Цифровой частотомер Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

го го

со

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано в системах измерения и автоматического регулирования.

Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности работы. На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового частотомера; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие |работу цифрового частотомера. ; Цифровой частотомер содержит гене- ipaTop 1 эталонной частоты, триггеры 2-5, счетчики 6-10, элементы И 11-16, элементы 17-20 задержки, распредели- тель 21 импульсов, групповой элемент И 22, элемент И 23, групповой элемент И 24 и блок 23 индикации.

Первый выход генератора 1 эталон- Ной частоты соединен с первыми входа- ми триггеров 2 и 4, выход триггера 2 Подключен к первому входу триггера 3, второй вход которого подключен к второму входу триггера 4, первый вход триггера 5 соединен с соответствующи- ми входами счетчиков 6, 8 и 9, второй выход генератора 1 подключен к второму и первому входам элементов И 1 1 и 12 соответственно, причем первый вход элемента И 11 соединен с выходом триггера 2, а выход - с вторым входом счетчика 6, первый выход триггера 3 подключен к второму входу элемента И 12, второй выход - к второму и Первому входам элементов И 13 и 14 соответственно, третий выход генератора 1 соединен с первым входом элемента И 13, выходы элементов И 13 и 14 подключены к счетному (первому) и установочному (второму) входам счет- чика 7, групповой выход которого соединен с вторым групповым входом группового элемента И 22, первый групповой вход которого соединен с первым групповым выходом распределителя 21 импульсов, вход которого соединен с выходом элемента И 12, вт орой выход распределителя 21 соединен с первым входом элемента И 23, второй вход которого соединен с вторым входом триггера 3 и.выходом счетчика 6, выход элемента И 23 подключен к счетным входам счетчиков 9 и 10, групповой выход счетчика 9 через групповой элемент И 24 соединен с установочньм групповым входом счетчика 10, выход которого соединен с вторым входом триггера 5, выход которого подключен к второму входу элемента И 15, первый

вход последнего - к второму входу триггера 4 и входу элемента 18 задержки, первый и второй входы элемента И 1 6 соединены соответственно с выходом триггера 4 и вторым входом триггера 2, а выход - с вторым входом счетчика 8, третий вход которого соединен с выходом элемента И 15, выход элемента 18 задержки через элемент 19 задержки соединен с вторым входом группового элемента И 24, с установочным входом счетчика 10 и с входом элемента 20 задержки, выход которого подключен к установочному входу счет- шка 8, второй вход триггера 2 подключен к входу элемента 17 задер кки и является входом частотомера, групповые выходы счетчиков 8 и IО и выход элемента 18 задержки подключены к соответствующим входам блока 25 индикации.

Цифровой частотомер работает следующим образом.

При непрерьшньпс интервалах измерения справедливо выражение(фиг. 2а,б,в

к

де TOL текупщй i-й эталонный

интервал времени измерения;

п - количество импульсов измеряемой частоты за il t , - часть периода измеряемой частоты в начале последующего (i+l)-ro интервала измерения;

период измеряемой частоты, совпавший с началом последующего интервала измерения;

д t - часть периода измеряемой частоты в начале текущего интервала измерения; ТHi - период измеряемой частоты совпавший с началом текущего интервала измерения.

Таким образом, измерение частоты аключается в подсчете количества елых и дробных частей периодов ча314221

стоты f за эталонный интервал време- нк Т .

Если подсчет импульсов целой части (фиг. 3 а,б) производить начиная . с второго импульса измеряемой частоты от момента начала измере шя, время, равное одному полному периоду измеряемой частоты, может быть отведено для вспомогательных операций (вычисление |Q дробной части, коррекция счетчика целой части по результатам вычисления дробной, запись информации из счетчиков в выходные устройства).

