Цифровой измеритель частоты заполнения радиоимпульсов Советский патент 1985 года по МПК G01R23/10 

чика измеряемой частоты и входом за- щий писи первого делителя, а управляю- сов 1161892 вход счетчика тактовых импульсоединен с его инверсным выходом.

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЬ ЗАПОЛНЕНИЯ РАДИОИМПУЛЬСОВ, содержащий генератор тактовых импульсов, формирователь, соединенный с входом измерителя, первый триггер, первый, второй элементы И, счетчик измеряемой частоты, счетчик тактовых импульсов, дополнительный счетчик и первый делитель, установочные,входы которого соединены с выходами дополнительного счетчика, выход первого делителя соединен е R-входом первого триггера,S -вход которого соединен . с выходом формирователя и через элемент задержки соединен с установочным входом дополнительного счетчика, прямой выход первого триггера соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого делителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерен, в него введены второй делитель частоты, второй триггер, третий элемент И, элемент 3-ЗИ-ШШ, первый, , второй регистры памяти, шифратор, накапливающий сумматор и линия задер} ски, вход которой соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выходы линии задержки соединены сЭ -входами первого и второго регистров и с первыми входами элемента .3-ЗИ-ИЛИ, вторые входы которого соединены с выходами первого регистра памяти и первой группой входов шифратора, вторая группа входов которого соединена с выходами второго регистра памяти, выхода шифратора соединены с входами накапливающего сумматора, выходы которого соединены с установочными входами второго делителя, управляющий вход которого соединен с выходом счетчика тактовых импульсов, счетный входвторого делителя соединен со счетными входами счетчика тактовых импульсов и дополнительного счетчика, с вторым входом второго элемента И и выходом элемента 3-ЗИ-ИЛИ, третьи входы ко- ( торого соединены с выходом второго триггера, -вход которого соединен с дополнительным выходом дополнительного счетчика,5 -вход соединен с управляющими входами счетчика тактовых импульсов и дополнительного счетчика, с первым входом третьего элемента И и с прямым выходом первого триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора и с.первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с С-входом второго регистра, с вторым входом третьего элемента И и выходом формирователя, блокировочный вход которого соединен с выходом второг.о делителя, выход первого элемента И соединен с С-входом первого регистра памяти, выход третьего элемента И соединен со счетным входом счет

