Цифровой измеритель частоты Советский патент 1983 года по МПК G01R23/02 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

изобретение относится к измерите1;ьной технике.

Известен цифровой частотомер, содержащий генератор эталонной частоты, управляемый фазовращатель, формирователь импульсов эталонной частоты, ключи, два счетчика, формирователь импульсов измеряемой частоты, блок управления, триггер управления и элемент совпадения 111.

Недостатком известного устройства является невысокая точность, зависяп1ая от длительности импульсов измеряемой и эталонной частот, невысокое быстродействие, так как между двумя совпадениями импульсов частот, измеряемой и эталонной, помещается несколько периодов измеряемой частоты, что удлиняет время одного измерения, особенно на низких и инфранизких частотах.

Наиболее близким к изобретению является цифровой частотомер, содержащий два счетчика, формирователь Импульсов измеряемой частоты, ключ, последовательно соединенные генератор импульсов стандартной частоты, схему совпадения, триггер управления, элемент задержки с п-1 выходами, элемент задержки с одним выходом.

п-1 блок совпадения, п-1 триггеры управления, п+2 блока сборки, рамоблокирукнций ключевой элемент ft п пар последовательно соединенных ключей 2 ,

Недостатками устройства являются низкое быстродействие, невысокая точность, зависящие от длительности импульсов измеряемой частоты и от

10 времени задержки элемента задержки, а также от неопределенности положения конца интервала измерения (на выходе неокончательный результат).

Целью изобретения является Повы15шение точности и быстродействия измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель частоты, содержащий генератор опорной

20 частоты, счетчик результата, счетчик измерения длительности периода, формирователь импульсов, четыре ключа и три триггера, введены декгщный делитель образцовой частоты, управля25емый делитель частоты, п ключей ввода коэффициента деления и .формирователь эталонного интервала вре-, мени, выход которого соединен с первыми входами первого и второго

