автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Усовершенствование число-импулльсных устройств для измерения и функционального преобразования частотных и временных параметров сигналов

Державний університет «Львівська політехніка»

г'ґв од

- 4 ПКТ 1999 На правах рукопису

Вітер Олександр Сергійович

УДК 681.325+621.317

УДОСКОНАЛЕННЯ ЧИОІО-ІМПУЛЬСНИХ ПРИСТРОЇВ ДДЯ ВИМІРЮВАННЯ І ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ Ч АСТОТНИХ І ПСОВИХ ПАРАМЕТРІВ СИГНАЛІВ

іеціальність 05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів -1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Державному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

Заслужений винахідник України

Дудикевич Валерій Богданович, завідувач кафедри «Автоматика та телемеханії Державного університету “Львівська політехні

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Поджаренко Володимир Олександрович, завід кафедри «Метрологія та промислова автоматика» Вінницького державного технічного університету;

кандидат технічних наук Воробель Роман Антонович, старший науковий співробі відділу обчислювальних методів та систем перетворення інформації Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України (м. Львів).

Провідна установа: Державний науково-дослідний інститут інформаційн інфраструктури Національного агентства з питань інформатизації при Президенте України (м. Львів), відділ інформаційних технологій і систем.

Захист відбудеться “ ^ ‘'0со/?7у£ 1999 р. о год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.08 у Державному університеті “Львівська політехніка” в ауд. 226 головного корпусу (290646, Львів-13, вул. СБандери, 12).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного університету “Львівська політехніка”

(Львів, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий ”¿>£¿£€#£1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

д.пгн.

Лущи

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Лктуалміісп>теми Пфеклтшнісгь суспільної о виробництва значною мірою базується на впровадженні досягнень науково-гехнім ного прогресу і дозволяє підвищити продуктивність праці, покращити якість продукції, раціонально використовувати сировину і наливні ресурси.

Для цього необхідно розширити виробництво нових сучасних засобів промислової автоматики для управління виробничими і технологічними процесами, приладів і вимірювальних пристроїв для наукових досліджень і контролю якості продукції.

Всі тгі тячдяннч пов’язані з удоскона ненцям засобів вимірювання параметрів різномині ї них фізичних процесів і вимаїакиь розробки нових ефективних пристроїв для збору, перетворення, обробки і передачі вимірювальної інформації'.

Завдяки наявності точних еталонів часу і частоти, а також частотних вимірювальних перетворювачів багатьох фізичних величин, розвиток ряду напрямків науки і техніки визначається точністю вимірювання і перетворення частотно-часових параметрів сигналів. Застосування частоти як уніфікованого параметру дозволяє підвищити точність і завадостійкість вимірювання і перетворення, забезпечити можливість просто здійснювати масштабування, комутяі іію сі тгі гал ів, а також введення результату в ЕОМ.

Частота сигналу або тривалість ного періоду спочатку!іереїворюється в кількість імпульсів і наст упному перетворенню підлягає число-імпульсний код. Формалізований опис вимірювальної процедури місіть перетворення, що виконуються в аналог овій формі, аналог о- цифрові перетворення та персі ворення. які виконуються в числовій формі. Останні при обробці інформації, пределавленої число-імпульсним кодом (ЧІК), є визначальними. Однією з особливостей число-імпульсних перетворювачів кодів (41 ПК) с можливість суміщення процесів формування ЧІК і попередньою ного обробкою. Ця обробка вимагає застосування спеціалізованих обчислювальних засобів і може полягати в масштабуванні, виконанні необхідних математичних операцій, функціональному перетворенні тощо.

Проте, незважаючи на значну кількість виконаїпіх досліджень та публікацій, ряд питань побудови ЧІПК висвітлено недостатньо. Це стосується, зокрема, шляхів їх побудови, математичних моделей, дослідження їх характеристик та конкретних застосувань. Тому актуальним є завдання розроблення нових принципів побудови, дослідження та вдосконалення число-імпульсних пристроїв для перегворення частотно-чусович параметрів сигналів.

Зв’язок роботи з науковими програшами, планами, темами. Робота проводилася в відиовідиоеіі з координаційним планом науково-дослідних робіт вищих учбових закладів системи Мінвузу СРСР по тематиці: «Інформаційні системи», проблема 4. «Теорія, принципи побудови і методи розрахунку елементів і пристроїв інформаційно-вимірювальних систем», підпроблема 4.5.

«Розробка методів і систем функціонального перетворення інформації» (нак; Мінвузу СРСР№1309 від ЗО. 12.82р.); Постановою ДКНТ при Раді Міністр СРСР №555 від 30.10.85р. (Програма ДКНТ 0.18.01 «Нові прилади») держбюджетними темами: «Перетворювачі інформації для систе комплексної автоматизації», номер державної реєстрації 0194Ш29636 і «Швидкодіючі перетворювачі інформації для вимірювальних приладів систем», номер державної реєстрації 019611000181 на кафедрі «Автомати* та телемеханіка» Державного університету «Львівська політехніка».

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є аналіз, удосконалення розроблення нових алгоритмів функціонування та структур чнсло-імпульсш пристроїв, призначених для вимірювання і функціонального перетворена які дозволяють підвищити швидкодію, спростити структурну реалізацію і розширити функціональні можливості засобів обробки число-імпульсни сигналів. Для досягнення цієї мети необхідно розв’язати такі задачі:

• аналіз принципів побудови ЧІПК, їх структурних елементів і базових пристроїв;

■ розроблення розширених наборів структурних елементів та базови пристроїв;

• використання розроблених структур базових число-імпульсни перетворювачів для побудови апроксимуючих число-імпульсни функціональних перетворювачів (ЧІФП);

• розроблення та дослідження нових алгоритмів та засобів обробкі які дозволять розширити функціональні можливості ЧІПК, підвищит швидкодію та точність, а також зменшити апаратурні затрати на ї виготовлення;

• розроблення та дослідження ЧІПК, синтезованих на основі нови базових число-імпульсних пристроїв, вдосконалення методик аналізу таки структур.