FeHepatop 1 вырабатывает импульсы J5 эталонных частот Fg, f , f, причем для удобства деления ff Kf, где коэффициент К может принимать значения, кратные основанию системы счисления результата измерения, и опреде-20 ляется степенью точности, с которой необходимо вычислять результат дроб- . ной части. Так, если необходимо иметь результат измерения в десят-ичной системе счисления с точностью до деся- 25 тых долей периода, К 10,

С появлением на выходе генератора 1 очередного импульса эталонного ин- тервала измерения Т триггер .2 устанавливается в состояние, при котором зо открывается элемент И 11. В счетчик 6 начинают поступать импульсы с ча-. стотой f| для измерения интервала л (фиг. 2г,д). Триггер 4 устанавливдет- ся в состояние, при котором элемент И 16 закрыт, и импульсы измеряемой частоты в счетчик 8 целой части не поступают.

С приходом первого (после начала

35

измерения) импульса Измеряемой частоты триггер 2 устанавливается в состояние, при котором закрывается элемент И 11 и заканчивается счет числа At, а т риггер 3 - в состояние, при котором элементы И 13 и 14 закрьюаются, .доступ в счетчик 7 и1 -1пульсов кванте- вания целого периода частотой f, и импульсов сброса П15екращаётся, а элемент И 12 открывается, запуская распределитель 21 импульсов. Начинается процесс деления содержимого счетчика 6 (t) на содержимое счетчика 7 ( ).

В счетчике 7 к моменту деления находится ЧИСЛО Т последнего перед началом измерения периода измеряемой частоты, так как благодаря наличию элемента 17 задержки импульс сброса на вход элемента И 14 приходит позже.

73

чем сигнал запрета с выхода триггера 3, и счетчик 7 в начале этого nepiio- да не сбрасывается.

j t. Т Ki

осуществляется до

. Q

5 0 5

о

5

цельк единиц путем поразрядного циклического вычитания числа Т,: и А t- с помощью элемента И 22, управляемого распределителем 21 с частотой Г., . В конце каждого цикла вычитания имплуьс с выхода последнего каскада распределителя 21 Через открытый гр тгповой элемент И 23 поступает на вход сложения, счетчика 9 и на вход вьиитания счетчика 1,0. Деление происходит до момента срабатьгоания старшего знако- вого разряда счетчика 6, т.е. до тех пор, пока остаток в счетчике делимого не будет меньше делителя. Таким образом, на выходе счетчика 6 формируется сигнал Конец деления, который закрьшает элемент И 23, запрещая прохождение импульсов в счетчики 9 и 10, устанавливает триггер 3 в состояние 1. При этом открываются элементы И 13 и 14 (вновь начинается периодический сброс и заполнение счетчика 7), закрьюается элемент И 12, и деление заканчивается.

В счетчике 9 записьшается результат деления тр- а в счетчике 10 - -ixt

tb-f . jut at,-f Т,;, Т,, « Т,.,, тат деления в предьщзтцем цикле.

- резульПричем, если С -

на

JSL

0

выходе заема счетчика 10 формируется импульс заема, которьи устанавливает триггер 5 в состоят1е, при котором элемент И 15 закрыт. По концу деления коррекция результата целой части не проводится, т.е. не записьшается дополнительная единица (формула 1), так как она была занята при вьшиташш.

л t г - ли;

,. на выходе счетЕсли4-Н.

0

1fi-i чика 10 ш гульс заема не формируется, и триггер 5 остается в состоянии, при котором элемент И 15 открыт, разрешая запись дополнительной единицы по сигналу Конец деления, согласно формулы ().

.Кроме того, сигнал Конец деления устанавливает триггер 4 в состояние, при Котором элемент И 16 открывается,, разрешая прохождение импульсов изме

ряемой частоты в счетчик 8 целой части, запускает линию задержки из элементов 18-20 задержки.

