可逆计数器及其在数字式相位差计中的应用.pdf

1 1 4 煤 矿 机 械 2 0 0 4年第 1 1 期 盱 使用 维修 嗣 文章编号 1 0 0 3 ． 079 4 2 0 0 4 1 1 - O 1 1 4 - 0 3 可逆计数器及其在数 字式相位差计 中的应 用 贾世胜。 ，宋志安 ．邢哲。 I ． 山东科技大学 工程学 院 ，山东 泰安 2 7 1 0 2 1 ；2 ． 山东科技大学 机电学 院，山东 泰安 2 7 1 0 1 9 摘要 阐述了可逆计数 器的基本功能和数字式相位差计的基本原理， 指 出了数 字式相位差 计产生误差的原 因， 说 明了利用可逆计数 器 自动修正数 字式相位差计 固有误差的原理 。 对相 同信号 通过不 同通道 而产生的附加误差的消除和修正具有一定的参考意义。 关键词 可逆计数器；数 字式相位差计 ；附加误差；修正 中图号 T P 3 3 2 文献标识码 A 1 前言 实际工作中， 经常需要研究诸如放大器 、 滤波器 等各种网络的频率特性 ， 即它们 的幅频特性 和相频 特性 ， 分析了解网络 的相频特性对研究图像信号 的 传输与处理 ， 多元信号的相干接收至关重要 ， 而相位 差测量是研究网络相频特性必不可少的重要方面。 测量相位差的方法很多 ， 比较精确的方法是使 用专门的相位差测量仪器 ， 数字式相位差计就是一 种常用的相位差测量仪器 ， 而相位差计 的固有误差 可以使用可逆计数器 自动修正。 2 可逆计数器的功能 计数器是数字系统 中使用最多的时序电路 ， 其 主要用途是对时钟脉冲进行计数 ， 还可以用于分频 、 定时、 产生节拍脉冲和脉冲序列及进行数字运算等。 可逆计数器是 既能进行加法计数 ， 又能进行减 法计数的计数器 ， 它在结构 上又可分 为单时钟结构 和双时钟结构 ， 单时钟结构 可逆计数器实质上是将 加法计数器和减法计数器 的控制 电路合并 ， 用 一根 加， 减控制线来选择是加法计数还是减法计数 ， 电路 只有一个时钟信号输入端。双时钟结构可逆计数器 则是分别 由加法计数脉冲和减法计数脉冲来控制可 逆计数器 ， 是进行加法计数还是减法计数 ， 电路需要 2个不同的脉冲信号源 。 下面 以集成可逆计数器 7 4 1 _ 5 1 9 1 单时钟结构 为例说明可逆计数器的基本功能。 7 4 1 _ 5 1 9 1 是具有异步置数、 加， 减计数、 保持等功 B膏 图 4 改造后的滚筒 图 № ． 4 D r u m ma 8 _f l r i mp r o v e d 1 ． 轮箍2 ． 轮箍 水道3 ． 小孔4 ． 叶片5 ． 放射状水道 5结 语 通过改进 ， 使喷雾压力水直接进入送水管 ， 正常 情况下空腔内无水 。 解决了喷雾水进入行星减速器 的问题。同时 由于输 水管 的接头受 到供 水板 的保 护 。 不会变形 ， 方便更换。当送水管弯头出口密封破 坏时 ， 可以通过供水板上的卸压孔卸压 ， 同时很容易 发现故障。将滚筒水道改为直线水道后 ， 疏通非常 容易。虽然喷头数量较少 ， 但对 已经堵塞的滚筒进 行改进是非常有效的。 作者简介 陈中跃 1 9 7 l一 ， 贵 州余庆 人 。 工程 师 ， 1 9 9 2年 毕业 于湘潭矿业学院工业 电气 自动化专业 。 现在水城 矿业 集团 公 司机 电部工作 ． 收 稿 日期 2 0 o 4 ． 0 7 ． 2 0 De v e l o p m e n t o f i n s i d e s p r a y s y s t e m o f d r u m t y p e s he a r e r CHEN Z l a o n gy u e ．