專利名稱：多通道不同權(quán)重加減計數(shù)器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于多通道加減計數(shù)器電路，可以同時對多路脈沖信號進(jìn)行加減計數(shù)功能。
輸入信號PN與CN應(yīng)該具有以下關(guān)系CN明確指示對PN上的脈沖信號該進(jìn)行如何操作(加或減)，PN發(fā)送脈沖時，CN保持高電位或低電位，在脈沖寬度時間內(nèi)，CN不發(fā)生電平轉(zhuǎn)移。
MCU一般同時采樣輸入脈沖信號PN和相應(yīng)的加減判斷信號CN，判斷各通道是否有脈沖到達(dá)，且對該脈沖是需要累加還是減去。通過編程，完成計數(shù)功能。
MCU的時鐘CLK頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于需要采樣的N通道輸入脈沖頻率，根據(jù)采樣原理，對一路信號采樣，采樣頻率至少為輸入信號最高頻率的2倍，由于MCU逐步掃描N個通道，MCU的時鐘頻率應(yīng)大于輸入脈沖頻率2N倍。因此通過MCU編程來實(shí)現(xiàn)，雖然靈活，但浪費(fèi)大量資源，成本高，速度受MCU時鐘頻率的限制。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種N通道加減計數(shù)器，其包括依次連接的N個轉(zhuǎn)換電路、加法器、寄存器，所述的N個轉(zhuǎn)換電路將輸入信號轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的N個可表示加減的數(shù)值信號，所述的輸入信號包括需計數(shù)的脈沖信號，所述的加法器將N個數(shù)值信號相加，所述的寄存器將加法器輸出信號保存并在下一時鐘沿作為輸出，同時反饋到加法器，與N路數(shù)值信號相加，并輸出信號。
本實(shí)用新型具有成本低，實(shí)現(xiàn)簡單的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛的應(yīng)用于通訊和計量等領(lǐng)域。
圖4為通過轉(zhuǎn)換電路的輸入信號及輸出信號的時序圖。
圖5本實(shí)用新型在三相電能計量領(lǐng)域的一個具體的應(yīng)用；
如圖2所示本實(shí)用新型的N通道加減計數(shù)器包括依次連接N個轉(zhuǎn)換電路41、加法器42、寄存器43。脈沖信號P1...PN，控制信號C1...CN，分別一一對應(yīng)輸入給N個轉(zhuǎn)換電路41。
脈沖信號P1為脈沖輸入信號，控制信號C1為對應(yīng)的進(jìn)行加減操作的指示信號，控制信號C1為‘0’時對輸入的脈沖個數(shù)累加；C1為‘1’時對脈沖個數(shù)進(jìn)行相減。脈沖信號PN和控制信號CN分別為第N個通道的脈沖輸入信號和加減判斷信號。該裝置主要完成歸N路通道的脈沖輸入信號同時進(jìn)行加減計數(shù)功能，具體每一路信號是加是減，由每一路的控制信號CN來決定。
脈沖信號PN與控制信號CN應(yīng)該具有以下關(guān)系控制信號CN明確指示對脈沖信號PN該進(jìn)行如何操作(加或減)，脈沖信號PN發(fā)送脈沖時，控制信號CN保持高電位或低電位，在脈沖寬度時間內(nèi)，控制信號CN不發(fā)生電平轉(zhuǎn)移。
圖中N個轉(zhuǎn)換電路41為單通道信號轉(zhuǎn)換模塊，主要功能是分別把輸入的脈沖信號P1...PN和加減判斷控制信號C1...CN-一對應(yīng)轉(zhuǎn)換，成為與時鐘信號CK同步的n位的數(shù)值信號33，該數(shù)值信號33采用補(bǔ)碼形式表現(xiàn)信息，分別對應(yīng)三個狀態(tài)，‘1’，‘0’，‘-1’。
加法器42為一個N+1輸入端的加法器，同時對N+1個n位信號進(jìn)行加法運(yùn)算，加法后的和被n位寄存器43保存，并在下一個時鐘沿作為輸出。在作為輸出的同時反饋到N+1端加法器42，與當(dāng)時的N路輸入信號相加。這樣形成累加計數(shù)功能。
由于N通道輸入到加法器42的信號33為補(bǔ)碼表示的三種狀態(tài)，當(dāng)輸入到加法器42中的信號是補(bǔ)碼‘-1’時，加法器42實(shí)際進(jìn)行減法操作，這樣由于輸入信號33可正可負(fù)，實(shí)際通過加法器42實(shí)現(xiàn)加減計數(shù)功能。
最終計數(shù)器輸出的信號44為n位補(bǔ)碼表示信號。
對于補(bǔ)碼的運(yùn)算，舉例假設(shè)輸入為6位補(bǔ)碼信號，加法器為6位，那么‘000001’代表+1；‘000000’代表0；‘111111’代表‘-1’；1)如果通道1和通道2輸入到加法器42的信號33都為‘1’即‘000001’，代表加法計量脈沖個數(shù)，而第3到第N通道的信號33都為’0’，代表沒有脈沖輸入；上個周期輸出44信號為‘000001’，代表已計到一個脈沖；那么加法操作獲得信號‘000011’即‘3’，實(shí)現(xiàn)累加。
