Цифровой частотомер

 

Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и предназначено для измерения частоты и периода гармонического или импульсного сигналов. Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона. Входной сигнал преобразуется формирователем . 3. Квантующие импульсы формируются формирователем 2, на вход которого подается сигнал с частотой квантования от генератора 1 образцовой частоты импульса с формирователя 3. Через элемент 6 совпаде ния сигнал поступает на блок формирования весовых коэффициентов, содержащий вычитающий счетчик, сумматор и регистр памяти. Элемент 6 совпадения открывается импульсом выхода D-триггера 4. Импульс начальной установки осуществляет сброс регистра памяти и счетчика импульсов накапливающего сумматора 8, а также вычитающего счетчика. После открытия элемента 6 совпадения устанавливается единичный потенциал на D-входе D-триггера 5. Код накопленного в накапливающем сумматоре 8 поступает на блок 9 индикации. Импульс конца измерения формируется блоком 10 формирования импульса конца измерения. Вход синхронизации накапливающего сумматора 8 соединен с выходом элемента совпадения. Накапливающий сумматор 8 содержит также сумматор, первый вход которого соединен с первым входом блока 7 формирования весовых коэффициентов. 3 ил. а « (Л сэ со с& J 00 ОЭ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СРЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 23/02

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4421448/21 (22) 04.05.88 (46) 23.03.91. Бюл. ¹ 11 (71) Красноярский политехнический институт (72) M.Н.Мичурина, С.В.Чепурных и М.К.Чмых (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 892332, кл. .G 01 R 23/СО, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1293664, кл. G.01 R 23/02, 1985. (54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР (57) Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и предназначено для измерения частоты и периода гармонического или импульсного сигналов. Цель изобретения — повьппение точности и расширение частотного диапазона. Входной сигнал преобразуется формирователем,3. Квантующие импульсы формируются формирователем 2, на вход которого подается сигнал с часто той квантования от генератора 1 обÄÄSUÄÄ 1636786 А 1

2 разцовой частоты импульса с формирователя 3. Через элемент 6 совпаде ния сигнал поступает на блок формирования весовых коэффициентов, содержащий вычитающий счетчик, сумматор и регистр памяти. Элемент 6 совпадения открывается импульсом выхода D-триггера 4. Импульс начальной установки осуществляет сброс регистра памяти и счетчика импульсов накапливающего сумматора 8, а также вычитающего счетчика. После открытия элемента 6 совпадения устанавливается единичный потенциал на D-входе

D-триггера 5. Код накопленного в накапливающем сумматоре 8 поступает на блок 9 индикации. Импульс конца измерения формируется блоком 10 формирования импульса конца измерения.

Вход синхронизации накапливающего сумматора 8 соединен с выходом элемента совпадения. Накапливающий сумматор 8 содержит также сумматор, первый вход которого соединен с первым входом блока 7 формирования весовых коэффициентов. 3 ил.

1636786

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для измерения частоты и периода гармонического или импульсного сигналов с повьппенной точностью.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение частотного диапазона.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового частотомера, на фнг. 2 — структурная схема накапливающего сумматора 8, на фиг. 3 — структурная схема блока формирования весовых коэффициентов.

15

Цифровой частотомер содержит генератор 1 образцовой частоты, формирователь 2 импульсов, формирователь 3, импульсов, D-триггер 4, D-триггер 5, t элемент 6 совпадения, блок ? формирования весовых коэффициентов, накапливающий сумматор 8, блок 9 индикации, блок 10 формирования импульса конца измерения и элемент 11 совпадения.

Генератор 1, формирователь 2, второй элемент 11 совпадения соединены последовательно, выход элемента 11 совпадения соединен с вторым входом (входом синхронизации) накапливающего сумматора, выход которого соединен с входом блока 9 индикации, вход второ- го формирователя 3 является входом цифрового частотомера, выход формирователя 3 подключен к входу синхронизации 9-триггера 5 и первому входу элемента 6 совпадения, второй вход которого подключен к выходу D-триггера 4, а выход — к второму входу (входу синхронизации) блока 7 формирования ве- 40 совых коэффициентов, выход которого подключен к входу блока 10 формирования импульса конца измерения и третьему (информационному) входу накапливающего сумматора 8, R-входы 0-триггеров 4 и 5 подключены к выходу блока

10 формирования импульса конца измерения, выход D-триггера 4 подключен к D-входу D-триггера 5, выход которого соединен с вторым входом элемента

11 совпадения,,второй вход синхронизации формирователя 3 подключен к выходу формирователя 2, вход синхронизации D-триггера 4 является входом установки устройства и подключен к первым (устаноночным) входам накап55 линающего сумматора 8 и блока 7 Формирования весовых коэффициентов, D-вход D-триггера 4 соединен с шиной потенциала, соответствующего логической единице.

