Цифровой частотомер

 

Союз Советскик

Социалистические

Респубики

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii)938184 (6l j Донолннтельное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 11.12.80 (21) 3214348/18-21 с ярнсоединение(я заявки РЙ (51)М. Кл.

G 01 и 23/00

3Ьаударетюаы6 «аматет

СССР ав делам взааретениа и открытки

123) Приоритет

ОЯУбликовано 23. 06. 82. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 25.06.82 (53) УДК 621. .317.7 (088.8) (72) Авторы изобретения

P.В. Коровин и И.И. Ковтун

1 „

1ь:

1 ( ( (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ 4ACTOTOHEP

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при цифровом измерении частоты и при преобразовании частоты в код.

Известны устройства измерения частоты, реализующие резонансный метод, метод заряда и разряда конденсатора, гетеродинный метод, методы сравнения с частотой другого источника и метод дискретного счета. Устройства по последнему методу, основанному на подсчете числа импульсов за эталонный интервал времени, содержат генератор, lg элементы И, триггеры, счетчики, фор.мирователи $1 1.

Однако такие устройства сложны по составу и имеют недостаточное быстродействие. zo

Известно устройство для цифрового измерения частоты, содержащее формирователь импульсов, блок управления, кварцевый генератор, счетчик результата, выходами соединенный с индикатором 2).

Однако указанное устройство в силу специфики реализации метода дискретного счета позволяет получить значение частоты только по окончании единичного (эталонного) интервала време- ни, что снижает и ограничивает быст- родействие.

Цель изобретения — повышение быстродействия. (1оставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер, содержащий формирователь импульсов, блок управления, индикатор, кварцевый генератор, два счетчика результата, выходы которых соединены с соответствующими входами индикатора, а вход первого формирователя подключен к входной шине, введены четыре элемента И, три триггера, блок умножения, блок ввода кода, коммутатор, блок вентилей, второй формирователь, два вспомогательных счетчика,: причем выход первого фор3 93818 мирователя соединен с первыми .входами первого и второго элементов И, к вторым входам которых подключены соответственно выход третьего триггера и выход первого триггера, первый вход третьего элемента И, а выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к.S-входу первого триггера, С-входу второго триггера и первому входу коммутатора, 16 второй вход которого подключен к

$-входу третьего триггера и первому входу блока управления, первый и второй выходы коммутатора соединены соответственно с входами первого и второго счетчиков результата, выходы которых подключены к соответствующим входам блока умножения, второй вход которого соединен с вторым .выходом блока управления, а третьи входы блока умножения подключены к соответствующим выходам eTopolo вспомогательного счетчика, выходы блока умножения подсоединены к соответствующим первым входам блока вычитания, уз вторые входы которого подключены к соответствующим входам блока ввода кода, а выходы блока вычитания соединены с соответствующими первыми входами блока вентилей, второй вход которого подключен к третьему входу блока управления и входу блока ввода кода, выходы блока вентилей подключены к соответствующим первым входам первого вспомогательного счетчика, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выходс входом блока управлений и с R=exoдом первого триггера, при этом

R-вход третьего триггера подключен к выходу второго формирователя, вход которого подключен к первому выходу второго триггера, второй выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу кварцевого генератора, а выход .чет" вертого элемента И подключен к входу второго вспомогательного счетчика, второй выход кварцевого генератора

50 соединен с вторым входом третьего элемента И.

На чертеже приведена функциональная схема цифрового частотомера.

Цифровой частотомер содержит первый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов, первый, второй, третий, четвертый зле4 4 менты И 3-6, второй, первый, третий триггеры 7, 8 и 9, коммутатор 10, первый и второй счетчики ll и 12 результата, индикатор 13, блок 14 умножения, блок 15 управления, блок 16 ввода кода, блок 17 вычитания, блок

l8 вентилей, первого и второго вспомогательных счетчиков 19 и 20 и кварцевого генератора 21.

Устройство работает следующим образом.

Для измерения частоты известным устройством с точностью до 1 Гц необходима длительность эталонного временного интервала (Тэт), равная 1 с. Этот интервал используется нерационально, так как 0,1 Тзт используется для получения информации о всех значащих цифрах результата кроме последней, а для получения информации о последнем знаке результата требуется затратить 0,9 Тзт. Предлагаемое устройство позволяет получить результат существенно быстрее.

Рассмотрим алгоритм работы устройства на цифровом примере.

Допустим, что I=< = 16949 Гц, тогда период Т = — = 59,000531 мкс.

