Устройство для измерения частоты Советский патент 1986 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты с выдачей результата измерения в цифровом виде.

Цель изобретения - повышение точности измерения и увелиг1ение диапазона измеряемых частот - достигается за счет параллельной работы частотомеров.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг, 2 - временная диаграмма его работы.

Устройство для измерения частоты содержит генератор 1 эталонной частоты, га частотомеров 2, состоящих из ..счетчиков 3 и 4 импульсов эталонной и измеряемой частоты, селектора 5 эталонной частоты, селектора 6 измеряемой частоты, триггера 7, селектора 8, селектора 9 и триггера 10 управления, элементы 11 и 12 совпадения, синхронизатор 13, элементы 1-ШИ 14-16, .формирователь 17 тактовых импульсов, вентильный блок 18, вклю30

35

рователя тактовых импульсов вычислителя 21 соединен с третьим входом накапливающего сумматора 19, второй выход формирователя тактовых импульсов соединен с четвертым входом накапливающего сумматора 19 и с вторым входом регистра 20 сдвига, первый вход которого соединен с выходом на- капливающе о сумматора и с вторым входом вентильного блока 18, выход которого соединен с вторым входом накапливающего сумматора.

Устройство работает следующим .- образом.

40

чающий схемы совпадения, имеющие пря- js вычислителя 21), первый выход, форми- и инверсные выходы, накапливающий сумматор 19 и регистр 20 сдвига. Формирователь 17, вентильный блок 18 сумматор 19 и регистр сдвига 20 образуют вычислитель 21. Выход генератора 1 эталонной частоты соединен с входом синхронизатора 13, с первым входом формирователя 17 тактовых им- пул7: сов, четвертым входом вычислителя 21 и с первыми входами m селекторов 5 эталонной частоты, частотомеров 2; m выходов синхронизатора 13 подключены к шинам обнуления m счетчиков 3, 4 импульсов эталонной и измеряемой частоты частотомеров 2 и управляющим входам га триггеров 7. Шина импульсов измеряемой частоты соединена с первыми входами m селекторов 6 измеряемой частоты и с первыми входами m селекторов Вит селекторов 9, в частотомере 2 выход селектора 6 соединен с входом счетчика 4 импульсов измеряемой частоты, выходы которого подключены к первым входам m элементов 11 совпадения, выход селектора 5 эталонной частоты соединен с входом m счетчика 3 импульсов эталонной частоты, выходы которого подключены К входам m элементов 12 совпадения, выход счетчика 3 импульсов эталонной частоты соединен с первым входом триггера 7, прямой выход которых соединен с вторым входом селектора 8, а инверсный выход соединен с вторым

45

Синхронизатор 13, состоящий из счетчика и дешифраторов, формирует m импульсов для запуска m частотомеров 2, причем эти импульсы запуска задержаны относительно друг друга на время t и имеют период следования, равный Т(| . На шину обнуления i-ro частотомера 2 поступает i-й импульс запуска и производит обнуление счетчика 3 импульсов эталонной частоты, счетчика i импульсов измеряемой частоты и : триггера 7. Триггер 7 формируе т разрешение на прохождение импульсов измеряемой частоты f через селектор 9. Очередной импульс частоты f проходит через селектор 9 и взводит триггер 10, который формирует начало интер55

вала измерения Т ры 5 и 6.

J,- , открывая селектовходом селектора 9, выход селектора 8 соединен с первым входом триггера 10 управления, выход селектора 9 соединен с вторьм входом триггера

10 управления, прямой выход которого подключен к вторым входам селекторов 5, 6 измеряемой и эталонной частот, инверсный выход триггера 10 управления соединен с вторыми входами элементов 11, 12 совпадения и с соответствующим входом элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с вторым входом формирователя 17 тактовых импульсов (вторым входом вычислителя 21). Выходы элементов 12 совпадения частотомеров 2 соединены с входами элемента ИЛИ 15, выход которого соединен с первым входом вентильного блока 18, первым входом вычислителя

21, выходы элементов 11 совпадения частотомеров 2 соединены с входами элемента ИЖ 16, выход которого соединен с первым входом накапливающего сумматора 19 (третьим входом

рователя тактовых импульсов вычислителя 21 соединен с третьим входом накапливающего сумматора 19, второй выход формирователя тактовых импульсов соединен с четвертым входом накапливающего сумматора 19 и с вторым входом регистра 20 сдвига, первый вход которого соединен с выходом на- капливающе о сумматора и с вторым входом вентильного блока 18, выход которого соединен с вторым входом накапливающего сумматора.