Наукова новизна одержаних результатів:

• на підставі аналізу засобів обробки число-імпульсних коді показано, що покращання характеристик таких пристроїв може бут досягнуто шляхом розширення набору елементарних операцій при реалізац системи диференціальних рівнянь К.Шеннона за рахунок введення операц ділення;

• синтезовано структури базових пристроїв число-імпульсни перетворювачів кодів на основі розроблених число-імпульсних дільникії які дозволяють підвищити точність перетворення і швидкодію, а тако; зменшити апаратурні затрати на їх реалізацію;

• розроблено принципи побудови дискретних помножувачів частото які забезпечують підвищення швидкодії і розширення діапазон помножуваних частот, проведено оцінку тривалостей перехідних процесі при стрибкоподібній зміні вхідної частоти, сформульовано рекомендації п покращанню їх динамічних характеристик;

з

• отримано аналітичні вирази для оцінки значень абсолютних похибок чпсло-імпульсних помножувачів і дільників на нагромаджуючих суматорах, які дають можливість визначати поточні похибки для довільних початкових умов, значень керуючого і вхідного число-імпульсиого кодів; досліджено похибки базових пристроїв на число-імпульсних помножувачах і дільниках шляхом імітаційного моделювання;

• знайдено найкращі чебишовські наближення характеристик вимірювальних перетворювачів спеціальними виразами на основі функцій, які формую гься базовими пристроями, шо дозволяє створити апроксимуючі число-імпульсні функціональні перетворювачі для відтворення широкого класу нелінійних монотонних знакопостійних залежностей;

• розроблено принципи побудови, структури та досліджено число-імпульспі вимірювачі часто ти, фазових зсувів, відношення частот, часових інтервалів і їх логарифмів.

Практичне значення одержаних результатів:

• розроблено структури і схеми ЧІД на базі нагромаджуючих суматорів, отримано аналітичні вирази для визначення їх абсолютних похибок;

■ розроблено дискретні помножувачі частоти для роботи в широкому діапазоні частот вхідних сигналів з можливістю зміни коефіцієнта помноження в широких межах;

• розроблено перетворювачі частоти, фази, пульсотахометри, функціональні перетворювачі з підвищеною швидкодією і точністю для розширеного частотного діапазону;

• з використанням запропонованих алгоритмів обробки число-мпульсних кодів розроблено нові базові пристрої, які характеризуються мінімальними апаратними затратами та високою швидкодією;

• запропоновано методику і програму параметричного синтезу для фоектування функціональних ЧІГТК із застосуванням апроксимації характеристик вимірювальних перетворювачів спеціальними виразами.

Впровадження результатів роботи. Результати теоретичних та трлктичшгх досліджень були отримані автором в процесі виконання НДР у ¡Державному універешеті «Львівська політехніка» і впроваджені в таких эоботах:

1. «Розроблення спеціалізованого прямовідлікового частотоміра нфранизьких частот» для НВО РЕМА (м. Львів), договір» № 3021.

2. «Вибір і впровадження схемного рішення цифрового

іінеаризуючого пристрою пірометра» для 1ІВО «Термоприлад» (м.Львів). ;оговір №3202.

3. «Цифровий низькочастотний частотомір», впроваджений на Зерезніковському титано-магнісвому комбінаті (бюл.: Внедренные ізобрстсиия, 1979, .М’4, с. 117).

4. «Розроблення малогабаритного цифрового пульсотахометра з івтономним живленням» для НВО РЕМА (м. Львів), договір №.3340.

5. «Швидкодіючий вимірювальний перетворювач частотни сигналів» для Таганрозького радіотехнічного інституту ім. В.Д. Калмикова договір про творчу співпрацю №121.

6. «Розроблення вимірювального комплексу для випробовувань випромінювачів» для Акустичного інституту АН СРСР (м.Москва), догов №1/81/3607.

Особистий внесок. Основний зміст роботи, всі теоретичні та основі частина практичних розробок, висновки і рекомендації виконані автором особисі на основі досліджень, проведених на кафедрі «Автоматика та телемеханік; Державного університету «Львівська політехніка». В друкованих праця опублікованих у співавторстві, автору належать алгоритми обробки числ імпульсних кодів, сгруктури керованих дільників частоти, фуіікціональних блок цифрового фазометра, участь в постановці задач і розробленні та моделюван структур число-імпульсних перетворювачів і помножувачів частоти.

Апробація результатів дисертації: II Республіканська науково-технічі конференція «Електронні вимірювальні прилади і системи з комутаційн модуляційними перетворювачами» (Львів, 1971р.); Республіканська науков технічна конференція «Структурні методи підвищення точності вимірювальні пристроїв і систем» (Київ, 1972р.); IV Всесоюзний симпозіум «Автоматизаи наукових досліджень морів і океанів» (Севастополь, 1972 р.); Всесоюзі конференція по інформаційних вимірювальних системах («ІВС-73») (Іван Франківськ, 1973 р.); Республіканська науково-технічна конференція «Питані теорії і проектування перетворювачів інформації» (Київ, 1976 р.); V Всесоюзі школа-семінар «Розпаралелювання обробки інформації» (Львів, 1985 р.);' міжнародний семінар метрологів «Методи і засоби перетворення сигналів п] фізичних вимірюваннях» (Жешув, 1998 р.); VI науково-технічна конферені. «Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процеса (Хмельницький, 1999 р.).

Структура та обсяг робота Дисертація складається з вступу, чотирь розділів, висновків, списку використаних літературних джерел (166 найменуван 2-хдодатків. Повний обсяг-250сюр., з яких машинописного тексту 140стор., сторінок з 72 рисунками, 48 сторінок з додатками.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 50 робіт, в тому чи< 26 авторських свідоцтв на винаходи.

ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, проведено аналіз ста проблеми, сформульовані мета та задачі досліджень, наукова новизна і осної положення, що виносяться на захист. Наведено дані про апробацію роботи публікації.

У першому розділі проведено аналіз методів і засобів чпсло-імпульсного перетворення частотно-часових параметрів сигналів. Зокрема показа но, що вимірювальному перетворенню підлягає число імпульсів, тобто ЧЇК. Число-імпульсні перетворювачі колін здійснюють перетворення, які виконуються в числовій формі. Число вхідних імпульсів може буї и пропорційне частоті або тривалості періоду досліджуваного сигналу чи часового інтервалу. Отримуваний ЧЇК иі;иіягае лінійному або нелінійному перетворенню, причому вихідними величинами може бути ЧІК або позиційний кол (ПК). В спою чгрі \ перетворенії ч вхідного ЧІК у вихідний ЧТК або ПК може здійснюватися паралельно або послідовно з процесом формування вхідного ЧІК. Перетворення кодів може здійснюватися в статичному або динамічному ргжимак. Персіиореїшл, що зппспутться над ЧТК. переважно застосовую і ься при обчисленнях в процесі вимірювань чначень часіош, відношення частот, фазового зсуву, відхилення частоти, логарифму частот або відношення частот тощо; лінеаризації характеристик первинних перетворювачів; помноження частоти.