LE NG L I n l n g S h u i e h e n g Mi n i n g I n d u s t r y G r o u p ． S h u i e h e n g 5 5 3 0 0 0 - C h i n a Ab s t r a c t I mp r o v e me n t o f t h e i n s i d e s p r a y s y s t e m i n t h e c o a l s h e a r e r - the p r o b l e m i s fig u r e o u t wh i c h t h e p l a n e t red u c e r a t t a i n t i n g o f e n t e r wa t e r a n d l o d e a i rl o g g e d e a s y d red g e- t h o u g h b l o w h e a d l e s s - b u t i mp r o v e me n t d r u m f o r s t o p i n g u p i s v e r y e ffe c t i v e． Ke y wo r d s c o a l s h e a r e r ；the i n s i d e s p r a y s y s t e m； i mp rov e me n t 维普资讯 2 0 0 4年第 1 1 期 可逆计数器及其在数字式相位差计中的应用贾世胜 ， 等 1 1 5 能的四位同步二进制可逆计 数器 ， 其管脚排列及逻 辑符号如 图 1所示 ， 逻辑功能如表 1所示。 b 图 1 7 4 L S 1 9 1 管脚排 列及逻辑 符号 Fi g． 1 Th e pi n f o r m a nd l o g i c di a g r a m o f7 4L S1 91 D 0 、 D l 、 D 2 、 ． 数 据置人端Q o 、 Q ． 、 Q 2 、 Q 3 ． 计数 输 出端C P I ． 时钟 信号输人端i _ ／ D． 加法／ 减法计 数控制端面 ． 预置数控制端亏 ． 使能控制端C ／ B． 进 位／ 借位输 出端c P o ． 串行时钟输 出端 表 1 同步 二进 制可逆计数器 7 4 L S 1 9 1 功能表 Ta b． 1．I f un c t i o n t abl e of s y n c h r o Do u bi nm．y upd own c o un t e r 功能说明 1 当 1 ， 一L D1时， 计数器数值保持不变 ， 具 有保持功能。 2 当L D0时 ， 电路处于预置数状态 ， 计数器 4 个输入端的数据立即置人计数器 ， 而不受 时钟输入 信号 c P , 的控制 ， 具有异步置数功能。 3 当 S0 ， L D1时， 计数 器处于计数状 态， U ／ D0时进行加法计数 ， U ／ D1 时进行减法计数。 其他类型或结构的可逆计数器功能与 7 4 L S 1 9 1 相似 ， 实际中， 可根据需要控制计数器输入端电平 ， 使之实现不同的功能 。 3相位差计的工作原理 相位差一般 是指两 同频率 的正弦量 的初相之 差 ， 即若两角频率都为 c c ， ， 初相分别为 9 。 和 9 的正 弦量 u l U l s i n m t 9 1 u 2 U 2 s i n t o t 9 2 则 u 。 和 u 的相位差 9 。 一9 ， 为了准确测 出 u ，和 u 的相位差 ， 可以将相位差的测量转换成 时间的测量 ， 如图 2所示。 3 6 0 。 3 6 0 t c t A 。 一 I 图 2两 信 号 相 位 差 F i g ． 2 P h a s e d i f f e F e l e o ft wo 删 可见 ， 两信号相位差与两信号波形过零点 的时 间间隔 △ 和信号周期 之 比有关 ， 而 时间可以用 在该段时间内具有一定频率的脉冲数 目来表示 ， 据 此 ， 可设计出数字式相位差计 ， 其原理框图如图 3所 示 ， 电路中各点处 的信号波形如图 4所示。 二 图 4数 字 式 相 位 差计 原 理 波 形 图 ．4 The wa v e f o r m pr o gr a m o f di g i t a l p ha s e c o ml mr a t o r 由原理框图可知 ， 被测信号 u 。 和 u 经脉冲形 成电路变为尖脉冲信号 u 和 u ， 去控制双稳态触 发电路产生反映 u ， 和 u 过零点时间间隔 △ 的闸 门信号 u ， 以控制时间闸门 I的启闭。