Устройство для измерения разности частот импульсов Советский патент 1986 года по МПК G01R23/02 

гера 16., а вьйсоды - к соответствующи входам элемента ИЛИ 17, выход котор го соединен с установочным входом сче чика 10 и первым входом усредните- 5 ля 18, счетный вход счетчика 10 и 1 подключены к первому и второму выходам формирователя 2 соответственно, выход счетчика 11 соединен с входом усреднителя 19 и подключен к входу

Изобретение относится к измерительной .технике и предназначено для изме- рения рассогласования частот.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей путем вьшолнения измерений с запаздыванием не более одного периода входной частоты при любых значениях входных частот, исключения сбоев, вызва:нных одновремен- О установки в О счетчика 11, первый ным поступлением в устройство импуль- вход элемента И 6 соединен с первым

сов обеих сравниваемьрс частот и формирования выходного сигнала знака разности сравниваемых частот.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения разности частот; на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг. 3 - схема усреднителей.

Устройство для измерения разности частот импульсов содержит генера- ji op 1 опорной частоты, формирователь 2 синхроимпульсов, блок 3 синхронизации, одновибраторы 4 и 5, элементы И 6 и 7, элемент Ш1И 8, реверсивный счетчик 9, счетчики 10 - 12 импульсов, элемент И 13, элемент ИЛИ 14, триггеры 15 и 16, элемент ИЛИ 17, усреднители 18 и 19. сумматор 20 и кнопку 21. Выход генератора 1 опорной частоты подключен к входу формирователя 2 синхроимпульсов, выходы формирователя 2 подключены к первому и второму входам блока 3 синхронизации, первый выход которого соединен с вторыми входами элементов И 6 и 7, второй выход - с входом одновибратора 4, выхо

Усреднитель 18 содержит реверсивный генератор 22 тока, ключ 23, фильтр 24. Усреднитель 19 аналогичен усреднителю 18, но в нем генератор

которого соединен с входом одновибра- нереверсивный.

тора 5 и первым входом элемента ШШ 8, Устройство для измерения разности выходы элементов И 6 и 7 подключены к счетным входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 9, управляющий вход которого соединен с выходом одновибратора 5 и с S-входом триггера 15, вход установки О реверсивного счетчика 9 подключен к выходу элемента И 13, второму входу элемента ИЛИ 8 и установочному входу счетчика 11, выходы реверсивного |счетчика 9 подключены к соответст- |вующим входам элемента ИЛИ 14 и входу параллельного ввода счетчика 12, выход старшего разряда - к второму входу элемента И 13, счетньй вход счетчика 12 соединен с выходом счетчика 10, установочньй вход - с выходом элемента ИЛИ 8 и тактовым входом тригчастот импульсов работает следующим

образом. I

Перед началом работы нажатием 5 кнопки 21 счетчики 9-12 сбрасывают ся в нуль. Последовательность прямоугольных импульсов с выхода опорного генератора 1 подается на вход формирователя 2 синхроимпульсов, который 30 формирует две сдвинутых по фазе на 180 последовательности синхронизирую щих импульсов частотой f (f j., ,f с поступающих на входы блока 3 синхронизации, на два других входа которо- 55 го поступают сравниваемые частоты M f, и f. Синхроимпульсы последовательностей f , fсг обеспечивают передачу импульсов входных частот f,

80302

гера 16., а вьйсоды - к соответствующим входам элемента ИЛИ 17, выход которого соединен с установочным входом счетчика 10 и первым входом усредните- 5 ля 18, счетный вход счетчика 10 и 11 подключены к первому и второму выходам формирователя 2 соответственно, выход счетчика 11 соединен с входом усреднителя 19 и подключен к входу

О установки в О счетчика 11, первый вход элемента И 6 соединен с первым

выходом триггера 15 и первым входом элемента И 1.3, первьй вход элемента И 7 подключен к второму выходу

триггера 15 и информационному входу триггера 16, выходы устреднителей 18 и 19 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 20, кнопка 21 подключена к входу сброс

