Цифровой следящий частотомер Советский патент 1986 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может, быть исПоль- зовано для цифрового измерения частоты и скорости ее изменения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения одновременно с оп- редблением частоты скорости ее изме.НёЙЙЯ f Ц .

На фиг. 1 представлена блок-схе- ; ма предлагае рз р цифрового следящего частотомера} на;-фиг. 2 - временные диаграммы его ра.боты. Частотомер .состоит из генератора 1 опорной частоты (ГОЧ), формирователя 2, хронизатора 3, реверсивных счетчиков 4 и 5, двоичного з ножите- ля 6, образованного из счетчика 7, группь импульсно-потенциальных вентилей 8 и элемейтов 9 сборки, счетчиков 10 и 11 импульсов, регистра 12, управляемого делителя 13 частоты, триггеров 14 - 17, элементов 18-21 совпадения, элементов 22 и 23 сборки.

Шина входного сигнала соединена с входом формирователя 2, выход которого подключен к входу хронизатора 3. Выход генератора 1 опорной частоты соединен с входом двоичного умножителя 6 и управляемого делителя 13 частоты, первыми входами элементов 18 и 19 совпадения, вторыми входами элемента 21 совпадения и хронизатора 3, выход последнего подключен к входам установки в О счетчика 10 импульсов, двоичного умножителя 6, триггеров 14 и 15 и входам записи регистра 12 и управляемого делителя 13 частоты. Управляющие входы двоичного умножителя 6 соединены с выходами регистра 12, а выход - с входом счетчика 10 импульсов..Входы регистра 12 подключены к выходам счетчика 7 двоичного умножителя 6.Входы установки в 1 триггеров 14 и 15 соединены соотЕ тственно с выходами счетчика 10 и игульсов и управляемого делителя 13 частоты, прямые выходы - с входами элемента 22 сборки и вторыми входаьи соответственно элемен- тов 18 и 19 совпадения, третьи входы которых подключены к инверсным выходам соответственно триггеров 15 и . 14. Выходы элементов 18 и 19 совпадения соединены соответственно с входами вычитания и сложения ревер-. сивного счетчика 4, выходы которого подключены к управляющим входам дели-;

теля 13 частоты, а также к входам установки в 1 и О триггера 16 и входам элемента 23 сборки, выход которого подключен к входам установки

в 1 триггера 17 и входу сложения реверсивного счетчика 5, вход вычитания последнего соединен с выходом элемента 20 совпадения, первый вход которого подключен к выходу двоичного умножителя 6, а второй - k первому входу элемента 21 совпадения и выходу триггера 17. Вход счетчика 11 импульсов соединен с.выходом элемента 21 совпадения. Выход реверсивного счетчика 5 подключен к входу - установки в О триггера 17. Выход элемента 22 сборки соединен с входом установки в О счетчика 11. I

Частотомер работает следующим образом.

Входной сигнал x(t), частота f которого измеряется, поступает на вход формирователя 2, который сов- местно с хрони.затором 3 преобразует его в последовательность коротких импульсов с длительностью, равной длительности импульса с выхода ГОЧ 1 (фиг. 2о), и .частотой следования, равной частоте f входного сигнала

x(t) (фиг. 2).

Передним фронтом очередного импульса с выхода хронизатора 3. т.е. в начале текущего периода Тц, сигнала x(t), информация о предыдущем периоде ,

N

М5-0 -0 о

(1)

где fg - частота следования импульсов с выхода ГОЧ,

40 из счетчика 7 двоичного умножителя 6 переносится в регистр, 12.

Задним фронтом этого же импульса производится установка в О счетчика 7 двоичного умножителя 6, счетчи45 ка 10 импульсов, триггеров 14 и 15 (фиг. 2 S , Z соответственно), а также перенос инверсного кода предьщу- щего рез ультата ..4 измерения частоты из реверсивного счетчика 4 в

50 делитель 13 частоты. При этом на выходе последнего через время

TOC N

(2)

ix(z) /fo с начала появляется импульс, 15 устанавливанмций триггер 15 в 1.

В течение каждого текущего периода (Tj,; )x(t) на выходе Двоичного умножителя 6 формируется частотно-импульсная последовательность той следования импульсов .

/2,

o irii-o

где п - число двоичных разрядов умножителя 6 и регистра 12, поступающая на вход т-разрядного счетчика 10 импульсов. При этом на выходе последнего через время .«л,

2/fT.

