Цифровой измеритель отношения двух частот Советский патент 1986 года по МПК G01R23/02 

1

Изобретение относится к радио- измерительной технике и предназначено для измерения отношения частот.

Цель изобретения - coкpaD eниe времени измерения достигается за счет поразрядного определения цифр результата измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема цифрового измерителя отношения двух частот; на фиг.2 - функциональная схема блока управления; на фиг.З и 4 - временные диаграммы, поясняющие их работу соответственно.

Цифровой измеритель отношения двух частот содержит первый 1 и второй 2 формирователи, элементы И 3 - 5, элемент ИЛИ 6, блок 7 управления, генератор 8, счетчик 9, вентильную группу 10, реверсивный счетчик 1I, распределитель 12 импуль- сов и счетчик 13 результата. Позициями 14.- 16 обозначе гы соответственно вход частоты F , вход частоты F и шина Запуск устройства.

Первый выход формирователя I объ- единён с первыми входами блока 7 управления, элементов И 3 и 5. Второй выход формирователя 1 подключен через элемент И 4 к входу вычитания реверсивного счетчика 11. Первый выход, блока управления объединен с вторыми входами элементов И 4 и 5. , Третьи входы всех элементов И подключены к генератору 8, Выходы элементов И 5 и 4 объединены через элемент ИЛИ 6 со счетным входом счетчика 9, другой вход которого объединен с вторым входом блока 7 управления и подключен к второму формирователю 2.

10

ts

2263262

задержки подключен к четвертому выходу блока 7, а через второй элемент 18 задержки и элемент ИЛИ 24 к другому входу которого подключают пер 5 ВЫЙ вход блока 7, соединен с первым входом триггера- 21, другой вход которого объединен с третьим входом блока 7 управления, входами триггеров 23 и 22. Второй вход блока 7 объединен с входом элемента И 20 и входом формирователя 25, выход которого через элемент И 19, другим входом подключенного к выходу триггера 21, подключен к обэ единенным другим входам триггеров 21 и 22, выход последнего из которых через элемент И 20 подключен к третьему выходу блока 7. Выходы триггера 23 являются одновременно первым и вторым выходами блока 7.управления. На фиг.1 римскими цифрами обозначены входы и выходы блоков 1 и 7. Следует отметить, что выход 1 разряда счетчика 9 соединен через схему 10 с входом 2 разряда реверсивного счетчика и т.д. В общем случае количество декад всех счетчиков определяется максимально возможным значением целочисленной части отношения и дробной части отношения .

На фиг.З приведены временные диаграммы, поясняющие работу блока 7 управления , где: ct - сигнал на входе 1 блока 7 управления; S - сигнал на 35 входе 1I блока управления с выхода формирователя 2; & - сигнал на выходе формирователя 25 коротких импульсов; и - потенциал на выходе триггеров 21 и 22; е - импульсы Т

20

25

30

Выходы декад счетчика 9 через вентиль- выходе III блока 7; ж и - потенную группу 1 о подключены к входам реверсивного счетчика 11 со сдвигом на одну декаду. Выход последней декады реверсивного счетчика 11 обеспечивает подключение соответствующих выходов распределителя 12 импульсов к входам декад счетчика 13 результата, а с другой стороны подключается к третьему входу блока 7 управления, третий и четвертый выходы которого подключены к управляющим входам распределителя 12 и вентильной группы 10.

Блок 7 управления (фиг.2) содержит два элемента 17 и 18 задержки, два элемента И 19 и 20, три триггера 21 - 23, элемент ИЛИ 24 и формирователь 25 импульсов. Третий вход блока 7 управления через элемент 7

циал на выходе триггера 23, выход и 11 блока 7; О - сигнал управления на входе lil блока 7; k и А - положение сигнала управления на выходе

45 IV блока 7 и выходе элемента 18 задержки,,

На с()иг. 4 - приведены временные диаграммы сигналов в различных точках схемы, иллюстрирующие принцип работы

50 и особенности измерителя, где: q - потенциал на выходе i формирователя 1; - импульсы частоты fj на выходе формирователя 2;, 6 - положение сигналов на входе сложения счетчика 1 1 ;

