Цифровой вольтметр Советский патент 1983 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения среднеквадратич ного значения периодических напрялсе ний сложной формы. Известно устройство, содержащее преобразователь напряжения в. частот с квадратичной функцией преобразова ния, селектор периода входного сигнала, блок управления, входной пере ключатель, ключ, счетчик, схему сов падения кодов, поразрядный формиров тель компенсирующего напряжения и блок индикации Г12Недостатком данного устройства является малое быстродействие при измерении сигналов инфраниэкого диа пазона частот. Известно также устройство, содер жащее преобразователь аналог-- код, блок определения периода, блок умножения частоты, элемент ИЛИ/ генератор импульсов, блок вычисления и 1блок управления Г2. . Нед остаток указанного устройства заключаетсяв низком быстродействии принципиально ограниченном предвари тельным и независимым нахоходением вёлиЧИНы периода. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ци ровой вольтметр, содержащий преобра зователь аналог - код, первый вход которого соединен с входной шиной и входом блока определения периода, выход которого подключен к первым Входам блока управления и блока умножения, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя аналог - код и вторыгл входом блока управления, второй выход - с третьим входом блока управления второй вход соединен с первым входом блока управления, блок вычисления, выход которого соединен с вы ходной шиной СЗ. К недостаткам известного устройс ва относится низкое качество быстро действие. Цель изобретения - повышение быс родействия вольтметра. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр, содержащий преобразователь аналог код, первый вход KOTOpioro .соединен с входной шиной и входом блока определения периода, выход которого под ключен к первым входам блока управл ния и блока умножения частоты, первый выход которого соединен с вторым входом преобр ователя аналог - код и вторым входом блока управления, второй выход т с третьим входом бло ка управления, второй вход - с первым выходом блока управления блок 1&числения, выход которого соединен с выходной шиной, введены устройство коммутации, блок адресации, первое, второе и третье устройства запоминания, первый и второй регистры, первый вход первого из которых псд1 лючен к выхЬду преобразователя аналог - код, второй вход - к второ му выходку блока управления, а выход к первым входам первого и второго : стррйств запсминания и устройства коммутации, второй вход которого сое-динен с третьим выхсадом блока управления и с первым вхсдом блока адресации, третий, четвертый и пятый входы - соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока адресации, шестой, седьмой и восьмой входы - соответственно с; выходами первого, второго и:третьего устройств запог-шнания, первый выход - с четвертым входом блока управления, второй выход- - с первым входом второго регистра, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока уп- равления и первым входом блока вычисления, а .выход - с Первым входом третьего устройства запоминания и вторым входом блока вычисления, при этом вторые входы первого, второго и третьего устройств запоминания объединены и соединены с четвертым выходом блока адресации, второй, 1Рв ий, четверт°ый и пятый входы которого соединены соответственно с первым входом, пятым, шестым, седьмым выходами блока управления, пяты выход. - с пятым входом блока управления, восьмой, девятый, десятьй выходы которого соединены соответственно с третьими входами пер-: вого, второго и третьего устройств запоминания, а одиннадц-атый .выход - с третьим входом блока вычисления, причем пятый вход устройства коммутации соединен с шестым входом блока,, управления. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого вольтметра. Цифровой вольтметр содержит преобразователь 1 аналог -код, блок 2 определения периода, блок 3 управления, блок 4 умножения частоты, блок 5 вычисления, первый и второй регистРЫ б и 7, устройство 8 кoм Iyтaции, блок 9 адресации, первьй, второй и третий устройства 10-12 запоминания. .Информационный вход преобразователя 1 аналог - код соединен с входом вольтметра и входом блока 2 опреДеления периода,.выход которого подключен к первьм .входам блока 3 управления и блока 4 умножения частоты. Первый выход блока 4 соединен с вторым входом преобразователя 1 аналог - код и вторым входом блока 3 управления, второй выход - с третьим входом блока 3 управления. Второй вход блока 4 соединен с первым выходом блока 3.управления. Выход блока 5 вычисления является выходом устройства. Первый вход, первого регистра б. подключен к выходу преобразова-теля 1 аналог - код. Второй вход устройства 8 коммутации соединен с третьим выходом блока 3 управления и с первым входом блока 9 адресации, третий, четвертый и пятый входы подключены соответственно к второму, третьему и первому выходам блока 9 адресации, причем пятый вход соеди- йен с шестым входом блока 3 управле- Ч ния, шестой, седьмой и восьмой входы подключены к выходам первого, второго и третьего устройств- 10, 11 и 12 запоминания соответственно, а первый вход - к выходу первого регистра б и к первым входам первого и второго устройств 11 и 12 запоминания. Первый выход устройства 8 коммутации соединён с четвертым входом блока 3 управления. Первый 20 вход второго регистра 7 подключен к второму выходу устройства 8 кСммутации, а второй вход I - к четвертому выходу блока 3 управления и nepiscMy входу блока 5 вычисления, выход.сое- 25 диней с первым входом третьего устройства 10 запоминания и вторым входом блока 5 вычисления. Третьи входы первого, второго и третьего устройств 10, 11 и 12 запоминания под-.. 30 ключe ы к четвертому выходу блока 9 адресации,, второй, третий, четвер- . тый и пятый входы и пятый выход которого соединены соответственно с первым входом, пятый, шестым и седь- 35 мым выходаг«1 и пятым входом блока 3 yпpaв eнйя второй, восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый выходы которого соединены соответственно с вторым входом первого регистра б, с вто-.,. рыки входами первого, второго и третьего устройств 10, 11 и 12 и третьим входом блока 5 вычисления.