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения частоты заполнения радиоимпульсов. Известно устройство, содержащее опорный генератор, временные селекторы, детектор, формирователь, триггер, счетчик и формирователь, временного интервала, состоящий из счетчика, сумматора кодов и элемент памяти, осуществляющий формирование временного интервала из отрезков видеоимпульсов, длительность которы кратна периоду повторения измеряемы импульсов l . Недостаток данного устройства низкая точность. Наиболее близким по технической сущности к преш1агаемому является устройство для измерения частоты заполнения радиоимпульсов, содержащее элемент И, счетчик опорной частоты, счетчик измеряемой частоты, формирователь, триггер, генератор опорной частоты, выход которого сое динен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера,S -вход которого под ключен к выходу формирователя, перв вход которого соединен с входной шиной устройства, а также содержаще элемент задержки (одновибратор), дополнительный элемент И, дополните ньй счетчик и делитель, счетный вхо которого соединен с первым входом дополнительного элемента И, со счет ным входом дополнительного счетчика и с выходом элемента И, вход записи делителя соединен с установочным ВХОДОМ дополнительного счетчика, СО счетнЬ м входом счетчика измеряемой частоты и с выходом формирователя, выход делителя соединен сR-входом триггера, выход которого соединен с входом элемента задержки выход которого подключен ко второму входу дополнительного элемента И, выход которого соединен со счетчиком опорных импульсов, выход которого соединен со вторым входом формирователя, при этом выходы дополнительного счетчика соединены с дополнительными входами делителя 2 . Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, в случае, когда измеряемая частота является соизмеримой с частотой тактового генератора, так как отсутствует синхронизация между измеряемыми импульсами и тактовыми импульсами. Это приводит к тому, что на отрезке между первым и последним измеряемыми импульсами пачки ошибка в подсчете тактовых импульсов в зависимости от фазировки может быть11 тактовый импульс, а при составлении временного интервала из Н пачек радиоимпульсов ошибка может достичь величины -МТд, поэтому фактичес-. кий временной интервал Т оказывается равным Т ±NTg, где Т - период тактовых импульсов, причем величина формируемого временного интервала является случайной и подчиняется нормальному закону. Если измеряемая несущая частота соизмерима с тактовой частотой, то ошибка измерения также оказывается значительной. Цель изобретения - повьпиение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель частоты заполнения радиоимпульсов, содержащий генератор тактовых импульсов, формирователь, соединенный с входом измерителя, первый триггер, первый, второй элементы И, счетчик измеряемой частоты, счетчик тактовых импульсов, дополнительный счетчик и первый делитель, установочные входы которого соединены с выходами дополнительного счетчика, выход первого делителя соединен сR-входом первого триггера,S-вход которого соединен с выходом формирователя и через элемент задержки соединен с установочным входом дополнительного счетчика, прямой выход первого триггера соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого делителя, введены второй делитель частоты, второй триггер, третий элемент И, элемент 3-ЗИ-ИЛИ, первый второй регистры памяти, шифратор, накапливающий сум1;атор и линия задержки, вход которой соединен с выходом генератора тактовых импульсов выходы линии задержки-соединены сЗ)-входами первого и второго регис ров и с первыми входами элемента 3-ЗИ-ИЛИ, вторые входы которого соединены с выходами первого регист ра памяти и первой группой входов шифратора, вторая группа входов которого соединена с выходами второ го регистра памяти, выходы шифратора соединены с вхопами накапл ша(мце го сумматора, выходы которого соеди нены с установочными входами второго делителя, управляющий вход которого соединен с выходом счетчика тактовых импульсов, счетный вход второго делителя соединен со счетными входами счетчика тактовых импульсов и дополнительного счетчика, с вторым входом второго элемента И и выходом элемента 3-ЗИ-ШШ, третьи входы которого соединены с выходом второго триггера,R -вход которого соединен с дополнительным выходом дополнительного счетчика,5 -вход соединен с управляющими входами счетчика тактовых импульсов и допол нительного счетчика, с первым входо третьего элемента И и с прямым выходом первого триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора и с первым входом первого элемента И второй вход которого соединен с С-входом второго регистра, с вторы входом третьего элемента И и выходом формирователя, блокировочный вход которого соединен с выходом второго делителя, выход первого элемента И соединен с С-входом записи первого регистра памяти, выход третьего элемента И соединен со счетным вход счетчика измеряемой частоты и вхо- дом записи первого делителя, а управдякиций вход счетчика тактовых ИМПУЛЬС соединен с его инверсным выходом. 924 На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя частоты заполнения радиоимпульсов; на фиг. 2 - диаграммы, иллюстрирующие его работу. Цифровой измеритель частоты заполнения радиоимпульсов содержит генератор 1 тактовых импульсов, линию 2 задержки, первый регистр 3 памяти, в котором в соответствии с тре-. бованиями ЕСКД информационные входы названы)-входами, а вход записи С-входом; элемент 3-ЗИ-ИПИ 4, счетчик 5 тактовых импульсов, первый Делитель 6, формирователь 7, первый триггер 8, первый элемент И 9, первый элемент И 10, счетчик 11 измеряемой частоты, элемент 12 частоты, элемент 1/ задержки, дополнительный счетчик 13, второй элемент И 14, второй делитель 15, второй триггер 16, второй регистр 17 памяти, шифратор 18, накапливающий сумматор 19. Выход генератора 1 соединен с вхо-дом линии 2, выхода которой подключены к информационным входам регистров 3, 17 и к первой группе входов элемента 4, вторая группа входов которого соединена с первой группой входов шифратора 18 и соединена с выходами регистра 3, элемент 4 соединен с вторым входом элемента И 14, со счетными входами счетчиков 5, 13 и делителя 15, управляющий вход которого соединен с выходом счетчика 5, инверсный виход которого подключен к управляющему входу данного счетчика. Выход делителя 15 подключен к блокировочному входу формирователя 7, вход которого соединен с входом измерителя, а выход формирователя 7 соединен с первыми входами элементов И 9 и 10, сS -входом триггера 8, с входом записи регистра 17 и через элемент 12. - с установочным входом счетчика 13. Выход триггера 8 соединен с вторыми входами элементов И 10, 14, сS-входом триггера 16 и с управляющими входами счетчиков 5, 13, инверсный выход триггера 8 соединен с управляющим входом накапливающего сумматора 19 и с вторым входом элемента И 9, выход которого подключен к входу записи регистра 3. &.1ход. элемента И 10 соединен со счетным входом счетчика 11, с входом записи делителя 6, счетный вход которого соединен с выходом временного селектора 14, установочные входы делителя 6 соединены с выходами счетчика 13, а выход делителя 6 подключен к -входу триггера 8. Дополнительный выход счетчика 13 соединен сR-входом триггера 16, выход которого подключен к управляющему входу элемента 4, а выходы регистра 17 соединены с второй группой входов шифратора 18, выходы кото рого подключены к входам накапливающего сумматора 19, выходы которого подключены