Цифровой измеритель частоты

 

Союз Советских

Социалистических

Ресттубп им

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.08.71 (21) 2517875/18 21 (51)М. Кд.

G 01 R 23/10 с присоединением заявки М—

Гасударстеенный немнтет

СССР не делам хеебретеннй и етнрытнй (23) Приоритет—

Опубликовано 25 04.80. Бюллетень М 15

Дата опубликования описания 25.04.80 (53) УДК 621317.76 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Д. Пысин, Л. М. Кении и В. И. Афанасьев (7I) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах, аппаратуре управления производственными процессами, спецаппаратуре для автоматического измерения

5 истоты в широких пределах.

Известные частотомеры недостаточно удобны в эксплуатации, так как в наличии имеются сменные блоки для расширения диапазона измеряемых частот, требуется много времени для .10 измерения частоты, что не позволяет вести процесс измерения автоматически, в реальном масштабе времени, из-за непостоянства погрешности измерения по диапазону частот.

Из известных измерителей частоты наиболее

15 близким по технической сущности к изобретению является цифровой измеритель частоты, содержащий управляемый (вручную) делитель частоты, блок формирования и управления, m-декадный

20 счетчик с элементами логики между декадами, счетчик результата, m+n-декадный счетчик с . элементами логики между декадами, блок управляемых (автоматически) ключей, элемент задержки, делитель частоты и генератор тактовых импульсов. Этот цифровой измеритель частоты обладает лучшими метрологическими характеристиками по сравнению с известными приборами аналогичного назначения, однако он является не полностью автоматическим, точнее — не адаптивным прибором в силу того, что управление делителем частоты осуществляется вручную (с помощью оператора, который устанавливает вручную коэффициент деления, исходя из предварительного знания диапазона измеряемой частоты), однако, на практике такая возможность не всегда имеется; кроме того, пересчет временного интервала в частоту осуществляется на основе использования десятичных счетчйков параллельно-последовательным способом; параллельно по декадам (многократная перепись цифрового кода производится одновременно из каждой декады), но содержимое каждой декады извлекается последовательно путем подачи на каждую декаду пачки иэ

10 импульсов. Идеальным принципом многократной переписи числа из одного счетчика (меньшей емкости) в другой счетчик (большей емэ2952

Э кости) является принцип, обеспе иваю ций одноразовую перепись за один импульс.

Целью изобретения является повьппение быстродействия при сохранении постоянной точности измерений во всем диапазоне измеряемых частот и повыш ние надежности.

Зто достигается тем, что в известный цифровой измеритель частоты, содержащий управляемый делитель частоты, вход которого подключен к входной шине устройства, а выход — к первому входу блока формирования и управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом m-разрядного счетчика импульсов и первым входом счетчика результата, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом ключа, времяэадающий счетчик, выход к<:торого соединен со вторым входом блока формирования и управления, введены блок управления и грубого измерения частоты, m-разрядный сумматор и m-элементов динамической памяти, причем входы блока управления и грубого измерения частоты подключены к входпой шине устройства, управляющий вход управляемого делителя частоты соединен с выходом блока управления и грубого измерения частоты и вторым входом счетчика результата, третий вхог. которого соединен с выходом ключа и управляющими входами элементов динамической памяти, информационные входы которых подключены к выходам соответствующих разрядов сумматора, выходы m-разрядного счетчика импульсов соединены с первыми входами разрядов сумматора, ко вторым входам которых подключенг» выходы соответствующих элементов динамической памяти, вход времязадающего счетчика подключен к выходу последнего разряда сумматора, третий и второй входы блока формирования и управления соединены соответственно с первым и вторым входами ключа, третий вход которого подключен к третьему выходу блока формирования и управления.

На фиг. 1 представдена функциональная схема цифрового измерителя частоты; на фиг.2 . зависимость погрешности измерения от измеряемой частоты; на фиг. 3, — зависимость погрешности измерения от частоты тактового генератора.

Цифровой измеритель частоты (см, фиг.1) включает управляемый делитель частоты 1, блок формирования и управления 2, m-разрядный счетчик импульсов 3, генератор тактовых импульсов 4, ключ 5, rn-разрядный сумматор б, времяэадающий счетчик 7, rn-элементов динамической памяти 8, счетчик результата 9, блок управления и грубого измерения частоты 10.

Устройство работает следуюгцим образом.

Приходящий на вход устройства (цифрового измерителя частоты) сигнал с неизвестной F

2 Д частотой поступает одновременно на управляемый делитель частоты и блок 10 управления и грубого измерения частоты. В блоке 10 с точностью до поддиапазонов, верхняя частота каждого из которых превышает нижнюю, например в десять раз, производится автоматическое определение частоты эа время, не превышающее периода этой частоты. По оконинии процесса грубого измерения частоты в блоке 10 вырабатывается управляющее напряженйе (код), обеспечивающее установку такого значения коэффициента деления делителя 1, при котором значение измеряемой частоты будет находиться всегда в одном и том же заранее выбранном поддиапазоне. Одновременно с помощью этого управляющего напряжения кода также автоматически устанавливается запятая на цифровом индикаторе . счетчика . 9 результата измерения.

Блок формирования и управления 2 обеспечивает выработку стартовых и стоповых импульсов, заполнение интервала между стартовыми и стоповыми импульсами с частотой генератора тактовых импульсов 4 осушествляет формирование напряжения, обеспечивающего индикацию результата измерения .и длительность индикации.

