Способ измерения частоты импульсного сигнала и устройство для его осуществления
Союз Советских
Социалистических
Ресл.ублик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Опубликовано 070382, Бюллетень N9 9 (И)М Кл з
G R 23/02
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317 (088. 8) Дата опубликования описания 0703$2 (72) Авторы изобретения
В. И. Тимофеев, Е. К. Алексеев, В. A. Ефимо и В. T. Мильченко
Центральное конструкторское бюро гидроме приборостроения Госкомитета СССР по гидр и контролю природной среды (71) Заявитель (54) СПОСОЬ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСНОГО
СИГНАЛА И УСТРОИСТВО ДЛЯ .ЕГО
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
15
30
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения частоты импульсных сигналов.
Известен цифровой частотомер, в котором определяется сумма отношения дробных частей периода в начале и конце измерительного интервала к периоду измеряемой частоты и добав лении полученного числа к уменьшенному на 1 числу импульсов, зарегистрированным счетчиком частотомера (1)
Недостатком известного способа измерения частоты импульсных сигналов и устройства, его реализующего, является невысокое быстродействие.
Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения частоты импульсных сигналов, основанный на заполнении интервала измерения импульсами измеряемой частоты, заполнении интервала после каждого импульса измеряемой частоты импульсами сформированной частоты до тех пор, пока момент окончания интервала измерения не наступит раньше момента окончания периода измеряемой часто-ты, добавлении единицы к числу полных периодов измеряемой частоты, если сумма дробных частей в начале и конце периода больше периода измеряемой час тоты. Ус тройс тво для его осуществления содержит счетчики, триггеры, элементы И, ИЛИ, дифференцирующие цепи, умножитель частоты следбвания импульсов (2).
Недостатком способа измерения частоты импульсного сигнала и устройства для его реализации является невысокое быстродействие, обусловленное тем, что после окончания интервала измерения необходимо еще некоторое дополнительное время для возвращения в нулевое состояние счетчика.
Цель изобретения - повышение быстродействия измерения частоты.
Поставленная цель достигается тем, что в способ измерения частоты импульсного сигнала, основанный на подсчете. импульсов измеряемой частоты за интервал измерения, подсчете количества импульсов эталонной частоты, уложившихся в часть периода из" меряемой частоты в начале и конце интервала, вычитании единицы из числа импульсов измеряемой частоты за интервал измерения, если сумма дробных частей периодов в начале и конце интервала измерения меньше перио911 359
65 да импульсов измеряемой частоты, или добавлении единицы к числу импуль- . сов измеряемой частоты за интервал измерения, если сумма дробных частей периодов в начале и конце интервала измерения равна удвоенному периоду импульсов измеряемой частоты, с каждым импульсом измеряемой частоты формируют количество импульсов, равное ,количеству импульсов эталонной час .тоты, уложившихся в часть периода 10 измеряемой частоты в начале интервала измерения, суммируют это количество импульсов с количеством импульсов частоты, пропорциональной количеству полных периодов импуль- 15 сов измеряемой частоты с начала ин-. тервала измерения, за время после прихода очередного импульса измеряемой частоты повторяют операции суммирования с учетом нового значе- щ0 ния числа полных периодов до тех пор, пока момент окойчания интервала измерения не наступит раньше момента окончания периода измеряемой частоты.
25 а У.стройство для.осуществления способа, содержащее первый счетчик, второй счетчик, вход которого под ключен к выходу первого элемента И, первый и второй входы которого соединены с входной шиной эталонной час тоты и с выходом первого триггера соответственно, первый н второй входы последнего подключены к входной шине интервала измерения и через второй элемент И к входной шине измеряемой частоты соответственно, третий счетчик, дешифратор, умножитель, формирователь, два элемента ИЛИ, в него введены четвертый и пятый счетчики, третий элемент И делитель с постоян"40
1 ным коэффициентом деления, группа элементов И и генератор пачек импульсов, входы которого соединены соответственно с выходом второго элемента И, входной шиной эталонной частоты45 и выходами второго счетчика, .а выход подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого через делитель с постоянным коэффициентом деления соединен с входом третьего счетчика, выходы которого через группу элементов И соединены с установочными входами четвертого счетчика, выход которого соединен с входом,нято-.
