Цифровой измеритель частоты Советский патент 1984 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано в частотных системах измерения и автоматического регулирования. Известно устройство для измерения низких и инфракрасных частот, содержащее устройство формирования импуль са длительностью, равной периоду измеряемой частоты, источник импульсов эталонной частоты, образованньй кварцевым генератором и делителем частоты следования импульсов с переключателем коэффициента деления, два ключа, импульсные вЭсоды которых связаны с выходом источника эталонной частоты, элемент задержки, триггер управления ключом, счетчик импульсов, счетный вход которого связан через ключ с выходом устройства формирования импульса, а выходы с входами cyNwaTopa, схему ИЛИ, выключатель и блок памяти Cl J. Однако использование в данном устройстве одного счетчика испульсов для подсчета поочередно кода, пропор ционального периоду, и кода, пропорционального частоте, приводит к умен шению быстродействия измерителя. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой измеритель частоты, содержа щий формирователь интервала измерени первый ВХОД которого является входом устройства, генератор опорной частот элемент задержки, триггеры, первый и второй ключи, первый и второй счетчики, сумматор и группу ключей, причем выход формирователя соединен с входом первого ключа и первым установочным входом триггера, выход первого ключа соединен со счетньм входомпервого счетчика, разрядные выходы которого через группу ключей соединены с входами сумматора, вход сброса первого счетчика в нуль, вход записи данных в сумматор и второй установочный вход триггера соединены с входом элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом формирователя и входом сброса в нуль сумматора, выход генератора опорной частоты соединен с импульсными входами первого и второго ключей, выход второго ключа соединен с импульсным входом группы ключей и сче ным входом второго счетчика, вход сброс в нуль которого соединен с первым выходом триггера, второй выход которого соединен с управляющим входом второго ключа С2 1 Недостатками известного устройства являются сравнительно низкое быстродействие, обусловленное последовательным во времени получением кода, пропорционального периоду входного сигнала, и кода, пропорционального частоте входного сигнала, а также низкая точность измерения в верхней части диапазона измеряемых частот. Цель изобретения - повьшение точности. Эта цель достигается тем, что в цифровой измеритель частоты, содержащий формирователь интервала измерения, первый вход которого является входом устройства, генератор опорной частоты, первый элемент задержки, первый .выход которого соединен с вторым входом формирователя интервала измерения, первый счетчик, сумматор, второй счетчик, ключ, импульсный вход которого соединен с первым выходом генератора опорной частоты, выход ключа соединен с счетным вхг.дом второго счетчика, а управляющий вход ключа - с выходом триггера, введены регистр,- второй элемент задержки и блок индикации, причем информационные входы регистра соединены с разрядными выходами первого счетчика, выходы с входами сумматора, а вход переноса с вторым выходом первого элемента задержки, вход второго элемента задержки соединен с выходом переполнения сумматора, первый выход - с входом предустановки сумматора, входом установки нуля второго счетчика и первым входом триггера, а информационные входы блока индикации соединены с разрядными выходами второго счетчика, а вход записи данных - с вторьм выходом второго элемента задержки и вторым установочным входом триггера, при этом выход ключа соединен с входом записи данных сумматора, второй выход генератора опорной частоты соединен с вторым входом формирователя интервала измерения, выход которогсоединен с входом первого элемента задержки, третий вьпсод генератора опорной частоты соединен с счетным входом первого счетчика, а первый выход первого элемента задержки соединен с выходом установки нуля первого счетчика. На фиг. 1 приведена функциональн схема цифрового измерителя частоты; фиг. 2 - временные диаграммы его pa боты. Измеритель содержит.формировател интервала измерения, первый фход ко рого является входом устройства, г нератор 2 опорной частоты, первый элемент 3 задержки, выход которого соединен со вторым входом формирователя интервала измерения, первый счетчик 4, сумматор 5, второй счетчик 6, ключ 7, импульсный вход кото рого соединен с выходом генератора выход - со счетным входом счетчика а управляющий вход - с выходом триг гера 8, регистр 9, информационные входы которого соединены с азрядными выходами счетчика 4, выходы с входами сумматора 5, а вход переноса - с промежуточным выходом элемента 3, второй элемент 10 задержки выход которого соединен с выходом переполнения сумматора 5, выход с выходом предустановки сумматора 5 входом установки нуля счетчика 6 и первым входом триггера 8, и блок 11 индикации, информационные входы которого соединены с разрядными выходами счетчика 6, а вход записи данных - с промежуточным выходом элемента 10 и вторым входом триггер 8, при этом выход ключа 7 соединен с входом записи данных сумматора 5, первый выход генератора 2 