Z5 1 - импульсы fg на счетном входе счетчика 9; q - положение сигналов на вычитающем входе счетчика 11 ; С - имг(ульс на выходе счетчика 1 1 ;

10

ts

263262

задержки подключен к четвертому выходу блока 7, а через второй элемент 18 задержки и элемент ИЛИ 24 к другому входу которого подключают пер 5 ВЫЙ вход блока 7, соединен с первым входом триггера- 21, другой вход которого объединен с третьим входом блока 7 управления, входами триггеров 23 и 22. Второй вход блока 7 объединен с входом элемента И 20 и входом формирователя 25, выход которого через элемент И 19, другим входом подключенного к выходу триггера 21, подключен к обэ единенным другим входам триггеров 21 и 22, выход последнего из которых через элемент И 20 подключен к третьему выходу блока 7. Выходы триггера 23 являются одновременно первым и вторым выходами блока 7.управления. На фиг.1 римскими цифрами обозначены входы и выходы блоков 1 и 7. Следует отметить, что выход 1 разряда счетчика 9 соединен через схему 10 с входом 2 разряда реверсивного счетчика и т.д. В общем случае количество декад всех счетчиков определяется максимально возможным значением целочисленной части отношения и дробной части отношения .

На фиг.З приведены временные диаграммы, поясняющие работу блока 7 управления , где: ct - сигнал на входе 1 блока 7 управления; S - сигнал на 35 входе 1I блока управления с выхода формирователя 2; & - сигнал на выходе формирователя 25 коротких импульсов; и - потенциал на выходе триггеров 21 и 22; е - импульсы Т

20

25

30

выходе III блока 7; ж и - потенциал на выходе триггера 23, выход и 11 блока 7; О - сигнал управления на входе lil блока 7; k и А - положение сигнала управления на выходе

45 IV блока 7 и выходе элемента 18 задержки,,

На с()иг. 4 - приведены временные диаграммы сигналов в различных точках схемы, иллюстрирующие принцип работы

50 и особенности измерителя, где: q - потенциал на выходе i формирователя 1; - импульсы частоты fj на выходе формирователя 2;, 6 - положение сигналов на входе сложения счетчика 1 1 ;

Z5 1 - импульсы fg на счетном входе счетчика 9; q - положение сигналов на вычитающем входе счетчика 11 ; С - имг(ульс на выходе счетчика 1 1 ;

н - группы импульсов частоты F , поступающие на соответствующие декады счетчика 13 результата.

Временные диаграммы на фиг.4 иллюстрируют работу измерителя при измерении отношения частот F, 43,6 1 10 Гц и F2 10,3 10 Гц с точ- ностью до сотой доли отношения FI /F 4,23, где п - любое целое число.

Цифровой измеритель отношения двух частот работает следующим образом.

В исходном состоянии генератор 8 вырабатывает периодическую последовательность высокостабильных по частоте сигналов, следующих с высокой частотой повторения f . На входы 14 и 15 поступают периодические сигналы соответствующих частот, которые в формирователях 1 и 2 преобразуются в импульсные последовательности коротких импульсов, следующие с частотами F, и F. Реверсивный счетчик 11 и счетчик 13 результата находятся в нулевом состоянии. На первом входе, первом и четвертом выходах блока 7 управления отсутствует разрешающий потенциал в результате чего элементы И 3 - 5 и вентильная группа 10 закрыты. Распределитель 12 импульсов находится в состоянии, при котором его сигнальный вход, соединенный с третьим выходом блока 7 управления, подключен к его первому выходу. Связи, необходимые для установки в исходное состояние счетчиков 11 и 13, распределителя 12 импульсов, формирователя 1 и блока 7 управления для упрощения на фиг.1 не показаны.