(4)

появляется импульс переполнения, который устанавливает в 1 триггер 14

равенстве ТОР и Tj, т.е. нахождении триггеров 14 и 15 в одинаковом состоянии, элементы 18 и 19 совпадения не пропускают импульсов с выхода ГОЧ на входы реверсивного . счетчика 4 и следовательно, его сос- тояние, равное, с учетом (1) - (4).

о

Nj

fx(i.O

XO-2)

«(И )

остается неизменным.

При неравенстве То(. и 1 триг- 1геры 14 и 15 находятся в противоположных состояниях на временном промежутке

ЛТ (Т - ),

(6)

в течение которого при Т на вход сложения реверсивного счетчика 4 через элемент 1,9 совпадения (фиг. 2а), а при Т/ на вход вычитания этого счетчика через элемент 18 совпадения (фиг. 2е ) поступает число импульсов с выхода ГОЧ 1, равное с учетом (1) - (6)

AN-f. ЛТ- N

, n+m

Ь(;-о -

х(-0

В начале временного интервала дТ счетчик 11 устанавливается в О, а. триггер 17 первым импульсом f в этом интервале - в 1 (фиг. 2 Л), шая при этом прохождение импульсов с выходов ГОЧ 1 и двоичного умножителя 6 соответственно на вход счетчика 11 (фиг. 2к ) и вход вычитания счетчика 5 (фиг. 2 и), в это же время на вход сложения.последнего через элемент 23 подаются импульсы с выхода элемента 18 или 19 совпадения (фиг. 2 ),

10

По окончании д Т поступление импульсов на вход сложения реверсив- н ого счетчика 5 прекращается, а импульсы на вход счетчика 11 поступают до момента досчета счетчика 5 до нуля, что приводит к.установлению в О триггера 17 (фиг. 2л). При этом время подключения ГОЧ Т. к входу Счетчика 11 составляет

п .

AT

uT/f

(8)

а число импульсов, поступающее на его вход в течение дТ , с учетом (1) - (8) .

I Zntni

N..

X(b0 «(i-2)

/T

X(i14) (9)

fo

25

30

35

40

45

. 50 5520

где v - скорость изменения измеряе мой частоты.

Знак скорости vj, изменения частоты определяется триггером 16, устанавливаемым соответственно в нулевое при v О или единичное при у : 0- состояния первыми импульсами последовательностей с выходов соответственно элементов 19 и 18 совпадения (фиг. 2л ).

Пост.улление последовательностей импульсов на входы сложения и вычитания счетчика 5 в одно и то же время не приводит к сбоям в работе частотомера, так как частота следования импульсов на входе сложения счетчика 5 (fp) всегда превышает частоту следования импульсов на входе его вычитания (f-r ) и, следовательно,счетчик 5 никогда не установится.,в О цо окончания поступления импульсов uN, а, действующие фронты входной и выходной последовательностей для двоичного умножителя всегда разграничены во времени, поэтому совпадения . импульсов на входах сложения и вычитания счетчика 5, являющихся одновременно входными и выходными соответственно для двоичного умножителя 6, невозможны. При нулевой скорости изменения частоты . Поэтому элементы совпадения 18 и 19 не пропускают импульсов на выход и, следовательно, триггер 17 находится в нулевом состоянии, не пропуская при этом импульсов на входы счетчиков 5 и 11. Счетчик 11 сбрасывается в О импульсом с выхода элемента 22 сборки и также остается в нулевом состоянии.

При включении устройства (имеется ввиду подача питания иа схемы, так как сигнала пуска в устройстве нет, оно предназначено для непрерывной работы) два первых периода являются установочными, так как счетчик 7 и реверсивный счетчик 4 устанавливают- ся при подаче питания в произвольное состояние.,

С пршсодом первого импульса x(t) после включения устройства счетчик 7 сбрасывается в О и в течение первого периода x(t) после включения в не формируется показание этого периода, переносимое по окончании периода в регистр 12. В течение второго периода x(t) после включения устройства на выходе двоичного умножителя 6 формируется частотно-импульсная последовательность с частотой следования импульсов, прямо пропорциональной первому периоду x(t) (см. выражение (3)). Следовательно, триггер 14 формирует йpieмeннoй интервал Т (см. выражение (4)), соответствующий показанию f){ за первый период x(t) после включения устройства, а триггер 15 - временной интервал , соответству- 1р1ций согласно формуле (2) состоянию реверсивного, счетчика .4. В течение- времени лТ между Т, и Т05 показани корректируется до значения, соответствующего значению измеряемой частот за первый период x(t) после Подачи питания. Следовательно., в третьем периоде после включения устройства уже может определяться скорость изменения измеряемой частоты v . В дальнейшем устройство производит отслеживание значения частоты сигнала x(t) и скорость ее изменения по каж- дому периоду.