к установочным входам делителя 15. На фиг. 2 приведены следующие временные диаграммы: 20 - импульсы на выходе генератора 1; 21 - импульсы на выходах линии 2; 22 - сигнал на входе измерителя; 23 - импульсы на выхода формирователя 7; 24 - сигнал на выходе триггера 8; 25 - импульсы на выходе элемента И 9; 26 - импульсы на выходе элемента И 10; 27 - импульсы на счетном входе делителя 6; 28 - сигнал на выходе триггера 16; 29 - импульсы на выходе элемента 4; 30 - сигнал на выходе счетчика 5 (также показано фактическое число подсчитанных счетчиком 5 импульсов на интервале одной пачки входных радиоимпульсов); 31 сигнал на выходе делителя 15 (также показано число импульсов Т, соответ ствующее коду на установочных входах делителя 15, формируемому сумматором 19 путем суммирования впаузах кодов с выходов шифратора 18, соответствующих интервалу между последними тактовым и измеряемым импульсами каждой пачки); 32 - сформированны временной интервал. Цифровой измеритель частоты заполнения радиоимпульсов работает следующим образом. В начальный момент измерения производится установка триггеров 8, 16, регистров 3, 17 памяти, счетчиков 5, 11 и 13, делителей 6 и 15 в нулевое состояние (цепи установки на схеме не показаны). В результате этого на инверсных выходах счетчика и делителя 15 формируется единичный потенциал. №1пульсы 20 с выхода генератора поступают на линию 2, с выходов кот рой снимаются импульсы 21, сдвинуты друг относительно друга на величину TQ /ц, где п число выходов линии 2 задержки. Пачки радиоимпульсов 22 поступают на вход формирователя 7, который открыт по управляющему входу в течение заданного интервала измерения и формирует короткие положительные импульсы 28. Первый в.ч. импульс 23 первой пачки через элемент И 9 осуществляет установку в единичное состояние того разряда регистра 3 памяти, у которого на информационном входе в этот мо-. мент имеет место единичный потенциал. Единичный потенциал, зафиксированный в соответствующем разряде регистра 3 памяти в момент прихода первого в.ч. импульса первой пачки, разрешает в течение всей первой пачки входных радиоимпульсов прохождение тактовых импульсов 21 через элемент 4 на вход счетчи1 а 5 тактовых импульсов, формирующего временной интервал, с того выхода линии 2 задержки, на котором имел место тактовый импульс в момент прихода первого в.ч. импульса пачки. Таким образом, осуществляется синхронизация первого в.ч. импульса 23 пачки радиоимпульсов и тактовых импульсов 21. Кроме того, первым Б.ч. импульсом 25 первой пачки счётчик 13 устанавливается в состояние, соответствующее коду некоторого числа К (например,К 2 или 3), триггер 8 устанавливается в единичное состояние, открывает элементы И 10 и 14, устанавливает счетчикам 5 и 13 режим сложения и переводит триггер 16 в единичное состояние, в результате чего открывается элемент 4 и на входы счетчиков 5, 13 и делителя 6 начинают поступать тактовые импульсы 29, однако на интервале между первым и вторым в.ч. импульсами 23 первой пачки делитель 6 не счит1ет iактовые импульсы 29, так как на его установочных .входах записан нулевой код. С приходом второго в.ч. импульса 23 йервой пачки в регистре 17 памяти осуществляется Фиксация состояний линии 2 задержки в момент прихода, второго в.ч. импульса и запись на установочные входы делителя 6 кода числа тактовых импульсов, подсчитанных счетчиком 13 на интервале между первым и вторым в.ч. импульсами с учетом начальной установки счетчика 13. Этим же импульсом, несколько задержанным, производится установка счетчика 13 в исходное состоя ние, соответствующее коду некоторого числа К . На интервале между вторым и третьим в.ч. импульсами перво пачки, а также между последующими в.ч. импульсами данной пачки счетчик 5 подсчитывает тактовые импульсы 29 для формирования временного интервала 30, счетчик 13 подсчитыва ет тактовые импульсы 29 с учетом начальной установки, а делитель 6 с учетом установленного коэффициента деления по установочным входам. При этом переполнения делителя 6 не происходит, так как число тактовых импульсов, поступивших на его счетный вход между в.ч. импульсами 23, меньше на величину К числа, записанного по установочнь1м входам. Каждым в.ч. импульсом 23 первой пач ки в регистре 17 памяти осуществляе ся фиксация состояний линии 2 задер ки в момент прихода входных в.ч. им пульсов. Шифратор 18 осуществляет кодирование состояний регистров 3 и 17 памяти, причем на шифра тора 18 формируется двоичный код разности номеров единичных разрядов регистров 3 и 17 памяти. В момент поступления последнего в.ч. импульса 23 первой пачки на выходе шифратора 18 формируется двоичных код разности единичных разрядов регистров 3 и 17, фиксирующих состояние линии 2 задержки в момент первого и последнего в.ч. импульсов 23 первой пачки. Данный код соответствует разности между периодом тактовых импульсов Тд и интервалом между последним тактовым импульсом 29 перед .приходом последнего Б.Ч. импуль са первой пачки и последним в.ч. импульсом 23, если период TQ выразить двоичным кодом числа п, равного числу выводов линии 2 задержки, а интервал между последними тактовы и в.ч. имлульсами выразить двоичным кодом единичного разряда линии 2 задержки. Максимальное чиело,которо может быть на выходах шифратора, равно числу п и формируется при совпадении во времени тактового импульса с последним в.ч. импульсом Например, при единичном состоянии третьего разряда четырехразрядного регистра 3 памяти и при единичном состоянии третьего (четвертого. первого, второго) разряда четырехразрядного регистра 17 памяти на выходах шифратора 18 формируется код 100 (011, 010, 001). Накапливакщий сумматор 19 в паузе между первой и второй пачкой 23 суммирует данный код с нулевым кодом, который был на выходе шифратора 18 до начала измерения. После прихода последнего в.ч. импульса первой пачки на выходе делителя 6 при подсчете числа тактовых импульсов 27, равного установленному коэффициенту деления, формируется перепад, устанавливающий триггер 8 в нулевое состояние. При этом поступление тактовых импульсов 27 через временной селектор 14 прекращается. В момент установки триггера 8 в нулевое состояние импульсом с выхода делителя 6 в счетчике 11 подсчитано число в.ч. импульсов 26 первой пачки (кроме первого импульса пачки) , в счетчике 13 подсчитано число тактовых импульсов 29, поступивших на счетный вход на интервале между последним в.ч. импульсом первой пачки и задним фронтом импульса 24, а в счетчике 5 число тактовых импульсов 29, поступивших на счетный вход на интервале между первым и последним в.ч. импульсами и между последним в.ч. импульсом и задним фронтом импульса 24. В паузе между первой и второй пачками радиоимпульсов триггер 8 находится в нулевом состоянии и блокирует временные селекторы tO и 14, а счетчики 5 и 13 работают в режиме вычитания. При подсчете счетчиком |3 числа тактовых импульсов 29, зафиксированных в счетчике 13 в момент переключения реверса, на выходе заема счетчика 13 формируется перепад, устанавливающий триггер 16 в нулевое состояние. При этом элемен.т 4 закрывается по управляющему входу и поступление тактовых импульсов 29 на входы счетчиков 5 и 13 прекращается. Таким образом, на интервале первой пачки радиоимпульсов счетчик 5 подсчитал тактовые импульсы только на интервале между первым и последним в.ч.импульсом пачки (см. эпюра 30), причем первый тактовый импульс синхронизирован с первым в.ч. импульсом, а в накапливающем сумматоре 19 зафиксирован код, определяющий интервал, равный