Измерения начинаются с подачей на щину 16 разрешающего сигнала. По первому импульсу последовательности F (фиг.35) формирователь 1 на первом выходе вырабатывает разрешающий сигнал длительностью (фиг.4 ),

торый, поступая на первый вход блока 7, готовит его к работе и одновременно обеспечивает возможность открывания элемента И 3, которьШ начинает пропускать импульсы образцового периода Тд -т- с генератора 8 на

мирующий вход (фиг.4 6) реверсивного счетчика 11. Первый вслед за сигналом Fj сигнал с формирователя 2 (фиг. 4 Б 1,) поступает на блок 7, в ре

зультате чего на первом выходе (фиг.ЗА) появляется разрешающий потенциал, а на втором (фиг.За) запирающий. При этом прекращается подача

импульсов Тр на суммирующий вход

счетчика 11, импульсы Т начинают поступать через открытый элемент И 5, элемент ИЛИ 6 на счетный вход счетчика 9. Таким образом, начиная с

этого момента t (фиг.4 ), счетчик 9 заполняется импульсами и периодически сбрасывается в нуль импульсами с выхода формирователя 2, которые через открытый элемент И 4, блок 7 и

распределитель 12 импульсов поступают на вход соответствующей декады счетчика 13 результата (интервал Т, фиг.4ж).

20

Через время Т --(момент t,, 2 F

фиг.412) состояние формирователя 1 изменится на противоположное. В результате- этого снимается разрешающий потенциал с элементов И 5 и 3 и по25 является на входе элемента И 4. Элемент И 4 открывается, начиная пропускать импульсы Тд на вычитающий вход счетчика 11 (фиг.4 ) и продолжая подачу их на счетный вход счетчика 9 j

30 Код в счетчике 11 (пропорциональный интервалу Фиг.4Ь), записанный к моменту прохождения первого импульса Т. на второй вход блока 7 управления, начинает уменьшаться и в

35 момент стирания последнего значения кода в самом старшем разряде счетчика 11 этот сигнал (фиг.4е) воздействует на третий вход блока 7 управления вызывает изменение разрешающих

40 потенциалов на его первом и втором выходах, производя при этом отключение третьего выхода блока 7 от распределителя 12. Одновременно этим же сигналом производится отсоединение

45 сигнального входа распределителя 12 от входа декад целой части отношения счетчика 13 и присоединения сигнального входа по входу декады долей результата счетчика 13. Элемент И 4

50 запирается, прекращая подачу импульсов Тд на счетчик 13. К этому моменту импульсы Т подавались на счетчик 9 в течение интервала в точности равного Тл (разность t и t- фиг.42),

55 а число импульсов N/ частоты F , прошедшее через распределитель 12 на . счетчик 13 результата, равно целому числу периодов Tj (для выбранного при f

мера Ni 4 фиг.4ж), укладывающемуся в интервале Т. Поскольку каждым импульсом с формирователя 2 счетчик 9 обнулился, то на нем остается код Ng остатка интервал t,, - t) той дробной части периода Т , которая совместно с целым.числом N периодов Т составляет длительность интервала Т2 Н этом по сути кончается первый цикл работы измерителя - цикл определения целой- части результата отношения.

С некоторой задержкой, определяемой элементом 17, сигнал с выхода IV блока управления воздействует на управляющий вход вентильной группы 10, под действием которого она переносит код остатка из счетчика 9 и с умножением в 10 раз записывает его в реверсивном счетчике 11 (интервал tg фиг.4 ).

После еще одной задержки, необходимой для перезаписи и установки кода в счетчике 11, блок з равления вернется в исходное состояние, при котором первый из очередных импуль- сов формирователя 2 (фиг.4 о 6) вызовет очередное изменение выходных потенциалов на первом и в уором вы- ;ходах блока 7, Разрешающим сигналом с первого выхода блока 7 открывается элемент И 4 и импульсы Т с гене- .ратора 8 подаются на вычитаю дий вход реверсивного счетчика 11 (фиг.4 ), а также начинается заполнение от нуля счетчика 9 (фиг.4 ) через элементы 4 и 6. Код,счетчика 11, который был равен 10 N, начинает уменьшаться, С этого момента времени с выхода формирователя 2 импульсы Т{ через третий выход блока 7 поступают на вход декады десятых долей (импульсы 7 и 8 фиг.4ж) отношения счетчика 13 результата. Этим моментом времени начинается второй цикл работы измерителя - цикл определения десятых доле результата.