Элемент 17 задержки обеспечивает исключение сброса счетчика 7 от первого импульса измеряемой частоты fj в интервале измерения Тс, который одновременно воздействует на триггер 2, а последний - на триггер 3, закрьшая Элемент И 14 для лрохождения этого импульса на вход сброса счетчика 7. Минимальная длительность задержки Элемента .17 определяется временем

Сигнал с выхода элемента 20 задержки устанавливает счетчики 6, 8 и 9 в нулевое состояние, подготавливая их к очередному циклу измерения, а триггер 5 - в состояние, при котором элемент И 15 открыт. Суммарное время всех элементов задержки tjg 4 Т. Все

20

25

30

35

прохождения сигнала от момента воздей вспомогательные операции заканчивают- ствия по входу R триггера 2 до момента окончания закрьшания элемента И 14 (сигналом с выхода триггера 3), а Максимальная - коэффициентом запаса йадежной работы с учетом флюктуации учитьшаемых временньпс параметров указанных элементов рассматриваемой электрической цепи.

Элементы 18-20 задержки предназначены для той же цели, что и элемент 17 - для разнесения во времени вспомогательных операций, а именно: элемент 18 обеспечивает задержку сигнала записи информации в блок 25 индикации из счетчиков 9 и 10 на время (с коэффициентом запаса) переходных процессов в счетчике 10 от последнего сигнала с выхода элемента И 23, который в принципе во времени может совпасть с входным сигналом элемента 18 (с выхода счетчика 6); элемент 19 обеспечивает задержку операции переписи информации из счетчика 9 в счетчик 10 по отношению предыдущей операции (перепись из счетчика 10 в блок 25 индикаг(ии) ; элемент 20 обеспечивает задержку операции сброса счетчика 9 относительно предыдущей операции переписи информации.

Минимальные длительности элементов 18-20 задержки определяются временем прохождения сигналов по соответствующим цепям и выбираются аналогично рассмотренному для элемента 17 задержки.

Сигнал с выхода элемента 18 пере- письшает результат (i-l)-ro цикла измерения из счетчика 8 целой части и счетчика 10 дробной части в блок 25 индикации, представляющий собой, буферный регистр, который принимает информацию счетчиков 8 и 10 и хранит ее до окончания следующего цикла измерения, и сопряженное с ним цифровое

40

45

50

55

ся к моменту появления второго импульса измеряемой частоты. Начиная со второго импульсы измеряемой частоты i-ro цикла измерения поступают в счетчик 8 целой части через открытый (сигналом с выхода триггера 4) элемент И 16 до начала (i+O-ro интервала измерения Т(у(1+1).

С появлением переднего фронта сигнала Fo(i+l)-ro цикла измерения указанные процессы повторяются. Результат i-ro цикла измерения получают

(Jt;./

после окончания деления при

.

этом в счетчике 10 дробной части за/ 4t,;&t:f.j

писывается число тр- -/

ЧсJ- ti и

Начиная со второго импульса f, с момента начала To(i+l) счетчик 8 считает целую часть (i+l)-ro цикла измерения и т.д. Указанные операции повторяются.

За счет выработки взаимосвязанных команд на управление узлами цифрового частотомера повышается надежность его функционирования. Вследствие упорядочения определения алгебраического результата целой и дробной частей периода измеряемой частоты повьшает- ся точность измерения.

Формула изобретения

Цифровой частотомер, содержащий генератор эталонной частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом второго триггера и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора эталонной частоты и с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу второго триггера, а выход соединен с входом

информацию

из счетчика 9.

табло для отображения этой информации. Сигнал с выхода элемента 19 открывает групповой элемент И 24 и пе- реписьшает по входу S счетчика 10 /St.

Тя:

Сигнал с выхода элемента 20 задержки устанавливает счетчики 6, 8 и 9 в нулевое состояние, подготавливая их к очередному циклу измерения, а триггер 5 - в состояние, при котором элемент И 15 открыт. Суммарное время всех элементов задержки tjg 4 Т. Все

вспомогательные операции заканчивают-

вспомогательные операции заканчивают-

ся к моменту появления второго импульса измеряемой частоты. Начиная со второго импульсы измеряемой частоты i-ro цикла измерения поступают в счетчик 8 целой части через открытый (сигналом с выхода триггера 4) элемент И 16 до начала (i+O-ro интервала измерения Т(у(1+1).