Устройство работает следующим .- образом.

вычислителя 21), первый выход, форми-

ычислителя 21), первый выход, форми-

Синхронизатор 13, состоящий из счетчика и дешифраторов, формирует m импульсов для запуска m частотомеров 2, причем эти импульсы запуска задержаны относительно друг друга на время t и имеют период следования, равный Т(| . На шину обнуления i-ro частотомера 2 поступает i-й импульс запуска и производит обнуление счетчика 3 импульсов эталонной частоты, счетчика i импульсов измеряемой частоты и : триггера 7. Триггер 7 формируе т разрешение на прохождение импульсов измеряемой частоты f через селектор 9. Очередной импульс частоты f проходит через селектор 9 и взводит триггер 10, который формирует начало интер

вычислителя 21), первый выход, форми-

вала измерения Т ры 5 и 6.

J,- , открывая селектоВ течение i-ro интервала Т,- происходит заполнение счетчика 3 импуль сами частоты fj и счетчика 4 импульсами измеряемой частоты f , причем в течение интервала измерения форми- рователь 17 тактовых импульсов блокируется сигналом, поступающим с инверсного выхода триггера 10 через элемент ИЛИ 14.

Через время, определяемоеемкостью счетчика 3 (в момент переполнения

счетчика 3) и равное t,, 7 батывает триггер 7, закрывая селекто

9 и давая разрешение на прохождение сигнала f,, через селектор 8. Очередной импульс измеряемой частоты f проходит через селектор 8 и опрокидывает триггер 10, формируя конец ин-: тервала измерения .

В момент окончания i-ro интервала измерения на счетчике 3 оказывается зафиксированным число , а на счетчике 4 - число N., причем

п, п,

ЙП

где По - число периодов частоты f

в момент переполнения счетчика 3-i;

i - число периодов . частоты f , зафиксированное на счетчике 3-i в момент срабатывания . триггера 10-i.

Измеряемая частота f равна отношению числа полных периодов измеряемой частоты и их суммарной длительности, т.е.

N;

п /f.T.

NL

п,Аналогичным образом работает любой из m частотомеров 2.

Преобразование кодов N,- и п,- в код

Ni

частоты fy. f,,

i ат n

производится

после окончания каждого из интервалов измерения следующим образом. Преобра-50 зование производится с помощью эле- . ментов 11, 12 совпадения, элементов ИЛИ 14-16 и вычислителя 21..

После окончания i-ro из m интерваtсигнала Т... , снимаемого с

.Одновременно по второму такту Т происходит сдвиг содержимого накапливающего сзт матора 19 и регистра 20 сдвига на один разряд в сторону старших разрядов. На этом заканчивается первый цикл преобразования кодов и в код fy,- , в результате которого в регистре 20 сдвига оказывается записанным значение первого старшего разряда кода f,-

лов измерения на время

у. , ,nj-jj-ia.i4ui и С инверсного выхода триггера 10 управления, элементы 11, 12 совпадения открываются.

По окончании первого цикла преобразования в накапливающем сумматоре 19 находится число 2 N,-. В зависимости от знака-этого числа на управ- .ляющйй вход вентильного блока 18 с помощью 55 .поступает либо потенциал логической единицы, либо потенциал логического нуля. В первом случае вентильный блок 18 инвертирует код п, во вто,

JQ

.

|с

20

25

30

5

0

15

0

В накапливающий сумматор 19 по первому входу записывается код числа N,-. Поскольку число N,- О, знаковый разряд накаплчвающего сумматора 19 находится в единичном состоянии и на управляющий вход вентильного блока 18 состоящего из схем совпадения, имеющих прямые и инверсные выходы, поступает потенциал логической единицы. Под действием этого потенциала вентильный блок 18 инвертирует код п--, поступающий на его вход со счетчика 3, и передает этот инверсный код n.j на второй вход накапливающего сумматора 19. .

Одновременно сигнал Т, проходит через элемент ИЛИ 14 и снимает блокировку с второго входа формирователя 17 тактовых импульсов, который начинает вырабатывать сдвинутые по времени друг относительно друга такты . Т, иТ,. ,.

