Цифровой частотомер Советский патент 1985 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение для точного и ускоренного измерения сигналов низкой и инфранизкой частот с представлением результа та измерения в единицах частоты.

Целью изобретения является повьшение быстродействия устройства за сче совмещения циклов измерения.

Введение элементов, новых связей и нового алгоритма работы, разрешающго практически начинать очередной цикл измерения еще до окончания предьщущего измерительного интервала, позволяет сократить время измерения, общее выражение для которого имеет вид ,

п,Тж + + ...+п.;Т), +

ч- (N-I)T,

где п,nj,...,п - число периодов Т

поступивших в каж. дый измерительный интервал на вход соответствующей декады.

Для оптимального измерения число п равно 1-9.

На фиг. 1 представлена функционалная схема измерителя частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов в различных точках схемы измерителя частоты.

Цифровой частотомер содержит источник 1 образцового периода Т, элементы И 2 и 3, триггер 4, счетчик 5 с последовательно соединенными декадами 5-1, 5-2, ..., 5-К, формирователь 6 временных интервалов в составе дешифратора 7 кода, элемента ИЛИ 8 и блока 9 формирования первого измерительного интервала, формирователь 10, соединенный с шиной 11, формирователь 12. коротких импульсов, элемент И 13, триггер 14, шину 15 за пуска, регистр 16 сдвига, умножитель 17 числа импульсов на постоянное число, равное девяти, вентильную группу 18 и индикатор 19.

В 1ДИФРСВОМ частотомере выход источника 1 образцового периода подключен к первому входу элемента И 2, второй вход которого совместно с первым входом элемента И 3 подключен к выходу триггера 4. Выход элемента И 2 подключен к входу счетчика .5, состоящего из последовательного соединения счетных декад 5-1 - 5-К,

работающих в двоично-десятичном самодополняющемся коде, причем выходы всех двоичных разрядов декад счетчика 5 через дешифратор 7 кода подключены к первому входу элемента ИЛИ 8, второй вход которого ч-ерез блок 9 формирования первого измерительного интервала подключен к выходам всех декад счетчика 5. Второй вход элемента И 3 через формирователь 10 импульсов соединен с входом 11 измерителя частоты и через второй формирователь 12 импульсов подключен к первому входу элемента И 13, второй вход которого через триггер 14 подключен к шине Запуск 15, а выход к единичному входу триггера 4 и второму в.ходу блока 9. Нулевой .вход триггера 4, в свою очередь, присоединен к нулевому входу триггера 14 и

первому выходу регистра 16 сдвига, счетньш вход которого совместно с

третьим входом блока 9 формирования первого измерительного интервала и входом установки в нуль умножителя 17 числа импульсов на постоянное число, равное девяти, подключен к выходу элемента И 3. Счетный вход умножителя 17 подключен к выходу элемента И 2, а выходы его двоичных разрядов соединены с входами двоичных разрядов декад счетчика 5 импульсов через вентильную группу 18, управляющий вход которой совместно с входом сдвига регистра 16 сдвига присоединен -к выходу элемента PfflH 8. Выходы двоичных разрядов регистра . 16 сдвига подключены к индикатору 19.

Блок 17 представляет собой умножитель на девять того числа импуль- сов с периодом То, которое поступает на его счетный вход.

Блок 9 формирования первого измерительного интервала формирует на своем выходе один единственный импульс, отстоящий от момента начала заполнения обнулен.ного счетчика 5 периодическигш импульсами с периодом То на периодов TO , причем fj целое число, при котором в интервале Т То помещается не менее одного и не более девяти целых периодов исследуемого сигнала ly.