30 триггеров, второй вход последнегг подключен к первому выходу третьего триггера и первому входу формирователя импульсов, выход которого под.ключей к входу третьего триггера, втор&й выход которого соединен с пе вым входом первого ключа, второй вход последнего подключен к выходу декадного делителя образцовой частоты, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты первым входом второго ключа и первым входом управляемого делителя частоты выход последнего подключен к первым входам третьего и четвертого ключей и к первым входам п ключей ввода коэффициента деления, выходы которых соединены с соответствующими входами управляемого делителя частоты, вторы входы п ключей ввода коэффициента деления подключены к соответствующим выходам счетчика измерения длительности периода, вход которого соединей с выходом первого ключа, при этом выход второго триггера соединен с вторым входом Четвертого ключа, вы ход которого подключен к второму входу первого триггера, выход послед него соединен с вторыми входами трет его и второго ключей, выход последнего подключен к входу формирователя эталонных интервалов времени, а выход третьего ключа соединен с входом счетчика результата. На Чертеже показана структурная электрическая схема цифрового измерителя частоты. Измеритель частоты содержит генератор 1 образцовой частоты, декадный делитель 2 образцовой частоты, управ ляемый делитель 3 частоты, счетчик 4 измерения длительности периода измеряемой, частоты, формирователь 5 импульсов измеряемой частоты, п ключей 6 ввода коэффициента деления, формирователь 7 эталонного интервала времени, счетчик 8 результата, триггер 9, ключ 10, триггер 11, ключ 12, триггер 13, ключи 14 и 15. Цифровой измеритель частоты работает следующим образом. Измерение частоты начинается по команде Пуск, подаваемой на формирователь 5 импульсЪв. Первый сформированный импульс измеряемой частоты задним фронтом устанавливает триггер 9 в единичное состояние, тем самым разрешая прохождение импульсов f с делителя 2 частоты через ключ 10 на счетчик 4. Второй импульс измеряемой частоты возвращает в исходное состояние триг гер 9, который нулевым выходом запрещает прохождение следующего пери-. ода f через формирователь 5 импульсов и устанавливает триггер 11 в единичное состояние. Поступление импульсов на счетчик 4 с делителя 2 прекращается. В счетчике 4 устанавли вается код, пропорциональный длительности периода Т измеряемой частоты: L тГ Г где Т Единичный выход триггера 11 через ключ 12 разрешает прохождение импульсов переполнения на вход установки 1 триггера 13. Первый импульс переполнения с выхода управляемого делителя 3 частоты через ключ 12 устанавливает триггер 13 в единичное состояние, а также-посту- пает на вторые входы ключей 6. На первые входы этих ключей поразрядно поступают инверсные выходы разрядов счетчика 4. Положительным потенциалом триггер 13 через ключ 14 разрешает прохождение с генератора 1 опорной частоты импульсов f на вход формирователя 7 эталонного интервала времени, а через ключ 15 - импульсов переполнения на вход счетчика 8 результата. На протяжении эталонного интервала времени на вход счетчика 8 поступают импульсы с частотой k -I f X где k - коэффициент пропорциональности для данной частоты. По заднему фронту эталонного интервала времени триггеры 11 и 13 устанавливают в нулевое состояние. Измерение прекращается, в счетчике 8 результата устанавливается код измеряемой частоты. Таким образом, предлагаемая структура повышает точность и быстроействие, так как погрешность не носится длительностью импульса изеряемой частоты, отсутствует факор неопределенности положения конца змерения. Быстродействие зависит олько от длительности периода изеряемой частоты, результат на выхое счетчика результата окончательный, е требующий дополнительны;; преобазований. Величина погрешности устройства ависит QT отношения длительности ериода стандартной частоты к длиельности измеряемой частоты и равасг.л,.4-(-) . де п - число измеряемых периодов; Т - период измеряемой частоты, мкс; Tjs - стандартно часто .i, мкс; (ff, погрешность стандартной частоты; а О при измерении импульсн сигналов; а при.измерении сину идальных сигналов. Очевидно, что с увеличением опорной частоты уменьшается погреш ность и увеличивается быстродействи измерения. Выпускаемый отечественной промьп ленностью частотомер Ф5041 производ измерение частот электрических кол баний в диапазоне от 0,1Гц до 10 МГц. Относительная погрешность мерения частоты не превышает значе ний, определяемых по формуле -Ч) где JJ. - погрешность источника стандартной частоты; t,j - время измерения, с; f - значение измеряемой частоты, Гц. Из формулы видно, что точность и быстродействие зависят от измеря мой частоты и времени измерения иэм ниже частота, тем выше погрешность. Чтобы уменьшить погрешность на низких частотах, необходимо увеличивать время измерения иэм для многих случаев приме нения частотомера является неприeMneNMM. Формула изобретения Цифровой измеритель частоты, со держащий генератор опорной частоты счетчик результата, счетчик измере ния длительности периода, формирователь импульсов, четыре ключа и три триггера, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения, в него введены декадный делитель образцовой частоты, управляемый делитель частоты, п ключей ввода коэффициента деления и формирователь эталонного интервала времени выход которого соединен с первыми входами первого и второго триггеров, второй вход последнего подключен к первому выходу третьего триггера и первому входу формирователя импульсов, выход которого подключен к входу третьего триггера, второй выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй вход последнего подключен к выходу декадного делителя обрдэцовой частоты, вход которого соединен, С выходом генератора образцовой частоты, первым входом второго ключа и первым входом управляемого делителя частоты, выход последнего подключен к первым входам третьего и четвертого ключей и к первым входам п ключей ввода коэффициента деления, выходы которых соединены с соответствующими входами управляемого делнтеля частоты, в.торые вхофл п ключей ввода коэффициента деления подключены к соответствующим выходам счетчика измерения длительности, периода, вход которого соединен с выходом первогоключа, при этом выход второго триггера соединен с вторым входом четвертого ключа, выход которого подключен к второму входу первого триггера, выход последнего соединен с вторыми входами третьего и второго ключей, выход последнего подключен к входу формирователя эталонных интервалов времени, а выход третьего ключа соединен с входом счетчика результата. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 612172, кл. G 01 R 23/10, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР 606140, кл. G 01 R 23/02, 12.07.74.