Цифровой измеритель длительности периода Советский патент 1983 года по МПК G04F10/04 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИТЕЛЬНОСТИ Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть . использовано при построении прецизионных частотомеров. Известно устройство, содержащее . опорный генератор, формирователь квантующих импульсов, формирователь импул сов измеряемой частоты, счетчик импуль сов, счетчик импульсов измеряемой частоты, ключ Cll Недостатком данного устройства является его невысокая точность, которая ограничена стабильностью частоты счетных импульсов, оишбкой дискретности и наличием шумов во входном сигнале. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является цифровой измеритель длительности периода, содержащий опорнь1й генератор, формирователи квантующих импульсов и импульсов измеряемой частоты, сумматор, счетчик импульсов, счетчик импуяьсов измеряемой частоты, ключи. .Выход опорного генератоПЕРИОДАра через формирователь квантующих импульсов и ключ соединен с БХОЦОМ счетчика импульсов, вход устройства через формирователь импульсов изм&ряемой частоты соединен с BXCVIOM счет чика импульсов измеряемой частоты и с входами синхронизашш ключей. Первый выход сгчетчика импульсов измеря юй частоты соединен с управляющим входом ключа, а второй его выход псаклк чен к управляющим входам ключей. Выходы счетчика импульсов через, ключи соединен с- входами сумматора накапливающего типа J2 . Недостатками данного устройства являются сравнительно низкая надежность его работы, что обусловлено наличием большого количества триггерных элементов в счетных и регистровых схемах и вентилей в схемах ключей, низкая точность измерений устройства обусловлена синхронизацией процесса суммирования импульсами измеряемой частоты,, что может привести к суммированию ложной информации в момен совпадения во времени квантующего импульса и импульса измеряемой час тоты, а также тем, что алгоритм изме рения, который реализуется в известном устройстве, не позволяет получить предельную точность, обеспечиваемую весовой обработкой сигнала, так как при формировании конечного результата не участвует первый период измеряемо сигнала. Цель изобретения - пстышение надежности и повышение точности ний. Поставленная пель достигается тем, что в устройство, содержащее отпорный генератор, выход которого соединен с входом формирователя счетных импульсов, формирователь импульсов измеряемой частоты, выход которого соединен с входом счетчика импульсов измеряемой частоты и первыми входами двух ключей, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами счетчика импульсов измеряемой частоты, cooTBetcTBeHHO, суМматор и счетчик импульсов выведены регистр памяти, реверсивный счетчик и два - тригге ра, /Я - входы которых соединены с выходами соответствующих ключей, С входы объединены и подключены к выхо ду формирователя счетнь1х импугшс5в и к входу синхронизации регистра пам ти, а .D -входы соединены с шиной сигнала логической , инверсные выходы первого и второго триггеров соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с яерзым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра памяти, вход которого прдключен к выходу сумматора, выход сигнала перенос которого соединен с входом счетчика импульсов, вход сброса которого соединен с шиной начальной установки и с входами сброса реверсивного счетчика, регистра памяти -и счетчика импульсов измеряемой частоты. На фиг. 1 представлена структурна схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие, принцип его работы. Устройство содержит опорный генератор 1, формирователь 2 счетных импульсов, фop rapoвaтeль 3 импульсов измеряемой частоты, ключи 4 и 5, S54 например двухвходовые элементы И, счетчик 6 импульсов измеряемой частоты, D-триггеры 7 и 8, выполняющие функции формирования сигналов суммирования и вычитания, реверсивный счетчик 9, сумматор 10, регистр 11 памяти, счетчик 12 импульсов. Устройство работает следующим образом. Перед началом цикла измерения реверсивный счетчик 9, регистр 11 памяти и счетчик 12 импульсов устанавливаются в нулевое состояние при помощи сигнала начальной установки. Па информационные ВХОДЫ DD -триггеров 7 и ti сигналов суммирования и вычитания подается постоянный уровень логической 1, например, от источника питания устройства, который под действием квантующих импульсов с выхода генератора 1 (фиг. 26) , действующих на С- входах синхронизации D - триггеров устанавливает послед1ше в состояние 1, т.е. на инверсных выходах D -триггеров присутствует нулевой уровень (фиг. 2,е). Проход сигналов через ключ 4 размещен сигналом единичного уровня с выхода счетчика 6 импульсов измеряемой частоты (фиг. 2 в), а проход сигналов через ключ 5 запрещен сигналом нулевого уровня с выхода счетчика 6 импульсов измеряемой частоты (фиг. 2 г), который содержит дешифратор состояния счетчика. И входам сумматора 10 с выходов реверсивного счетчика 9 и регистра 11 памяти поступают коды нулей, и результат суммнроваш1я,также нулевой, по каждому квантующему импульсу на входе син срош1заш1и регистра 11 памяти переписывается в последний и снова поступает на второй сумматор 1О. При этом сигнала переноса на выходе су гматора 10 не возникает и устройство продолжает находиться в исходном состоянии. Первый импульс измеряемой частоты с выхода формирователя 3 импульсов измеряемой частоты (на фиг. 2а - импульс с номером l проходит на выход ключа 4 и с его выхода - на R -вход 3 -триггера 7, устанавливая тем самым на лнверсном выходе триггера 7 единичный уровень и блокируя действие квантующих импульсов на входе синхронизации )- триггера 7 (фиг. 2 д). После окончания действия импульса измеряемой частоты на R, -входе 3) , триггера 7 сигналов суммирования , следующий за ним квантующий импульс, поступая на С-вход D -триггера 7, устанавливает последний в единичное состояние (фиг. 2 д).. Таким образом, на выходе D -триг- , гера 7 формируется импульс {фиг. 2 д) передний фронт которого определяется передним фронтом импульса измеряемой частоты, а задний фронт - задним фронтом квантующего импульса (срабатывание D -триггера 7 происходит по п&реднему фронту сигнала на R -входе и по заднему фронту сигнала, действующего на С-входе), что позволяет синхронизировать процессы суммирования в сумматоре 1О и формирования кода на выходе реверсивного счетчика 9. импульс поступает на суммирующий вход реверсивного 9 и устана& ливает на его выходе двоичный код 1 который поступает на первый вход сумматора 10. Результат суммирования по каждому квантующему импульсу переписывается в регистр 11 памяти и с его выхода прикладывается к второму входу сумматора 10. Т. е. по каждому квантующему импульсу происходит увеличение содерядамого регистра 11 памяти на единипу. Сумматор 1О суммирует числа по модулю N , а импульсы с выхода сигнала переноса фиксируются в счетчике 12 импульсов. Второй импульс (4air. 2 а) измеряемой частоты проходит на К.-.вход D-триггера 7, и, аналогично первому импульсу, со&местио с первым, следующим за ним квантующим импульсом, формирует на инверсном выходе D -триггера 7 сиг нал, который поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 9 и устанавливает на его выходе двоичный код числа 2. Теперь в течение интервала времени Tj. (фиг. 2, а) происходит увеличение содержимого регистра 11 памяти и счетчика 12 импульсов на два по каждому квантующему импульсу. Так , происходит до К-го импульса измеряемой частоты (К 5 при четном и Ц -число измеряемых импульсов,Х5 при нечетном и ), который устанавливае на выходе реверсивного счетчика 9 код числа К и, поступая на вход счетчика 6 импульсов измеряемой частоты, снимает сигнал единичного уровня с входа ключа 4. Теперь в течение интервала времени от К-го импульса до (и- К)-го импульса измеряемой частоты изменения состояния реверсивного счетчика 9 не происходит и по каждому квантующему импульсу осуществляется увеличение содержимого регистра 11 памяти и счетчика 12 импульсов на К. (ц-К-1) импульс измеряемой частоты, поступая на вход счетчика 6 импульсов измеряемой частоты, устанавливает на входе ключа 5 сигнал единичного уровня. Поэтому ( М-К) импульс измеряемой чаототы проходит на выход ключа 5 и, следовательно, на Я -вход 3) -триг гера 8, формируя совместно с первым, следующим на ним, квантующим импульсом на выходе D - триггера 8 сигнал (фиг. 2 е), который поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 9. При этом на выходе реверсивного счетчика 9 устанавливается код числа (К-1), на которое происходит увеличение содержимого регистра 11 памяти и счетчика 12 импульсов по каждом: квантующему импульсу в течение (и-К)-го периода измеряемой частоты. (и-К+1)-и импульс измеряемой частоты устанавлвг вает на выходе реверсивного счетчика 9 код числа К-2), и т.д. до и- ого импульса измеряемой частоты, который устанавливает на выходе реверсявного счетчика 9 код нуля. При этом увеличение содержимого регистра 11 памяти и счетчика 12 импульсов; в которых фиксируетсг число, пропорциональное длительности перпода измеряемого сигнала, прекращается до начала следующего цикла измерения. В соответствии с описанным алгоритмом результат, зарегистрированный в регистре 11 памяти и счетчике 12 импульсов, выражается следующим образом+ U--i)V,-...+T,,, где T - длительность измеряемого периода; Т. л,,. длительности интервалов между соседними импульсами. При сравнении точности измерения известного и данного устройство по от- нощению среднеквадратических погрещноо тей получаем при К - увеличение точности измерения. Кроме того, устройство содержит вВод иТ у д /2Тораз, где максимаяьл1Ь й 1змеряемый период; TO- период импульсов опорного генератора, мешьщее количество вентилей по сравнению с известным устройс вом. Благодаря тому, что задний фронт импульсов на суммирующем и вычитающем входах реверсивного cчetчикa 9 формируется квантующими импульсами и процессы суммирования и формирования кода на выходе реверсивного счетчика 9 синхронизированы, исключены сбои в работе устройства при совпадеНИИ во времени импульсов измеряемой частоты и квантуюишх импульсов. Таким образом, введение новых эл&ментов и связей между ними позволяет существенно повысить надежность работы устройства и точность измерения. Формула изобретения Цифровой измеритель длительности периода, содержащий опорный генератор, выход которого соединен с входом формирователя счетных импульсов, формирователь импульсов измеряемой частоты, выход которого соединен с входом счетчика импульсов измеряемой частоты и первыми входами двух ключе вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами счетчика импульсов измеряемой частоты соответственно, сумматор и счетчик импульсов. о тличаюшийся тем, что, с целью повышения надежности и повышения точности измерений, в него введены регистр памяти, реверсивный счетчик и два D -триггера, 1 - входы , которых соединены с выходами соответствующих ключей, С-входы объединены и подключены к выходу формирователя счетных импульсов и к входу синхронизашш регистра памяти, а D-входы соединены с ишной сигнала логической , инверсные выходы первого и второго триггеров соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра памяти, вход которого подключен к вь1ходу сумматора,а выход сигнала переноса которого соединен с входом счетчика импульсов, вход сброса которого соединен с шиной: начальной установки и с входами сброса реверсивного счетчика, регистра памяти и счетчика импульсов измеряемой частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Орнатский П. П.. Автоматические измерения и приборы. Киев, Вища школа, 1980, с. 373. 2.Авторское свидетельство СССР № 661382, кл. G04 Р- 10/О4, 1979.

1сэ

(u

s п:з