соединен с вторым входом формирователя 1, выход которого соединен со входом элемента 3, второй выход генератора 2 соединен со счетным выходом счетчика 4, а выход элемента 3 - со входом установки нуля счетчика 4. ; Работа измерителя проводится в два этапа; преобразование периода измерений в двоичный код, и преобра зование кода периода в код частоты. При поступлении на вход устройст ва измеряемой частоты формироваель пропускает на вход счетчика 4 импул сы опорной частоты с генератора 2. В результате к концу интервала изме рения в счетчике 4 оказывается зафиксированным число, пропорциональное в общем случае К - периодам измеряемой частоты. Импульс кода инте вала измерения с выхода формирователя 1 поступает на вход элемента 3 так что импульс с его промежуточиог(о выхода переносит код с выхода счетчика 4 в регистр 9, ас выхода устанавливает счетчик 4 в нуль и поступает в формирователь 1, подготавливая его к очередному циклу измерения. Цикл преобразования периода в код можно представить как временный интервал, в течение которого счетчик 4 заполняется импульсами генератора 2 образцовой частоты f-. с периодом Т при этом число импульсов, зарегистрированных счетчиком 4 по передним фронтам и определяет период измеряемой частоты {. На фиг. 2 изображена схема, иллюстрирующая принцип цифрового измерения интервала времени на примере i-ro измерения. На этой схеме приняты следующие обозначения: t - интервал измерения, пропорциональный К-периодам измеряемой частоты f - время между началом временного интервала и передним фронтом первого в цикле измерения тактового испульса; Т : - период импульсов обратной частоты, С j - число тактовых испульсов; зарегистрированных по передгим фронтам в счетчике 4 в течение t . Длительность интервала времени t записывается в виде К t (Т(п+о()Т, , (1) fo где п - целое число} oi - действительное число, причем Oiciil. Преобразователь кода периода в код частоты осуществляется путем многократного переноса значений периода из регистра 9 в .сумматор 5 с частотой, задаваемой с третьего выхода генератора 2 через ключ 7. Перед началом суммирования сумматор 5 предустанавливается в положение М. Количество циклов суммирования до момента переполнения сумматора 5 подсчитывается счетчиком 6. После переполнения импульс с выхода сумматора 5 поступает на вход элемента 10, с промежуточного выхода которого импульс, воздействуя на триггер 8, запирает ключ 7 и прекращает циклы суммирования. Этот же импульс переносит результат, зафиксированный с счетчике 6, в блок 11. Импульс с выхода элемента 10 предустанавливает S10 сумматор 5 в положение М и обнуляет счетчик 6, подготавливая их к следующему циклу преобразования. Длительность t|, цикла работы устройства преобразования кода, пропорционального периоду, в код, пропорционаоьный частоте, определяется следующим выражением: (2) ,. где - измеряемая частота; Kf, - коэффициент пропорциональности между измеряемой част той и кодом, пропорциональным зтой частоте; Т.. - длительность периода импуль сов образцов частоты с третьего выхода генератора. Для измеряемых частот длительность цикла преобразования кода периода в код частоты становится больше, чем длительность преобразования код в код. Для таких значений частот за один цикл преобразования кодов производится несколько N циклов преобразования периода в код и переноса их значений из счетчика 4 в регистр. 9. В предлагаемом устройстве по сравнению с известным при равновероятном законе распределения значений величины 1Г,- в интервале О Т такой алгоритм преобразования кодов дает повьпиение точности в TfN раз.

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий формирователь интервала измерения, первый вход которого является входом устройства, генератор опорной частоты, первый элемент задержки, первый выход которого соединен с вторым входом формирователя интервала измерения, первый счетчик, сумматор, второй счетчик, ключ, импульсный вход которого соединен с первым выходом генератора опорной частоты, выход ключа соединен со счетным входом второго счетчика, a управляющий вход ключа - с выходом триггера, отличающийся :тем, что, с целью повышения точности, в него введены регистр, второй элемент задержки и блок индикации, причем информационные входы регистра соединены с разрядными выходами первого счетчика, выходы входами сумматора, a вход переноса - с вторым выходом первого элемента задержки, вход второго элемента задержки соединен с выходом переполнения сумматора, первый выход - с входом предустановки сумматора, входом установки нуля второго счетчика и первым входом триггера, a информационные входы блока индикации соединены с разрядными выходами второго счетчика, a вход записи данных - с вторым выходом второго элемента задержки и вторые (Л установочным входом триггера, при этом выход ключа соединен с входом записи данных сумматора, второй выход генератора опорной частоты соединен с вторым входом формирователя интервала измерения, выход которого соединен с входом первого элемента задерки, третий выход генератора опорной со ел частоты соединен с четным входом первого счетчика, a первый выход о первого элемента задержки соединен с входом установки нуля первого счет00 чика. со