реверсивного счетчика 9, счетчиков 10- 12, третий и четвертый входы блока 3 синхронизации являются входами устройства, выходы триггера 16 являются первым выходом устройства, выходы

триггера 16 являются первым выходом устройства, а выход сумматора 20 - с вторым выходом устройства, причем первый выход устройства подключен к второму входу усреднителя 18, на

информационные входы реверсивного счетчика 9 задают число М, равное соотношению масштабов входных часто-Г. Для простоты реализации целесообразно число М выбирать из ряда 10;

100; 1000 и т.д.

Усреднитель 18 содержит реверсивный генератор 22 тока, ключ 23, фильтр 24. Усреднитель 19 аналогичен усреднителю 18, но в нем генератор

нереверсивный.

Устройство для измерения разности

частот импульсов работает следующим

образом. I

Перед началом работы нажатием кнопки 21 счетчики 9-12 сбрасываются в нуль. Последовательность прямоугольных импульсов с выхода опорного генератора 1 подается на вход формирователя 2 синхроимпульсов, который формирует две сдвинутых по фазе на 180 последовательности синхронизирующих импульсов частотой f (f j., ,f с поступающих на входы блока 3 синхронизации, на два других входа которо- го поступают сравниваемые частоты M f, и f. Синхроимпульсы последовательностей f , fсг обеспечивают передачу импульсов входных частот f,

на первый выход у зла 3 синхронизации а f, - на второй выход узла 3 со сдвигом по фазе (исключая одновременное поступление импульсов двух частот на выходы узла 3 синхронизации, что могло бы привести к сбою в работе устройства).

В момент времени tg-j (фиг. 2) одно вибратор 4 формирует импульс. Выходной импульс одновибратора 4, прохо- дя через элемент 8 ИЛИ, поступает на установочный вход счетчика 12, обеспечивая запись в него выходного сигнала реверсивного счетчика 9, и на тактовый вход триггера 16, пере- писывая в него содержимое триггера 15. По окончании импульса на выходе одновибратора 4 по его заднему фронту одновибратор 5 формирует импульс, который, поступает на устаио- вочдьда вход реверсивного счетчика 9, обеспечивая запись в него числа М, соответствующего отношейию масштабов сравниваемых частот, и на S-входе триггера 15 - знака числа в реверсив ном счетчике ,9, формируя на выходах триггера 15 состояние, соответствующее положительному числу, что приводит к открыванию элемента И 7, после чего на вычитающий счетный вход счет чика 9 начинают поступать импульсы последовательности M/f, , уменьшая его содержимое. В момент времени t, (фиг. 2) содержимое счетчика 9 уменьшается до нyляJ об этом сигнализиру- ет выходной сигнал элемента Ш1И 14. который, поступая на тактовый вход триггера 15, переводит его в состоя- .ние, соответствующее отрицательному числу в счетчике 9, по которому от- крывается элемент И 6, и импульсы последовательности М , начинают поступать на суммирукиций счетный вход счетчика 9.,

В момент времени t (фиг. 2) при- ходит очередной импульс последовательности по которому последовательно, как было показано выше, срабатывают одновибраторы 4 и 5. I

По импульсу одновнбратора 4 через элемент ИЛИ 8 содержимое реверсивного счётчика 9 переписывается в счетчик 12, а информация о знаке разности частот (fj-fj) с выхода триггера 15 переносится в триггер 16.

Число, насчитываемое в реверсивном счетчике 9 и триггере 15 за период низкой частоты f

f Т М Ц---,

где Т - текущий период последовательности f ,

т.е. пропорционально относительной разности сравниваемых частот с учетом знака этой разности.

