Цифровой измеритель отношения частот Советский патент 1985 года по МПК G01R23/02 

первого элемента задержки, выход которого соединен с входом сброса вто рого счетчика и импульсным входом вентильной группы, вторым входом коммутатора и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с входом формирователя Iмпyльcoв и входом сброса четвертого счетчика, выходы которого соединены с потенциальными входами вентильной группы, выход формирователя импульсов соединен с вторыми входами второго и шестого триггеров и входом второго элемента И, выход шестого триггера соединен с вторым входом третьего дополнительного элемента И, входом третьего элемента задержки и вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента задержки.

7762

2. Измеритель по п,1, о т л ич а ю щ и и с..я тем, что блок формирования сетки первых измерительных интервалов содержит п последовательно соединенных декадных умножителей частоты, (п+1) элементов И, (п+1) триггеров и подключенный выходом к выходу блока п-входовой элемент РШИ, первые входы всех элементов И соединены с вькодами соответствующих триггеров, выходы всех элементов И соединены с первыми входами соответствующих триггеров, вторыми входами предыдущих триггеров и вxoдaмJи элемента ИЛИ, вторые входы всех элементов И, кроме первого, соединены с выходами соответствующих умножителей частоты, второй вход (ц +1)-го триггера является первым входом, а второй вход первого элемента И - вторым входом блока формирования сетки первых измерительных интервалов.

1. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТ НОШЕНИЯ ЧАСТОТ, содержащий четыре элемента И, два формирователя коротких импульсов, первый из которых входом подключен к входу частоты делителя fj, а выходом соединен с первым входом первого элемента И, а второй соединен входом с входом частоты делимого F. , формирователь импульсов, генератор опорного периода, блок сравнения, вентильную группу, коммутатор, четыре счетчика, первый из которых через коммутатор подключен к выходу второго элемента И, второй соединен через третий элемент И с выходом генератора опорного периода, третий установочными входами подключен к выходам вентильной группы, а группой выходов соединен с первой группой входов блока сравнения, вторая группа входов которого соединена с выходами второго счетчика, а первый вход четвертого элемента И соединен с входом второго формирователя коротких импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок формиpoBHHiiH сетки первых измерительных интервалов, тр-и элемента задержки, четыре дополнительных элемента И и шесть триггеров, первый вход первого триггера подключен к шине запуска, а выход - через первый элемент И соединен с вторым входом первого триггера, первыми входами второго и третьего триггеров и первым входом блока формирования сетки первых измерительных интервалов, второй вход .которого соединен с выходом первого формирователя коротких импульсов, а выход блока формирования сетки первых измеритель(Л ных интервгуюв соединен с первым входом четвертого триггера, второй с вход которого соединен с входом сброса третьего счетчика и выходом первого дополнительного элемента И, а выход - с первым входом второго дополнительного элемента И, второй вход которого соединен с выходом ч ч третьего дополнительного элемента И и счетным входом четвертого счетчика, а выход - со счетным входом ш третьего счетчика, первый вход первого дополнительного элемента И соединен с первым входом четвертого дополнительного элемента И и выходом блока сравнения, вторые входы первого и четвертого дополнительных элементов И соединены с инверсным и прямым выходами пятого триггера соответственно, вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход четвертого дополнительного элемента И соединен с первым и вторым входами шестого и третьего триггеров соответственно и входом

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и. может быть применено для построения цифровых измерителей частоты, периода и отношения частот,

Целью изобретения является повышение быстродействия путем сокращения времени формирования результата измерения.