Формирователь 10 импульсов формирует последовательность коротких нор мализованных по амплитуде и длительности импульсов из входного исследуемого сигнала. Период следования этих импульсов равен периоду исследуемого сигнала f. Формирователь 12 импульсов форм рует импульсы, фронт которых совпа ет со спадом импульсов формировате 10. Период следования этих импульс также равен периоду исследуемого с нала 1 Вентильная группа 18 соединяет выходы двоичных разрядов декад умн жителя 17 с входами двоичных разрядов декад счетчика 5 т.ак, что число имеющееся в умножителе 17, записыва ется в счетчик 5 в дополнительном коде. На Фиг. 2 приведены временные . диаграммы, относящиеся к следующим сигналам устройства: а - последовательность импульсов на выходе фор мирователя 10; S.- последовательность коротких импульсов на выходе формирователя 12, соответствующих заднему фронту импульсов диаграммы Ь- импульсы шины 15 запуска на входе триггера 14; -г - импульс частотой ijj с источника 1, заполняющий первый измерительный интервал Тц,, g - импульс конца первого измерительного интервала с выхода блока 9 е - группа импульсов частоты i , поступивших в первый измерительный интервал в регистр 16 сдвига, зК - и пульс частотой {д , заполняющий счетчик 5 во второй измерительный интервал Тц 9 ЛТ,, -j - группа импульсов частоты i, поступивших в регистр 16 сдвига во второй измерительный интервал U - .импульс конца второго измерительного интервала с выхода дешифратора 7 кода. Цифровой частЬтомер работает следующим образом. В исходном состоянии счетчик 5 и регистр 16 сдвига обнулены, триггеры 4 и 14 находятся в нулевом состоянии, при котором на их выходах, подключенных к элементам И 2 и 3, отсутствует высокий потенциал, т.е. элементы И 2, 3 и 13 заперты (цепи установки измерителя частоты в исходное состояние не показаны). Поданный на шину 11 сигнал исследуемой частоты 1 преобразуется в формирователе 10 импульсов в короткие нормализованные импульсы (фиг.2,а), поступающие на закрытый элемент И 3 и на формирователь 12 импульсов, в котором формируется еще одна импульсная последовательность с тем же периодом Т но фронты импульсов этой последовательности формируются в моменты спадов импульсов на выходе формирователя 10 (фиг.2,8). Эти импульсы поступают на закрытый элемент И 13. Измерения начинаются после подачи на шину 15 запуска запускающего сигнала (фиг.2,6). Этот запускающий сигнал поступает на единичный вход триггера 14, который срабатывает, , переходит в единичное состояние и открывает элемент И 13. Первый после открытия элемента И 13 импульс с выхода формирователя 12 проходит через элемент И 13, поступает на блок 9 формирования первого измер гтельного интервала, который ставится под действием этого сигнала в исходное состояние, и на единичный вход триггера 4, которьй перебрасывается, переходит в единичное состояние и открывает элементы И 2 и 3. Через элемент И 2 на счетчик 5 начинают поступать импульсы с источника 1 образцового периода (фиг.2,2). Счетчик 5 начинает заполняться. После прихода каждых десяти импульсов источника 1 (кварцевого генератора) появляется сигнал на выходе декады 5-1, после поступления каждых 100 импульсов на вход счетчика 5 появляется сигнал на выходе декады 5-2 и т.д. До тех пор, пока на третий вход блока 9 формирования первого измерительного интервала не поступит сигнал с выхода элемента ИЗ, все сигналы с выходов декад счетчика 5, . поступакицие на первые входы блока 9, на его выход не проходят. После того, как на блок 9 поступает сигнал с выхода элемента И 9 пропускает на свой выход сигнал с той декады счетчика 5, где он появился впервые (допустим, это сигнал на временной диаграмме j). До появления этого сигнала на выходе блока 9 в работе измерителя принимают участие регистр 16 сдвига и умножитель 17. На счетный вход регистра 16 сдвига поступают исследуемые сигналы (фиг.2,е) с выхода элемента И 3,.причем.регистр подсчитьгеает их в своей первой декаде. На счетный вход умножителя 17 поступают с выхода элемента И 2 импульсы с образцовым периодом следования Тр. Под воздействием каждого -го им пульса с выхода элемента И 2 умножитель 17 устанавливается в состояние, соответствующее коду числа 9. Это длится до тех пор, пока на его вход установки в нуль не поступит очередной исследуемый импульс с вькода элемента И 3,.который сбрасьгоает умножитель 17 в О, и, начиная с эт го момента, код числа 9 начинает формироваться сначала. Таким образом, к моменту появления сигнала конца первого измерительного интервала (фиг.2,а) на выходе блока 9 в первой декаде регистра 16 сдвига записан код числа N, целых периодов Т в интервале TI, TO (это число не менее 1 и не более 9), т.е. код первой значащей цифры значения измеряемой частоты, а в умножителе 17 имеется код числа в 9 раз большего числа образцовых периодов TO в интервале Т., от момента появления N,-го импульса на выходе злемейта И 3 до момента окончания первого измерительного интервала Тц Этот импульс проходит через.элемент ИЛИ 8 и поступает на вентильную группу 18, которая перезаписывает в дополнительном коде в счетчик 5; девятикратный код интервалаАТ , а также на сдвиговый вход регистра сдвига, который передвигает код N, из первой декады во вторую и обнуляет первую декаду. Измеритель начинает определять вторую значащую цифру значения измеряемой частоты. Начиная с момента перезаписи кода из умножителя 17 в счет.чик 5, формирователь 6 временных интервалов начинает формирова.ть второй измерительный интервалТц, равный 9&Т. что равносильно формированию временного интервала , с момен-та появления импульса на выход элемента И 3. При этом на счетчик 5 поступают импульсы образцового перио да с кварцевого генератора (фиг.З,) на вход первой декады регистра 16 сдвига следуют импульсы с выхода элемента И 3 (фиг.З,). Когда счетчик 5 станет в состояние 999...9, срабабывает дешифратор 7 кода, сигнал которого через элемент ИЛИ 8 поступает на вентильную группу 18 и сдвиговьй вход регистра 16. Вентильная группа 18 переносит в счетчик в дополнительном коде код интервала 9ATi от момента поступления на вход регистра сдвига импульса до момента конца интервала Тц , а в регистре сдвига код N из второй декады переносится в третью, код Nj из первой декады .- во вторую, а первая обнуляется. На этом заканчивается цикл определения второй значащей цифры значения; измеряемой частоты и начинается цикл определения третьей значащей цифры, проходящий аналогично предыдущему. Когда все декады регистра сдвига заполнены, выходной сигнал элемента ИЛИ 8, не сдвигая информацию, поступает на выход регистра сдвига, откуда следует на нулевые входы триггеров 4 и 14. Измерение закончено. Индикатор 19 высвечивает значение измеряемой частоты. Предлагаемый цифровой частотомер позволяет существенно уменьшить длительность процесса измерения за счет того, что время измерения равно сумме цифр отдельных разрядов результата измерения, умноженной на период в то время, как известное устрой- ство тратит на это число периодов сигнала 4ц, равное результату выражаемому в виде целого числа. Так, например, при измерении частоты, заданной числом п, njnjn jnj- 1,2345 Гц, время измерения традиционными частотомерами с точностью до четвертого знака равно Т.. .граД. 12345 Т. Известное устройство в случае оптимального измерения смогло бы получить результат измерения за мини мально возможное время ч иэв, хПредложенное устройство позволяет вьшолнить измерение частоты 1,2345 Гц за время UT.