标 准频率脉 冲发生器由晶振 和整形 电路组成 ， 产生一定频率 的 窄脉冲信号 u 。 ， 窄脉冲信号 u 。在闸门信号 u 的控 制下形成信号 u 加到时间闸门 Ⅱ， 闸门脉冲发 生 器由晶振、 分频器和门控 电路组成 ， 由它形成宽度为 的门控信号 u ， 加到时间闸门 Ⅱ的信号 u 在信 号 u 的控制下形成信号 u 。 ， 加到计数显示电路 中， 最终由计数译码显示电路显示测量结果。 假设标准信号频率为 ． ， 在 时间间隔 △ 内通 西 且 一 一 垂 维普资讯 1 1 6 可逆计数器及其在数字式相位差计 中的应用贾世胜 ， 等 2 0 0 4年第 1 1 期 过的标准频率脉冲数 目为 n ， 在闸门时间 内通过 的标准频率脉冲数 目为 A， 取 T K T 1 由波形图中 u u u 。的信号波形可知 ， A Kn 考虑到 KT m ／ T ， n AT ， 03 6 0 。 AT I T ， 则 A 1 3 6 0 。 0 取 1 3 6 0 。 1 0 b为整数 ， 则 A1 0 0于是 0 A 1 0～ 适当选择 和 厂 c ， 使其满足表达式 T L／ 3 6 o 。 1 0 ， 则通过闸门时间 的脉 冲数就代表两信号 的相位差 ， 整数 b决定测量结果的小数点。 4可逆计数器对数字式相位差计 附加误差的 自动 修 正 基于数字式相位差计的工作原理 ， 其测量误差 的来源主要有标准频率误差、 触发误差和量化误差 以及由于信号通过的传输通道不同而引起的附加误 差 又称仪器的固有误差 。前 3 种误差在设计时可 以通过适当提高标准信号频率 ． 的精确度、 被测信 号的信噪比和增 大计数器读数来减小 ， 而 固有误差 的消除则可以使用可逆计数器来 自动修正 。 当测量两信号 u 。 和 u 的相位差时， 若两输入 端信号完全相同 ， 即两输入端相 当于输入同一信号 ， 则理论上相位差计读数为 0 。但是根据相位差计 的 工作原理 ， 相位差计工作时， 信号要分别通过电路通 道转换成尖脉冲 ， 然后形成时间闸门， 控制计数器计 数 。由于不同通道有不同的相移， 因此 ， 即使是同一 信号加在相位差计 的两输入端 ， 相位差计的计数器 也会有一个读数， 设为 A 。 ， 则 A 。 反映了相位差计的 固有误差。若用这样的仪器测量两信号 u 。 和 u 的 相位差时 ， 计数器读数为 A ， 则 A 反映的是附有固 有误差 的测量结果 ， 两信号相位差精确值 0A 2 1 0 一 一A 。 1 0 一 A 2 一A 。 1 0 一 这样就可以消除固有误差的影响 ， 这一步可以 由可逆计数器来实现 ， 消 除固有误差影响的原理如 图 5所示 。 电路的工作过程为控制电路产生两路时间上相 互衔接的闸门脉冲， 宽度均为 ，第 1 路 由控制电 路 工 端输出加到开关 工， 控制它的启闭 ； 第 2路由控 制电路 Ⅱ端输出加到开关 Ⅱ， 控制它的启 闭， 因 闸门脉冲时间上衔接， 脉宽相等 ， 极性相反。所 。 当开关 I接通时， 开关 Ⅱ关闭， u 。 、 u 分别经过 2个 脉冲形成器产生尖脉冲去触发双稳电路 ， 产生脉宽 为 △ 的时间闸门信号去开启时间闸门。同时控制 电路的 工 端输出使与门 G ． 开启 ， 标准脉冲信号通过 时间闸门和与门 G 。 送至可逆计数器的“” 输入端 进行计数 ， 设计数值为 A 。第 2路脉宽为 7 1m的 闸 门脉冲从控制电路 Ⅱ端输 出去接通开关 Ⅱ 此时开 关 工断开 ， 同时开启与门 G 2 ， 此时 U 分别加到 2个 脉冲形成器输入端 ， 产生尖脉冲去触发双稳电路 ， 产 生出反映系统 固有误差、 脉宽为 △ 的时间闸门控 制信号， 打开时间闸门 ， 标准脉冲信号通过时间闸门 和与门 G 2 送至可逆计数器的“ 一” 输入端进行计数 ， 设计数值为 A 。 ， 计数值 A 减去 A 。 便得被测信号的 相位差。 图 5 用可逆计数器消除数宇式相位差计 的附加 误差 F i g ． 5 Up d o wn c o u rt i e r e 吐 Ⅱ I j 地 6 n g t h e e x t r a e r r o r o f mg n a l c o mp a r a t o r 参考文献 [ 1 ] 阎石 ． 