Устройство для цифрового сличения частот Советский патент 1987 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в метрологии для высокоточного цифрового сличения частот.

Цель изобретения - уменьшение времени сличения частот.

Цель достигается за счет предварительного измерения сдвига фаз пове- ряемой и стандартной частоты и расчета требуемого времени сличения ча- сто.т на ЭВМ.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства;- на фиг.2 - времен- ные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит генератор I-IM- пульсов дополнительной частоты 1,

20

элементы И 2 - 4 генераторы импульсов образцовой 5 и поверяемой 6 частот, элементы 7 и 8 совпадения,фор- Ыирователи 9-11 импульсов, элемен- ы И 12, 13, блок 14.измерения сдвига фаз, ЭВМ 15, элемент И 16, элемент НЕ 17, формирователь 18 импульсов, элемент И 19, счетчик 20 (двух- раЗрядный), RS-триггеры 21 - 23, элементы И 26 - 30, формирователь 31 импульсов, интерфейс 32, счетчики 33 - 30 37, блок 38 сравнения кодов.

В устройстве блок 14 измерения сдвига фаз подключен через интерфейс 32 к ЭВМ 15, выходы интерфейса соеди23 триггеров соединены между собой, а также через третий формирователь 18 импульсов соединены с выходом первого триггера, прямые выходы всех триггеров соединены с первыми входами восьмого 26, девятого 27, десято- го 28, одиннадцатого 29, двенадцато- го 30 элементов И, вторые входы которых подключены через первый элемент И к генератору 5 импульсов образцовой частоты, а выходы этих элементов И подключены к пяти счетчикам импульсов 33 - 37, которые с помощью шины - данных через интерфейс соединены с ЭВМ, инверсный выход четвертого триггера через пятый формирователь им. ггульсов 31 соединен с шиной конца из- нены с блоком 38 сравнения кодов и с 35 мерения интершейса 32. вторыми входами первых трех элементов | И 2 - 4, вторые входы которых соединены соответственно с генераторами импульсов образцовой 5, дополнительной 1 и поверяемой 6 частот, выходы 40 первого 2 и второго 3, а также второго 3 и третьего 4 элементов И попарно подключены к первым и вторым входам элементов 7 и 8 совпадений, выходы

Устройство работает следующим образом.

Сигналы образцовой частоты f. с .генератора, 5 и поверяемой частоты f с генератора 6 подаются в блок измерения сдвига фаз исследуемых сигналов 14. Результат каждого измерения записывается в память ЭВМ 15,где

которых соединены с входами двух фор-45 по истечении определенного, количестмирователей 10 и 11 гмпульсов, выход первого формирователя 10 подключен через первый вход четвертого 16 элемента И к входу двухразрядного счет- .чика 20,первый и второй выходы которого соединены соответгтвенно с установочными входам.и первого триггера 21, кроме того, второй выход счетчика 20 через элемент НЕ 17 соединен с вторым входом четвертого элемента И 16, выход первого формирователя 10 соединен также с входом третьего фор- мировател1я 9 импульсов, выход которого подключен к первому входу пято

0

0

го элемента И 12, второй вход которого подключен к выходу блока 38 сравнения кодов, выход пятого элемента И

12подключен к R-входу третьего триг- гера 23, а также к вторым входам шестого 13 и седьмого 19 элементов И, первые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным входами четвертого триггера 24, выход шестого элемента И соединен с S-вхо- -дами четвертого 24 и пятого 25 триггеров, а выход седьмого элемента И

13соединен с R-входом четвертого триггера 24, выход второго формирователя 11 импульсов соединен с R-входами второго 22 и пятого 25 триггеров, S-входы второго 22 и третьего

23 триггеров соединены между собой, а также через третий формирователь 18 импульсов соединены с выходом первого триггера, прямые выходы всех триггеров соединены с первыми входами восьмого 26, девятого 27, десято- го 28, одиннадцатого 29, двенадцато- го 30 элементов И, вторые входы которых подключены через первый элемент И к генератору 5 импульсов образцовой частоты, а выходы этих элементов И подключены к пяти счетчикам импульсов 33 - 37, которые с помощью шины - данных через интерфейс соединены с ЭВМ, инверсный выход четвертого триггера через пятый формирователь имггульсов 31 соединен с шиной конца из- мерения интершейса 32. |

Устройство работает следующим образом.