К Fx

3а интервал времени, равный 0,1 с, на второй счетчик 12 результата через второй элемент И 4 и коммутатор 10 поступит число импульсов N<= 10 /59 =

1694,9 = 1694 импульса. Так как им-, пульсы поступают на старшие разряды, то последней значащей цифрой результата будет нуль, т.е. счетчик в целом покажет число N = 16940. Длительность периода Т> при этом измеряется счетчиком 12 путем заполнения интервала Т импульсами образцовой частоты, формируемой кварцевым генератором 21 (например, частотой следования 1 ИГц). Полученный результат

nepaoro измерения вторым счетчиком

12 И в блоке 14 умножения умножается на длительность периода Т = 59 мкс, в результате чего на выходе блока 14 образуется код, соответствующий

999460 мкс. Поскольку единичный измерительный интервал содержит

l0 мкс, то для второго измерения из

10 вычитают, .99460 мкс в блоке 17 вычитания. Подученная разность

540 мкс определяет длительность второго измерительного интервала. Число импульсов Й, укладывающихся в этот . временной интервал и поступающих на первый счетчик 11 - и g= 540/59 =

= 9,15246 = 9 импульсам. Как видно

93818 из приведенного цифрового примера, за первый временной интервал Т

= 0,1 Тэт на второй счетчик 12 проходит число импульсов, соответствующее всем значащим цифрам результата кроме последней, а за второй временной интервал Т. Тэт - 0,1 Тэт проходит количество импульсов, соответствующее последней значащей цифре результата. Очевидно, максимальная длительность второго временного интервала Т не превышает длительности 10 периодов входной измеряемой последовательности; что при самой низкой. частоте (случай, когда частота выражена -двухзначным числом) не превышает 0,1 Тэт. Таким образом, на процесс подсчета затрачивается время не более 0,2 Тэт. Как показывает цифровой пример, предложенный частото- 20 мер позволяет существенно повысить быстродействие по сравнению с известными частотомерами.

Предложенный частотомер работает следующим образом. 2f

В исходном состоянии первый и второй счетчики 11 и 12 и первый и второй вспомогательные счетчики 19 и 20 обнулены, первый триггер 8 находится в состоянии, когда на его выходе отсутствует потенциал, он отсутствует и на управляющем выходе второго триггера 7, связанным с четвертым элементом б. Кварцевый генератор 21 формирует стабильную последовательность импульсов. Остальные устройства и элементы готовы к работе. Измеряемая частота подается на вход первого формирователя 1, с выхода которого на первый и второй элементы 3 и 4 по- 40 ступают короткие импульсы с частотой

F . Блок 15 управления начинает процесс измерения с соответствующего сигнала запуска, который может вырабатываться либо в самом блоке 15„ либо поступать на него извне.

После прихода сигнала запуска на блок 15 в нем формируется сигнал, который поступает на блок 16 ввода кода и блок 18 вентилей, в результате которого блок 16 ввода кода выра.батывает код времени, равный 0,1 Тэт.

Этот код через блок 17 вычитания (на второй вход которого подается с блока 14 умножения код, равный

55 нулю) и открываемый блок 18 вентилей поступает на первый вспомогательный счетчик 19, где записывается в дополнительном коде. После этого

4 6 сигналом с другого выхода блока 15 управления третий триггер 9 устанавливается в состояние, когда на его выходе появляется высокий потенциал, а коммутатор 10 готовится передать сигналы со своего входа на второй счетчик 12. Первым же, после сигнала запуска, импульсом с первого формирователя 1 через первый элемент И 3 опрокидываются первый триггер 8 и второй триггер 7. Первый триггер 8 поддерживает открытым второй элемент И 4 в течение 0,1 Тэт, привязанным началом к одному из импульсов входной исследуемой последовательности. На вход второго счетчика 12 результата в течение 0,1 Тэт поступают (через второй элемент И 4 и коммутатор 10) импуль сы с первого формирователя 1. С приходом второго импульса частоты FX второй триггер 7 переходит в первоначальное состояние, обеспечив формирование разрешающего потенциала длительностью, равной периоду Т . Одновременно с переходом второго триггера 7 в начальное состояние второй формирователь 2 вырабатывает сигнал, опрокидывающий третий триггер 9 в нулевое состояние. Первый элемент Н 3 закрывается. На время, равное периоду исследуемой частоты, четвертый элемент И 6 открывается и через него ча второй вспомогательный счетчик 20 считывающего периода Т поступают импульсы эталонной частоты с кварцевого генератора 21. Импульсы с кварцевого генератора 21 проходят через третий элемент И 5 на вычитающий вход первого вспомогательного генератора 21, проходят через третий элемент И 5 на вычитающий вход пер" вого вспомогательного счетчика 19 и не изменяют его состояния. По окончании временного интервала Т во втором вспомогательном счетчике 20 записывается код, соответствующий длительности периода частоты F, a по окончании интервала 0,1 Тэт во втором счетчике 12 записывается код числа десятков значащих цифр результата. В этот момент сигналом с выхода первого вспомогательного счетчика 19 первый триггер 8 устанавливается в нулевое состояние, закрывая при этом второй и третий элементы