Накапливающий сумматор 8 (фиг.2) содержит сумматор 12, регистр 13 памяти и счетчик 14 импульсов, первый вход сумматора 12 является первым (установочным) входом накапливающего сумматора 8, первый вход регистра

13 памяти по информационной шине подключен к выходу сумматора 12, выход информационной шины — к второму входу сумматора 12. Выход старшего разряда — к второму входу счетчика

14 импульсов, второй вход (вход синхронизации) регистра 13 памяти является вторым входом (входом синхронизации) накапливающего сумматора 8, выход счетчика 14 и выход регистра

13 памяти объединены по шине и являются выходом накапливающего сумматора 8, вторые (устаноночные) входы регистра 13 памяти и счетчика 14 (входы подачи импульса установки нуля) обьединены и являются первым (установочным) входом накапливающего сумматора. Блок 7 Формирования весовых коэффицеинтов (Фиг.3) содержит вычитающий счетчик 15, сумматор 16 и регистр 17 памяти, первый вход счетчика 15 и первый вход регистра 17 памяти объединены и являются вторым входом (входом синхронизации) блока 7 формирования весовых коэффициентов, второй (установочный) вход вычитающего счетчика 15 является первым (устаноночным) входом блока 7 Формирования весовых коэффициентов, первый вход сумматора 16 соединен с выходом вычитающего счетчика 15, второй вход сумматора соединен с выходом регистра 17 памяти, выход сумматора 16 соединен с вторым входом регистра 17 памяти.

Цифровой частотомер работает следующим образом, Входной гармонический (или импульсный) сигнал преобразуется Формирователем 3 в моменты переходон через нулевой уровень (например, снизу вверх) в короткие импульсы, привязанные к квантующим импульсам. Квантующие импульсы формируются формирователем 2, на вход которого подается сигнал с. частотой квантования от генератора 1.

Привязка к кнантующим импульсам в формирователе 3 может быть выполнена, например, при помощи D-триггера, 86 (2) где и

Т, g, 40

g I = i(K+1-i), 5 16367 на D-вход, которого подаются прямоугольные импульсы, равные по длительности полуволнам входного сигнала, а на синхровход подаются квантующие импульсы. Импульсы с выхода ФормиS рователя 3 через элемент 6 совпадения поступают на блок 7 Формирования весовых коэффициентов, элемент

6 совпадения открывается импульсом выхода D-триггера 4.

Для запуска цифрового частотомера на его вход "Начальная установка" подается импульс начальной установки. Этим импульсом осуществляется сброс регистра 13 памяти и счетчика 14 импульсов накапливающего сумматора 8, а также установка вычитающего счетчика 15 блока 7 Формирования весовых коэффициентов в 2Я исходное состояние, соответствующее

К, где К вЂ” число усредняемых периодбв. Одновременно импульс установки поступает на синхровход D-триггера

4, на D-вход которого постоянно по- 25 дается потенциал, соответствующий логической единице. Срезом импульса установки D-триггер 4 переводится в состояние "1", после чего открывается элемент 6 совпадения и устанав- 30 ливается единичный потенциал на

D-входе D-триггера 5. На второй вход элемента 6 совпадения и синхровход D-триггера 5 поступают импульсы с выхода второго формирователя 3, которые с этого момента, начинают поступать на вычитающий счетчик t:5 и синхронизирующий вход записи регистра 17 памяти блока 7 формирования весовых коэффициентов. Первым импульсом с формирователя 3 после появления единичного потенциала на

D-входе D-триггера 5 этот триггер переводится в состояние "1", тем самым открывает элемент 11 совпадения.

С приходом каждого очередного импульса блок 7 формирования весовых коэффициентов на своем выходе вырабатывает код, соответствующий где i — номер периода.

Код весовых коэффициентов поступает на вход накапливающего сумматора 8, на синхронизирующий вход которого поступают квантующие импульсы от формирователя 2 через элемент

11 совпадения. В накапливающем сумматоре 8 в течение периода накопится

n; =nT.g

Т, / t — число периодов квантующих импульсов за период Т, (с точностью до погрешности); определяется (1), а в течение времени измерения, равного К периодам, к

= n = пд;, (3)

) 1(т.

В момент поступления на блок 7 формирования весовьй коэффициентов

К импульсов с формирователя 3 через элемент 6 совпадения код на выходе блока 7 формирования весовых коэффициентов становится pBBHbIM нулю. В этот момент на выходе блока 10 формирования импульса конца измерения вырабатывается короткий импульс, который переводит D-триггеры 4 и 5 в нулевое состояние, что приводит к запиранию элементов 6 и 11 совпадения.

