Цифровой измеритель частоты,длительности периода и отношения частот Советский патент 1987 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к цифровой технике измерения частот и может быть использовано для измерения час- тоты, длительности периода и отношения частот электрических сигналов.

Целью изобретения является сокращение времени измерения параметров физической величины путем адаптации времени усреднения с заданной относительной погрешностью измерения.

На чертеже представлена функциональная схема измерителя.

Цифровой измеритель содержит генератор 1 меток времени, блок 2 привязки, элемент И 3, первый счетчик 4, состоящий из декад 4.1 .- 4.k, второй счетчик 5, состоящий из декад 5.1 - 5.П, переключатель 6 сигналов коммутатор 7, формирователь 8 сигналов конЦа временного интервала, блок 9 индикации, формирователь 10 сигнала единицы измерения и положени децимальной точки, первую 11 и вторую 12 входные шины и выходы 13 - 16 переключателя 6.

Формирователь 8 сигналов конца временного интервала содержит (п+1) элементов И 17.1 - 17. (п+1), (п+1) триггеров 18.1 - 18.(п+1) и (п+1)- входовый элемент ИЛИ 19. ,

Блок 2 привязки содержит элементы И 20 - 23, элемент 24 задержки и триггеры 25 - 27.

Формирователь 10 сигнала единшда измерения и положения децимальной точки содержит счетчик 28 и дешифратор 29.

Измеритель также содержит шину 30 запуска.

Первая I1 и вторая 12 входные шины подключены к первому и второму входам переключателя 6 сигналов, третий вход которого соединен с генератором 1 меток времени, первый выход 15 подключен через первый вход эле- мента И 3 к первому счетчику 4, соединенному выходами всех k декад с блоком 9 индикации, второй выход 16 подключен к входу режима работы блока 9 индикации, третий 13 и четвер- тьй 14 выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока 2 привязки, третий вход которого соединен с коммутатором 7 сигналов, первым выходом соединенным с вторым счетчиком 5, а вторым - с вторым входом элемента ИЗ, шина 30 запуска соединена с входами установки перво

го 4 и второго 5 счетчиков и с пятым и шестьм входами блока 2 привязки, первый вход формирователя 8 подключен к первому выходу блока 2 привязки, а группа вторых п входов подключена к выходам п декад второго счетчика 5, выход формироват еля 8 соединен с четвертым входом блока 2 привязки, третий выход которого соединен с первым входом формирователя 10, второй вход которого соединен с шиной 30 запуска, а выходы подключены к входам установки блока 9 индикации. Формирователь 8 содержит (п+1)входовый элемент ИЛИ 19, (п+1) триггеров 18.1 - 18.(п+1) и (п+1) элементов И 17.1 - 17.(п+1), вход первого из которых является его первым входом, входы остальных элементов И являются группой вторых п входов формирователя 8, вторые входы всех элементов И соединены соответственно с приемными выходами триггеров 18.1 - 18.(п+), входы обнуления которых подключены соответственно к выходам одноименных элементов И 17.1 И 1.7.1 - 17. (п+1) и-соединены с соответствующим входом элемента ИЛИ 19, выход которого является выходом формирователя 8. Блок 2 привязки содержит элементы И 20 - 23, элемент 24 задержки и триггеры 25 - 27, причем первые входы элементов И 20 и 21 являются первым и вторым входами блока 2 привязки, третьим и шес тым входами являются входы триггера 27, четвертым входом - первый вход элемента И 22, пятым входом - первый вход триггера 25, первым выходом выход элемента И 20, вторым - выход триггера 26, третьим - выход элемента И 23, первый вход которого объединен с первым входом элемента И 22, а второй вход соединен с первым выходом триггера 27, второй выход которого соединен с вторым входом элемента И 22, выходом соединенного с первьпч входом триггера 26, второй вход которого соединен с выходом

элемента 24 задержки, а выход - с вторым входом элемента И 20, выход триггера 25 соединен с вторым входом элемента И 21, выход которого соединен с входом элемента 24 задержки и

вторым входом триггера 25, выход каждого из п первых элементов И 17.1 - 17. (п+1) со единен с установочным входом каждого последующего (п+1)-го

триггера 18.1 - 18.(n+l), а установочный вход триггера 18.1 подключен к шине 30 запуска.

Формирователь 10 содержит счетчик 28 и дешифратор 29, причем счет- ньй вход счетчика 28 является первым входом формирователя 10, вторым входом является установочный вход счетчика 28, а выходом - выходы дешифратора 29, входы которого соединены с выходами разрядов счетчика.

Цифровой измеритель работает следующим образом.