И 4 и 5, а блок 15 управления формирует сигнал, переводящий третий триггер 9 в состояние, при котором

Таким образом, за время второго временного интервала, привязанного началом также к одному из импульсов входной исследуемой последовательности, на вход первого счетчика 11 через коммутатор 10, второй элемент

И 4 поступает количество импульсов, соответствующее последней значащей цифре результата измерения частоты. б5

55 формула изобретения

Цифровой частотомер, содержащий формирователь импульсов, блок управна его выходе присутствует высокий потенциал, а коммутатор 10 - к работе с первым счетчиком 11 результата.

Коды с выходов первого и второго счетчиков 11 и 12 и второго вспомогательного счетчика 20 поступают в блок 14 умножения, который запускается блоком 15 управления по окончании.временного интервала 0,1 Тэт.

С первого и второго счетчиков 11 l6 и 12 снимается код числа, в 10 раз больший чем код, записанный во втором счетчике 12, благодаря чему на выходе блока 14 умножения имеется код, соответствующий 10 Т, . Дальше производится работа частотомера во втором временном интервале аналогично описанному выше. Очередным импульсом F через первый элемент И 3 опрокидывается первый триггер 8, обеспечи- 2ф вая при этом поступление импульсов частоты F через второй элемент И 4 и коммутатор 10 на первый счетчик 11, с одной стороны, и поступление импульсов частоты Е от кварцевого 25 генератора 21 через третий элемент

И 5 на первый вспомогательный счетчик 19 с другой стороны. ОдновременНо в этим происходит измерение длительности периода Т аналогично опи- зо ч санному выше, которое в дальнейшем уже не используется. Первый вспомогательный счетчик 19 постепенно обнуляется импульсами опорной частоты с кварцевого генератора 21, а в момент обнуления происходит обратное опрокидывание первого триггера 8, запирание второго и третьего элементов 4 и 5 и подготовка блоком 15 управления коммутатора 10 для работы о со счетчиком 12 и третьего триг.-ера

9 в исходное состояние. Частотомер готов к новому циклу измерений. ления, индикатор, кварцевый генератор, два счетчика результата, выходы которых соединены с соответствующими входами индикатора, а вход первого формирователя подключен к входной шине, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены четыре элемента И, три триггера, блок умножения, блок ввода кода, коммутатор, блок вентилей, второй формирователь и два вспомогательных счетчика, причем выход первого формирователя соединен с первыми входами первого и второго элементов И,к вторым входам которых подключены соответственно выход третьего триггера и выход первого триггера, первый вход третьего элемента И, а выходы первого и второго элементов И подключены соответст-. венно к S-входу первого триггера, C-входу второго триггера и первому входу коммутатора, второй вход которого подключен к S-входу третьего триггера и первому входу блока управления, первый и второй выходы коммутатора соединены, соответственно, с входами первого и .второго счетчиков результата, выходы которых подключены к соответствующим входам блока умножения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а третьи входы блока умножения подключены к соответствующим выходам второго вспомогательного счетчика, выходы блока умножения подключены к соответствующим первым входам блока вычитания, вторые входы которого подключены к соответствующим входам блока ввода кода, а выходы блока вычитания соединены с соответствуЮщими первыми входами блока вентилей, второй вход которого подключен к третьему входу блока управления и входу блока ввода кода, выходй блока вентилей подключены к соответствующим первым входам первого вспомогательного счетчика, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход — с входом блока управления и с К-входом первого триггера, при этом Й-вход третьего триггера подключен к выходу второго формирователя, вход которого подключен к первому выходу второго триггера, второй выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу кварцевого генератора, а

938184

Составитель Н. Каплин

Редактор А. Козориз Техред И. Рейвес

Корректор H. Швыдкая, Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4453/68

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 выход четвертого элемента И подключен к входу второго вспомогательного счетчика; второй выход кварцевого . генератора соединен с вторым входом третьего элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP

М 566195, кл. 6 01 к 23/00, 1977.

2. Иирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения, И., "Энергия", 1975, с. 216-223.