1)如果通道1輸入到加法器42的信號33為‘1’即‘000001’，代表加上一個脈沖個數(shù)；通道2輸入到加法器的信號33‘111111’代表減去一個脈沖；而第3到第N通道的信號33都為’0’，代表沒有脈沖輸入；上個周期輸出信號44為‘000001’，代表已計到一個脈沖；那么經(jīng)加法器42操作，二進(jìn)制加法‘000001’+‘111111’+‘000001’＝‘000001’即‘1’。實(shí)現(xiàn)減法功能。
采用補(bǔ)碼的最大好處是方便加減功能。
信號CK為時鐘信號，為方波信號。時鐘脈寬遠(yuǎn)大于輸入脈沖寬度，這樣保證能夠采樣到脈沖信號。信號/CK為信號CK的取反。
圖3是一個通道的信號轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)。主要功能有1)是把二個輸入信息，脈沖信息P1和加減計數(shù)控制信息C1轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的數(shù)值信號33。需要加脈沖時輸出信號33發(fā)送‘1’信號；沒有輸入脈沖時輸出信號33發(fā)送‘0’信號；需要減去脈沖個數(shù)時，輸出信號33發(fā)送‘-1’信號(補(bǔ)碼表示)。2)輸出信號33與信號/CK同步，這樣才能保證加法器工作在正確狀態(tài)。
同步電路15對輸入脈沖信號P1和時鐘信號CK進(jìn)行同步操作(波形見圖4)，只要檢測到脈沖信號P1由‘0’變‘1’，表明有一個脈沖信號，就在輸出信號23上發(fā)送一個寬度為一個CK周期的脈沖，直到下一次再次檢測到信號由‘0’變‘1’，再次發(fā)送一個寬度為CK周期的脈沖。由于CK頻率遠(yuǎn)大于輸入信號頻率，輸出信號23保證了以下兩點(diǎn)1)輸出脈沖個數(shù)與輸入一樣多，不會丟脈沖；2)輸出與CK同步。
邏輯與門19的輸入為加減選擇信號C1和信號23。通過與操作后，獲得控制信號27，見圖5。
信號31，32為n位固定信號，在這里可以讓信號31為‘1’，如果是6位二進(jìn)制表示就是‘000001’，如果n為10，就是10位二進(jìn)制‘0000000001’，最低位為1，其余位全為0；同樣，信號32為補(bǔ)碼表示的‘-1’，如果n為6時，二進(jìn)制表示為‘111111’，所有n位均為‘1’。
對于選擇器16，選擇信號27為‘0’時輸出的信號24選擇輸入的信號32，當(dāng)選擇信號27為‘1’時輸出的信號24選擇輸入的信號31。同樣，選擇器17有信號23控制，信號23為‘0’時輸出的信號25等于輸入的信號26，輸出n位0，當(dāng)信號23為‘1’時輸出信號25選擇輸入的信號24。
這樣，通過兩個選擇信號27和信號23的控制，信號24與輸入脈沖信號P1和控制信號C1有以下關(guān)系1)當(dāng)信號P1上來了一個脈沖，且信號C1表明是加法操作時，即信號C1為‘0’，輸出的信號24輸出寬度為一個CK周期的n位數(shù)值，其值為‘1’；2)當(dāng)信號P1上來了一個脈沖，且信號C1表明是減法操作時，即信號C1為‘1’，輸出的信號24輸出寬度為一個CK周期的n位數(shù)值，其值為‘-1’；3)當(dāng)信號P1為0，表示沒有脈沖輸入時，無論信號C1表明是加是減。輸出的信號24輸出均為n位0信號。
為了保證數(shù)據(jù)能有效的輸入到后面的累加器中，在信號24后面加上一個上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器18，采用信號/CK的上升沿來采樣，這樣通過D型觸發(fā)器18后的輸出信號33與輸入的信號25相比有一個半周期的延時，但信息不變。
由于每個通道都有如圖3所示的轉(zhuǎn)換電路單元，把輸入脈沖個數(shù)及加減信息轉(zhuǎn)變成包含三種狀態(tài)的數(shù)據(jù)量，而且與時鐘同步。當(dāng)N路信號到達(dá)加法器42時，變進(jìn)行數(shù)值計算，需要累加一個到達(dá)的脈沖的就加‘1’，需要減掉到達(dá)的脈沖，就加‘-1’，沒有脈沖到達(dá)時就加‘0’。通過n位寄存器同步鎖存，把當(dāng)前N個通道到達(dá)的需要加或減的脈沖進(jìn)行計數(shù)。并把計數(shù)結(jié)果反饋到加法器42，在下個/CK周期與下個周期到達(dá)的脈沖進(jìn)行累加計數(shù)，輸出的信號44就是我們需要的對N路脈沖信號進(jìn)行加減計數(shù)的結(jié)果。
下面我們結(jié)合圖5詳細(xì)說明該N通道加減計數(shù)器在三相電能計量領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。
