Цифровой фазометр-частотомер

 

Изобретение относится к информационно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано при создании комбинированных измерительных приборов и функциональных преобразователей для одновременного измерения периода, временного сдвига, частоты и разности фаз периодических сигналов. Период и временной сдвиг измеряются путем заполнения соответствующих временных интервалов тактовой частотой опорного генератора. Полученные в результате этого цифровые коды заносятся в регистры и преобразуются с помощью счетчика, накапливающего сумматора и сумматора в коды частоты и разность фаз. Повышение быстродействия достигается за счет циклической работы устройства по тактовой частоте опорного генератора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 R 25/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4236615/24-21 (22) 25.03.87 (46) 07.04.89, Бюл.№ 13 (72) Б.А.Кудряшов и В.В.Макаров

:(53) 621 ° 317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 805199, кл. С О1 Б. 25/08, 1979.

Авторское свидетельство СССР. №- 658496, кл. G 01 R 25/08, 1976. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР-ЧАСТОТОМ:Р (57) Изобретение относится к информационно-преобразовательной и измери: тельной технике и может быть использовано при создании комбинированных измерительных приборов и функционал

Изобретение относится к информационно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано при создании комбинированных измерительных приборов и функциональных преобразователей для одновременного измерения периода, временного сдвига, частоты и разности фаз периодических сигналов.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг.l приведена функциональная схема цифрового фазометра-частотомера; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Фазометр-частотомер состоит из измерителя 1 временных интервалов, содержащего счетчик 2, регистры 3 и

4, формирователь 5 импульсов и триггеры 6 и 7, накапливающего сумматора

8, содержащего замкнутые в кольцо сумматор 9 и регистр 10, генератора .::

„„SU„„1471148 А1 ных преобр аз о ват елей для одновре менного измерения периода, временного сдвига, частоты и разности фаэ периодических сигналов. Период и времен ной сдвиг измеряются путем заполнения соответствующих временных интервалов тактовой частотой опорного генератора. Полученные в результате этого цифровые коды заносятся в регистры и преобразуются с помошью счетчика, накапливающего сумматора и сумматора в коды частоты и разность фаэ. Повышение быстродействия достигается за счет циклической работы устройства по тактовой частоте опорного генератора. 2 ил.

2 С.

11 тактовой частоты, элемента 12 запрета, элемента 13 совпадения, блока 14 инверторов, сумматора 15, счетчика 16 и регистров 17 и 18.

Измерительный и опорный входы измерителя 1 подключены к источникам измеряемого и опорного сигналов соответственно, а тактовый вход к выходу генератора 11, который также подключен через элемент 12 запрета к входу ДЬ синхронизации сумматора 8 и счетному Я) входу счетчика 16, выход периода измерителя 1 подключен к информационному входу сумматора 8, выход сдвига через блок 14 к первому входу сум- ф матора 15, а выход установки через элемент совпадения 13 — к входам установки счетчика 16 и сумматора 8, информационный выход которого подключен к второму входу сумматора 15, а выход переноса — к запрещающему входу элемента 12 запрета, второму

1471148 вх цу элемента 13 совпадения и входу синхронизации регистра 17, информационный вход которого подключен к выходу счетчика- 16 и информаци"

5 онному входу регистра 18, входом синхронизации подключенного к выходу переноса сумматора 15, выходы же регистров 17 и 18 являются выходами фазометра-частотомера, по частоте и разности фаз соответственно, при этом счетный вход счетчика 2 и входы синхронизации триггеров 6 и 7 подключены к тактовому входу измерителя 1, а информационные входы триггеров

6 и 7 к измерительному и опорному входам соответственно, выход триггера 6 подключен через формирователь 5 к выходу установки измерителя 1 и входу установки счетчика 2 и непосредственно к входу синхронизации регистра 3, который выходом подклю. чен к выходу периода измерителя 1, а информационным входом — к выходу счетчика 2 и информационному входу регистра 4, подключенного входом синхронизации к выходу триггера 7, а выходом к выходу сдвига измерите-, ля 1, На фиг.1 и 2 принять1 следующие условные обозначения: U „ — измеряемый сигнал U11 опорный сигнал U сигнал на выходе генератора 11, N,— код на выходе счетчика 2, N z — код на информационном выходе сумматора 8, Nз - код на выходе счетчика 16, Р „.сигнал переноса сумматора 8, Р „—

Ф сигнал переноса сумматора 15, Йткод периода на выходе регистра 3, Nn, — код временного сдвига между

40 сигналами U „и U на выходе регистра

4, N — код частоты на выходе регистра 17, N <- код фазового сдвига на выходе регистра 18, U z — сигнал на выходе формирователя 5, 45

Цифровой фазометр-частотомер работает следующим образом, Сначала рассмотрим процесс измерения периода Т сигнала У„и его временного сдвига Ф относительно сигнала U . Измерение производится путем заполнения этих временных интервалов импульсами стабильной частоты f . При поступлении на вход изме" р я 1 переднего фронта сигнала U 5 йа выходе формирователя 5 вырабатывафтся узкий импульс U1pg устанавливаю щий счетчик 2 в нулевое состояние

Й,10) = О, После этого на выходе счетчика 2 формируется линейно нарастающий .код

N,tn) = n

После прихода переднего фронта сигнала П1 на выходе триггера 7 формируется положительный перепад, записывающий в регистр 4 число N, равное числу и импульсов генератора

11, прошедших на вход счетчика 2 за время

N = N„(n ) = n = К„. (2) N,=Н„(п 3=п = Tf, (3) Одновременно на выходе формирователя

5 формируется„следующий импульс U счетчик 2 обнуляется и цикл работы измерителя 1 повторяется, Импульс установки П., проходя через элемент 13 совпадения, устанав.ливает в нулевое состояние счетчик

16 и сумматор 8. При этом сигналы переноса снимаются; Р = О и Р „ = О.