Триггеры 14 и 15 в течение работы устройства (включая и первые два периода x(t) после его включения) работают согласно врейенных диаграмм на фиг . 2,.Б , г .Триггер 17 при подключении питания может установиться в любое из двух состояний О или 1. При установке в О он работает в соответствии с диаграммой на фиг. 2ik. При установке в 1 триггер 17 разрешает прохождение импульсов на вход счетчика 11 и вход счетчика

5 до начала дТ. В течение первого установочного периода счетчик 5 дос читывает до О, что приводит к установке триггера 17 в О и его работе, начиная со второго установочного периода, согласно фиг. 2 .

Формула изобретения

Цифровой следящий частотомер, содержащий генератор опорной частоты, формирователь, хронизатор, первый реверсивный счетчик, двоичный умножитель, первый счетчик импульсов, регистр, управляемый делитель частоты, первый элемент совпадения и первый триггер, причем шина входного сигнала соединена с входом формирователя, выход которого подключен к входу хронйзатора, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, входом двоичного умножителя, входом управляемого делителя частоты и первым входом первого элемента совпадения, а выход - с входами установки в О двоичного умножителя и первого счётчика импульсов, входами записи регистра и управляемого делителя частоты, управляющие входы двоичного умножителя подключена-X выходам регистра, а выход - к входу первого счетчика импульсов, выходы первого реверсивного счетчика соединены-с управляющими входа 1и делителя частоты, прямой выход первого триггера соединен с вторым входом первого элемента совпадения, а входы регистра с выходами счетчика двоичного умножителя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй реверсивный счетчик, второй счетчик импульсов, три триггера, три элемента совпадения и два элемента сборки, причем выходы первого счетчика импульсов и управляемого делителя частоты соединены соответственно с входами установки в 1 первого и второго триггеров, входы установки в О которых соединены с выходом хро- низатора, прямые выходы соединены с входами первого элемента сборки, а нулевые - с третьими входами соответственно второго и первого элементов совпадения, выходы крторых соединены соответственно с входами сложения и вычитания первого реверсивного счетчика, входами установки в О и третьего триггера и входами вто 1

роге элемента сборки, выход которого подключен к входу установки в 1 четвертого триггера, входу сложения второго реверсивного счетчика, вход вычитания последнего соединен с выходом третьего элемента совпадения, первый вход которого подключен к выходу двоичного умножителя, а второй - к первому входу четвертого элемента совпадения и выходу четвертого триг

411438

гера, вход второго счетчика импульсов подключен к выходу четвертого элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной 5 частоты и первым входом второго элемента совпадения, второй вход которого подключен к прямому выходу вто- р ого триггера, выход второго реверсивного счетчика подключен к входу 10 установки в О четвертого триггера, выход первого элемента сборки соеди-- нен с входом установки в О второго счетчика.

Изобретение относится к области измерительной техники. Может использоваться для цифрового измерения частоты и скорости ее изменения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения одновременно с определением частоты скорости ее изменения. Для этого в устройство, состоящее из генератора опорной частоты 1, формирователя 2, хронизатора 3, реверсивного счетчика 4, двоичного умножителя 6, образованного из счетчика 7, группы импульсно-потенциальных вентилей 8, элементов сборки 9, счетчика импульсов 10, регистра 12,управляемог.0 делителя частоты 13,триггера 14, элемента совпадения 18, введены реверсивный счетчик 5, счетчик импульсов 11, триггеры 15, 16, 17, элементы совпадения 19, 20, 21, элементы сборки 22, 23. Поступление последовательностей импульсов на входы сложения и вычитания счетчика 5 в одно и то же время не при- водит к сбоям в работе частотомера. Частота следования импульсов на входе- сложения счетчика 5 всегда превьппает частоту следования импульсов на входе его вычитания. При включении устройства два первых периода являются установочными, так как счетчик 7 и -реверсивный счетчик 4 устанавливаются при подаче питания в произвольное положение. В 3-м периоде после включения устройства может определяться скорость изменения измеряемой частоты V. . Устройство производит отслеживание значения частоты сигнала , x(t) и скорость ее изменения по каждому периоду. 2 ил. о СЛ

signVf

Фиг,1

j, -tt

to ic «a M ца.« ( «ч a «