55 которого соединены с дешифратором, первый выход которого подключен к вычитающему входу первого счетчика, а второй выход - к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторыми входами группы 60 элементов И и через второй элемент И с входной шиной интервала измерения, а выход второго элемента,ИЛИ - с суммирующим входом первого счетчика, импульсный вход умножителя частоты
Р импульсов соединен с входной шиной эталонной частоты, установочные входы умножителя частоты импульсов соединены с выходами первого счетчика, выход умножителя частоты импульсов через третий элемент И соединен с вхо. дом четвертого счетчика, а второй вход третьего элемента Й соединен с шиной интервала измерения и через формирователь с импульсным входом дешифратора.
На фиг..l изображена временная диаграмма; на фиг. 2 - функциональная схема устройства.
Устройство содержит генератор 1 пачек импульсов, в который входят триггер 2, элемент 3 ИЛИ, счетчик 4 и группа элементов 5 И, триггер.б, элемента 7 и 8 И, элемент 9 ИЛИ, умножитель 10 частоты, первый счетчик 11, второй счетчик 12, элемент
l3 ИЛИ, делитель 14 с постоянным коэффициентом деления, элемент 15 И, формирователь 16, счетчик 17, группу элементов 18 И, счетчики 19 и 20, дешифратор 21, входную шину 22 эталонной частоты Fq входную шину 23 интервала измерения Тн м, входную шину 24 измеряемой частоты Р» .
Устройство работает следующим образом.
По команде Т р (поступающей, например, от стартового пистолета) триггер
6 устанавливается в состояние, разрешающее прохождение импульсов Ро через элемент 8 И на второй счетчик 12 дробной части измеряемой частоты.
Триггер 6 устанавливается в состояние 0 первым импульсом измеряемой частоты F> поступающим через элемент
7 И, с входной шины 24. Таким образом, на элемент 8 И разрешение будет подано на время t4 в течение которого импульсы эталонной частоты с выходной шины 22 поступают на счетчик 12 дробной части измеряемой частоты, в котором будет подсчитано количество импульсов N ..
Ил
После поступления каждого очередного импульса измеряемой частоты Fi генератор 1 пачек импульсов вырабатывает пачку импульсов Я следующим образом. Код N, переписывается из счетчика 22 дробной части измеряемой частоты в счетчик 4 через группу элементов 5 И. Каждый импульс F устанавливает триггер 2 в состояние 1, разрешающее прохождение эталонных импульсов Р, через элемент
3 ИЛИ на вычитающий вход счетчика 4 до его обнуления, через чего триггер
2 возвращается в исходное состояние, таким образом триггер 2 каждый раз вырабатывает временной интервал а на выходе элемента 3 ИЛИ формируется количество импульсов Nq . К мо911359 менту поступления первого импульса
Г» в счетчике 17 с выхода элемента
8 И через элемент 13 ИЛИ и делитель
14. с постоянным коэффициентом деления записано количество импульсов N йл Ni — 1 = — ° 1
Ил »ì «
А где N<< = A — емкость делителя 14 с постоянным коэффициентом деления. t0
К моменту поступления второго им.пульса Г„в счетчике 17 записано суммарное количество импульсов Nqe л Мл
N< = — i 2. 15
Ик = ИЬ
Предположим t< t = 0 щ0 В этом случае в счетчик 19 и 20 в момент окончания Ти м будет записано нулевое количество импульсов.