На фиг,1 приведена функциональнал схема цифрового измерителя отношения частот; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства,

В .Состав измерителя входят формирователь 1 коротких импульсов, входом подключенный к входу частоты-дели.теля р2 (стоящей в знаменателе отношения) , а выходом соединенный с входом блока 2 формирования сетки первых измерительных интервалов и с первым входом элемента И 3, второй вход которого подключен к выходу триггера 4, первым входом соединенного с входом запуска измерителя, а вторь. 1 входом - с выходом элемента И 3, .iTopbiM входом блока 2 формирователя сетки первых измерительных

интервалов и первыми входами триггеров 5 и 6. Соответствующий выход триггера 5 подключен к первому входу элемента И 7, второй вход которого через формирователь 8 коротких импульсов подсоединен к входу частоты-делимого Е, (стоящей в числителе измеряемого отношения), а выход через последовательно соединенные формирователь 9 импульсов, триггер 10, элемент 11 задержки и элемент И 12 подключен к входам триггера 13 и коммутатора 14, выходами подключенного к входам декад счетчика 15 результата с индикацией. Выход элемента И 7, кроме того, подключен к входу установки в нуль счетчика 16, выходы разрядов которого через последовательно соединенные вентили вентильной группы 17 и счетчик 18 соединен с первыми входами блока 19 сравнения кодов, вторые входы которого подключены к выходам разрядов счетчика 20, а выход через последовательно соединенные элементы И 21, вторым входом подключенный к первому выхо3ду триггера 13, элементы 22 и 23 задержки - к второму входу триггера 5, третьим входом подключенного к выходу элемента И 21 и к второму входу триггера 10. Первый вход триггера 10 подключен также к второму входу элемента И 12, третий вход которого соединен с входом элемента 11 задержки, и к второму входу триггера 6, выходом подключенного к первому входу элемента И 24, выходом подключенного к счеТ ному входу счетчика 20,- а вторым входом присоединенного к выходу генератора 25 опорного периода одновременно с входом элемента И 26, вторым входом подключенного к выходу триггера 10, а выходом чере элемент И 27 присоединенного к сче ному входу счетчика 18, Второй вход элемента И 27 подключен к выходу триггера 28, первый вход которого подсоединен к выходу блока 2 формирования сетки первых измерительных интервалов, а второй вхо совместно с входом установки в нул счетчика 18 присоединен к выходу элемента И 29, первым входом соеди ненного с выходом блока 19 сравнения кодов, а вторым входом подключенн го к второму выходу триггера 13, Кроме того, выход элемента 22 задержки подключен к входу установки нуля счетчика 20 и к входам управления вентильной группы 17 и коммута тора 14, а счетный вход счетчика 1 соединен с выходом элемента И 26, второй вход которого подключен к выходу триггера 10. Блок 2 формирования сетки первы измерительных интервалов содержит п последовательно соединенных декадных умножителей 30-1 - 30- п частоты, причем вход первого подкл чен к первому входу этого блока, nfl элементов И 31-1 - 31-П+1 и столько же триггеров 32-1 - 32-n+l а также подключенньш выходом к выходу блока элемент ИЖ 33, причем первые входы всех элементов И 31-i подключены к выходам соответствующ триггеров 32-i, а выходы - к перв входам соответствующих триггеров 32-i, к вторым входам триггеров , . и к входам элемента ИЛИ 33, вторые входы элементов И 31-i, кро ме первого, присоединены к выходам соответствующих умножителей 30-i 624 частоты, второй вход элемента И 31-1 подключен к первому входу блока 2, а второй вход триггера 32-n + l к второму входу блока 2. Формирователь 9 формирует импульсы, фронты которых совпадают с моментом спада (прекращения) входных импульсов. Элемент 11 задержки осуществляет задержку (сдвиг) сигнала на время Vft большее-длительности импульсов на выходе формирователя 9, но меньше длительности минимального из возможных периодов сигнала частоты F,. Коммутатор 14 в исходном состоянии соединяет свой первый вход с первым выходом, а после поступления каждого i-го импульса перекоммутирует свой вход на (|+1)-й выход, при этом каждый i-й выход коммутатора 14 соединен с входом соотЬетствующей i-й декады счетчика 15. Вентили вентильной группы 17 соединяют выходы разрядов декад счетчика 16 с входами разрядов декад счетчика 18, так что при подаче на управляющий вход вентильной группы управляющего сигнала код 1-й декады счетчика 16 заносится в (1+1)-ю декаду счетчика 18 в обратном коде, причем число N из счетчика 1 & переписывается в счетчик 18 в виде обратного кода числа 10N. На фиг.2 обозначены о.)- последо- вательность коротких импульсов, частоты F, на выходе формирователя 8 коротких импульсов (предположим, что эта последовательность есть и на выходе формирователя 9, т.е. на фиг.2а не показана задержка 5)- последовательность коротких импульсов частоты 2 выходе формирователя 1 коротких импульсов, 6) - последовательность импульсов с периодом Т, 10-т,, и 10 Т2 на выходе блока 2 формирования сетки первых измерительных интервалов, г)- последовательность импульсов частоты f с выхода генератора 25 опорного периода, д последовательность импульсов частоты 0 с генератора 25, поступающая на счетчик 20 в интервале между первым импульсом частоты Fjr и первым после импульса Fj импульсом частоты Я, , е)- последовательность импульсов частоты f, поступающая на счетчик 16, который обнуляется