Цифровой вольтметр работает следующим образом.

Входной периодический сигнал 5 поступает на первые входы npeo6pia3oвателя 1 аналог - код и блока 2 определения периода, первый из которых осуществляет аналого-цифровое преобразование входного сигнала, а вто- 50 рой формирует разрешающий импульс, равный по-длительности одному периоду измеряемого напряжения и пос тупакндий на первый вход блока 4 умножения частоты. По сигналу с блока . 55 2 определения периода блока 4 умйх жения частоты формирует последовательность импульсов запуска преобразователя 1 аналог - код, частота следования которых равна N-2N (минимальное о количество отсчетов входного сигнала N на его периоде выбирают из допустимой погроаности восстановления, которая входит в погрешность измерения среднеквадра-уического значения ).f

На второй вход блока 4 поступают импульсы тактовой частоты с первого выхода блока 3 управления.

Одновременно с формированием шата временной дискретизац11и блоком 4 преобразователь 1 аналог - код осуществляет измерение мгновенных значений входного сигнала в течение одного периода. Работа вольтметра осуществляется в два этапа. На первом этапе в, течение сдного периода входного сигнала преобразователем 1 аналог - код в соответствии с частотой временной дискретизахдаи, формируемой блоком 4 умножения частоты, получают отсчеты мгновенных-значений,

которые через первы1Ч и второй регистры 6 и 7 и устройство 8 ког мутации по сигналам-с блока 9 адресации поступают в устройства 10-12.запоминания. На втором этапе по окончании периода входного сигнала осуществляе..тся перезапись цифровой информации из второго регистра 7 в блок 5 вычисления, .где измеренные ординаты

X.(t) и количество ординат N;, поступающие по первому входу из- блока 3 управления, используют для вычисления среднеквадратического значения измеряемого напряжения U по. форму-, ле .

Mi.

И

.

и И

После запуска вольтметра блоком 4 формируется максимальная тактовая частота f, с которой осуществляется запись цифровых кодов преобразователя 1 сначала в устройство 10 запоминания, а после егй переполнения в устройство 11 .запоминания. Сум.марная емкость устройств 10 и 11 равна 2N. В случае переполнения устройств 10 и 11 зaпo шнaния, что равносильно переполнению счетчика числа ординат, в блоке 4 изменяется {уменьшается в два раза) частота запуска преобразователя 1 аналог - .код.