Показано, що при таких перетвореннях частотно-часових параметрів сигналів основними математичними операціями є множення, ділення, логарифмування і додавання. Розглянуто відомі реалізації перелічених операцій при роботі з число-імпульсними кодами. Математичною моделлю динамічних перетворювачів г система диференціальних рівнянь К.Шеннона, для реалізації чкої необхідні операції додаванню і множення. В таких перетворювачах мас місце цифрова модуляція число-імпудьснич потоків з наступним їх інтегруванням. Основними структурними елементами шіч перетворювачів с лічильники, які ініеіруюп. число-імнулі.сні потоки, і модулятори ЧИС'Ю-ІМІїуЛЬСІШХ ПОТОКИ». Ос КІМ ні відпмі під назвою двінкович помножувачів. Вони здійснюють помноження приросту вхідного ЧЇК (í/v) на двійковий ПК (у), а значення приросту вихідного ЧІК (Jz) описується виразом: dz - у ■ (і.х/ 2” (де п - кількість двійкових розрядів). Враховуючи функцію, яку вони виконують, надалі будемо застосовувати більш строгу, з нашої точки зору, назву - число-імпульсний помножувач (ЧІП). Цифровий спосіб модуляції обумовлює флуктуацію густини вихідного імпульсного потоку. Це викликає додаткову похибку інтегрування. Відомі реалізації ЧІП па лічильниках і комбінаційних схемах І-ЛБО (Ч1І1Л) і на нагромаджуючих суматорах (ЧІПН) відрізняються значеннями похибки інтегрування вихідних імпульсних потоків. Крім вказаних елементів в окремих ЧІПК застосовують також двійкові дільники (ДД), робота яких описується виразом dz = сіх/ у. В ДД відсутня флуктуація густини імпульсного потоку, але їх застосування обмежене низькою швидкодією.

ЧІПК, побудовані на вказаних елементах, мають недостатні точність і швидкодію. І Іа зниження швидкодії особливо впливає наявність в складі число-імпульсних перетворювачів ДД, а на зниження точності - ЧІПЛ. Тому виникає необхідність удосконалення ЧІП і розробки нового елемента, який би виконував, як і Д Д, ділення вхідного ЧІК на ПК, але мав би вищу швидкодію.

Розглянуто існуючі реалізації найбільш розповсюджених залежностей які зустрічаються при обробці ЧІК або при апроксимації заданих нелінійний функцій. До таких залежностей відносять експоненціальну, логарифмічну обернену пропорційну і степеневу. Відмічено, що спільним недолікой розглянутих структур в багатьох випадках є необхідність багаторазовогс перетворення ЧІК в ПК і навпаки, що приводить до нагромадження похибок Показано, що існуючі статичні і динамічні ЧІПК на ЧІП мають ряд істотню недоліків, що обмежує їх застосування при вимірюванні частотно-часових параметрів сигналів.

У другому розділі розглянуто теоретичні засади побудови ЧІПК, проаналізовано принципи побудови основних базових пристроїв. Синтез пристроїв для відтворення елементарних функцій здійснено на підставі модифікованої системи диференціальних рівнянь К.Шеннона. Ця система, на відміну від класичної системи диференціальних рівнянь К.Шеннона. грунтується на розширеному наборі елементарних операцій (додавання, множення і ділення) замість додавання і множення. Для цього набір структурних елементів слід доповнити число-імпульсним дільником (ЧІД), який повинен здійснювати ділення вхідного ЧІК на паралельний керуючий код. Таке розширення набору дозволяє отримувати компактні структури, які за рахунок скорочення кількості кіл послідовної обробки кодів часто мають і менші значення похибок.

Як приклад, синтезовано базові пристрої для відтворення логарифмічної та оберненої пропорційної залежностей на основі ЧІП і ЧІД. Показано, що ці пристрої можуть знайти застосування при вимірюваннях частоти чи її логарифма за період цієї частоти, а також для вимірювання відношення частот або відхилення вимірюваної частоти від заданого значення.

Розглянуто застосування ЧІП і ЧІД для реалізації дискретного помноження частоти надходження імпульсів/^ на деякий постійний або змінний коефіцієнт кп. Необхідним набором структурних елементів для реалізації дискретного помножувача частоти є лічильник імпульсів, генератор тактової частоти і ЧІД. Запропоновано два варіанти структур помноження частоти: двотактний помножувач і помножувач із зрівноваженням. Двотактний помножувач містить ЧІД, два лічильники, в яких почергово фіксуються коди періодів помножуваної частоти, якими керується вказаний ЧІД, і генератор тактової частоти. При необхідності управління коефіцієнтом помноження схема доповнюється ЧІП.

Помножувач із зрівноваженням (рис.1) складається з реверсивного лічильника (РЛ), ключа (К), лічильника зворотного зв’язку (ЛЗЗ) і блока керування (БК). Коефіцієнт переліку ЛЗЗ задає коефіцієнт помноження частоти. Проаналізовано динаміку такого помножувача при різних можливих режимах його роботи. Для аналізу перехідних процесів в помножувачі застосовано метод точкових перетворень і побудовано діаграму Кенігса-Л амерея (рис.2). Як видно з цієї діаграми, при стрибкоподібному зростанні вхідної частоти в два рази тривалість перехідного процесу не буде перевищувати шести періодів вхідної

частоти.

Запропоновано в кінці першого періоду помножуваної частоти обнулюваїи ЛЗЗ ївстановтоппти в РЛ чисто, яке відповідає максимальній частоті діапазону. Показано, що в цьому випадку перехідний процес закінчиться протягом друї 01 о періоду вхідної частоти.

Розроблено спосіб ітераційного вимірювання частот, ч основу якого покладено рекурентне співвідношення Аг„+, = 2 • Ип - Щ ■ Тх / к. Для отримання чергового ннолижсшія необхідно подвоїт и попередній результат і протягом наступного періоду віднімати з цього подвоєного значення кількість імпульсів, які поступають з частотою / = №„ / к.

Ця частота може бути отримана за допомогою двох послідовно включених ЧІП.

Оцінку тривалості перехідних процесів в ітераційному частотомірі

здійснено методом і очкових перетворень.

Діаграма Кенігса-Ламерея при 50%-му відхиленні початкової о значення числа в ВЛ від значення числа к'Т показана на рис.З. Як видно і ції і'ділфами, трив;шісп. перехідного процесу (при методичній похибці рівній 0,) %) дорівнює чот ирьом періодам 7; і не залежить від знака сфиокоподюнчпміш частій в два раді.

початкового значення похибки наближення, а визначається тільки абсолютним значенням цієї похибки. Підхід до усталеного значення И* відбувається тільки з боку мсн ших значен ь. При ітерацішюму вимірюванні частоти при випадкових змінах періоду (аритмія при вимірюванні частоти пульсу) маг місце згладжування значень показів.

Розглянуті також особливості побудови спеціалізованих цифрових вимірювачів частотних параметрів. Поряд з безпосереднім вимірюванням частоти мають місце випадки, коли результат вимірювання повинен бути поданий в специфічних одиницях (оберт и за хвилину - в тахометрах, кількість ударів серця за хвилину в иульсотахометрах тощо). Можливі два варіанти побудови тахометрів. Перший - квантування вихідної частоти давача кутової швидкості. В цьому випадку час квантування повинен б\ти рівним або кратним ТК = 60/ П], де/г, - кількість імпульсів давача, що формуються за один оберт. Другий варіант побудови - квантування одного або кількох періодів давача кутової швидкості з перетворенням числа пропорційного періоду в число, пропорційне кутовій швидкості.

.. ^ \ І ^вкТ *1+ РЛ }«—Гк] і

_____________І ці! !

лзз

Рис 1 ('тру к і урна схема дискретної о помножувача частоти із зрівноваженням

N

Рііс.2. Діаграма Кенігеа ЛамеіХ'Я при

Наведені вище міркування поширюються на пульсотахометри. В вимірювачах кутової швидкості через інєрційність фізичних процесів стрибки вимірюваного параметра є неможливими. При вимірюванні ж частоти пульсу може мати місце явище тахікардії, коли тривалість інтервалу між двома сусідніми скороченнями серця може змінитись стрибком в кілька разів. Це не повинно приводити до пропорційних за значенням стрибків показів.

Усереднення шляхом визначення середнього арифметичного значення за певну кількість періодів вхідної частоти не є достатньо ефективним, особливо при наявності завад. Тому поряд з режимом вимірювання миттєвої частоти доцільно передбачити режим цифрової фільтрації. Частотомір, який працює в такому режимі, можна розглядати як цифровий фільтр, параметри якого можна дискретно змінювати в залежності від необхідного ступеня згладжування стрибків результату вимірювання. Застосування такого режиму є особливо доцільним при наявності імпульсних завад, оскільки дозволяє підвищити вірогідність вимірювального процесу і зберегти достатньо високі динамічні показники.

Суть фільтрації полягає в запам’ятовуванні попереднього значення показу і сумування його в певній пропорції з числом, пропорційним миттєвому значенню частоти в наступному періоді. Поточний результат N. визначається виразом

Мі=[рНі^ + Мп)/{р +1), (1)

де МЛ - число, пропорційне миттєвому значенню частоти/^ на г-му періоді; N¡^1 - результат після (г-І)-го періоду; р> 1 - коефіцієнт, значення якого залежить від заданої сталої часу згладжування.

В режимі фільтрації спеціалізований частотомір можна розглядати як динамічну систему з дискретним описом зміни в часі, це означає, що для аналізу перехідного процесу використовуємо метод точкових перетворень. Застосовано точкове перетворення до точки тУ, координати якої відповідають початковому значенню вимірюваної частоти, і перетворення її в точку №т) з координатою, рівною значенню частоти після закінчення перехідного процесу. Запишемо вираз, який зв’язує координати початкової N і перетвореної Мт) точок.В загальному випадку для т-кратного точкового перетворення отримуємо

Рис.З. Діаграма Кенігса-Ламерея для ітераційного частотоміра.

А'("

п-1

(,+ іУ

лг+

1

(я+1)я

N

(2)

де /V* - координата нерухомої ч очки, ;ю якої на про і ям /«-циклів по замкнутій ламаній кривій иаближуеі ься і очка Л’.

»і -- /е

- Лг*у / к[р/{рл- і)].

(3)

Цей вираз дозволят оціниш линамічні ікі;меч ри спеціалізованого часто і оміра в режимі фільтрації при різни.', значениях и р, АГ. N.

В даному розділі розглянуто також числові методи відтворення однозначних і монотонних функцій і. никорисюоуючи молілпвосїІ структур розроблених функціональних пореінсрювачів, запропоновано реалізувати наближаючу функцію в вигляді спеціального многочлена, який має наступний вигляд

Г(Л,х) = Р(а0,а1,а2,пі,а4;х) =

= а0+а1х+а2 / (х+Ь) + а3 / (х+6)2 +а4 Іп(х+Ь),

(4)

-Ч

де а0 а4- змінні параметри, а ь > 0* фіксований параметр.

Доведено, що найкраще чебишояське наближення однозначної монотонної таблично заданоїфункіїії/ї.ї) на множині Л'І (х > 0), представлене за допомогою виразу (4), існує і сгдине, а іакож те, то наближення виду (4) збігається за кінцеву кількість кроків. Розроблено алгоритм;ідч знаходження нарамеїрі» найкращих чебишовських наближень за допомогою спеціального виразу (4).

Троїш розділ присвячено розробці і дослідженню структурних елементів ЧІПК. В першому розділі були показані недоліки /у 1 і їх практична неї ірида тнісі ь при побудові ЧІПК. Автором разом з Б. Б.

Дудикевичсм вперше була обгрунтована доцільність використання як ЧІД число- , імпульсних помножувачі)!, охоплених цифровим зворотним зв’язком (ЦЗЗ). Ца

Такий дільник з ЦЗЗ (рис.4) >_Н^г складається з двійкового лічильника на тригерах ГГ1-Тп’). групи лоїічішх схем рис4 функціональна схема ЧТД з ЦЗЗ збіїу із схемою додавання на виході (ГСЗ)

і схеми віднімання або схеми додавання (СДВ). До вхідної послідовності імпульсів додаеіься або з неї віднімається послідовність імпульсів ЦЗЗ, які отримуємо шляхом їх селекції з допомогою схем збігу з виходів лічильника. Керування схемами збігу, так само як і в ЧІП, здійснюється кодом N. Вихідною величиною ЧІД є число імпульсів на виході схеми СДВ.

■г

Нї

Коефіцієнти ділення вхідної імпульсної послідовності для схем з від’ємним (ВЗЗ) і додатним (ДЗЗ) зворотними зв’язками будуть визначатися виразами

Квз=( 2п + А'у)/2п = Мке/2п, &

Кдз={Т-м')/2п = Мкд/2п, (6)

де і - значеня керуючих кодів для ВЗЗ і ДЗЗ відповідно.

Отримано вирази для визначення абсолютних і відносних похибок установлення коефіцієнтів ділення частоти для ЧІП і ЧІД з ВЗЗ і ДЗЗ при різних значеннях керуючого числа N .

Проведено аналіз залежностей абсолютних і відносних похибок коефіцієнтів ділення для ЧІП ЛКП,8КП) і ЧІД з ВЗЗ , ДЗЗ {АКдз,8Кдз) від значення числа Лг, (рис.5.), який показує, що в ЧІЇІ абсолютний приріст коефіцієнта ділення при зміні N на одиницю суттєво залежить від його значення.

Відносні зміни Кл при N близьких до одиниці і відносні зміни Кдз при N близьких до максимального значення можуть досягати десятків відсотків. І тільки в ЧІД з ВЗЗ забезпечена рівномірна зміна коефіцієнта ділення частоти в усьому діапазоні його значень. Відносна похибка установки цього коефіцієнта в усьому діапазоні не перевищує значення 2" і може бути зменшена до необхідного значення шляхом відповідного збільшення розрядності лічильника. Встановлено, що ЧІД з ВЗЗ мають вузький діапазон зміни коефіцієнта ділення, який, однак, можна порівняно легко розширити шляхом попереднього ділення вхідної частоти керованим дільником.

Показано, що використання ЧІП і ЧЩ на нагромаджуючих суматорах (ЧІПН, ЧІДН) дозволяє підвищити точність число-імпульсних пристроїв. Проаналізовано абсолютні похибки ЧІПН, отримано вираз для максимального значення похибки (А„с)тах ~ -|2" -11/2", а також встановлено межі зміни похибки від кількості розрядів«: 0>днс >Н2" - П/2".

Обгрунтовано можливість зменшення абсолютної похибки шляхом попереднього запису числаА^ в регістр нагромаджуючого суматора (НС). Отримано вираз для визначення поточного значення абсолютної похибки ЧІПН

АК(5К)

Рис.5. Залежність похибки коефіцієнтів ділення ЧІП і ЧІД з ВЗЗ і ДЗЗ від керуючог коду (я=4).

N..

+ Мг

2п

)

К, ■ Ху . 2п

Введення А' дозволяє зміщувати зону похибок і отримати похибку будь-якот о знаку. Залежності абсолюгиих похибок ЧІПН від А' і А^ зображені иа рис.6.

Отримано вираз для абсолюпюї похибки ЧІДН з ВЗЗ (8) і показано, то її максимальне значення при (V—2"-1 не виходи і ь за межі (Ґ< А„С(и < 1 і практично не залежить від кількості розрядів НС. Отримано аналітичний вираз для поточних значень абсолютних похибок ЧІДН з ДЗЗ (9), який дозволяє просто отримати екстремальні значення похибок і при необхідності здійснити їх корекцію і мінімізацію. Значення і знак похибки можуть бути також змінені шляхом попереднього запису числа

Рііс.6. Залежність абсолютної похибки ЧІПН (п=4, лгя=8).

А,..

Лг„ •

■ - еш

Лг,п. • АГ,. + N

2" + ЛГ,

п

(8)

Адп =еш

(А'в\ ~ О’ *.■ +

Л^. ■ Л\ 2" - N .

(9)

Проведено імітаційне моделювання роботи та дослідження похибок основних структурних елементів і базових пристроїв, до яких віднесено експоненціальну, логарифмічну і обернену пропорційну залежності. Моделювання зазначених пристроїв для відтворення функціональних залежностей викопано як на основі ЧІПЛ і ЧІДЛ, так і на ЧІПН і ЧІДН. Аналіз результатів моделювання показує, що базові пристрої, виконані на основі ЧІПЛ, мають значно більші похибки перетворення, а їх значення суттєво залежать від кількості розрядів. Наприклад, для логарифмічного перетворювача при п—12 абсолютна похибка перетворення досягає 9 одиниць молодшого розряду (ОМР), а для експоненціального складає 7 ОМР. Закони розподілу похибок пристроїв на ЧІПЛ і ЧДЛ при кількості розрядів більшій шести близькі до нормального.

Абсолютні похибки базових пристроїв на ЧІПН і ЧІДН мають значно менші значення, які практично не перевищують ±2 одиниць молодшого

розряду і дуже незначно збільшуються при зростанні кількості розрядів. Закони розподілу похибок згаданих структур, за винятком логарифмічного перетворювача, наближаються до нормальних. Закон розподілу абсолютних похибок логарифмічного перетворювача на ЧІДН близький до рівномірного і майже не змінюється із зміною кількості розрядів, а абсолютна похибка практично не виходить за межі (0.1) ОМР.

У четвертому розділі розглянуто розроблені число-імпульсні пристрої для вимірювання і функціонального перетворення частотних і часових параметрів сигналів, а також наведені результати експериментального дослідження окремих пристроїв. Зокрема описані структури для відтворення степеневих, показникових, логарифмічних залежностей, вказані особливості їх побудови, способи розширення діапазону вхідних сигналів і підвищення точності. На рис.7. зображено структурну схему логарифмічного число-імпульсного перетворювача (ЛЧІП). ЛЧІП складається з керованого

Рис.7. Структурна схема логарифмічного число-імпульсного перетворювача. ¡у

СУ

Ег

кдч

сл

не

св

ІПІ

ЛГП

пзп,

пзп.

ПРР

ГГ'ФТг'

к,

ЧІП

—кг

лр ; бці _____"У_______

дільника частоти (КДЧ), схеми управління (СУ), ключової схеми (К), схеми віднімання імпульсних послідовностей (СВ), сумуючого лічильника (СЛ), нагромаджуючого суматора (НС), перемикача режимів роботи (ПРР), постійних запам’ятовуючих пристроїв ПЗП, і ПЗП2, число-імпульсного помножувача (ЧІП), лічильника результату (ЛР) і блока цифрової індикації (БЦІ). Кількість імпульсів, яка формується на виході СВ, пропорційна натуральному логарифму від числа вхідних імпульсів: Нею = 2"-Іпінвх/2пу Оскільки коефіцієнт ділення частоти ЧІД з цифровим ВЗЗ може змінюватися тільки в два рази, то безпосередньо сам перетворювач забезпечує роботу в діапазоні Нвхпшх/Квхтіп = 2. Необхідне значення динамічного діапазону вхідної величини визначається коефіцієнтом переліку КДЧ.

