Цифровой частотомер Советский патент 1991 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для измерения частоты и периода гармонического или импульсного сигналов с повышенной точностью.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение частотного диапазона.

На фиг. 1 приведена структурная ю схема цифрового частотомера/ на фиг. 2 - структурная схема накапливающего сумматора 8, на фиг. 3 - структурная схема блока формирования весовых коэффициентов.15

Цифровой частотомер содержит генератор 1 образцовой частоты, формирователь 2 импульсов, формирователь 3 импульсов, D-триггер 4, D-триггер 5, JQ элемент 6 совпадения, блок 7 формирования весовых коэффициентов, накапливающий сумматор 8, блок 9 индикации, блок 10 формирования импульса конца измерения и элемент 11 совпадения. 25 Генератор 1, формирователь 2, второй элемент 11 совпадения соединены последовательно, выход элемента 11 совпадения соединен с вторым входом (входом синхронизации) накапливающего 0 сумматора, выход которого соединен с входом блока 9 индикации, вход второго формирователя 3 является входом цифрового частотомера, выход формирователя 3 подключен к входу синхронизации D-триггера 5 и первому входу элемента 6 совпадения, второй вход которого подключен к выходу D-триггера 4, а выход - к второму входу (входу синхронизации) блока 7 формирования ве- .,. совых коэффициентов, выход которого подключен к входу блока 10 формирования импульса конца измерения и третьему (информационному) входу накапливающего сумматора 8, R-вХ оды В-тригге-., ров 4 и 5 подключены к выходу блока

10формирования импульса конца измерения, выход D-триггера 4 подключен к D-входу D-триггера 5, выход которого соединен с вторым входом элемента

11совпадения, второй вход синхронизации формирователя 3 подключен к выходу формирователя 2, вход синхронизации D-триггера 4 является входом установки устройства и подключен к первым (установочным) входам накапливающего сумматора 8 и блока 7 формирования весовых коэффициентов, D-вход D-триггера 4 соединен с шиной

потенциала, соответствующего логической единице.

Накапливающий сумматор И (фиг.2) содержит сумматор 12, регистр 13 памяти и счетчик 14 импульсов, первый вход сумматора 12 является первым (установочным) входом накапливающего сумматора 8, первый вход регистра

13памяти по информационной шине подключен к выходу сумматора 12, выход информационной шины - к второму входу сумматора 12. Выход старшего разряда - к второму входу счетчика

14импульсов, второй вход (вход синхронизации) регистра 13 памяти является вторым входом (входом синхронизации) накапливающего сумматора 8, выход счетчика 14 и выход регистра

13 памяти объединены по шине и являются выходом накапливающего сумматора 8, вторые (установочные) входы регистра 13 памяти и счетчика k (входы подачи импульса установки нуля) объединены и являются первым (установочным) входом накапливающего сумматора. Блок 7 формирования весовых коэффицеинтов (фиг.З) содержит вычитающий счетчик 15, сумматор 16 и регистр 17 памяти, первый вход счетчика 15 и первый вход регистра 17 памяти объединены и являются вторым входом (входом синхронизации) блока 7 формирования весовых коэффициентов, второй (установочный) вход вычитающего счетчика 15 является первым (установочным) входом блока 7 формирования весовых коэффициентов, первый вход сумматора 16 соединен с выходом вычитающего счетчика 15, второй вход сумматора соединен с выходом регистра 17 памяти, выход сумматора 16 соединен с вторым входом регистра 17 памяти.

Цифровой частотомер работает следующим образом.

Входной гармонический (.или импульсный) сигнал преобразуется формирователем 3 в моменты переходов через нулевой уровень (например, снизу вверх) в короткие импульсы, привязанные к квантующим импульсам. Квантующие импульсы формируются формирователем 2, на вход которого подается сигнал с. частотой квантования от генератора 1. Привязка к квантующим импульсам в формирователе 3 может быть выполнена, например, при помшди D-триггера,

5163

на D-вход, которого подаются прямоугольные импульсы, равные по длительности полуволнам входного сигнала, а на синхровход подаются квантующие импульсы. Импульсы с выхода формирователя 3 через элемент 6 совпадения поступают на блок 7 формирования весовых коэффициентов, элемент 6 совпадения открывается импульсом выхода D-триггера 4.