Тем самым запрещается прохождение сигнала U < через элемент 13 совпадения и разрешается прохождение импульсов U через элемент 12 запрета на вход синхронизации сумматора 8 и счетный вход счетчика 16, На выходе счетчика 16 формируется линейно нарастающий код

N3Ln j = ny (4) а на выходе сумматора 8

N (n J = nN„, (5) З)сле прохождения через элемент

12 запрета некоторого числа импульсов п1 на выходе сумматора 15 появляется сигнал переноса P = 1. Число и 1 можно определить из соотношения п -1

Nn) = 2 N (ng) и равенства (5) п1 = 2 ьп NnL (6) т где 2 ю"" — коэффициент, обусловленный сдвигом разрядной сетки между входом и выходом сумматора 8;

После прихода переднего фронта сигнала

U„íà выходе триггера 6 формируется положительный перепад, записывающий в регистр 3 число N равное числу пу импульсов генератора 11 прошедших на вход счетчика 2 за время Т

)47»48

m — число разрядов входного и выходного кодов сумматора

8; число разрядов сумматора

8 (входной код подается на младшие разряды сумматора 8), Положительный перепад, возникающий на выходе переноса сумматора 15, за-, писывает в регистр 18 код

Ял

Ny = N (п,р1 = 2 т (7) Подставляя в (7) значения Н и И т из выражений (2) и (3) получают л

r . где ч1= 2B — — фазовый сдвиг °

Т

К моменту появления сигнала пере.— носа P = 1 на выходе сумматора 8 через элемент 12 запрета пройдет число импульсов п, которое находится из условия возникновения переноса P „

И,)п-) = 2, (9) и равенства (5) в следующем виде

2 и

Г =и, (10) а с учетом (3)

2 2

n = — — = — f (»)

Й,т Й1 где f = Т вЂ” частота сигнала U,.

Положительный перепад на выходе переноса сумматора 8 записывает в регистр 17 код

N =Nfng) =n<= — f, (12) у з Е

Следует заметить, что время установления кода на выходе счетчика 16 должно. быть меньше, чем задержка появления сигнала переноса на выходах сумматоров 9 и 15 во избежание записи ложных значений кода в регистры 17 и 18. Это условие легко выполнить, так как задержка переноса складывается из задержек, вносимых регистром

10 и самими сумматорами 9 и 15, а время установления определяется лишь задержкой в самом счетчике 16. Если же при выбранной элементной базе это условие не выполняется, то на входе синхронизации сумматора 8 или на выходах переноса сумматора 8 и сумматора 15 необходимо включить до-. полнительные элементы задержки.

После появления сигнала переноса прохождение импульсов П, через элемент 12 запрета прекращается, а на элемент совпадения 13 подается сигнал, разрешаюший прохождение через нее импульса установки.

После прихода очередного фронта сигнала Б„ процесс получения кодов

N и Nf иэ кодов N i u N повторяется, Импульсы установки F, поступающие во время процесса преобразования, блокируются сигналом P = О и не нарушают процесса.

Таким образом, на выходах фаэометра-частотомера формируются коды периода, временного сдвига, частоты и разности фаз, Пля процесса измерения достаточно подачи на вход устройства одного периода измеряемого сигнала.

Бремя одного цикла измерения равно сумме длительности периода измеряемого сигнала и времени преобразования кода N в код N

1 2

= T+n — =Т+ ——

И fl T (13)

1 1

Например, при измерении параметров сигнала частоты f = 10 Гц с точностью

0,1 необходимо иметь m = )О, = 20, f, = 10 кГц, тогда .

2 — О 1 +---- — — = О 2 с

lPg. О, ) т. е ° выигрыш в быстродействии по

35 сравнению с известным устройством в

500 раз.

Формула изобретения

Цифровой фаз ометр-частотомер, содержащий генератор тактовой частоты, соединенный с входом первого счетчика, триггер, первый вход кото", рого подключен к источнику опорного

45 сигнала, второй счетчик, выход которого соединен с входом первого регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй триггер, второй, третий и четвертый регистры, формирователь импульсов, накаплива ющий сумматор, сумматор, блок инверторов, элемент совпадения и элемент вапрета, разрешающий вход которого подключен к выходу генератора такто-, вой частоты, входам синхронизации первого и второго триггеров п счетному входу первого счетчика, эапрещаloHlHA вход — к первому входу элемен1471148

15 та совпадения, выходу переноса старшего разряда накапливаюего сумматора и входу синхронизации первого регистра, а выход — к счетному входу второго счетчика и входу синхронизации накапливаюшего сумматора, вход установки которого подключен к входу установки второго счетчика и выходу элемента совпадения, информационный вход — к выходу второго регистра, а информационный выход — к первому входу сумматора, второй вход которого в свою очередь подключен через . блок инверторов к выходу третьего регистра, а выход — непосредственно к входу синхронизации четвертого регистра, информационный вход котороro подключен к информационному входу первого регистра, кроме того, вход установки первого счетчика подключен к выходу формирователя импульсов и второму входу элемента совпадения, а выход — к информационным входам второго и третьего регистров, вход синхронизации второго регистра подключен к входу формирователя импульсов и выходу второго триггера, а третьего регистра — к выходу первого триггера, информационный вход второго триггера подключен к источнику измеряемого сигнала, при этом выходы первого, второго, третьего и четвертого регистров являются выходами фазометра-частотомера.

1471148

Составитель А,Старостина

Техред Л.Олийнык Корректор В Романенко

Редактор Е,Папп

Заказ 1605/48 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5

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