Дослідження макету ЛЧІП підтвердило результати моделювання. При діапазоні зміни вхідних сигналів в бОдб основна похибка перетворення не перевищувала + (0,01)%. Експериментальна залежність основної похибки перетворення ЛЧІП від кількості вхідних імпульсів показана на рис.8.

Запропоновано ряд схемних рішень дискретних помножувачів частоти з використанням ЧІД. Зокрема — швидкодіючий помножувач ^ ««»<*-частоти із зрівноваженням, який відрізняється підвищеною швидкодією і розширеним діапазоном зміни коефіцієнта помноження. Двотактний помножувач частоти мас великий коефіцієнт

помноження, який може легко змінюватися в широких межах, тте викликаючи додаткової о часу перехідного процесу, і забезпечує максимальну швидкодію - час помноження дорівнює лише одному періоду вхідної частоти.

Наведені структурні схеми розроблених число-імпульсних перетворювачів частотних сигналів та фазових зсувів. Швидкодіючий перетворювач частотних сигналів в постійну напругу використовується в складі доплерівського вимірювача миттєвої швидкості руху об’єктів. Перетворення часюти в напругу відбувається за два такти: за перший такт відбувається функціональне кодування періоду вхідної частої п, а >а другий такт - нереїворспня цього коду в напругу постійною струму. 1 Іеретворювач забезпечує також вимірювання вхідної частоти і індикацію результаїу в цифровій (¡юрмі. Основні параметри: діапазони зміни частоти (12,5 Гц , 25,6 кГ'ц); час перетворення не перевищує чотирьох періодів вхідного сигналу; основна похибка перетворення частоти в постійну напругу складає

0,3%.

Описана схема спеціалізованого частотоміра інфрапизьких частот, в якому поряд з режимом вимірювання миттєвої частоти передбачений режим цифрової фільтрації. Експериментальні дослідження макету такого частотоміра, який використовувався при вимірюванні частоти пульсу людини, підтвердили ефективність і доцільність запропонованого алгоритму цифрової фільт рапії Абсолютна похибка, вимірювання в діапазоні (30-300) уд/хв складала ± І уд/хв. В режимі цифровоїфідьтраціїприр-3 тривалість перехідного процесу не перевищувала 10 періодів вхідної частоти при її потрійних стрибках, динамічна похибка вимірювання не виходила за межі ± 1 уд/хв.

Наведена схема цифрового низькочастотного фазометра на ЧІД для вимірювання фазового зсуву, час вимірювання якої не перевищує двох періодів вхідної частоти. Розглянуто застосування ЧІП і ЧІД при побудові цифрових

кількість вхідних імпульсів

Рис.8. Експериментальна залежність похибки перетворення ЛЧІП від кількості вхідних імпульсів.

тахометрів. Запропоновано спосіб автоматичного вибору границь, який забезпечує підвищення точності вимірювання без втрати швидкодії.

Показана можливість побудови ЧІФП на ЧІД для відтворення широкого класу степеневих залежностей без переналаштовування базової структури. Необхідна залежність формується шляхом встановлення показника степеня, який може бути як цілим так і дробовим числом, а також приймати як додатний так і від’ємний знак. При послідовному поступленні на вхід ЧІФП декількох аргументів результат перетворення є добутком степеневих функцій з відповідними аргументами.

Розроблена структурна схема масштабуючого і лінеаризуючого вимірювального перетворювача частотних давачів (ЧД), який здійснює як приведення вхідних частот ЧД до єдиної шкали шляхом їх помноження, так і лінеаризацію результуючої функції перетворення. Завдяки виконанню першої операції покращуються динамічні характеристики, а завдяки виконанню другої забезпечується можливість цифрової індикації і реєстрації результатів вимірювання в необхідних фізичних одиницях.

Запропонована схема апроксимуючого ЧІФП, яка дозволяє відтворювати широкий клас нелінійних монотонних, знакопостійних на інтервалі апроксимації залежностей за допомогою спеціального виразу. Зміна наближуючого виразу здійснюється шляхом зміни параметрів, а також відповідною комутацією імпульсних потоків і не супроводжується зміною структури ЧІФП. Наведені результати апроксимації характеристик пірометричних перетворювачів спеціальними виразами, які показують, що зведена похибка наближення не перевищує 0,2%.

ВИСНОВКИ

1. Проаналізовано принципи побудови ЧІПК частотно-часових параметрів сигналів, запропонована їх класифікація. Обгрунтовано теоретичні засади побудови ЧІПК з покращеними метрологічними характеристиками, розроблено розширений набір структурних елементів для їх реалізації, а також запропоновано знаходження найкращих наближень характеристик вимірювальних перетворювачів спеціальними виразами.

2. Обгрунтовано застосування число-імпульсних дільників з цифровими зворотними зв’язками, розроблено та досліджено розширений набір число-імпульсних структурних елементів, який використовується для побудови базових пристроїв і різноманітних ЧІПК.

3. Синтезовано структури число-імпульсних базових пристроїв для відтворення залежностей, найпоширеніших при обробці частотно-часових параметрів сигналів, розроблено алгоритми та програми імітаційного моделювання їх роботи і проведено оцінку похибок.

4. Запропоновано структури дискретних швидкодіючих і широкодіапазонних помножувачів частоти на основі число-імпульсних помножувачів і дільників, в яких передбачена зміна коефіцієнта помноження в широких межах програмним шляхом, досліджено їх динамічні характеристики.

5. Отримано аналітичні вирази для оцінки поточних похибок число-імпульсних помножувачів і дільників на нагромаджуючі« суматорах при довільних значеннях початкових умов і різних значеннях керуючого і вхідного число-імнульсного кодів.

6. Знайдено найкращі чсбишовські наближення характеристик шімірювальних перетворювачів деякими спеціальними виразами із застосуванням синтезованих базовій пристроїв, запропонована структура апросимуючого ЧІФП для відтворення нелінійних монотонних знакопосгійних залежностей. Розроблена програма для визначення параметрів спеціальних виразів для апроксимації характеристик вимірювальних перетворювачів.

7. Реалізовано, досліджено та впроваджено в виробництво і наукові розробки ряд спеціалізованих, присі роїв для вимірювання та перетворення час; от но-часовилпарамеїрів сигналів, зокрема: перетворювач частотних ашіалів, лінеаризуючий пристрій, пульсотахометр, спеціалізований частотомір.

СТ1ИСОК ОСІ ЮВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬЗАТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Витер A.C., ДудыкевичВ.Б. Возможность применения делителей частоты с цифровой обратной связью в частотно-цифровой измерительной аппаратуре/ / «Контрольно-измерительная техника», выпуск 17. Республиканский

межведомственный научно-технический сборник. Львов: Вита школа. Изд-во при Львовском ун-те, 1975. -С. 8-11.