Сигналы образцовой частоты f. с .генератора, 5 и поверяемой частоты f с генератора 6 подаются в блок измерения сдвига фаз исследуемых сигналов 14. Результат каждого измерения записывается в память ЭВМ 15,где

ва измерений определяется погрешность измерения фазового сдвига At,j . Исходя из найденного значения погрешности Ati,j ЭВМ 15 вычисляет необходимое (расчетное) время сличения , , и через интерфейс 32 передает цифровой код, соответствуюш.ий расчетному времени измерения в блок 38 сравнения кодов.

Определив ременной интервал сличения , ЭВМ 15 через интерфейс 32 открывает по первым входам элементы И 2 - 4, которые пропускают импульсы образцовой fp, дополнительной fg и

поверяемой f частот в элементь совпадения. С выходов элементов И 2 и. 3 импульсы частот f и поступают на элемент совпадения 7, первый импульс совпадения в первом канале (фиг. 2 б) открывает формирователь импульсов 10, который формирует импульсы с периодом, несколько превышающим период следования импульсов совпадения в результате чего на вы- ходе формирователя 10 (фиг.2 е) появляется огибающая пакета совпадений. (Счетчик двоичной информации 20 до прихода пакета совпадений находится в состоянии О, поэтому на выходе элемента НЕ 17 - 1).

С приходом первой огибающей пакета совпадений в первом канале, счетчик 20 переходит из состояния О в состояние 1. Высокий потенциал, снимаемый с единичного выхода счетчика 20 подается на S-вход триггера 21 и устанавливает его в состояние 1 (фиг.2 з). При этом откры-

вается элемент И 26 и формирователь импульсов 18, а кратковременный импульс, появившийся на выходе формирователя 18 подается на S-входы триггеров 22, 23, устанавливает их в со- зо стояние 1 (фиг.2 и, л) и одновременно с элементом И 26 открываются элементы И 27, 28. В счетчиках 33 - 35 начинается счет импульсов частоты f .

35

Счетчик импульсов 33 прекращает счет импульсов в момент появления первого им1гульса второго пакета совпадений в первом канале (фиг.2 б). Этот импульс переводит счетчик 20 из состояния 1 в состояние О, таким образом закрываются элемент И 16 и триггер 21 (фиг.2 з) .

Счетчик 34 импульсов прекращает счет импульсов частоты f. с приходом первого импульса первого пакета сов падений во втором канале (фиг.2 г), которьш образован элементами ИЗ, 4, элементом 8 совпадения и формирователем 11 импульсов. Т.е. первый .импульс совпадения, пришедший с выхода элемента -8 совпадения открывает формирователь 11, который работает ана логично формирователю импульсов 10, а импульс, снимаемьпЧ с выхода формирователя 11 (фиг.2 ж) сбрасывает триггер 22 (фиг.2 и) и, таким образом, закрывается элемент И 27. Поступление импульсов частоты „ в счечик 34 прекращается.

Устройство находится в таком состоянии до тех пор, пока коды расчет кого времени измерения и фактического времени измерения со счетчика импульсов 35 не будут равны. При этом высокий потенциал на выходе блока 38 сравнения кодов (фиг.2 к) открывает элемент И 12 и первый после срабатывания блока сравнения кодов 38 импульс совпадения сбрасывает триггер 23 (фиг.2 л), который закрывает элемент И 28 и тем самым прекращается счет импульсов в счетчике импульсов 35 (формирователь 9 служит для получения коротких импульсов фронта огибающей пакета).

В момент открывания элемента И 12 триггеры 24, 25 через открытый элемент И 19 устанавливаются в состояние 1 (фиг.2 м, н). При этом элементы И 29, 30 открываются и с этого момента в счетчики 36, 37 поступают

импульсы частоты f. В счетчике 36 счет импульсов прекращается с приходом нового пакета совпадений в первом канале (фиг.2 б). По фронту первого импульса этого пакета срабатывает формирователь 10 и короткий импульс с выхода формирователя 9 через открытые элементы И 12, 13 сбрасывает триггер 24, тем самым закрывается элемент И 29 и счетчик IMпульсов 36 прекращает счет (фиг.2 е, м).