После окончания времени измерения
Т лл«л импульс с формирователя 16 поступит на импульсный вход дешифратора 21; с первого выхода которого импульс поступит на вычитающий вход первого счетчика 11 импульсов измеряемой частоты и.вычтет из него еди-. ницу младшего разряда, скорректиро-
ЗО вав таким образом результат измерения частоты (фиг. 1): (4» N< (л м4) ((ь „) к
Предположим t„-- tq = Т„;.
В этом случае в счетчик 19 посту35 пит количество импульсов Nq. l è м о л m (л м
Н - — -. — - i ° исходное нулевое состояние, а в . счетчике 20 будет записано два импульса. После окончания времени измерения Ти м импульс с .формировате-45 ля 16 поступит на .импульсный вход дешифратора 21, со второго выхода которого импульс поступит через второй элемент 9 ИЛИ на суммирующий вход первого счетчика 11 и добавит в него единицу младшего разряда, скорректировав таким образом результат измерения частоты (фиг. 1): " х « " ° м» Ny, (- Ng) " м ь - (л — — г ) . К - (4 Предположим, что в этом случае в счетчик 19 поступит количество импульсов N+ 8 "е ль тк« -" — (СА »" ОЬЪ OàÊ. Счетчик 20 не изменит своего нулевого состояния. После окончания вреЬ0 мени .измерения Т.лр импульс с формирователя 16 поступит на импульсный вход дешифратора 21, с первого выхоN А ДРугими словами, в счетчике 17. на очередном периоде измеряемой частоты ,будет записан код, пропорциональный временному интервалу tq умноженный на число полных периодов импульсов измеряемой частоты за текущий с начала интервала измерения промежуток времени. Этот код с поступлением каждого импульса Гк, открывающего группу элементов 13 ИЛИ, переписывается в счетчик 19. 3а интервал измерения Тллл импульсы частоты Гх через элемент 7 H u элемент 9 ИЛИ записываются, в счетчик 11 импульсов-измеряемой частоты, в котором к концу интервала измерения будет записан код Nz! N = Е t (— л — 1 Т» На выходе умножителя 10 частоты импульсов формируется частота F -, пропорциональная целому числу периодов измеряемой частоты:. 50 да которого импульс поступит на вычитающий вход первого счетчика. 11, вычтет,из него единицу младшего раз65 К моменту поступления i-ro импульса Гк в счетчике 17 записано количество импульсов N" где Е„t — целая часть выражения в скобках; T х Г Na Гло = Г. В ° 1 где В - емкость первого счетчика 11; В = А. Эта частота Гю поступает на элемент 15 И, открытый на время Т«1и . Поскольку в счетчик 19 после каждого импульса Г„ заносится новое значение N ., код в счетчике 19 равен %е = Nk+ Гло лек > где t „- время между каждым последующим импульсом и текущим моментом времени. Так как после окончания Тлу,л элемент 15 И закрывается, из этого следует, что лте»«Ч ллм (л«КЮ») т; ((N1+F Q = "" N л « - ; -нь е = ф .Мл %6 2.) = -д; . (t „+ 4) Емкость N<< счетчика 19 выбирается равной k импульсов в счетчике 19 соответствует единице младшего разряда в первом счетчике 11. При поступлении в счетчик 19 k импульсов он перепол. няется. Этот импульс переполнения записывается в счетчик 20. Выходной код подсчитывается по формуле: 911359 ряда, скорректировав таким образом результат измерения частоты (фиг.l): й! Nq Ь (1 Nq) (Ъ N -0,2 k, С выходов первого счетчика 11 будет считан код (И -l), а с выходов счетчика 19 будет считан код 0,8 k. Предположим tg — — 0,6 Тх у 1 =0,8. Тк; В этом случае на счетчик 19 поступит количество. импульсов Й, . 10 N 2 %@ tz х - - 0,67х +ой тЫ = г — „9 х IV 1 тъм% / 7Р A так как емкость счетчика 19 равна Ти м k = -у — Р,, то в счетчике 19 бу- 15 дет записано количество импульсов N+: 1,4 г и В счетчике 20 будет записан один им-. пульс. После окончания времени измерения Ти м импульс с формирователя 16 поступит на импульсный вход дешифратора 21, но ни на одном из выходов дешифратора 21 импульс не появится, т.