2. Витер А.С., Галамай ’Г.Г., Дудыкевич В.Б.,СкобьілкоА.Я.,Стрилецкий З.М. Цифровой специализированный часто томеп для измерения инфранизких частот // «Контрольно-измерительная техника», выпуск 26. Республиканский межведомственный научно-іехннческий сборник. Льнов: Вита школа. Изд-во при Львовском ун-те, 1979. - С. 36-42.

3. Витер A.C. Цифровой частотомер инфранизких частот // «Контрольно-измерительная техника», выпуск 26. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. Льнов: Виша школа. Изд-во при Львовском ун-те, 1979. - С. 42-47.

4. Витер A.C., Дудыкевич В.Б. Исследование погрешностей управляемых дешпелей частотмнабазешкаїїлившоїнегосуммаїсра. -«Кошролыю-измертсльпая техника», выпуск 32. Республиканский межведомственный научно-технический сборник. Львов: Вища школа. Изд.-во при Львовском ун-те, 1982. - С. 3-6.

5. Вітер О.С., Дудикевич В.Б., Стрілецький З.М. Число-імпульсний логарифмічний перетворювач // «Автоматика, вимірювання та керування». Вісник Державного університету «Львівська політехніка» №314. Видавництво ДУ «Львівська політехніка», 1997,- С. 90-94.

6. Вітер О.C., Максимович В.М. Визначення поточних похибок керованих дільників частоти на базі нагромаджуючого суматора И «Автоматика, вимірювання та керування». Вісник Державного університету «Львівська політехніка» № 324. Видавництво ДУ «Львівська політехніка»,

1998.-С. 86-91.

7. Вітер О.С., Дудикевич В.Б. Застосування апроксимації спеціальним виразом для побудови число-імпульсних функціональних перетворювачів // «Автоматика, вимірювання та керування». Вісник Державного університету «Львівська політехніка» № 356. Видавництво ДУ «Львівська політехніка», 1998. - С. 100-107.

8. Вітер О.С., Дудикевич В.Б., Максимович В.М. Визначення похибок нагромаджуючого суматора з додатним модифікованим зворотним зв’язком. // «Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах". Збірник наукових праць випуск№3. - Редакцій) ю-видаві шчий центр ТУП, м.Хмельшіцький, 1999.-С. 80-86.

9. A.c. 474805 СССР, МКИ G 06 F 7/39. Умножитель частота /А.С. Витер, В.Б. Дудыкевич, Н.В. Кирианаки (СССР). - № 1778123/18-24; Заявлено 27.04.72; Опубл. 25.06.75, Бюл. № 23. - 8 с.

10. А.с. 533877СССР,MKHG01R23/02.Преобразовательчасюта-код/АС. Витер, В.Б. Дудыкевич (СССР). - №2074577/21; Заявлено 04.11.74; Опубл. 30.10.76, Бюл. №36.-6 с.

11. A.c. 543882 СССР, МКИ G 01 R 23/10/ Цифровой низкочастотный частотомер /А.С. Витер, Т.Г. Галамай, В.Б. Дудыкевич (СССР). - № 2112202/21; Заявлено 07.03.75; Опубл. 25.01.77, Бюл. №3.-6 с.

12. А.с. 564633 СССР, МКИ G 06 F 7/38. Устройство для извлечения квадратного корня/А. С. Витер, Т.Г. Галамай, В.Б. Дудыкевич (СССР). - №21573561 24; Заявлено 16.07.75; Опубл. 05.07.77, Бюл. №25. - 6 с.

13. А.с. 572783СССР, МКИ G 06 F 7/38. Цифровое устройство для выяснения логарифмов чисел, представленных число-импульсными кодами/А.С. Витер, Т. Г. Галамай, В.Б. Дудыкевич (СССР). -№2193394/24; Заявлено 26.11.75; Опубл. 15.09.77, Бюл. №34.-4с.

14. А.с. 601690СССР, МКИ G 06 F 7/38. Частотно-импульсное устройство для воспроизведения квадратической зависимости/А.С. Витер, Т.Г. Г аламай, В.Б. Дудыкевич (СССР). - № 2197736/18-24; Заявлено 05.04.78; Опубл. 05.04.78, Бюл. № 13. - 8 с.

15. А.с. 679876 СССР, МКИ G 01 Р 3/48. Устройство для измерения угловой скорости /А.С. Витер, В.Б. Дудыкевич, Н.В. Кирианаки (СССР). -№ 1854715/18-10; Заявлено 07.12.72; Опубл. 15.08.79, Бюл. № 30. - 6 с.

16. А.с. 788025 СССР, МКИ G 01 R 25/00. Цифровой фазометр /А.С. Витер, Т.Г. Галамай, В.Б. Дудыкевич, А .Я. Скобылко (СССР). - Заявлено 03.01.79; Опубл, 15.12.80, Бюл. № 46. - 6 с.

17. А.с. 997257 СССР, МКИ Н 03 К 23/00. Делитель частоты /А.С. Витер, В.Б. Дудыкевич (СССР). - № 3329666/18-21; Заявлено 20.08.81; Опубл. 15.02.83, Бюл. № 6. - 4 с.

18. Dudykevich V., Gorpeniuk A., Maksymovich V., Viter O. Metrological Expedience of Different Types Feedback Use in Number-pulse Functional Converters. // Metody і technika pretwarzania sygnalöw w pomiarach fizycznych. Materialy VI miendzynarodowego seminarium metrologöw, Rzeszow, 1998. - C.59-63.

АНОТАЦІЯ

Вітер О. С. - Удосконалення чнсло-шпульсних пристроїв для вимірювання / функціональною перетворення частотних і часових параметрів анналів - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 -елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. -Державний університет “Львівська політехніка ", Львів,

1999.

Розроблено алгоритми функціонування та структури число-імнульсних перетворювачів кодів (ЧІІІК) для вимірювання і функціонального перетворення частотних і чяглт іх параметрів сигналів. Розширено набір структурних елемешів для побудови ЧІПК за рахунок чнсло-імульстшх дільників (ЧІД) ч цифровим зворотним зв’язком, що дозволяє підвищити точність, швидкодію, спростити апаратурну реалізацію і розширити функціональні можливості. Досліджено число-імпульсні дільники на нагромаджуючих суматорах. Синтезовано і досліджено ряд базових перетворювачів для побудови ЧІПК. Розроблено методику і програму параметричного синтезу для проектування функціональних ЧІПК із застосуваї п іям апроксимації характеристик вимірювальних перетворювачів спеціальними виразами.