В исходном положении переключатель 6 находится в положении, обеспечивающем коммутацию выбранного режима работы, коммутатор 7 соединяет единичный вход триггера 27 с выходом соответствующей счетной декады 4.k с индикацией, генератор 1 фор-20на счетчик 4, где подсчитываются, мирует последовательность сигналов Начиная с момента перехода триг: периодом следования Т, .триггерыгера 26 в единичное .состояние, че18.1, 25 и 27 находятся в состоянии,рез открытый логический элемент И 20

при котором на их единичных выходах,на счетчик 5 начинают поступать имсоединенных с соответствующими логи- 25пульсы образцового периода Т. Перческими элементами И, отсутствует раз-вый же импульс, появившийся на вы- решающий потенциал, счетчики 4 и 5 обнулены. Процесс измерения начинается с походе логического элемента И 20, пос.- тупает на вход счетчика 5 и на логический элемент И 17.1. Поскольку к

дачи на шину 30 запуска сигнала нача-30 этому моменту триггер 18.1 сигналом

ла измерения. При этом логический элемент И 22 закрывается, а лог.ичес- кие элементы И 21, 23 и 17.1 открываются .

Дальнейшая работа цифрового измерителя зависит от положения переключателя 6, причем возможны три варианта работы измерителя.

I вариант - режим изменения час- тоты.

В этом режиме работы переключателя 6 сигналов на его выходы 13 и 14 поступают импульсы образцового периода Тр, на выход 15 - сигналы частоты fj(, а на выход 16 поступает сигнал, обеспечивающий в блоке 9 индикацию

единиц измерения частоты.:единичный выход триггера 27 открываИзмеритель родсчитывает количество ет элемент И 23 и сигнал с выхода периодов исследуемого сигнала за ин- элемента ИЛИ 19 проходит на вход тервал измерения Т,, , равный 10 в це- 50 счетчика 28 формирователя 10 сигналой степени секундам. Для уменьшения погрешности квантования начало временного измерительного интервала TI совмещают с одним из импульсных сигналов исследуемой последователь- 55 периода Т, счетная декада 5.1 пере- ности.

Первый же импульсньй сигнал частоты fX на выходе 14 проходит через

ла единицы измерения и положения децимальной точки.

После поступления на вход счетчи ка 5 десяти импульсов образцового

полняется, на ее выходе появляется сигнал, который следует на входы ;втовой декады 5.2 и логического„элеоткрытый логический элемент И 21, поступает на вход триггера 25, переводя его в нулевое состояние и закры вая логический элемент И 21, после

чего, будучи задержанным в элементе 24 зажержки, поступает на единичный вход триггера 26, переводит его в единичное состояние, при котором логические элементы И 20 и 3 открываются. Поскольку элемент 24 задержки задерживает 11мпульсный сигнал измеряемой частоты на выходе I4 на время, большее длительности 1тпульса, то ан алогичный импульс измеряемой

частоты, поступающий на выход 15, не может пройти через логический элемент И 3. Все следующие импульсы измеряемой частоты проходят через логический элемент И 3 и поступают

вый же импульс, появившийся на вы-

ходе логического элемента И 20, пос.- тупает на вход счетчика 5 и на логический элемент И 17.1. Поскольку к

запуска установлен в единичное состояние, логический элемент И 17.1 для этого сигнала оказывается открытым, сигнал проходит через него, поступая на нулевой вход триггера 18.1 и перебрасьгоая его в нулевое состояние, поступает на единичный вход следующего триггера 18.2, переводя последний в единичное состояние, а также через логический элемент ИЛИ 19 поступает на вход логического элемента И 23. Поскольку триггер 27 сигналом запуска переведен в нулевое состояние, на выход логического элемента И 22 данный сигнал не проходит. В то же время

периода Т, счетная декада 5.1 пере-

ла единицы измерения и положения децимальной точки.

После поступления на вход счетчи ка 5 десяти импульсов образцового

периода Т, счетная декада 5.1 пере-

полняется, на ее выходе появляется сигнал, который следует на входы ;втовой декады 5.2 и логического„элемента И 17.2. Этот элемент открыт, поэтому десятый сигнал проходит че .рез логический элемент И 17.2 и поступает на нулевой вход триггера 18.2, возвращая его в нулевое состоя ние, на единичный вход следующего триггера 18.3, переводя его в единичное состояние и, наконец, через логический элемент РШИ 19 поступает на вход логических элементов И 23 и 22. Через элемент И 22 импульс не проходит из-за нулевого состояния триггера 27, а через логический эле- мент И 23 импульс поступает каждый очередной раз на счетчик 28.