数字电子技术基础 [ M] ． 北京 高等教育 出版社 。 1 9 9 8 ． [ 2 ] 毛法尧 ． 数字逻 辑[ M] ． 武昌 华 中科技大学出版社 。 1 9 9 6． [ 3 ] 刘全忠． 电子技术 [ M] ． 北京 高等教育出版社 。 l 9 9 9 ． [ 4 ] 申功 迈 ． 高频 电子 线路 [ M] ． 西 安 西 安 电 子科 技 大学 出 版 社。 2 0 0 1． [ 5 ] 张永瑞 ． 电子测 量技术 基础 [ M] ．西安 西安 电子科 技大 学出 版 社。 1 9 9 4 ． 作者简介 贾 世胜 1 9 6 6一 ， 山东 青州人 。 讲 师 。 1 9 8 9年 毕业 于 山东矿业学院 ， 从事电子、 通 信与 自动控制技 术 的教 学与科 研工作 。 现为 山东科技大学信息 科学 与工程学 院计算 机应 用专 业硕 士研究 生 。 主要研究方向 微机与微 电子应用 ． 收稿 日期 2 0 0 4 ． 0 8 ． 1 5 T h e a p p l i c a t i o n s 0 f u pd o w n c o u n t e r i n d i g i t a l p h a s e c o mp a r a t o r J I A S h l - s h e n g 。S ONG Zh i - a n 。XI NG Z h e 1 ． T h e E n g i n e e ri n g I n s t i t u t e o f S h a n d o n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y 。 ’ a n 2 7 l 0 2 l 。 Ch in a ； 2 ． E l e e t r o m e c h a n l e a l I n s t i tu t e o f S h a n d o n g S c i e n e e a n d T e c h n o l o g y 。 T a i ’ a n 2 7 1 0 1 9 - C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r d i s c u s s e s t h e f u n d a me n t a l f u n c t i o n o f u pd o w n c o u n t e r a n d b a s i c p rin c i p l e o f d i g i t a l p h ase t o m． p a r a t o r ， p o i n t s o u t the c a u s e s o f e r r o r t h a t t h e d i g i t a l p h ase c o mp a r a t o r ma k e ,5 。 i l l u s t r a t e s the p rin c i p l e a u t oc o r r e c t i n g i n ． h e r e n t e r r o r o f t h e d i gi t a l p h ase c o m p a r a t o r th r o u g h u pd o wn cou n t e r ．I t i S s o m e w h a t v a l u a b l e t o e l i m i n a t e and c o r r e c t the e x t r a e r r o r b e c a u s e o f the s a me s i g n a l thr o u g h d i fie r e n t c h a n ne 1 ． Ke y wo r d s u p d o wn c o u n t e r ； d i git a l p h ase c o m p a rat o r ； e x t ra e r r o r ； c o r r e c t 维普资讯