каждый раз во время действия импульсов частоты ) с выхода элемента И 7 )- последовательность импульсов частоты (, , поступающих на счетчик 18 в момент поступления первого из импульсов частоты F (от i до ij) или очередного импульса с блока 2 (момент t-)), )- импульсы на выходе блока 19 сравнения кодов, поступающие в моменты сравнения кодов счетчиков 18 и 20, и , к , л}-, последовательности импульсов частоты F,, поступающих соответственно в первый, второй и третий (для примера) измерительные интервалы на входы соответствующих декад счетчика результата.

Цифровой измеритель работает следующим образом.

В исходном состоянии на входы R, и Р2 поступают периодические сигналы соответствующих частот. Формирователь 8 преобразует периодический сигнал частоты F в последовательность коротких импульсов той же частоты (фиг. 2 «) , которые однако через элемент И 7 не проходят, так как на выходе триггера 5 отсутствует разрешающее напряжение. Формирователь 1 преобразует периодический сигнал частоты р2 в последовательность коротких импульсов (фиг.2 б) той же частоты, которые поступают на цепочку декадных умножителей частоты импульсов, в результате чего на входе умножителя 30-1 частоты сугдествует исходная последовательность с периодом Т, 1/ Р2 , на выходе - последовательность импульсов с периодом Т2 (фиг.2 в), на выходе умножителя 30-2 частоты - последовательность импульсов с периодом и т.д. На выходе умножителя 30- п имеется последовательность импульсов с периодом T2f,10 Т .

Через элементы И 31-1 - 31-П+1 эти последовательное/и на вход элемента ИЛИ 33 не поступают, поскольку триггеры 32-1 - 32-П+1 находятся в состояниях, при которых разрещающие потенциалы на их выходах отсутствуют. Генератор 25 опорного периода генерирует импульсные сигналы с высокой и стабильной частотой повторения 0 (.2г), однако через элементы И 4 и 26 эти сигналы не проходят, поскольку триггеры 6 и 10 находятся в таком состоянии, при котором на их выходах отсутствуют разрещающие потенциалы. Элемент И 3 заперт отсутствием потенциала на вы-, ходе триггера 4, а триггер 13 находится в состоянии, при котором разрешающий потенциал присутствует на выходе, подключенном к элементу И 29,

0 и отсутствует на выходе, подключенном к элементу И 21, счетчики 15, 16, 18 и 20 находятся в исходном нулевом состоянии (связи, обеспечивающие указанное исходное состояние элементов, не показаны).