После записи в счетчик 12 числа uN на выходе элемента ИЛИ 17 формируется сигнал 1, поступающий на вход усреднителя 18 и на установочньм вход счетчика-делителя 10, разблокируя его При этом последовательность синхроимпульсов с выхода формирователя 2 синхроимпульсов через счетчик 10, работающий в режиме делителя частоты поступает на счетный вход счетчика 12 уменьшая его содержимое от AN до нуля вследствие чего на выходе элемента ИЛИ 17 формируется сигнал О, который блокирует счетчик 10, после чего импульсы на вход счетчика 12 не поступают. По заднему фронту импульса на- выходе одновибратора 4 срабатывает одновибратор 5 и процесс измерения повторяется.

Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 17 формируется импульсная последовательность с частотой следования f и длительностью импульсов

Т7к7; - частота следования синхроимпульсов на выходе формирователя 2;

К - коэффициент пересчета счетчика 10.

Как видно из выражений (1) и (2), длительность импульсов на выходе элемента 17 пропорциональна относительной разности сравниваемых частот.

В случае, если соотношение частот fj и fj таково, что за период частоты fjj содержимое реверс ивногр счетчика 9 и триггера 15 знака изменится до -М (если ,5 f,), что фиксируется элементом И 13, по выходному сигналу элемента И 13 сбрасывается в нуль счетчик 9, а в счетчик 11 (самоблокирующийся в нуль) записывается постоянное число Q. После записи числа Q на выходе счетчика 11 устанавливается уровень 1. Счетчик 11 разблокируется и под действием последовательности импульсов синхронизации ff , поступающих на его счетный вход с выхода формирователя 2 синхроимпульсов, его содержимое

51228030

уменьшается с Q до-О, после чего счетчик 11 самоблокируется, а на его выходе устанавливается снова уроэлс фи 5

вень О. Если реверсивный счетчик 9 снова достигнет состояния -М, процесс повторится. Таким образом, на выходе счетчика 11 формируется(,, фиг. 2) п импульсов длительностью

Число импульсов переполнения определяется выражением

- 1.

-г где п - целое число;

f - частота, максимально близкая -к f, ,но период ее целое раз укладывается в периоде частоты f .

Когда на выходе элемента И 13 появляется фиксирующий состояние -М импульс, который через элемент 8 ИЛИ поступает также на установочньй вход счетчика 12, поскольку на информационных Р -входах счетчика 12 во всех разрядах находится уровень О канал измерителя (счетчики 10 и 12, элемент ИЛИ 17, усреднитель 18 при ) в работе не участвует. В момент времени tg (фиг. 2), после прихода очередного импульса частоты fj, содержимое реверсивного счетчика 9 не достигает -М. В этом случае импульс -М на выходе элемента И 13 не формируется и счетчик 11 остается в нуле. По команде с выхода одновибратора 4 содержимое реверсивного счетчика ANj (см. фиг. 2) переписывается из реверсивного счетчика 9 в счетчик 12, после чего на выходе элемента ИЛИ 17 аналогично описанному формируется единичный импуль длительностью

г,кс (tg-tp K,-M-f,iir- r

Преобразуя последнее выражение, получают

f -f

т -V ы - о,-К;М.

Сигнал на выходе 2 устройства проЬорционален абсолютной разности сравниваемых частот с учетом знака разности, формируемого на выходе 1 уст-- ройства.

Усреднитель 18 (19) работает следующим образом.

При отсутствии импульса с выхода элемента ИЛИ 17 ключ 23 открыт и ток с выхода генератора тока 22 на вход фильтра 24 не поступает. При наличии входного импульса

ключ 23 закрывается и импульс тока по длительности, равный входному и соответствующий по з наку состоянию триггера 16 через фильтр 24, поступает на вход сумматора 20. Среднее значение тока, поступающего на вход сумматора 20 с выхода измерителя 18 С,

-г- -ч- „

,, -J-rr/ т,, где 1 - выходной ток реверсивного

генератора 22 тока. Измеритель 19 работает аналогично. Среднее значение тока, поступающего на вход сумматора 20 с выхода измери- теля 19,

ср2

где 1,,

I

ГТ2

n , 2

- ВЫХОДНОЙ ток нереверсивно- го генератора 22 тока. При равенстве величин токов генераторов

zo го

.I,,-m.(f,-f2),

где m - масштабный коэффициент;

30

-напряжение сумматора 20;

-коэффициент передачи сумматора 20.