образом, на выходе логического элемента , I-fflH 1 9 последовательно появляются первый, десятый, сотый, тысячный и т.д. импульсы образцовых периодов Тр.

Одновременно с заполнением счетчика 5 проходит заполнение измеряемой импульсной последовательности f счетчика 4. Коммутатор 7 (переключатель выбора погрешности) соединяет со своим выходом один из входов в зависимости от выбранного значения требуемой относительной horpemHOCTH измерения. Если требуется получить относительную ,погрешность измерения не хуже 10, коммутатор 7 соединя

выходом т-и декады

ет свой вход с счетчика 4.

При этом после подсчета счетчи41 Г П1V

10 импульсов измеряемой последовательности на выходе коммутатора 7 появляется сигнал, который поступает на вход триггера 27, переводит его в единичное состояние и окрьшает тем самым логический элемен И 22 и закрывает элемент И .

При появлении сигнала на выходе элемента ИЛИ I9 он проходит через открытый логический элемент И 22 и поступает на нулевой вход триггера 26, переводит его в нулевое состояние, закрывая тем самым логические элементы И 20 и 3 для прохождения соответствующих сигналов.

Измерение частоты f j закончено, при этом счетчик 4 подсчитал количество периодов частоты f,,которое больше 10, но меньше .

II вариант - режим измерения периода.

В этом режиме подсчитьгаается,количество образцовых периодов Т, за интервал измерения Т„, равный одном

- с 1015

20

25

3089256

или О в целой степени .периодам исследуемого сигнала, причем в этом режиме работы переключателя 6 на его выходы 13 и 14 поступают импульсы из Т

меряемого периода т,; те же импульсы поступают на вьпсод 15) и импульсы образцового периода 1 , а на выход 16 поступает сигнал, обеспечивающий в блоке 9 индикации индикацию единиц измерения периода.

Работа измерителя начинается с поступления сигнала на шину 30 запуска, в результате чего счетчики 4 и 5 и триггеры 18.1, 25 и 27 устанавливаются в исходное положение. Первый же после сигнала запуска импульс измеряемой последовательности Ту на выходе 14, проходя через логический элемент И 21, возвращает триггер 25 в нулевое состояние и через элемент 24 задержки поступает на вход триггера 26, который переводится в единичное состояние, открьшает логические элементы И 20 и 3, в результате чего на счетчик 4 начинает поступать импульсная последователь

о

ность с образцовым периодом Т

на счетчик 5 - сигналы измеряемого

периода TX.

На выход логического элемента ИЛИ 19 поступают последовательно импульсы, завергаающие временные интервалы длительностью в один период Т (от начала единичного состояния триггера 26), в 10 периодов Т, в 100 периодов Т и т.д. Эти же импульсы через открытый элемент И 23 поступают в формирователь 10 сигнала единицы измерения и положения децимальной точки, который формирует сигнал, управляющий положением децимальной точки в блоке 9 индикации. Задавшись требуемой относительной погрешностью измерения Tj Ю, выход

коммутатора 7 подключают на выход т- и счетчной декады 4.т, и тогда после подсчета счетчиком 4 10 импульсов образцового периода Т., сигнал с выхода коммутатора 7 переводит

триггер 27 в единичное состояние, запирая при этом элемент И 23. Ближайший после этого выходной импульс логического элемента ИЛИ 19 поступает через элемент И 22 на вход триггера 26, переводит efo в нулевое состояние, закрывает логические элементы И 20 и 3 и прекращает тем самым подсчет импульсов счетчиками 4 и 5.

При этом счетчик 4 подсчитал количество импульсов, которое больше 10

III вариант - режим измерения отношения частот.

В этом режиме подсчитьшается количество периодов частоты F, за интервал измерения Ту,, равный одному или 10 в целой степени периодам ча- тоты F, причем в этом режиме работы переключателя 6 на его выходы I3 и 14 поступают импульсы последовательности с частотой F 15 - импульсы

2, на выход последовательности с

частотой F ,а на выход 16 поступает

сигнал, обеспечивающий в блоке 9 индикации индикацию безразмерной величины, т.е. F, /F.

Работа измерителя начинается с подачи сигнала на шину 30 запуска, в результате чего счетчики 4 и 5 и триггеры 18.1, 27 и 25 устанавливаются в исходное положение. Первый же после сигнала запуска импульс последовательности с частотой F на выходе 14 через логический элемент И 21 возвращает триггер 25 в нулевое состояние и через элемент 24 задержки поступает на единичньш вход триггера 26, который переводится в единичное состояние, открьшает логи- ческие элементы И 20 и 3, в результате чего на счетчик 4 начинает поступать импульсная последовательность с частотой F, , а на счетчик 5 - им

пульсная последовательность с часто- 35 шины, подключенные к первому и второтой F .