Работа цифрового измерителя отношения частот начинается с подачи на вход запуска измерителя сигнала запуска (момент -to на фиг.2о). iion действием этого сигнала триггер 4 меняет свое состояние и на его выходе появляется разрешающий потенциал, открывающий элемент И 3. Первый импульс последовательности Т (момент

5 i, фиг. 2 Б) проходит через элемент И 3 и попадает на второй вход триггера 4 (в результате чего триггер 4 возвращается в исходное состояние и вновь запирает элемент И 3), а

0 также поступает на триггеры 5 и 6 и второй вход блока 2, откуда - на вход триггера 32-n+l. Под действием .этого запускающего сигнала блок 2 вырабатьшает на своем выходе серию

J импульсов, первый из которых следует за запускаюпщм сигналом через интервал Т (момент -tj , фиг.2е), второй следует за первым через 9-10 Т2 (момент зфиг.2в),

т.е. через интервал после запускающего импульса, и так далее, пока на выход не проследует последний сигнал, удаленньй от запускающего сигнала на время, равное Тл

5 (момент t.jg фиг. 2 в, масщтаб не выдержан) .

Формирование такой серии импульсов через интервалы, возрастающие по закону геометрической прогрессии,

0 осуществляется следующим образом. При поступлении запускающего сигнала триггер 32-П+1 перебрасывается, элемент И 31-h+1 открьшается и пропускает на элемент ИЛИ 33, а следовательно, и на выход блока 2 первый импульс выходной последовательности (момент -tj фиг. 2 в). Одновременно этот сигнал с выхода элемента И 31-П+1 поступает на триггер 32-П+1, возвращая его в исходное состояние и запирая элемент И 31-П+1, и на триггер 32-п, перебрасывая его и от пирая элемент И 31-п. Последний остается открытым пока через него на выход блока 2 не пройдет импульс с выхода умножителя ЗО-п-1 (момент ij, фиг,2в), который поступает на триггер 32-п, возвращая его в исход ное состояние и запирая элемент И 31-п, и на триггер 32-п-1, перебрасывая его и отпирая элемент И 31-nПосле поступления на выход блока 2 импульса, сдвинутого относительно запускающего сигнала на период Т (мойент i,g, фиг.2б), схема блока 2 возвращается в исходное состояние, при котором в«е элементы И блока за перты. Поступление импульса с выхода эл мента И 3 (момент t, фиг.2s) на входы триггеров 5 и 6 приводит к тому, что эти триггеры перебрасываются и на связанных с ними входах элементов И 7 и 24 появляются разрешающие потенциалы. Элемент И 24 начинает (с момента t , фиг. 2Э) пропускать через себя импульсы обра цового периода с генератора 25 на счетчик 20, который начинает ими заполняться, а перебросившийся триггер 5 открывает элемент И 7. Первый импульс последовательности R с выхода формирователя 8 (момент -fc фиг.2о() поступает через элемент И 7 на формирователь 9, где фактически задерживается на интервал времени, равный его длительности, после чего поступает на триггер 10, элемент И 12 и на второй вход триггера 6. Последний перебрасывается и снимает разрешающий потенциал с элемента И 24, поступление импульсов Т на счетчик 20 прекращается (момент i , фиг.2(Э) и в последнем остается зафиксированным код N20 интервала (моменты i-t, фиг.23) между первым после запуска измерителя импульсом последовательности Т2 и первым после этого импульса импульсом последо вательности Т с выхода формировате 9. Сработавший в этот момент тригге 10 подает разрешающий потенциал на элемент И 26, элемент 11 задержки и элемент И 12. Элемент И 26 открывается и начинает пропускать на сче чик 16 импульсную последовательност 628 Тр (с момента -fc , фиг.2е) с генератора 25 (фиг.2г), через элемент И 27 на счетчик 18 последовательность Т пока не проходит из-за отсутствия разрешающего потенциала на выходе триггера 28. Первый импульс с выхода формирователя 9 через элемент И 12 не проходит, так как хотя с триггера 10 на него и подается разрешающий потенциал, но отсутствует разрешающий потенциал на выходе элемента 11 задержки. Дальнейшая работа измерителя зависит от момента появления второго импульса последовательности Т на выходе формирователя 9, т.е. от момента завершения первого периода последовательности т (момент-tj Т, фиг.2о(). На выходе блока 2 появляется последовательность импульсов, заверin-r vшающих интервалы 10 1 I- AZ. 10- Т, и Т 2 и Т2 (моментыt, ig ,t-, и , фиг.2в) с момента появления сигнала запуска этого блока и с момента начала заполнения счетчика 20. Первый из этих импульсов (момент 2 фиг.2 8 ) поступает на триггер 29, который меняет свое состояние и открывает элемент И 27, начинающий пропускать -на счетчик 18 (с момента Ь no-ig, фиг.2х:) импульсы образцовой последовательности Т. Счетчик 18 заполняется до тех пор, пока код в нем не с-равняется с кодом числа N20 (момент {5 Фиг.2ж), код интервала между первым после запуска измерителя импульсом последовательности Т и первым после этого импульса импульсом последовательности Т с выхода формирователя 9), при этом на выходе блока 19 сравнения кодов появляется сигнал (момент ij., фиг.2|.), которьм поступает на входы элементов И 21 и 29. Возможны два варианта дальнейшего следования этого импульса. Если к моменту появления этого импульса (момент -tj , фиг.2 на выходе формирователя 9 выработан лишь один им пульс (моментt, фиг.2о|), то триггер 13 остается в исходном положении и сигнал с выхода блока 19 сравнения кодов проходит через элемент И 29, сбрасывает в нуль счетчик 18 (момент t, фиг.2б) и перебрасывает триггер 28, запирающий элемент И 27 и прекращающий поступление импульсов

