voltage switch and a low-pass filter according to the invention, the essence of which lies in the fact that the clock inputs of the first and second flip-flops and the counter are interconnected and form the first pulse input (fjj). The control input of the first flip-flop is connected to the output of the third product gate, to whose first input is fed the output of the first product gate, the first input of which is connected to the output of the first flip-flop. The output of the second product gate is connected to the second input of the third product gate, to whose second input is the counter filling output, and to the second inputs of the first, second and fourth product gates is connected to the output of the second flip-flop, to whose control input is connected the output of the fifth product gate, the first input of which is connected to the output of the fourth product gate and simultaneously with the control output of the normal voltage switch. The first input of the fourth product gate is connected to the negated output of the first flip-flop, and the second input of the fifth product gate is simultaneously the second pulse input (fy). The negated output of the second flip-flop is connected to the reset input of the counter, the input terminal of the filter is connected to the output of the normal voltage switch, to whose working input the normal voltage terminal is connected, while the output terminal of the filter is simultaneously the output terminal of the entire converter. The setting inputs of the first and second flip-flops are connected to the blocking input 3LOK and the reset inputs of the first and second flip-flops are connected to the input of the logic unit.

Zapojení podle vynálezu umožňuje realizaci převodníku kmitočtu na napětí s podstatně menší chybou převodu. Zapojení neklade nároky na dobu přechodu vstupních impulsů mezi logickými stavy signálu. Zapojení dále řeší převodník poměru dvou kmitočtů na stejnosměrné napětí.The circuit according to the invention enables the implementation of a frequency to voltage converter with a significantly smaller conversion error. The circuit does not impose any requirements on the transition time of input pulses between the logical states of the signal. The circuit further solves the converter of the ratio of two frequencies to a direct voltage.

Na připojených výkresech je na obr. 1 zapojení převodníku podle vynálezu, na obr. 2 jsou časové závislosti vnitřních funkcí logického automatu a čítače a na obr. 3 je tabulka stavů a přechodu, popisující činnost logického automatu.In the attached drawings, Fig. 1 shows the connection of the converter according to the invention, Fig. 2 shows the time dependences of the internal functions of the logic automaton and the counter, and Fig. 3 shows a state and transition table describing the operation of the logic automaton.

Hodinový vstup 12 prvního klopného obvodu 2» hodinový vstup 22 druhého.klopného obvodu 2^ a hodinový vstup 32 čítače J jsou vzájemně propojeny a tvoří první impulsní vstup f_N· Řídicí vstup 11 prvního klopného obvodu 1. je spojen s výstupem 63 třetíhc součinového hradla £, na jehož první vstup 61 je přiveden výstup 43 prvního součinového hradla £, jehož první vstup 41 je spojen s výstupem 13 prvého klopného obvodu 1.· Na druhý vstup 62 třetího součinového hradla 2 je přiveden výstup 53 druhého součinového hradla 2» ^na jehož druhý vstup 52 je přiveden výstup naplnění 33 čítače J. Na druhé vstupy 42, 52 a 72 prvního, druhého a čtvrtého součinového hradla 4,. 5 a 7 je přiveden výstup 23 druhého klopného obvodu 2, na jehož řídicí vstup 21 je připo cs 268 926 Bl jen výstup 83 pátého součinového hradla 8, přičemž jeho první vstup 81 je spojen s výstupem 73 čtvrtého součinového hradla £ a současně s řídicím výstupem 92 spínače normálového napětí 2· První vstup 71 čtvrtého součinového hradla 2 je spojen s negovaným výstupem 14 prvého klopného obvodu £ a druhý vstup 82 pátého součinového hradla 8 je současně druhým impulsním vstupem f_x, negovaný výetup 24 druhého klopného obvodu 2 J® spojen s nulovacím vstupem 31 ÍTtače £. Vstupní svorka 101 filtru 10 je spojena s výstupem 93 spínače normálového napětí 2» ^na jehož pracovní vstup 91 je připojena svorka normálového napětí Ujp přičemž výstupní svorka 102 filtru 10 je současně výstupní svorkou Uvýst, celého~převodníku. Nastavovací vstupy 15 a 25 prvního a druhého klopného obvodu 1 a 2 jsou připojeny na blokovací vstup BLOK a nulovací vstupy 16 a 26 prvého a druhého klopného obvodu 1*2 jsou připojeny na log 1, činnost logického automatu je popsána tabulkou stavů a přechodů. Nový stav vznikne přechodem z výchozího stavu vždy pracovní hranou řídícího impulsu f_N podle logické úrovně vstupu ί_χ a X. Z tabulky je zřejmé, že kódování stavů je voleno tak, aby vznikl jeden vstupní impuls to délky u . j , kde u je počet řídicích impulsů čítače, po jejich příchodu nastoupí funkce X, í^Je frekvence řídicího impulsu, po každém přechodu vstupní funkce X z log O do log~T (počet těchto přechodů za jednu sekundu je právě kmitočet ί_χ, přičemž není rozhodující rychlost přechodů z log O do log 1 a naopak. Pracovní hranou čítače je hrana řídicích impulsů f_N opačná, než pro řízení logického automatu. Na obr. 2 se řízení logického automatu uskuteční nástupnou hranou fjp kdežto změna stavu čítače závěrnou hranou fy :The clock input 12 of the first flip-flop 2, the clock input 22 of the second flip-flop 2, and the clock input 32 of the counter J are interconnected and form the first pulse input f _N. The control input 11 of the first flip-flop 1 is connected to the output 63 of the third product gate £, to the first input 61 of which the output 43 of the first product gate £ is connected, the first input 41 of which is connected to the output 13 of the first flip-flop 1. The output 53 of the second product gate 2 is connected to the second input 62 of the third product gate 2, ^to the second input 52 of which the fill output 33 of the counter J is connected. The second inputs 42, 52, and 72 of the first, second, and fourth product gates 4,. 5 and 7, the output 23 of the second flip-flop 2 is connected, to the control input 21 of which only the output 83 of the fifth product gate 8 is connected, while its first input 81 is connected to the output 73 of the fourth product gate £ and simultaneously with the control output 92 of the normal voltage switch 2. The first input 71 of the fourth product gate 2 is connected to the negated output 14 of the first flip-flop £ and the second input 82 of the fifth product gate 8 is simultaneously the second pulse input f _x , the negated output 24 of the second flip-flop 2 J® is connected to the reset input 31 of the ÍT switch £. The input terminal 101 of the filter 10 is connected to the output 93 of the normal voltage switch 2» ^to whose working input 91 the normal voltage terminal Ujp is connected, while the output terminal 102 of the filter 10 is simultaneously the output terminal Uvýst, of the entire converter. The setting inputs 15 and 25 of the first and second flip-flops 1 and 2 are connected to the blocking input BLOK and the resetting inputs 16 and 26 of the first and second flip-flops 1*2 are connected to log 1, the operation of the logic automaton is described by a table of states and transitions. A new state is created by a transition from the initial state always by the working edge of the control pulse f _N according to the logical level of the input ί _χ and X. It is clear from the table that the state coding is chosen so that one input pulse of length u is created. j , where u is the number of counter control pulses, after their arrival the function X starts, í^Is the frequency of the control pulse, after each transition of the input function X from log O to log~T (the number of these transitions per second is exactly the frequency ί _χ , while the speed of transitions from log O to log 1 and vice versa is not decisive. The working edge of the counter is the edge of the control pulses f _N opposite to that for controlling the logic automaton. In Fig. 2, the control of the logic automaton is carried out by the starting edge fjp, while the change of the counter state is by the closing edge fy :

Výstupní funkce NUL logického automatu nastavuje počáteční stav, tj. stav O čítače. Počáteční stav logického automatu, a tím také nastavení činnosti převodníku zabezpečuje vstup BLOK, který nastaví stav automatu y£ = 1, y₂ = 1. Výstupní napětí převodníku je dáno vztahem : Uyýg^, = U^ . η Γ_χ, n<. (j$ - 2), kde n Je celé číslo, které je nastaveno detekčním obvodem naplnění čítače, U^ je normálové napětí, f^ Je frekvence řídicího impulsu, f_x je frekvence přechodu z log O do log 1 za jednu 'sekundu. Předpokládá se, že přenos filtru 10 v ustáleném stavu je roven Jedné, a že při sepnutí ' spínače 2 J^{e na} jeho výstupu 93 právě napětí U_K a při Jeho rozpojení napětí je rovno nule.The output function NUL of the logic automaton sets the initial state, i.e. the state O of the counter. The initial state of the logic automaton, and thus also the setting of the converter operation, is provided by the input BLOCK, which sets the state of the automaton y£ = 1, y ₂ = 1. The output voltage of the converter is given by the relation: Uyýg^, = U^ . η Γ _χ , n<. (j$ - 2), where n is an integer that is set by the detection circuit of the counter filling, U^ is the normal voltage, f^ is the frequency of the control pulse, f _x is the frequency of the transition from log O to log 1 in one 'second. It is assumed that the transfer of the filter 10 in the steady state is equal to One, and that when the switch 2 is closed, the voltage U _K is ^at its output 93 and when it is opened, the voltage is equal to zero.

Zapojení podle vynálezu se uplatňuje zejména při měření rychlosti vozidel, je-li jako snímače použito Impulsního snímače dráhy vozidla, přičemž volbou řídicích impulsů o kmitočtu lze spojitě měnit měřicí rozsah.The circuit according to the invention is particularly applicable when measuring vehicle speed, if a vehicle path pulse sensor is used as a sensor, whereby the measuring range can be continuously changed by selecting control pulses of frequency.

Claims

1. Connection of a frequency converter and a ratio of two frequencies to a DC voltage, consisting of a synchronous logic automaton, which is formed by two D-type flip-flops and five NAND-type product gates, a counter, a normal voltage switch and a low-pass filter, characterized in that the clock input (22) of the second flip-flop (2) and the clock input (32) of the counter (3) are interconnected and form a first pulse input (fjj), the control input (11) of the first flip-flop (1) is connected to the output (63) of the third product gate (6), to the first input (51) of which the output (43) of the first product gate (4), the first input (41) of which is connected to the output (13) of the first flip-flop (1), while the output (53) of the second product gate (5) is connected to the second input (62) of the third product gate (6), to which the second input (52) is connected to the fill output (33) of the counter (3), the second inputs (42, 52, 72) of the first, second and fourth product gates (4, 5, 7) are connected to the output (23) of the second flip-flop circuit (2), to the control input (21) of which the output (83) of the fifth product gate (8) is connected, while its first input (81) is connected to the output (73) of the fourth product gate (7) and simultaneously with the control output (92) of the normal voltage switch (9), the first input (71) of the fourth product gate (7) is connected to the negated output (14) of the first flip-flop circuit (1) and the second input (82) of the fifth product gate (8) is simultaneously the second pulse input (ϭ), the negated output (24) of the second flip-flop circuit (2) is connected to the reset input (31) of the counter (3), the input terminal (1C1) of the filter (10) is connected to the output (93) of the normal voltage switch (9), to the working input (91) of which the normal voltage terminal (U^) is connected, while the terminal (102) of the filter (10) is simultaneously the output terminal (^γγβψ) of the entire converter.

2. The connection of the converter according to item 1, characterized in that the setting inputs (15, 25) of the first and second flip-flops (1, 2) are connected to the blocking input (3L0K) and the reset inputs (16, 26) of the first and second flip-flops (1, 2) are connected to the input of the logic unit (log 1).