С приходом первого пакета совпадений во втором канале (по истечении расчетного времени измерения

фиг.2 а) формирователь 11 вьща пР

ет импульс, который закрывает триггер 25 (фиг.2 ж, н), элемент И 30 и счет импульсов прекращается в счетчике 37. При сбрасывании триггера 24 сбрасывается формирователь импульсов 31 и формирует команду окончания измерения (фиг.2, о). Таким образом, в течение всего времени измерения в счетчиках 33 - 37 будут зафиксированы количества импульсов, пропорциональные временным интерввалам Т

Т..

pi

4, . Ц, Tp.,j, T,j2- Результаты измерений поступают в ЭВМ по шине данных через устройство сопряжения - интерфейс 32 и на.основании этих данных ЭВМ вычисляет значение сличаемой частоты по бюрмуле: N,,

N.

fx

о (.„, к„

fti sp

N

P8

.i

цифровой код, пропорциональный времени измерения t .

цифровые коды, пропорциональные интервалам вре-

мени Т,,, .р,, соответственно.

.1

2

Экспериментально было установлено, что на частотах около 10 Гц, при Тр 0,24 с оценка СКО измерения временного интервала, соответствующего сдвигу фаз At, 5,6 10 с при объеме выборки 30 измерений. Следовательно, если, например,о 10, .то tnp /2. &tty/oto 1,45,6 10 VlO 1,4 5,6 10 i80 с.Т.е. теоретически сличение частот с заданной точностью, при заданной погрешности измерения сдвига фаз, можно осуществить не менее, чем за 2 мин.

Расчетное время измерения несколько отличается от фактического

где N. - цифровой код, пропорци- с шиной начала измерения интерфейса,

а их вторые входы соединены соответственно с выходами генераторов пульсов образцовой, дополнительной и поверяемой частот, выходы первого и второго, а также второго и третьего элементов И попарно подключены к первым и вторым входам двух элементов совпадения, выходы которых со- fO единены с входами первого и второго формирователей импульсов, выход первого формирователя импульсов подключен через первый вход четвертого элемента И к входу двухразрядного счет- 15 чика, первый и второй выходы которого соединены соответственно с уста- новочными входами первого триггера, второй выход двухразрядного счетчика через элемент НЕ соединен со вто- Ю рым входом четвертого элемента И, выход первого формирователя импульсов соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу пятого времени измерения t, (фиг.2 а), так 25 элемента И, второй вход которого как окончание измерения не всегда совпадает с приходом первого импуль- са п-го пакета совпадений, а фактически (реально) процесс измерения заканчивается с приходом первого им- 30 седьмого элементов И, первые входы пульса первого пакета совпадений, по- которых соединены соответственно с явившегося по истечении расчетного времени измерения , т.е. фактическое время измерения превышает расчетное. Но если даже мы говорим о сличении частот с заданной точностью, ПРОВОДИМОМ за 2 мин, то это во много раз меньше времени сличения известных устройств, при условии, что над ча стотами не проводится никаких манипу- 40 ров, S-входы второго и третьего триггеров соединены между собой и с выходом четвертого формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом первого триггера, прямые выходы 45 всех триггеров соединены с первыми входами восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого. Двенадцатого элементов И, вторые входы которых подключены через первый элемент И к

35

подключен к выходу блока сравнения кодов, выход пятого элемента И подключен к R-входу третьего триггера, а также к вторым входам шестого и

прямым и инверсным выходами четвертого триггера, выход шестого элемента И соединен с S-входами четвертого и пятого триггеров, а выход седьмого элемента И соединен с R-входом четвертого триггера, выход второго формирователя импульсов соединен с R-входами второго и пятого триггеляций (умножение, деление, и т.п.). Формула изобретения

Устройство для цифрового сличения частот высокостабильных, генераторов, содержащее генераторы импульсов образцовой и поверяемой частот, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени сличения, в него введены блок измерения сдвига фаз, подключенный выходами через интерфейс к ЭВМ, блок сравнения кодов, шесть счетчиков, пять триггеров, пять формирователей импульсов, генератор импульсов дополнительной частоты,элемент НЕ, двенадцать элементов И, два элемента совпадения, первые входы первых трех элементов И соединены