Для запуска цифрового частотомера на его вход Начальная установ

ка подается импульс начальной установки. Этим импульсом осуществляется сброс регистра 13 памяти и счетчика 14 импульсов накапливающего сумматора 8, а также установка вычитающего счетчика 15 блока 7 формирования весовых коэффициентов в исходное состояние, соответствующее К, где К - число усредняемых периодов. Одновременно импульс установки поступает на синхровход D-триггера 4, на D-вход которого постоянно подается потенциал, соответствующий логической единице. Срезом импульса установки D-триггер 4 переводится в состояние 1, после чего открывается элемент 6 совпадения и устанавливается единичный потенциал на D-входе D-триггера 5. На второй вход элемента 6 совпадения и синхровход D-триггера 5 поступают импульсы с выхода второго формирователя 3, которые с этого момента, начинают поступать на вычитающий счетчик 15 и синхронизирующий вход записи регистра 17 памяти блока 7 формирования весовых коэффициентов. Первым импульсом с формирователя 3 после появления единичного потенциала на D-входе D-триггера 5 этот триггер переводится в состояние 1, тем самым открывает элемент 11 совпадения. С приходом каждого очередного импульса блок 7 формирования весовых коэффициентов на своем выходе вырабатывает код, соответствующий

(1)

g. i(K+1-i),

где 1 - номер периода.

Код весовых коэффициентов поступает на вход накапливающего сумматора 8, на синхронизирующий вход которого поступают квантующие импульсы от формирователя 2 через элемент 11 совпадения. В накапливающем сумматоре 8 в течение периода накопится

n; nTyg-, (2)

где n-p T, /t0 - число периодов t квантующих импульсов за период Тj (с точностью до погрешности);

g определяется (1), а в течение времени измерения, равного К периодам,

5

0

5

0

0

5

0

5

п

п-

V

(3)

В момент поступления на блок 7 формирования весовых коэффициентов К импульсов с формирователя 3 через элемент 6 совпадения код на выходе блока 7 формирования весовых коэффициентов становится равным нулю. В этот момент на выходе блока 10 формирования импульса конца измерения вырабатывается короткий импульс, который переводит D-триггеры 4 и 5 в нулевое состояние, что приводит к запиранию элементов 6 и 11 совпадения.

Код накопленного числа в накапливающем сумматоре 8, соответствующий (3), поступает на блок 9 индикации, который содержит последовательно ,t включенные нормализатор, дешифратор и собственно индикаторный элемент. Нормализация необходима для обеспечения индикации значения периода в единицах времени (секунда, миллисе- 5 кунда, микросекунда). Для нормализации накопленный код числа п (3) умножается на.коэффициент, равный

К

1/2Lg;, где g- определяется (1). Блок 10 формирования импульса конца измерения состоит из элемента ИЛИ, вход которого является входом блока 10 формирования импульса конца измерения, и формирователя корот- кого импульса по срезу импульса на выходе элемента ИЛИ.

Блок 7 формирования весовых коэффициентов работает следующим образом.

Импульсов Начальная установка вычитающий счетчик 15 устанавливается в состояние, соответствующее коду К. После перехода D-триггера в состояние 1 элемент 6 совпадения открывается и импульсы от формирователя 3 поступают на вычитающий счетчик 15 и регистр 17 памяти. С поступлением очередного импульса кодовое состояние вычитающего счет-

чика 15 суммируется с кодом регистра 17 памяти и вновь записывается в последний. После записи через небольшую задержку, имеющую место в реальной схеме, состояние вычитающего счетчика 15 уменьшается на 2, так как импульсы подаются на второй разряд вычитающего счетчика 15. Таким образом, с приходом первого импульса с элемента 6 совпадения на блок 7 формирования весовых коэффициентов в регистре 17 памяти оказывается записанным код числа К, а в вычитающем счетчике 1 5 - код числа (К-2). С приходом следующего импульса, в регистре 17 памяти оказывается записанным числом К+(К-2)