Код накопленного числа в накапливающем сумматоре 8, соответствующий (3), поступает на блок 9 индикации, который содержит последовательно включенные нормализатор, дешифратор и собственно индикаторный элемент.

Нормализация необходима для обеспечения индикации значения периода в единицах времени (секунда, миллисекунда, микросекунда). Для нормализации накопленный код числа п (3) умножается на. коэффициент, равный к

1/ g;, где g; определяется (1) °

Блок 10 формирования импульса конца измерения состоит из элемента

ИЛИ, вход которого является входом блока 10 формирования импульса конца измерения, и формирователя короткого импульса по срезу импульса на выходе элемента ИЛИ.

Блок 7 формирования весовых коэффициентов работает следующим образом.

Импульсов Начальная установка" вычитающий счетчик 15 устанавливается в состояние, соответствующее коду К. После перехода D-триггера в состояние "1" элемент 6 совпадения открывается и импульсы от Формирователя 3 поступают на вычитающий счетчик 15 и регистр 17 памяти. С поступлением очередного импульса кодовое состояние вычитающего счет1636786 чика 15 суммируется с кодом регистра 17 памяти и вновь записывается в последний. После записи через небольшую задержку, имеющую место в реальной схеме, состояние вычитающего счетчика 15 уменьшается на 2, так как импульсы подаются на второй разряд вычитающего счетчика 15.

Таким образом, с приходом первого импульса с элемента 6 совпадения на блок 7 формирования весовых коэффициентов в регистре 17 памяти оказывается записанным код числа К, а в вычитающем счетчике i 5 - код числа (К-2) . С приходом следующего импульса. в регистре 17 памяти оказывается записанным числом К+(К вЂ” 2)

= 2К-2, а в вычитающем счетчике 15— код числа (К»4). С приходом третьего импульса эти коды соответственно будут (2К-2)+(К-4) = 3K-6; К-6. При поступлении i-ro импульса в регист ре 17 памяти будет записан код числа iK-(i -i) а в вычитающем счет° 2 чике 15 — код числа (К-2i), т ° е. в регистре 17 памяти коду записанного числа соответствует код gL» определяемый (1) . Весовые коэффициенты, удовлетворяющие (1), обеспечивают 30 минимальную погрешность. Для уменьшения числа триггеров вычитающего счетчика 15 необходимо выход последнего (знаковогo) триггера подключить ко всем старшим разрядам, сумматора 16.

В цифровом частотомере реализуется оптимальная весовая функция. Частота квантующих импульсов определяется предельной частотой применяе40 мой элементной базы и может быть

» выбрана предельно максимальной,— так как период квантующих импульсов 0II ределяется быстродействием сумматоров, которое составляет 0»1-1 мкс в зависимости от элементной базы. Это позволяет уменьшить погрешность измерения и расширить частотный диапазон. формулаизобретения цифровой частотомер, содержащий

<последовательно соединенные генератор образцовой частоты и первый формирователь импульсов, последовательно соединенные накапливающий сумматор и блок индикации, блок Формирования весовых коэффициентов и второй формирователь импульсов, первый вход которого является входом измеряемого сигнала частотомера, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности и расширения час-, тотного диапазона, в него введены блок формирования импульса конца измерения, первый и второй триггеры, первый и второй элементы совпадения, D-вход первого Э-триггера соединен с шиной потенциала, соответствующего логической единице, вход синхронизации первого D-триггера соединен с первыми входами накапливающего сумматора и блока формирования весовых коэффициентов и является входом "Начальная установка" частотомера, К-входы первого и второго D-триггеров подключены к выходу блока формирования импульса конца измерения, первый вход первого элемента совпадения и D-вход второго D-триггера подключены к выходу первого D-триггера, второй вход первого элемента совпадения и вход синхронизации второго D-триггера подключены к выходу второго формирователя импульсов, второй вход которого и первый вход второго элемента совпадения подключены к выходу первого формирователя импульсов, выход первого элемента сов»с падения подключен к второму входу блока формирования весовых коэффици ентов,второй вход второго элемента ° . совпадения подключен к выходу второго

D-триггера, а выход — к второму входу накапливающего сумматора, выход формирователя весовых коэффициенто подключен к третьему входу накапливающего сумматора и к входу формирователя импульса конца измерения.

1636786

0m 3С1

Редактор Л. Гратилло

Заказ 813 Тираж 425 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

От

ФЖ

Составитель F).1 "Híêèí

Техред С.Мигунова Корректор В. Гирняк