Цифровой фазометр-частотомер Советский патент 1989 года по МПК G01R25/08 

1- - .

Изобретение относится к информационно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано при создании комбинированных измерительных приборов и функциональных преобразователей ,Щ1Я одновременного измерения периода, временного сдвига, частоты и разности фаз периодических сигналов.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг.1 приведена функциональная схема цифрового фазометра-частотомера; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Фазометр-частотомер состоит из измерителя 1 временных интервалов, содержащего счетчик 2, регистры 3 и 4, формирователь 5 импульсов и триггеры 6 и 7, накапливающего сумматора 8, содержащего замкнутые в кольцо сумматор 9 и. регистр 10, генератора/

11 тактовой частоты, элемента 12 запрета, элемента 13 совпадения, блока 14 инверторов, сумматора 15, счетчика 16 и регистров 17 и 18,

Измерительный и опорный входы измерителя 1 подключены ,к источникам измеряемого и опорного сигналов соответственно, а тактовый вход к выходу генератора 11, который также подключен через элемент 12 з.апрета к входу синхронизации сумматора 8 и счетному входу счетчика 16, выход периода измерителя 1 подключен к информационному входу сумматора 8, выход сдвига через блок 14 к первому входу сумматора 15, а выход установки через элемент совпадения 13 - к входам установки счетчика 16 и сумматора 8, информационный выход которого подключен к второму входу сумматора 15, а выход переноса - к запрещающему входу элемента 12 запрета, второму

|

00

элемента 13 совпадения и входу синхронизации регистра 17, информа- ионньш вход которого подключен к ыходу счетчика -16 и информаци- , нному входу регистра 18, входом синхронизации подключенного к выходу переноса сумматора 15, выходы же регистров 17 и 18 являются выходами фазометра-частотомера, по частоте Q и разности фаз соответственно, при этом счетньш вход счетчика 2 и входы синхронизации триггеров 6 и 7 подключены к тактовому входу измерителя 1, а информационные входы триггеров is 6 и 7 к измерительному и опорному входам соответственно, выход триггера 6 подключен через формирователь 5 к выходу установки измерителя 1 и входу уст ановки счетчика 2 и непо- 20 средственно к входу синхронизации регистра 3, который выходом подклю- чен к выходу периода измерителя 1, а информационным входом - к выходу счетчика 2 и информационному входу 25 регистра 4, подключенного входом синхронизации к выходу триггера 7, а выходом к выходу сдвига измеритег ля 1,

На фиг.1 и 2 приняты следующие зО условные обозначения: U - измеряемый сигнал. Up - опорный сигнал, U г сигнал на выходе генератора 11, N, - код на выходе счетчика 2, N - код

35

на информационном выходе сумматора 8, Nj - код на выходе счетчика 16, Р ,- - .сигнал переноса сумматора 8, сигнал переноса сумматора 15, код периода на выходе регистра 3, N/1 - код временного сдвига междудд

сигналами UK и Up на выходе регистра 4, Nf - код частоты на выходе регистра 17, N Lf код фазового сдвига на выходе регистра 18, Up- сигнал на выходе формирователя 5,45

Цифровой фазо мё 7р-частотомер работает следующим образом.

Сначала рассмотрим процесс измерения периода Т сигнала U и его временного сдвига -С относительно сиг- нала и. Измерение производится путем заполнения этих временных интервалов импульсами стабильной частоты f. , При поступлении на вход измерителя 1 переднего фронта сигнала U,- йа выходе формирователя 5 вырабатывается узкий импульс U(p, устанавливаю-: щий счетчик 2 в нулевое состояние 0. После этого на выходе счет

чика 2 формируется линейно нарастающий .код

N Гп п

(1)

После прихода переднего фронта сигнала ир на выходе триггера 7 формируется положительный перепад, записывающий в регистр 4 число N-j, равное числу п импульсов генератора 11, прощедших на вход счетчика 2 за время

Ы -11-, f 1 .

(2)

После прихода переднего фронта сигнала и на выходе триггера 6 формируется поло жительный перепад, записываиций в регистр 3 число NT равное числу п-ц. импульсов генератора 11, прошедших на вход счетчика 2 за время Т

NT N,nJ Пт Tf,(3)

Одновременно на выходе формирователя 5 формируется следующий импульс Up, счетчик 2 обнуляется -и цикл работы измерителя 1 повторяется.

Импульс установки U.p, проходя через элемент. 13 совпадения, устанав,- ливает в нулевое состояние счетчик 16 и сумматор 8. При этом сигналы переноса снимаются: Р, О иРк 0« Тем самым запрещается прохождение сигнала U р через элемент 13 совпадения и разрешается прохождение импульсов Ur через элемент 12 запрета на вход синхронизации сумматора 8 и счетньш вход счетчика 16. На выходе счетчика 16 формируется линейно нарастающий код

Njtn п.

(4)

а на выходе сумматора 8

nN. (5)

Ш)сле iпрохождения через элемент 12 запрета некоторого числа импульсо Пу на выходе сумматора 15 появляется сигнал переноса Р 1. Число п ц: можно определить из соотношения

N , и равенства (5)

(6)

„l;-w N1

п, 2 -;.