Этот цукл длится до тех пор, пока вычитающими импульсами не обнулится реверсивный счетчик II, т.е. в течение интервала времени, равного 10 Ng, к Тд . В конце этого интервала, когда в реверсивном счетчике установится код нуля и сигнал такого состояния .поступит на третий вход блока 7 управления на счетчик 9 поступит 10 « NO, импульсов Тд, но останется в нем код N(,2 интервала между по0

5

сладким импульсом с формирователя 2 и моментом поступ.ления (10 « N, ) его импульса, а на декаду десятых долей результата в счетчик 13 поступи т столько импульсов с выхода формирователя 2, сколько целых периодов укладывается в интервале 10 NQ - Т.

Остальные циклы работы измерителя, т.е. циклы определения сотых, тысячных и т.д. долей результата, осуществляются аналогично второму циклу. Измерение заканчивается после того, как через распределитель импульсов осуществится запись во все декады счет- ч.ика результата..

Технические преимущества по срав- ненио с известным устройством состоят в реализации предлагаемым устройством поразрядного метода счета, что 0 обеспечивает как минимум в Т lO /пТ, раз повьясение быстродействия, причем эффективн:ость использования устройства тем Bbmie, чем с большей точностью необходим.о производить измерение .g (п - число, определяющее с какой точностью производится измерение, например, при измерениях с точностью до 5 знака п 5).

Положительный эффект, который может быть получен от использования изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей, обеспе- чи.вающиЙ5 кроме того, возможность дополнительного определения характе- 5 ра установления частоты (при f const)

0

Формула и 3 о -б р е т е н и я

1. Цифровой измеритель отношения двух частот3 содержащий счетчик результата, элемент И и два формирователя, входы которых подключены к входным Ешнам устройства, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия, в него введены блок управления, два элемента Hj элемент ИЛИ, генератор, счетчик, вентильная .группа, реверсивный счетчик, распределитель импульсов, выходами соединенный со счетчиком результата , причем первый выход первого фор.мирователя соединен с первыми входами блока управления первого и третьего элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и первьп выходом блока управления, вторым входом подключенного к выходу второго формиро

Q

5

0

5

вателя,а вторым выходом соединенного с вторым входом первого элемента И, третий вход которого соединен с выходом генератора и третьими входами первого и второго элементов И, вы ходами второго и третьего элементов И через элемент ИЛИ соединен с инфор мационным входом счетчика, сбросовый вход которого соединен с выходом второго формирователя, выходы всех разрядов счетчика соединены через вентильную группу со старшими разрядами реверсивного счетчика, входы сложения и вычитания которого подключены соответственно к выходам первого элемента и второго элемента И, выход реверсивного счетчика соединен с управляющим входом распределителя импульсов и третьим входом блока управления, сигнальный вход распределителя импульсов соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с входом управления вентильной группы.

2. Измеритель по п. 1, о т л и чающий ся тем, что блок уп5

10

равления содержит элемент ИШ, два элемента задержки,-три триггера, два элемента И, формирователь импульсов, первый вход элемента ИЛИ, входы формирователя импульсов и первого элемента задержки являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока управления, третий вход блока управления соединен с первыми входами триггеров, выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом первого триггера, выход формирователя импульсов соединен через первый элемент И с вторыми входами второго и третье15 го триггеров, выход первого триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход второго триггера соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого

20 соединен с входом формирователя импульсов, второй вход элемента ИЛИ соединен через второй элемент задержки с первым элементом задержки, выходы третьего триггера, второго эле25 мента И и первого элемента задержки являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления.

Фиг. 2

Z 3 ч 5 6 7 8 Э W 11 12

П П П П|„ Л П П П fl П П J

4-л

КоЗЮл1 КоаЮаг

Остаток и, -7 «JJi

шшнфшф

teJi Остаток й 7i

|Я,2 й ,y,-j

жJ Jыuм Jl JI -J JLJll

Тг ,,)Тиз() Sexa&r целой части Цекада десрт. Цекада сотой fi/Fzдом F,/FZ dofla

ФигЛ

Составите;пь В.Новоселов Редактор Р.Цицика Техред Л.Олейник Корректор С.Черни

Заказ 2125/42 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие., г.Ужгород, ул .Проектная ,4

и