фиг. f

П П

П

П П

П П

ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР, содерг жащий вентильную группу, источник образцового периода, подключенный через первьй элемент И к счетному выходу счетчика, второй элемент И, первым входом подключенный к выходу первого триггера, а вторым входом через первый формирователь импульсов соединенный с входом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены умножитель числа импульсов на девять, регистр сдвига, третий элемент И, элемент ИЛИ, второй триггер, второй формирователь импульсов, дешифратор, кода и блок формирования первого измерительного интервала, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого через дешифратор кода соединен с выходами разрядов всех декад счетчика, выходы декад которого подключены к первым входам блока формирования первого измерительного интервала, второй вход которого объединен с выходом третьего элемента И/ первьм входом подключенного через второй формирователь Им-: пульсов к выходу первого формирователя импульсов, вькод третьего элемента И соединен с единичным входом первого триггера, выходом соединенного через первый элемент И со счеттлл входом умножителя числа импульсов на девять, выходы которого соединены через вентильную группу с входами разрядов декад счетчика, вход установки в нуль умножителя числа импульсов на девять совместно с выходом второго элемента И и треть им входом блока формирования первого измерительного интервала соединен со счетным входом регистра сдвига, группой выходов соединенного с устройством индикации, сдвиговый вход регистра сдвига соединен с выходом элемента ИЛИ и входом сброса вентильной группы, второй выход регистра сдвига подключен к нулевым входам первого и второго триггеров,единичный вход которого соединён с шиной запуска, а выход подключен к второму входу третьего элемента И.