2 коэффициент, обусловленный сдвигом разрядной сетки между входом и выходом сумматора 8;

m - чгсло разрядов входного и выходного кодов сумматора 8;

k .- число разрядов сумматора 8 (входной код подается на младшие разряды сумматора 8) .

Положительный перепад, возникающий выходе переноса сумматора 15, заг ывает в регистр 18 код

N,f НзСп 2

Ь-т N NT

Подставляя в (7) значения N j и N из выражений (2) и (3) получают

„ г, k-fn - „/оСч NU) 2 т 2 M (2ii) ,

Г где сс 2 fi- - фазовый сдвиг,

К моменту появления сигнала переноса Р к 1 на выходе сумматора 8 через элемент 12 запрета пройдет число импульсов П, которое находится из условия возникновения переноса Р

(9)

NiCnjl 2

и равенства (5) в следующем виде

f N/ а с учетом (3)

(10)

2 2 ,

О f;

(П)

где f Т - частота сигнала U.

Положительный перепад на выходе переноса сумматора 8 записывает в регистр 17 код

NP П |- f. (12) Следует заметить, что время установления кода на выходе счетчика 16 должно.быть меньше, чем задержка появления сигнала переноса на выходах сумматоров 9 и 15 во избежание записи ложных значений кода в регистры 17 и 18. Это условие легко выполнить, так как задержка переноса складывается из задержек, вносимых регистром 10 и самими сумматорами 9 и 15, а время установления определяется лишь задержкой в самом счетчике 16. Если же при выбранной элементной базе это условие, не выполняется, то на входе синхронизации сумматора 8 или на выходах переноса сумматора 8 и сумматора 15 необходимо включить до-, полнительные элементы задержки.

,

После появления сигнала переноса прохождение импульсов Up через элемент 12 запрета прекращается, а на элемент совпадения 13 подается сигнал,

разрешающий прохождение через нее импульса установки.

После прихода очередного фронта сигнала U процесс получения кодов

Q N. из кодов N-j. и N повторяется. Импульсы установки Up, поступающие во время процесса преобразования, блокируются сигналом Р к О и не нарушают процесса.

.|с Таким образом, на выходах фазометра-частотомера формируются коды периода, временного сдвига, частоты и разности фаз. Для процесса измерения , достаточно подачи на вход устройства

20 одного периода измеряемого сигнала. Время одного цикла измерения равно сумме длительности периода измеряемого сигнала и времени преобразования кода NT- в код N

25, 2

t, Т + п,- Т + 1- . (13) -1 - 1

Например, при измерении параметров сигнала частоты f 10 Гц с точностью 30 0,1 необходимо иметь m 10, k 20, f, 10 кГц, тогда

t. 0,1 0,2 с,

т.е. выигрьш в быстродействии по 35 сравнению с известным устройством в 500 раз.

Формула изобретения

40 .Цифровой фазометр-частотомер,

содержащий генератор тактовой частоты, соединенный с входом первого счетчика, триггер, первый вход котог рого подключен к источнику опорного

45 сигнала, второй счетчик, выход которого соединен с входом первого регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй триггер,

50 второй, третий и четвертый регистры,

формирователь импульсов, накаплива- нвдий сумматор, сумматор, блок инверторов, элемент совпадения и элемент запрета, разрешающий вход которого

eg подключен к выходу генератора тактот вой частоты, входам синхронизации первого и второго триггеров и счетному входу первого счетчика, запрещающий вход - к первому входу элемента совпадения, выходу переноса старшего разряда накапливаюего сумматора и входу синхронизации первого регистра, а выход - к счетному входу второго счетчика и входу синхронизации накапливающего сумматора, вход установки которого подключен к входу установки второго счетчика и выходу элемента совпадения, информационный вход - к выходу второго регистра, а информационный выход - к первому входу сумматора, второй вход которого в свою очередь подключен через - блок инверторов к выходу третьего регистра, а выход - непосредственно к входу синхронизации четвертого регистра, информационный вход которого подключен к информационному входу первого регистра, кроме того, вход установки .первого счетчика подключен к выход.у формирователя импульсов и второму входу элемента совпадения, а выход - к информационным входам второго и третьего регистров, вход синхронизации второго регистра подключен- к входу формирователя импульсов и вых,оду второго триггера, а третьего регистра - к выходу первого триггера, информационный вход второг триггера подключен к источнику измеряемого сигнала, при этом выходы . первого, второго, третьего и четвертого регистров являются выходами фазометра-Чостотомера,

Ux

Фиг. I

Изобретение относится к информационно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано при создании комбинированных измерительных приборов и функциональных преобразователей для одновременного измерения периода, временного сдвига, частоты и разности фаз периодических сигналов. Период и временной сдвиг измеряются путем заполнения соответствующих временных интервалов тактовой частотой опорного генератора. Полученные в результате этого цифровые коды заносятся в регистры и преобразуются с помощью счетчика, накапливающего сумматора и сумматора в коды частоты и разность фаз. Повышение быстродействия достигается за счет циклической работы устройства по тактовой частоте опорного генератора. 2 ил.