На основі запропонованих алгоритмів і базових пристроїв розроблено і

нпроваджеі го ряд сі іеціа. йзованих пристроїв для вимірювання і перетворення фазочастотних і часових параметрів сигналів, наведені результати їх експериментального дослідження.

Ключові слова: число-імпульсішн. помножувач, дільник, перетворювач коду, фчнкціоііальннн неіхлворювач, апроксимація.

Втер A.C. Усовершенствование число-нмиульспых усіройств для измерения и функционального преобразования частотных и временных параметров сигналов - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 -элементы и устройства вычислительной техника и систем травления. -Государственный университет “Львівська політехніка ”, Львов, 1999. ' '

Диссертация посвящена разработке алгоритмов функционирования и структур число-импульсных устройств для измерения и функционального преобразования частотных и временных параметров сигналов.

Проанализированы принципы построения число-импульсных щчюбразоваїслей кодов (ЧИПК), их структурные алемешы и базовые устройства, предложена их классификация. Линейному или нелинейному преобразованию подлежит число-импульснын код (ЧИК), причем выходными величинами может быть ЧИКлибо позиционный параллельный код (ПК), а преобразован! іеЧІК может происходить в статическом или динамическом режимах.

При таких преобразованиях частотно-временных параметров сигналов основными математическими операциями являются умножение, деление, логарифмирование и суммирование. Математической моделью динамических преобразователей является система дифференциальных уравнений К.Шеннона, для реализации которой необходимы операции суммирования и умножения. Основным структурным элементом этих преобразователей является двоичный умножитель, который осуществляет умножение входного ЧИК на двоичный ПК. Учитывая функцию, которую он выполняет, используется более строгое его название- число-импульсный умножитель (ЧИУ). Известны реализации ЧИУ на счетчиках и комбинационных схемах И-ИЛИ и на накапливающих сумматорах, которые имеют меньшие погрешности от флюктуации плотности выходного потока импульсов. Кроме указанных элементов в отдельных ЧИПК используются также д воичные делители (ДД), в которых отсутствует погрешность от флюктуации плотности импульсного потока, но их использование ограничено низким быстродействием. Показано, что ЧИПК, построенные на ЧИУ, обладают низкой точностью, а на Д Д - низким быстродействием. Обоснована необходимость усовершенствования ЧИУ и разработка нового элемента, который выполнял бы операцию деления входного ЧИК на ПК, но имел бы более высокое быстродействие.

Проанализированы принципы построения основных базовых устройств для построения ЧИПК и указано на целесообразность использования модифицированной системы дифференциальных уравнений К.Шеннона. Эта система в отличии от классической базируется на расширенном наборе элементарных операций .(суммирование, умножение и деление) вместо суммирования и умножения. Для этого набор структурных элементов необходимо дополнить число-импульсным делителем (ЧИД), который должен осуществлять деление входного ЧИК на ПК. Такое расширение набора позволяет получать компактные структуры, которые часто имеют меньшие погрешности за счет сокращения цепей последовательной обработки кодов. Произведен синтез базовых устройств ЧИПК. В качестве примера синтезировано различные варианты структур устройств для воспроизведения логарифмической и обратной пропорциональной зависимостей на основании ЧИУ и ЧИД. Рассмотрена возможность использования ЧИУ и ЧИД для реализации дискретного ум южения частоты следования импульсов на некоторый постоянный или переменный коэффициент. Предложено два варианта структур устройств для умножения частоты: двухтактный умножитель и умножитель уравновешивающего типа. Рассмотрены также особенности построения специализированных цифровых измерителей частотных параметров сигналов: тахометров и пульсотахометров. Разработана структура для итерационного измерения частоты, которая отличается высокой точностью, а также обеспечивает возможность сглаживания результатов. Предложена структура специализированного низкочастотного частотомера, в котором предусмотрен режим цифровой фильтрации. Частотомер, работающий в таком режиме, можна рассматривать в качестве цифрового фильтра, параметры

которого могут дискретно изменяться в зависимости о г необходимой степени сглаживания. Произведен анализ динамических параметров рассмотренных устройств методом точечнъre преобразовании."

Предложено для построения ЧИПК использован. ЧИД с цифровыми обратными связями, что позволяет повысить точность, быстродействие, упростит ь аппаратурную реализацию и расширить функциональные возможности. Исследованы ЧИД и ЧИУ на накапливающих сумматорах, получены простые а нал итические выражения для оценки их абсолютных погрешностей, которые дают возможност ь определять I'екущие погрешности для произвольных значений управляющего и входного ЧИК. Обоснована возможность построения на их основе высокоточных ЧИПК. Синтезирован и исследован ряд базовых устройств ЧИПК. Разработана методика и программа параметрического синтеза для аппроксимации характеристик измерительных преобразователей специальными выражениями, которые формируются базовыми устройствами, что позволяет создавать функциональные ЧИПК для воспроизведения широкого класса нелинейных монотонных знакопостоянных зависимостей.

На основании предложенных алгоритмов и базовых устройств разработан и внедрен ряд специализированных устройств для измерения и преобразования фазо-частотных и временных параметров сигналов, приведены результаты их экспериментального исследования.

Ключевые слова: число-импульсный, код, делитель, умножитель, преобразователь кода, функциональный преобразователь, аппроксимация.

flier O.S. Improvement of pulse-numerical devices for measuring andfunctional conversion of frequency and time parameters of signals. -Manuscript.

Thesis for Candidate of Technical Sciences Degree in specialty 05.13.05 -elements and units of computer technique and control systems. -Lviv Politechnic State University, Lviv, 1999.

Are designed algorithms for functioning and stmcture ofpulse-numerical functional converters (PNFC) for measuring and functional conversion of frequency and time parameters of signals. Is enlarged the set of structural elements applied for PNFC design by the pulse-numerical dividers (PND) that implement digital feedback. The feedback implementation made it possible to increase accuracy, speed, to simplify the hardware construction and enlarge functional abilities. Are synthesized and investigated a number of basic converters for PNFC design. Are developed techniques and software for parametrical synthesis for the design of functional PNFC with implementation of sensor characteristics approximation by special expressions.

On the base of proposed algorithms and basic devices there is developed and applied in industry a number of specialized devices for measurement and conversion of phase-frequency and time parameters of signals. The results of their experimental investigations are presented.

Keywords: pulse-numerical, code, devoured, multiplier, converter, functional converter, approximation.