Тр на счетчик 18. Момент tc отстоит от момента i открывания элемента И 26 и начала заполнения.счетчика 16 на тот же интервал времени, на которьй момент появления импульса на выходе блока 2 отстоит от момента запускающего сигнала на его втором входе, т.е. закончилась отработка интервала , не привязанного началом к фронту импульса формирователя 9.

Аналогично каждый последующий имйульс с выхода блока 2 (момент i-, фиг.2в), перебрасывая триггер 28 и открывая элемент И 27, приводит к заполнению счетчика 18 до кода и появлению, импульсов на выходе блока 19 сравнения кодов (момент i , фиг.2ж) в моменты времени, отстоящие от фронта импульса на выходе формирователя 9 на интервалы соответственно , т.д.

Такая работа при непрерывном заполнении счетчика 16 продолжается до тех пор, пока с момента появления первого импульса формирователя 9 не пройдет время, равное периоду T.J . При этом на выходе формирователя 9 вырабатывается второй импульс (момент i,, фиг.2с(), который поступает на триггеры 6 и 10, подтверждая их состояния, на коммутатор 14, который транслирует его в первую декаду счетчика 15 результата (первый импульс в момент -fct, фиг.2и), и на триггер 13, который, перебрасываясь, снимает разрешающий потенциал с элемента И 29 и подает разрешающий потенциал на элемент И 21..,

Появление очередного (i-го) импульса на выходе блока 2 опять при водит к перебрасыванию триггера 28, отпиранию элемента И 27 и подаче на вход ечетчика 18 очередной пачки из импульсов, что опять приводит к срабатьшанию блока 19 сравнения кодов. Этот момент времени сдвинут относительно первого импульса на выходе формирователя 9 и момента начала заполнения импульсами счетчика 16 на интервал . Импульс с выхода блока 19 сравнения кодов проходит (момент fg, фиг.2 ) уже через элемент И 21 и поступает на второй вход триггера 5, который перебрасывается и снимает разрешающий потенциал с элемента И 7, прекращая

тем самым поступание импульсов .. с формирователя 8 на формирователь 9, на второй вход триггера 10, который перебрасывается и снимает разрешающие потенциалы с элементов И 12 и 26, прекращая подачу импульсов последовательности Т на счетчик 16 и импульсов Т с формирователя 9

0 через коммутатор 14 на вход первой декады счетчика 15 результата, а также на элемент 22 задержки, который задерживает этот импульс на время, необходимое для прекращения процессов в счетчике 16.