С блока 2 на счетчик 3 поступает пачка импульсов, число которых равно

К Ту.

N= где Тх — период входного сигнала;

То — период генератора 4 тактовых импульсов;

К вЂ” коэффициент деления делителя 1 частоты.

Зги N импульсов запоминаются в счетчике 3.

После измерения периода неизвестной частоты

F —., начинается процесс преобразования Тх в тх

Fz путем подачи с блока 2 положительного перепада напряжения на ключ 5. Зто напряжение формируется иэ стопового импульса, определяющего конец измеряемого временного интервала Тх, С подачей с блока 2 на ключ 5 положительного импульса последний "открывается", обеспечивая прохождение на его выход тактовых импульсов с генератора 4. Каждым импульсом с выхода ключа 5 обеспечивается одноразовая перепись кода числа из счетчика 3 в счетчик

7. Одновременно импульсы с выхода ключа 5 поступают на счетчик результата 9. Импульсом переполнения счетчика 7 ключ 5 размыкается.

Одновременнб импульс переполнения поступает на блок 2 для формирования напряжения, обеспечивающего индикацию результата измерения.

Одноразовая перепись содержимого счетчика 3 в счетчик 7 одним импульсом осуществляется эа счет подключения к выходу каждого

Ъ разряда m-разрядного счетчика 3 последовательно соединенных сумматора и элемента динамической памяги, выход которого соединен со вторым входом сумматора. При этом второй выход первого разряда сумматора соединен с третьим входом сумматора второго разряда, второй выход которого соединен с третьим входом сумматора третьего разряда и т.д. Второй выход сумматора последнего (m-го) разряда подключен ко входу времязадающего счетчика. 10

Основная случайная погрешность предлагаемого цифрового измерителя частоты, обеспечивающего измерение периода и пересчет его в частоту, во всем диапазоне измеряемых частот равна (х О y "X O < где М вЂ” общая емкость m-разрядного сумматора и и-разрядного счетчика 7; 20

F„— измеряемая частота, поделенная в

К раз;

К вЂ” значение коэффициента деления управляемого делителя частоты, зависящее от значения Fz (чем выше Ех, тем больше значение K) .

Исходя из приведенной формулы на чертеже (см, фиг. 2) представлен график зависимости величины погрешности Ь от значения измеряемой частоты при различных значениях 30 частоты генератора тактовой (опорной) частоты Ро, времени наблюдения и емкости М.

Как видно из графика (см. фнг. 2) величина погрешности уменьшается с ростом Ех (на фиг. 2 эта зависимость соответствует 35 пунктирным линиям — 1) при измерении частоты классическим способом (заполнением калиброванного временного интервала импульсами измеряемой частоты Ех). На фиг. 2 линии, обозначенные точкой-тире-I 1, иллюстрируют,40 что с ростом измеряемой величины Рх погрещ. ность измерения о увеличивается, если измерение Ех осуществляют путем измерения периода Тх с последующим пересчетом Тх в Ех.

Сплошные кривые — III, нанесенные на фиг. 2, характеризуют изменение величины погрешности 5 при адаптивном измерении Ех, то есть предлагаемым цифровым измерителем частоты.

Таким образом, одно иэ важных достоинств предложенного цифрового измерителя частоты заключается в сохранении постоянства погрешности измерения в широком диапазоне измеряемых частот F„. Кр<>лн т<1г<<, rrpe;r;л э<"иный пифровой измеритель частоты про<.т по K<)H струкции и обеспечивает вьгсокую то:шость лри малом времени изменения и возможность выбора наилучших значений Го и М иэ условия минимальной погре;пности измерения. Па фиг. 3 приведена зависимость величины случайной погрешности измерения от частоты тактового генератора и суммарной емкости счетчиков М.

Формула изобретения

Цифровой измеритель частоты, содержащий управляемый делитель частоты, вход которого подключен к входной шине устройства, а выход — к первому входу блока формирования и управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом

m-разрядного счетчика импульсов и первым вхоом счетчика результата, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом ключа, времяэадаюпгий счетчик, выход которого соединен "".о вторым входом блока формирования и управления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении постоянной точности измерений во всем диапазоне измеряемых частот и повышения надежности, в него введены блок управления и грубого измерения частоты, m-разрядный сумматор и m-элементов динамической ,памяти, причем входы блока управления и грубого измерения частоты подключены к входной шине устройства, управляющий вход управляемого делителя частоты соединен с выходом блока управления и грубого измерения частоты и вторым входом счетчика результата, третий вход которого соединен с выходом ключа и управляющими входами элементов динамической памяти информационные вхоль которых подключены к выходам соответствующих разрядов сумматора выходы rn-разрядного счетчика импульсов соединены с первыми входами разрядов сумматора, ко вторым входам которых подключены выходы соответствующих элементов динамической памяти, вход времязалгющего счетчика подключен к выходу последнего разряда сумматора, третий и второй входы блока формирования и управления соединены соответственно с первым и вторим входами ключа, третий вход которого подключен к третьему выходу блока формирования и управления.

729522

7а"

70

70

Составитель Л. Плетнева

Техред M.T1åòêî

Корректор М. Пожо

Редактор А. Морозова

Подписное

Заказ 1255/39

Тираж 1019

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретении и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4