如圖5所示信號VA，VB，VC，IA，IB，IC分別對應(yīng)A，B，C三相的輸入電壓和電流信號，每一相的電壓和電流信號通過模擬或數(shù)字乘法單元，變成與順態(tài)功率成正比的信號模擬量或數(shù)字量，該信號通過電壓到頻率轉(zhuǎn)換(V/F模塊)后產(chǎn)生頻率與功率成正比的脈沖信號P1，P2，P3。由于脈沖信號P1，P2，P3只是頻率信號，只表明功的絕對值。為表明每一項(xiàng)是正功還是負(fù)功，需要指示信號C1，C2，C3。信號C1，C2，C3為高時表明是該相輸出負(fù)功，為低時表明輸出為正功。
脈沖信號P1，P2，P3與信號C1，C2，C3的關(guān)系如前面所描述信號CN為高或?yàn)榈瓦^程中，信號PN對應(yīng)脈沖個數(shù)對應(yīng)相應(yīng)的負(fù)功和正功。
現(xiàn)在為了要計量三相有功功率值，需要統(tǒng)計在一段時間內(nèi)，三相計量總共發(fā)出的脈沖個數(shù)，脈沖個數(shù)多表明用電量大。在統(tǒng)計過程中應(yīng)注意，如果三相中有一相為負(fù)功，其發(fā)出的脈沖就必須與其他相為正功的脈沖數(shù)相抵消。這樣對三相脈沖個數(shù)的統(tǒng)計就需要采用上面介紹的可同時對多路脈沖信號進(jìn)行加減計數(shù)器。
權(quán)利要求1.一種多通道不同權(quán)重加減計數(shù)器電路，其特征在于，包括依次連接的N個轉(zhuǎn)換電路(41)、加法器(42)、寄存器(43)，所述的N個轉(zhuǎn)換電路(41)將輸入信號轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的N個可表示加減的數(shù)值信號(33)，所述的輸入信號包括需計數(shù)的脈沖信號(P1...PN)，所述的加法器(42)將N個數(shù)值信號(33)相加，所述的寄存器(43)將加法器(42)輸出信號保存并在下一時鐘沿作為輸出，同時反饋到加法器(42)，與N路數(shù)值信號(33)相加，并輸出信號(44)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道不同權(quán)重加減計數(shù)器電路，其特征在于，所述的輸入信號還包括控制信號(C1...CN)，N位的固定信號(31、32)，時鐘信號(CK、/CK)，輸入信號(26)，上述輸入信號分別一一對應(yīng)輸入給N個轉(zhuǎn)換電路(41)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多通道不同權(quán)重加減計數(shù)器電路，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換電路(41)包括同步電路(15)、與門(19)、選擇器(16、17)、D觸發(fā)器(18)，所述的同步電路(15)將對應(yīng)輸入的脈沖信號與時鐘信號(CK)進(jìn)行同步操作并輸出信號(23)，所述的與門(19)將對應(yīng)輸入的控制信號與信號(23)進(jìn)行與操作并輸出控制信號(27)，所述的選擇器(16)由信號(27)控制并輸出信號(24)，所述的信號(24)可選擇為輸入的信號(31)或信號(32)，所述的選擇器(17)由信號(23)控制并輸出信號(25)，所述的信號(25)可選擇為輸入的信號(26)或信號(24)，所述的D觸發(fā)器(18)采用信號(/CK)的上升沿來采樣，并輸出信號(33)。
專利摘要一種多通道不同權(quán)重加減計數(shù)器電路，包括依次連接的N個轉(zhuǎn)換電路(41)、加法器(42)、寄存器(43)，所述的N個轉(zhuǎn)換電路(41)將輸入信號轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的N個可表示加減的數(shù)值信號(33)，所述的輸入信號包括需計數(shù)的脈沖信號(P1...PN)，所述的加法器(42)將N個數(shù)值信號(33)相加，所述的寄存器(43)將加法器(42)輸出信號保存并在下一時鐘沿作為輸出，同時反饋到加法器(42)，與N路數(shù)值信號(33)相加，并輸出信號(44)。本實(shí)用新型具有成本低，實(shí)現(xiàn)簡單的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛的應(yīng)用于通訊和計量等領(lǐng)域。
文檔編號G06F9/22GK2603441SQ0228346
公開日2004年2月11日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者韓明, 黃飛 申請人:上海貝嶺股份有限公司