На выход логического элемента ИЛИ 19 поступают последовательно импульсы, завершающие начинаемую в момент начала единичного состояния триггера 26 серию временных измерительных интервалов Тц, последовательно равных одному периоду сигнала с частотой F,j,10 периодам этого сигнала, 100 периодам и т.д. Эти импульсы через открытый элемент И 23 ; поступают на счетчик 28 и через дешифратор 29 индицируют в блоке 9 индикации заданное положение децималь,- ной точки на результате индикации подсчитанного счетчиком 4 отношения FI/F. Задавшись требуемой относительной погрешностью измерения , J(F,/F) , выход коммутатора 7 подключают на выход т-й счетной .декады 4.т, и тогда после подсчета счетчиком 4 последовательности из 10 импульсов сигнала частотой F,, ,

2530

089258

сигнал переполнения декады 4.т через коммутатор 7 поступает на единичный вход триггера 27, переводит этот триггер в единичное состояние,

5 отпирая элемент И 22 и запирая -элемент И 23.

Ближайший после этого сигнал с выхода логического элемента ИЛИ 19 поступает на нулевой выход тригге10 ра 26, переводит его в нулевое состояние, запирает логические элементы И 20 и 3 и прекращает тем самым подсчет импульсов счетчиками 5 и 4. При эд-ом счетчик 4 к моменту прекраf5 щения работы подсчитал количество импульсов, которое больше 10 .

Технические преимущества цифрового измерителя заключаются в автоматизации измерения, повьшгении оператив20 ности и упрощении обслуживания.

Формула изобретения

I. Цифровой измеритель частоты, длительности периода и отношения частот, содержащий генератор меток времени, блок привязки, элемент И, первый k-декадный и второй п-декад- ный счетчики, блок индикации, переключатель и коммутатор сигналов, шину запуска, соединенную с установочными входами обоих счетчиков и пятым и шестым входами блока привязки, а также первую и вторую входные

0

5

му входам переключателя сигналов, третий вход которого соединен с генератором меток времени, первый выход подключен через первый вход элемента И к первому счетчику, соединенному выходами всех k декад с блоком индикации, второй выход подключён к входу режима работы блока индикации, третий и четвертый выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока привязки, третий вход которого соединен с коммутатором сигналов, первый выход которого соединен с вторым счетчиком, а второй 0 с вторым входом элемента И, о т л и- чающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, в него введены формирователь сигнала единицы Измерения и положения децимальной

5 точки и формирователь сигналов конца временного интервала, первый вход которого подключен к первому выходу блока привязки, а группа вторых п

входов подключена к выходам п декад второго счетчика, выход формирователя сигналов конца временного интервала соединен с четвертым входом бло ка привязки, третий выход которого соединен с первым входом формирователя сигнала единицы измерения и положения децимальной точки, второй вход которого соединен с шиной запуска, .а выходы подключеньг к входам установки блока индикации.

I

2. Измеритель по п.1, о тл и - тем, что формирователь сигнала конца временного интервала содержит (п+1)-входовый элемент ИЛИ, (п+1) триггеров и (п+1) элементов И, вход первого из кото- рых-является его первым входом, входы остальных элементов И.являются группой вторых п входов формирователя, вторые входы всех элеме нтов И соединены соответственно с прямыми

выходами соответствующих триггеров, входы обнуления которых подключены соответственно к выходам одноименных элементов И и соединены с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход, которого является выходом формирователя, при этом выход каждого из п первых элементов И соединен с установочным входом каждого последующего

(п+1)-го триггера, причем установочный вход первого триггера подключен к шине запуска.

3. Измеритель по п.1, о т л и - чающийся тем, что формирователь сигнала единицы измерения и положения децимальной точки содержит счетчик и дешифратор, причем счетный вход счетчика является первым его входом, вторым входом является

установочный вход счетчика, а выхо- лом являются выходы дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами разрядов счетчика.

Изобретение относится к цифровой технике измерения частот. Цель изобретения - сокращение времени измерения параметров физической величины. Цифровой измеритель содержит генератор 1 меток времени, блок 2 привязки элемент И 3, счетчики 4 и 5, переключатель 6 сигналов, коммутатор 7, блок 9 индикации и формирователь 10 сигнала единицы измерения и положения децимальной точки. Введение формирователя 8 сигналов конц а временного интервала адаптирует время усреднения с заданной относительной погрешностью измерения. Преимущество измерителя заключается в автоматизации измерения, повышении оперативности и упрощении обслуживания. 2 з,п, ф ЛЫ, 1 ил. с (Л т- р- .