2К-2, а в вычитающем счётчике 15- код числа (К-4). С приходом третьего импульса эти коды соответственно будут (2К-2)+(К-4) ЗК-6; К-6. При поступлении 1-го импульса в регистре 17 памяти будет записан код числа iK-(i2 -i), а в вычитающем счетчике 15 - код числа (), т.е. в регистре 17 памяти коду записанного числа соответствует код g, опре- д еляемый (1). Весовые коэффициенты, удовлетворяющие (1), обеспечивают минимальную погрешность. Для уменьшения числа триггеров вычитающего счетчика 15 необходимо выход последнего (знакового) триггера подключить ко всем старшим разрядам, сумматора 16.

В цифровом частотомере реализуется оптимальная весовая функция. Частота квантующих импульсов определяется предельной частотой применяемой элементной базы и может быть выбрана предельно максимальной,- так как период квантующих импульсов определяется быстродействием сумматоров, которое составляет 0,1-1 мкс в зависимости от элементной базы. Это дозволяет уменьшить погрешность измерения и расширить частотный диапазон.

10

15

16367868

Формула изобретения

Цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор образцовой частоты и первый фор5 мирователь импульсов, последовательно соединенные накапливающий сумматор и блок индикации, блок формирования весовых коэффициентов и второй формирователь импульсов, первый вход которого является входом измеряемого сигнала частотомера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, в него введены блок формирования импульса конца измерения, первый и второй триггеры, первый и второй элементы совпадения, D-вход первого D-триггера соединен с шиной потенциала, соответствующего логической единице, вход синхронизации первого D-триггера соединен с первыми входами накапливающего сумматора и блока формирования весовых коэффициентов и является входом Начальная установка частотомера, R-входы первого и второго D-тригге- ров подключены к выходу блока формирования импульса конца измерения, первый вход первого элемента совпадения и D-вход второго D-триггера подключены к выходу первого D-триггера, второй вход первого элемента совпадения и вход синхронизации второго D-триггера подключены к выходу

35 второго формирователя импульсов, второй вход которого и первый вход второго элемента совпадения подключены к выходу первого формирователя им-

выход первого элемента совк второму входу

блока формирования весовых коэффициентов, второй вход второго элемента . совпадения подключен к выходу второго D-триггера, а выход - к второму входу | накапливающего сумматора,выход формирователя весовых коэффициенте подключен к третьему входу накапливающего сумматора и к входу формирователя импульса конца измерения.

20

25

30

40 льсов

падения подключен

45

выход пер

40 льсов

падения подключен

Фиг. I

Изобретение относится к элек- трорадиоизмерительной технике и предназначено для измерения частоты и периода гармонического или импульсного сигналов. Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона. Входной сигнал преобразуется формирователем. 3. Квантующие импульсы формируются формирователем 2, на вход которого подается сигнал с частотой квантования от генератора 1 образцовой частоты импульса с формирователя 3. Через элемент 6 совпаде ния сигнал поступает на блок формирования весовых коэффициентов, содержащий вычитающий счетчик, сумматор и регистр памяти. Элемент 6 совпадения открывается импульсом выхода D-триггера 4. Импульс начальной установки осуществляет сброс регистра памяти и счетчика импульсов накапливающего сумматора 8, а также вычитающего счетчика. После открытия элемента 6 совпадения устанавливается единичный потенциал на D-входе D-триггера 5. Код накопленного в накапливающем сумматоре 8 поступает на блок 9 индикации. Импульс конца измерения формируется блоком 10 формирования импульса конца измерения. Вход синхронизации накапливающего сумматора 8 соединен с выходом элемента совпадения. Накапливающий сумматор 8 содержит также сумматор, первый вход которого соединен с первым входом блока 7 формирования весовых коэффициентов. 3 ил. а « (Л сэ со с& J 00 ОЭ

От

о- ЭС 3

Фиг.З