Предлагаемое устройство работает в трех режимах: ,5-f,;

,, ;

выход измерителя на естественное ограничение. В первом режиме в работе участвует только, канал измерителя 18, а во втором - оба канала 18 и 19. В обоих случаях выходной сигнал (выход сумматора 20) пропорционален абсолютной разности сравниваемых -входных частот, т.е. устройство обеспечивает быстродействующее измерение разности частот следования импульсов, в том числе если одна из частот равна нулю.

Использование предлагаемого устрой- ства позволяет повысить быстродействие измерения разности частот, поскольку измерение может осуществляться за один период входной частоты и обеспечивает работоспособность устройства при любом соотношении входных частот, даже если одна из них равна нулю, т.е. имеет более широкие функциональные возможности.

Формула из обретения

Устройство для измерения разности частот импульсов, содержащее генератор опорной частоты, три счетчика импульсов, три элемента И, три элемента ИЛИ, триггер, при этом выход первого элемента ИЛИ соединен с тактовым входом триггера, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход второго элемента ИЛИ соединен с установочным входом первого счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введены реверсивный счетчик, формирователь синхроимпульсов, блок синхронизации, два од- новибратора, второй триггер, два усреднителя,и сумматор, при этом выход генератора опорной частоты соединен с входом формирователя синхроимпульсов, первый выход которого соединен со счетным входом второго счетчика и первым входом блока синхронизации, а второй выход - со счетным входом третьего счетчика и вторым входом блока, синхронизации, первый выход которог о соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены со счетными входами сложения и вычитани реверсивного счетчика соответственно второй выход блока синхронизации через последовательно соединенные пер- вый и второй одновибраторы соединен с установочным входом реверсивного счетчика и S-входом первого триггера

5

0

5

первый выход которого соединен с первым входом третьего элемента И,, а второй выход - с первым входом второго элемента И, и информационным вхо- 5 дом второго триггера, тактовый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого одновибра- тора, а второй вход - с выходом третьего элемента И, установочным входом третьего счетчика и входом установки в О реверсивного счетчика, входы параллельного ввода первого счетчика поразрядно соединены с входами первого элемента ИЛИ и с выходами реверсивного счетчика, причем выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с вторым входом третьего элемента И, счетный вход первого счетчика соединен с выходом второго счетчика,

а выходы - с соответствующими входами третьего элемента ИЛИ, установочный вход второго счетчика подключен к выходу третьего элемента ИЛИ и первому

, входу первого усреднителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго усреднителя, вход которого соединен с выходом третьего счетчика и его входом установки в О, третий и четвертый входы -бло- ка синхронизации являются первым и вторым входом устройства, а выходы второго триггера и сумматора - первым и вторым выходами устройства, причем первый выход устройства соединен с вторым входом первого усреднителя.

0

Изобретение предназначено для .измерения рассогласования частот. Цель изобретения - повьпиение быстродействия и расширение функциональных возможностей. Устройство содер т генератор 1 опорной частоты, формирователь 2 синхроимпульсов, блок 3 синхронизации, одновибраторы 4, 5, элементы 6, 7 И, элемент 8 ИЛИ, реверсивный счетчик 9, счетчики 10, 11, 12., элемент И 13, элемент 14 ИЛИ, триггеры 15, 16, элемент 17 ИЛИ, усреднители 18, 19, сумматор 20, кнопку 21. Повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей достигается за счет введения реверсивного счетчика 9, формирователя 2 синхроимпульсов одновибрато- ров 4,5, триггера 16, усреднителей 18, 19, сумматора 20, при этом обеспечивается бессбойная работа, вызванная одновременным поступлением сравниваемых частот f и f при еле- дующих их соотношениях: ,5f, ; f.jf 0,5 f, . 3 ил. (Л