разности между периодом Т тактовых импульсов и интервалом между последним подсчитанным тактовым импульсом и последним в,ч. импульсом первой пачки. С приходом первого Б.Ч. импульса второй пачки через временной селектор 9 в регистре 3 памяти осуществляется фиксация выходов линии 2 задержки в момент прихода первого Б.ч. импульса второй пачки и установ ка триггера 8 в единичное состояние. При этом аналогично, как и в первой пачке импульсов, счетчики 5 и 13 переводятся в режим сложения, открывается элемент И 10, триггер 16 устанавливается в единичное состояние , счетчик 13 устанавливается в состояние,соответствующее коду некоторого числа К, открывается элемент 4, на входа счетчиков 5 и 13 и де.лителя 6 начинают поступать тактовые импульсы 29, синхронизированные с первьгм в.ч. импульсом второй пачки, а на установочных входах делителя 6 записан код., равный числу тактовых импульсов, подсчитанных счетчиком 13 на интервале между предпоследним и последним в.ч. импульсами первой пачки.

За время действия второй и последующих пачек радиоимпульсов осуществляется аналогичный подсчет измеряемы импульсов 26 счетчиком 11, тактовых импульсов 28 счетчиком 5 и формирование управляющих импульсов 24, 28 с помощью счетчика 13, делителя 6, триггеров 8 и 16. Фактический интервал между последним тактовым импульсом, подсчитанным счетчиком 5 во время действия предыдущего радиоимпульса и первым тактовым импульсом, синхронизированным первым в.ч. импул сом следуклцей пачки радиоимпульсов и подсчитанным счетчиком 5, всегда оказывается меньше периода Т. тактовых импульсов и при совпадении последнего тактового импульса с по.следним импульсом предьщущей пачки равен нулю. В этом случае в паузе на выходах шифратора 18 формируется максимальное число, равное п так как при этом фактический интервал между-последним тактовым импульсом предыдущей пачки и первым тактовым импульсом последующей пачки равен нулю.