Это соответствует тому, что в запомненной в устройствах 10 и 11 ин формации необходимо использовать каждую вторую ординату, соответствующую уменьшенной в два раза .частоте дискретизации. Для этого одновременно с записью преобразованных преобразователем 1 значений с частотой

2 V в свободное устройство 12 запоминания происходит последовательное считывание кодов из каждой второй ячейки устройства 10 запоминания, а затеял устройства 11 запоминания и запись их в устройство 10 запоминания. .. . ,

После очередного изменения частоты временной дискретизации с fj на fj fj/Z осуществляются запись текущей информации в освободившееся устройство 11 запоминания и перезапись необходимой информации из устройств 10 и 12 запоминания в устройство 10 запоминания и т.д. Для организации работы устройств 10-12 запоминания при записи тёкуцей информации блок 9 адресации по третьему, четвертому и пятому выходам управляет; устройством .8 коммутации, которое осуществляет переключение или.на выход преобразователя 1 аналог-- код через регистр б, или на выход одного из устройств 10-12 запоминания. С первого и второго выходов блока 4 умножения частоты последовательности импульсов частоты запуска преобразователя 1 аналог - код и вывода информации из устройств 10-12 запоминания поступают соответственно на второй и третий входы блока 3 управления, из которых в последнем формируются на пятом-, втором, шестом, четвертом, восьмом, девятом и десятом выходах последовательности импульсов соответственно смены адреса .считывания информации, записи в регистр б, смены адреса записи информации, записи в регистр 7 и разрешени-я работы блоку 5 вьг- исления, смены устройств 10-12 запоминания. ,С пятого выхода блока 3 управления на третий вход блока 9 адресации . .поступает также последовательность импульсов на коммутацию сщерсов записи и считывания.

В случае, когда период входного сигнала закончился, а емкость устройств 11 и 12 запоминания заполлена не полностью (число отсчетов .лежит в пределах от N+1 до 2N-1), необходимо завершить процесс перезаписи ранее заполненной информации. Для этого в блоке 3 управления на восьмом вы:соде формируется сигнал, равный по длительности сумме длительности периода входного сигнала Т и дополнительного интервала 4t,. обеспечивающего завершение перезаписи информации. С первого выхода устройства 8 коммутации на третий вход блока 3 управления приходит сигнал переключения устройства 8 на вход 5 устройства 10 запоминания для организации перехода работы вольтметра после первоначальной записи информации в устройства 11и 12 запоминания в циклический попеременногоиспользования устройств 11 и 12 запоминания. . , ,

По окончании периода входного сигнала и завершения перезаписи информации блок 9 адресации начинает формировать последовательность а,цресов считывания информации, которая с выхода регистра 7 поступает в блок 5 вычисления, где по форму- ; ле (1) вычисляется среднеквадратическое значение измеряемого напряжения... Таким образом, введенные блоки и св5|зи позволяют повысить быстродействие вольтметра в два раза благодаря сокращения времениизмерения с двух периодов входного сигнала до одного

ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР, содержащий преобразователь аналог - код, первый вход которого соединен с входной шиной и входом блока определения периода, выход которого .подключен к Тпервым входам блока управления и блока умножения частоты, первый выход которого соединен с вторым входом преобразователя аналог - код и вторыгл входом блока упр авления, второй выход - с третьим входом блока : управления, второй вход - с первым выходом блока управления, блок вычисления, выход которого соединен с выходной шиной, о т л и ч а ю щ и и ( я тем, что, с целью повышения ;.., быстродействия, в него введены уст- ройство коммутации, блок адресации, первое, второе и третье усироЛства.у .запо инания, первый и второй. регистры, первый вход первого из которУх. .подключен к выходу преобразователя .1 аналог г код, второй вход - к второму выходу блока управления, а .выход .к первым входам первого и второго устройства запоминания и устройства ком мутации, второй вход которого соединен с третьим выходом блока, управления и с первым входом блока адресации, третий, четвертый и пятый Входы - соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока адресации, шестой, седьмой и восьмой входы - соответственно с выходами первого, второго и третьего устройств запоминания, первый выход - с чет- верткм входом блока управления, второй выход - с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока управления и первым входом блока вычис(Л ления, а выход - с пepвы входом третьего устройства запоминания и вторым входом блока вычисления, при этом вторые входы первого, второго и третьего Устройств запоминания объединены и соединены с четвертым выходом блока адресации, второй, о о: третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым входом, пятым, шестым, седь мым выходами блока управления, пятый выход - с пятым входом блока управлеtsD ния, восьмой, девятый, десятый выходы которого соединены соответстСО венно с третьими входами первого, второго и третьего устройств запоминания, а одиннадцатый выход - с третьим входом блока вычисления, причем пяФый вход устройства кЬгчмута .ции соединен с шестым входом блока , управления.