К этому моменту времени на счетчик 16 поступает столько импульсов Тр, сколько их укладывается в интервале (фиг.2е), но код, записанный в счетчике, отличается от этого числа, так как на вход установки этого счетчика в нулевое состояние поступают импульсы последовательности Т с вь.ргода элемента И 7.

5 Поскольку каждый из этих импульсов сбрасывает счетчик 16 в нулевое состояние, то оставшийся к моменту запирания элемента И 26 код соответствует коду последней, дробной части

0 ЛТ периода Т (интервал между tj и ia, фиг.26), которая укладьшается в интервал , При этом в первую декаду счетчика 15 результата занесено число остальных, целых периодов TI (фиг.2и), входящих в интервал . Оно же представляет собой первую цифру результата измерения отношения.

После задержки в элементе 22

задержки сигнал поступает на вход установки нуля счетчика 20, переводя его в нулевое исходное состояние, вырабатывая тем самым новый код Njo (теперь равный нулю) на вход компаратора 14, который под воздействием этого- сигнала гереключает свой сиг. нальный вход на вход второй декады счетчика 15 результата, а также поступает на управляющий вход вентильной группы 17, переписывает в счетчик 18 в обратном коде умножений в 10 раз код остатка ДТ из счетчика 16. После этого, будучи задержанным в элементе 23 задержки на время, необходимое для надежной перезаписи кода из счетчика 16 в счетчик 18, сигнал с выхода элемента 23 поступает на первый вход

триггера 5. Триггер перебрасывается подавая разрешающее напряжение на элемент И 7, и измеритель готов к определению очередной цифры результата измерения отношения.

Первый после этого импульс последовательности Т (момент-tn, фиг.2сч) с выхода формирователя 8 проходит через элемент И /, поступает на формирователь 9, который срабатывает и подает свой сигнал на триггер 6, на триггер 10 и элемент И 12. Триггер 6 подтверждает свое состоя ние, при котором элемент И 24 заперт, а триггер ТО перебрасывается, открьшая элемент И 26 и подавая сигнал на элемент И 12, который, однако не пропускает импульс с выхода формирователя 9, так как он ди завершения этого импульса остается запертым по третьему входу, на который не успевает поступить задержанный в элементе 11 задержки сигнал Счетчик 18 начинает увеличивать свой код (начиная с-t , фиг.2ж), приближаясь к состоянию переполнения. Пока он переполнится на выходе формирователя 9 появятся следующие импульсы, которые проходят через элемент И 12, поступают на триггер 13, где подтверждают его состояние, при котором открыт элемент И 21, и на сигнальный вход коммутатора 14 (моменты t., и -t, фиг.2и), откуда следуют во вторую декаду счетчика 15 результата.

При переполнении счетчика 18 код его становится равным нулю и происходит срабатывание блока 1У сравнения кодов, сигнал (момент-t, , фиг.И), который через элемент И 21 поступает на триггеры 5 и 10, запирая элементы И 7, 12 и 26, и на элемент 22 задержки. Поскольку перед импульсами

0 на выходе формирователя 9 на выходе элемента И 7 появлялись импульсы последовательности t , поступающие на вход сброса в нуль счетчика 16, в последнем после запирания элемента И 26 записан код последней, дробной части лТ периода Т, которая укладьшается в интервал 10 Д Т . При этом во вторую декаду счетчика 15 результата записывается число осталь

0 ных, целых периодов Т (фиг.2и), входя дах совместно с йТ в интервал 10 Л, . Это число представляет собой вторую цифру результата измерения отношения.

5

В дальнейшем работа измерителя происходит аналогично работе после фиксации в счетчике 15 результата первой цифры результата измерения

0 отношения.

Работа измерителя прекращается после заполнения всех декад счетчика 15 результата иЛи после определения согласно требуемой точности необходимого числа значащих цифр результата.

J

I

«SI

л