50 генератору импульсов образцовой частоты, а выходы этих элементов И подключены к входам пяти счетчиков ш пульсов, выходы четырех счетчиков импульсов соединены с шиной данных

55 интерфейса, выход пятого счетчика импульсов соединен с блоком сравнения, кодов, инверсный выход четвертого триггера через пятый формирователь импульсов соединен с шиной конца иза их вторые входы соединены соответственно с выходами генераторов пульсов образцовой, дополнительной и поверяемой частот, выходы первого и второго, а также второго и третьего элементов И попарно подключены к первым и вторым входам двух элемен тов совпадения, выходы которых со- единены с входами первого и второго формирователей импульсов, выход первого формирователя импульсов подключен через первый вход четвертого эле мента И к входу двухразрядного счет- чика, первый и второй выходы которого соединены соответственно с уста- новочными входами первого триггера, второй выход двухразрядного счетчика через элемент НЕ соединен со вто- рым входом четвертого элемента И, выход первого формирователя импульсов соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу пятого элемента И, второй вход которого седьмого элементов И, первые входы которых соединены соответственно с

подключен к выходу блока сравнения кодов, выход пятого элемента И подключен к R-входу третьего триггера, а также к вторым входам шестого и

а их вторые входы соединены соответственно с выходами генераторов пульсов образцовой, дополнительной и поверяемой частот, выходы первого и второго, а также второго и третьего элементов И попарно подключены к первым и вторым входам двух элементов совпадения, выходы которых со- единены с входами первого и второго формирователей импульсов, выход первого формирователя импульсов подключен через первый вход четвертого элемента И к входу двухразрядного счет- чика, первый и второй выходы которого соединены соответственно с уста- новочными входами первого триггера, второй выход двухразрядного счетчика через элемент НЕ соединен со вто- рым входом четвертого элемента И, выход первого формирователя импульсов соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу пятого элемента И, второй вход которого седьмого элементов И, первые входы которых соединены соответственно с

ров, S-входы второго и третьего триггеров соединены между собой и с выходом четвертого формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом первого триггера, прямые выходы всех триггеров соединены с первыми входами восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого. Двенадцатого элементов И, вторые входы которых подключены через первый элемент И к

прямым и инверсным выходами четвертого триггера, выход шестого элемента И соединен с S-входами четвертого и пятого триггеров, а выход седьмого элемента И соединен с R-входом четвертого триггера, выход второго формирователя импульсов соединен с R-входами второго и пятого триггегенератору импульсов образцовой частоты, а выходы этих элементов И подключены к входам пяти счетчиков ш пульсов, выходы четырех счетчиков импульсов соединены с шиной данных

интерфейса, выход пятого счетчика импульсов соединен с блоком сравнения, кодов, инверсный выход четвертого триггера через пятый формирователь импульсов соединен с шиной конца из712820178

мерения интерфейса, входы блока изме- образцовой и поверяемой частот, вто- рения сдвига фаз соединены с соответст- рой вход блока сравнения кодов соеди- вующими выходами генераторов импульсов ней через интерфейс с выходом ЭВМ.

Редактор Н.Марголина

Состав1 тель В.Новоселов

Техред Л.Сердюкова Корректор С,Черни

Заказ 7260/42Тираж 730 Подписное

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

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники. Может быть использовано в метрологии для высокоточного цифрового сличения частот. Цель изобретения - уменьшег ние времени сличения частот. Для этого в устройство введены гегератор 1 импульсов дополнительной частоты,элементы И 2, 3, 4, 12, 13, 16, 19, 26- 30, элементы 7, 8,совпадения, формирователи 9 - 11, 18, 31 импулбсов, блок 14 измерения сдвига фаз, ЭВМ 15, элемент НЕ 17, двухразрядный счетчик 20, RS-триггеры 21 - 25, интерфейс, 32, счетчики 33 - 37, блок 38 сравнения кодов. Кроме того, оно со-- держит генератор 5 импульсов и генератор 6 поверяемой частоты. В уст- . ройстве обеспечено предварительное измерение сдвига фаз поверяемой и стандартной,частот и расчет требуемого времени сличения частот на ЭВМ, 2 ил. СЛ