По первому такту Т в накапливаю- щем сумматоре 19 происходит сложение кода N- с инверсным кодом п-. После окончания первого такта Т в накапливающем сумматоре 19 оказывается записанным число N,- Nj Hj, которое может быть положительным или отрицательным. Связь 31гакового разряда накапливающего сумматора 19 с младшим разрядом регистра 20 сдвига выполнена таким образом, что в момент, когда формирователь 17 тактовых импульсов формирует второй такт Т (такт сдвига), в младший разряд регистра 20 сдвига записывается инвер-; сия состояния знакового разряда накапливающего сумматора 19.

.Одновременно по второму такту Т происходит сдвиг содержимого накапливающего сзт матора 19 и регистра 20 сдвига на один разряд в сторону старших разрядов. На этом заканчивается первый цикл преобразования кодов и в код fy,- , в результате которого в регистре 20 сдвига оказывается записанным значение первого старшего разряда кода f,-

ром случае в накапливающий сумматор 19 передается прямой код числа п.

После этого формирователь 17 тактовых импульсов формирует вторые два такта Т и Т, в результате чего формируется второй разряд кода f. ит.д.

По окончании всех циклов преобразования в регистре 20 сдвига оказывается записанным код измеряемой час-

т о ты f

x-i

Число циклов преобразования выбирается в зависимости от требуемой .точности преобразования. Обычно числ циклов равно числу разрядов счетчи- ка 3 импульсов эталонной частоты.

Увеличивая число циклов преобразования, можно практически свести к нулю погрешность преобразования кодо N. и п. в код , при этом лишь несколько увеличив число разрядов накапливающего сумматора 19 и регис- ра 20 сдвига.

Преобразование осуществляется за время .

При поступлении в накапливающий сумматор 19 с выходов следующего (i + 1) измерителя частоты кодов N, и происходят такие же преобразования, как для кодов п В этом случае перед началом преобразования в накапливающий сумматор 19 записывается код числа Nj.- За время преобразования формируется

f,.,.

Таким образом, на регистре 20 сдвига формируется код f, обновлени которого производится через время t (причем время . должно быть больше времени преобразования ) .

Повышение точности измерения частоты достигается за счет наличия в

предлагаемом-устройстве m измерителей частоты, имеющ их погрешность измерения, равную дискрету высокой частоты f ,|. , вместо счетных каналов известного устройства, представляющих грубые измерители с погрешностью равной дискрету измеряемой (низкой) частоты.

Увеличение диапазона измеряемьк частот достигается за счет того, что измерение частоты производится непрерывно за время интервала измерения, а перепись информации со счетчиков измеряемой и эталонной частот производится после окончания интервала измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной частоты и синхронизатор, m счетных каналов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширени диапазона измеряемых частот, каждый счетный канал выполнен в виде частотомера, вход измеряемой частоты которого соединен с входной шиной, вход эталонной частоты которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, а вход пуска - с соответствующим выходом синхронизатора, первые, вторые и третьи выходы всех частотомеров соответственно через первый, второй и третий элементы ИЛИ соединены с соответствующими входами вычислителя, выход генератора эталонной частоты соединен с четвертым входом вычислителя.

4j«

iJ4J

4J

u

HJ

.Изобретение.относится к области измерительной техники. Может быть использ.овано для измерения частоты с выдачей результата измерения в цифровом виде. Цель изобретения - повышение точности измерения и увеличение диапазона -измеряемых частот. Для этого в устройстве, содержащем синхронизатор 13, генератор эталонной частоты 1,т .счетных каналов, каждый канал выполнен в виде частотомера 2, В устройство входят блоки ИЛИ 14-16, вычислитель 21. Частотомер 2 состоит из счетчиков импульсов эталонной и измеряемой частоты 3, 4, селекторов эталонной и измеряемой частоты 5,6,, триггера 7, селекторов 8, 9, тригге- ра 10 управления, элементов совпадения 1 1, 12. Вычислитель 21 образуют: формирователь 17, вентильной.блок 18: состоящий из схем совпадения, сумматор 19, регистр сдвига 20. Измерение частр ты производится .непрерывйо за время интервала измерения. Перепись, информации со счетчиком измеряемой и эталон|юй частот производится после окончания интервала измерения. Это позволяет увеличить диапазои измеряемых частот. Повышение точности измерения частот достигнуто за счет наличия в.устройстве m измерителей часто-. ты, имеющих погрешность измер ения, равную, дискрету высокой частоты. 2 ил. § W ю 4 к J СО