В накапливающем сумматоре 19 в кадой i паузе между импульсами 24 осуществляется суммирование кодов с выхода шифратора 18 с кодами, которые имели место на выходах шифратора во время 1+(i-1) пауз, и формирование кодов в виде целого числа импульсов Тр .

При подсчете счетчиком 5 числа тактовых импульсов 29, соответствующего выбранному интервалу измерения, на выходе счетчика 5 формируется единичный потенциал, который разрешает поступление тактовых импульсов 29 на счетный вход делителя 15 и блокирует инверсным нулевым сигналом поступление тактовых импульсов на вход счетчика 5. Однако сформированный временной интервал 30 на выходе счетчика 5 оказывается меньше необходимого временного интервала 32 на число периодов Т тактовых импульсов, равное двоичному коду на выходе накапливающего сумматора в момент формирования единичного перепада на выходе счетчика 5. Данный код с выходом накапливающего сумматора 19 подается на установочные входы делителя 15 и при подсчете данным делителем числа тактовых импульсов 31, равного числу на установочных входах, на инверсном выходе делителя 15 формируется нуле вой потенциал, блокирующий формирователь 7. При этом поступление измеряемых в.ч. импульсов на вход счетчика 11 прекращается. После прохождения последнего измеряемого импульса через формирователь 7 на выходе делителя 6 при подсчете числа тактовых импульсов, равного установленному коэффициенту деления, сформируется импульс, устанавливающий триггер 8 Б нулевое состояние. Счетчик 13 переводится в режим вычитания, и в момент формирования перепада на выходе счетчика 13 триггер 16 устанавливается Б нулевое состояние и блокирует поступление тактовых импульсов через временной селектор 4.

Точность в изобретении повышается за счет синхронизации в каждой пачке радиоимпульсов первого тактового и Б.ч. импульсов и учета интервала между последним в.ч. импульсом пачки и предшествующим ему тактовым импульсом, что исключает ошибку при формировании временного интервала, связанную с дискретностью тактовой частоты

Повышение точности формирования временного интервала позволяет производить измерение частоты заполнетактового генератора, что позволяет увеличить диапазон измеряемых частот без увеличения частоты тактового геВход

тивность использования цифрового измерителя в более широком частотном диапазоне входных сигналов.

(риг,1 JUUUUUUUUUUШUUUUUUUU ДЛЛjL..JUШ

KSSSS

2J1 n n n fl n

J(MMMJ(S( ..JUUUUUUUUUUUUL

штадтш

n n n я n n

.JUAJUL

JJULBeL

фиг. 2 U