е. состояние счетчика 11 25 импульсов измеряемой частоты не изменится. Код на выходе счетчика ll равен Ng код на выходе счетчика 19 равен 0,4 k что соответствует измеряемой частоте (фиг. 1): 30 N)(= Ы,-(1 Ng) =Ы,-(1-1,4 k)= = 1Яь+0,4 k. Технико-экономический эффект предлагаемых способа и устройства по сравнению с известными заключается в повьР5 шении быстродействия операции измерения частоты импульсных сигналов - результат измерения может быть считан сразу после окончания времени измерения, тогда как в известном устрой- 40 стве необходимо дополнительное время, равное половине времени измерения. Формула изобретения 1. Способ измерения частоты импульсного сигнала, основанный на подсчете импульсов измеряемой часто- 50 ты за интервал измерения, подсче те количества импульсов эталонной частоты, уложившихся в часть периода измеряемой частоты в начале и конце измерения вычитании единицы из числа импульсов измеряемой частоты за интервал измерения, если сумма дробных частей периодов в начале и конце интервала измерения меньше периода импульсов измеряемой частоты, или добавлении единицы к числу им- 60 пульсов измеряемой частоты за интервал измерения, если сумма дробных частей периодов в начале и конце интервала измерения равна удвоенному периоду импульсов измеряемой часто- 65 ты, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия измерения частоты с каждым импульсом измеряемой частоты формируют количество импульсов, равное количеству импульсов эталонной частоты, уложившихся в часть периода измеряемой частоты в начале интервала измерения, суммируют это количество импульсов с количеством импульсов частоты, пропорциональной количеству полных периодов измеряемой частоты с начала интервала измерения, за время после прихода очередного импульса измеряемой частоты повторяют операции суммирования с учетом нового значения числа полных периодов до тех пор, пока момент окончания интервала измерения не наступит раньше момента окончания периода измеряемой частоты. 2. Устройство по п. 1, содержащее первый счетчик, второй счетчик, вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый и второй входы которого соединены с входной шиной эталонной частоты и с выходом первого триггера соответственно, первый и второй входы последнего подключены к входной шине интервала измерения и через второй элемент И к входной шине измеряемой частоты соответственно, третий счетчик, дешифратор, умножитель, формирователь и два элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены четвертый и пятый счетчики, третий элемент И, делитель с постоянным коэффициентом деления, группа элементов И и генератор пачек импульсов, входы которого соединены соответственно с выходом второго элемента. И, входной шиной эталонной частоты и выходами второго счетчика, а выход подключен к первому входу первого Элемента ИЛИ, выход которого через делитель с постоянным коэффициентом деления соединен с входом третьего счетчика, выходы которого через группу элементов И соединены с устаиовоЧными входами четвертого счетчика, выход которого соединен с входом пятого счетчика, информационные выходы последнего соединены с дешифратором, первый выход которого подключен к вычитающему входу первого счетчика, а второй выход - к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторыми входами группы элементов И и через второй элемент И с входной шиной интервала измерения, а выход второго элемента ИЛИс суммирующим входом первого счетчика, импульсный вход умножителя частоты импульсов соединен с входной шиной эталонной частоты, установочные входы умножителя частоты импульсов соединены с выходами перво911359 ВНИИПИ . Заказ 1114/32 Тираж 719 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 го счетчика, выход умножителя частоты импульсов .через третий элемент И соединен с входом четвертого счетчика, а второй вход третьего элемента И соединен с шиной интервала измерения и через формирователь с импульсным входом дешифратора. Источники ин4ормации, принятые во внимание при экспертизе i Aaторское свидетельство СССР М 152255, G 01 R 23/10 1962 ° 2. Авторское свидетельство СССР Р 415596, G 0 . R 23/02, 1971 °