С появлением переднего фронта сигнала Fo(i+l)-ro цикла измерения указанные процессы повторяются. Результат i-ro цикла измерения получают

(Jt;./

после окончания деления при

.

этом в счетчике 10 дробной части за/ 4t,;&t:f.j

писывается число тр- -/

ЧсJ- ti и

Начиная со второго импульса f, с момента начала To(i+l) счетчик 8 считает целую часть (i+l)-ro цикла измерения и т.д. Указанные операции повторяются.

За счет выработки взаимосвязанных команд на управление узлами цифрового частотомера повышается надежность его функционирования. Вследствие упорядочения определения алгебраического результата целой и дробной частей периода измеряемой частоты повьшает- ся точность измерения.

Формула изобретения

Цифровой частотомер, содержащий генератор эталонной частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом второго триггера и с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора эталонной частоты и с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу второго триггера, а выход соединен с входом

распределителя импульсов, разрядные выходы которого подключены к первь1м входам третьего группового элемента И выходы которого подключены к соот- ветственным разрядным входам первого счетчика, второй счетный вход которого подключен к выходу первого элемента И, вторые входы третьего группового элемента И подключены к выходу второго счетчика, третий выход генератора эталонной частоты соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом второго триггера и первым входом пятого элемента И, а выход соединен со счетным входом второго счетчика, установочный вход которого соединен с выходом пятого элемента И, второй вход которого через первый элемент задержки подключен к второму входу первого триггера .и является входом частотомера, выход второго- элемента задержки соединен с установочным входом третьего счётчика, счет ньй вход четвертого счетчика подключен к выходу шестого элемента И, а групповой выход через седьмой групповой элемент И подключен к групповому разрядному входу пятого .счетчика, счетньй вход которого соединен с выходом шестого элемента И, первь й вход которого подключен к выходу первого счетчика и второму входу второго триггера, а второй - к выходу распре- делителя импульсов, отличающийся тем, что, с целью повьшекия точности измерения и надежности работы,- в него введены четвертый элемент задержки, восьмой и девятый элементы И, третий и четвертый триггеры и блок индикации, первьй вход третьего триггера соединен с первым выходом Генератора эталонной частоты, второй вход - с выходом первого счетчика, с входом третьего элемента задержки и с первым входом восьмого элемент ч И, выход третьего триггера соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подключен к входу частотомера, выход девятого элемента И соединен со счетным входом третьего счетчика, третий вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, второй вход которого подключен к выходу четвертого триггера, .первый вход которого соединен с установочным входом первого счетчика, второй вход четвертого триггера соединен с выходом пятого счетчика, выход второго элемента задержки подключен к установочным входам первого и четвертого счетчиков, вход четвертого элемента задержки соедин-ен с выходом третьего элемента задержки, а выход - с входом второго элемента задержки и вторым входом седьмого группового элемента И, вход второго элемента задержки соединен с третьим входом пятого счетчика, выходы третьего, пятого счетчиков и выход третьего элемента задержки подключены к первому, второму и третьему входам блока индикации.

t

Ч)

ъ

s

V4

Isj

Изобретение может быть использовано в С1 стемах измерения и автоматического регулирования. Цифровой частотомер содержит генератор 1 эталонной частоты, триггеры 2 и 3, счетчики 6-10, элементы И П-16, элементы 17-19 задержки, распределитель 21 импульсов, групповые элементы И 22 и 24 и элемент И 23. В частотомер введены триггеры 4 и 5, элемент 20 задержки и блок 25 индикации. Предлагаемый частотомер обладает повышенной надежностью функционирования за счет выработки взаимосвязанных команд на управление его узлами. Вследствие упорядочения определения алгебраического результата целой и дробной частей периода измеряемой частоты повышается точность измерения. 3 ил. S

V.

1

С;; л .

-d

с

:

.к

4i

S: