Цифровой частотомер Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

(21Т4 5Т646/2Г

(22) 19.07.90

(46)30.0992. Бюл. №36

(72) B.H Чинков, Ю А Немшилов и В.А.Берна ДсЯСий

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 1307365 кл G 01 R 23/00, 1987.

ЗЦ С t м o-d .,„

АЭ ЬЯЙйй-S5 4-sj s -ise4b- i«Q $э

WH SS I 61 i - 5

кмз«( Э Т te

JPifc- u« jOi«,s,. SK. ,% J J , fe

«r . -мерфгг

3--fe f

Йзоор етён йе относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения и контро- ля ПГсШтеГШГочЗетЬт Гга-рмой й ескйх сйЯгаИЗб. :

1 Гель Т1з6 брётеншя - повышение точно- стй1л быстродействия измерений

На чертеже изображена структурная схШ§ 1п ё 4л аТалё м огЪ цифрового частотоме it a, «Л. fviv« ., i

pa.

Вход частотомера соединен с первым, си т ньТ вхе ДЪм а йа Л61-6-аифрового преобразоЪателя (АЦП) 1 и с входом нуль-органа 2, выход которого подключен к входу умн1&Ш е л Г 3 частоты и к первому входу блока 4 управления Выход умножителя 3 час РьГбб-ёдШеТГе о дой йЬЙёрИлтеля 5

-. ЛЯ% RB 4i |S- 1 14в-ш« .Ј. г t 3 -4J y --ч. -.

временного интервала и первым входом элШ ё Й Ь И 6, второй вход которого подключен к в В о у блока 4 управления, а выход И 6 соединен с вторым входом, вхВдрРЖус КЦГ 1 и счётным входом 7 вьГборок Первый выход, выход КонеиГпрео б разован ия, АЦП 1 и второй, инф 5 рм ацйбнныи или кодо вьГй, выход АЦП 1 подключены соответственно к первому и

iair ii«r t « Й- , J- 1ЧЙЦ& ,1-J1-O

(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР (57) Применение: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля частоты низкоч асТот ны гармонических сигналов Цифровой частотомер содержит аналого- цифровой преобразователь 1 нуль-орган 2 умйВжйтель 3 частоты, элемент И 6, счетчик 7 выборок, измеритель 5 временного интер- saiia, блок 4 управления, микропроцессорный вы числитель 8, блок 9 индикации 1 ил

-ч o.«r.urt .

С «

4. С ,-

&

уч.сл. ,«s«- --б-А Е, 1-&4ТС ЦК- & АЧА-IW- j.

«3W4f .sftfettat

i.j-t . Si

- - . «ч .якл«й 8« Л4аА( гйлгг-Лйй;-, в4 г

Г - ib4- - f ч S второму входам микропроцессорного вы- чиcлиfeля 8, а первый, информационный или кодовый, выход и второй выход выход займа или выход обнуления (переполнения), счётчика 7 выборок - соответственно к третьему и четвертому входам м икропро- цессорного вычислителя 8, который своим пятым входом соединен с выходом измерителя 5 временного интервала, первым выходов - с входом блока 9 индикации и вторым выходом - с вторьТм входом блока 4 управления, третий вход которого соединен с вторым выходом счетчика выборок.

Блок 4 управления содержит элемент 1/1 10, триггеры 11, 12, элемент 13 задержки, формирователь 14 импульса, элемент ИЛИ 15, переключатель 16 Режим работы и кнопку 17 Пуск Первый вход блока 4 управления подключен к первому входу эле- И 10, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 11, а выход эле- Тиента И 10-с S-входом триггера 12 Прямой выход триггера 12 подключен к выходу блока 4 управления и к R-входу триггера 11, S-аход которого подключен через последовательно соединенные элемент 13 задержч Ё

XI

О

ел

XI XI

Ю

ки и формирователь 14 импульса к выходу элемента ИЛИ 15. Выход формирователя 14 импульса подключен к шине сброса (цепи сброса на чертеже не показаны, чтобы не загромождать схему). Трехвходовый элемент ИЛИ 15 своим первым входом соединен с кнопкой 17 Пуск, вторым входом - с входом прибора Внешний запуск и третьим входом - с первым неподвижным контактом переключателя 16 Режим работы, второй неподвижный контакт которого разомкнут, а подвижный контакт является вторым входом блока 4 управления.

Цифровой частотомер работает следующим образом.

Входной сигнал U(t) подается на первый, сигнальный, вход АЦП 1 и на вход нуль- органа 2, АЦП 1 находится в ждущем режиме, на выходе нуль-органа 2 формируются импульсы в моменты перехода напряжения U(t) через одноименные нулевые значения, например из отрицательной области в положительную. Эти импульсы поступают на умножитель 3 частоты и по первому входу блока 4 управления на первый вход элемента И 10, который закрыт по второму входу сигналом низкого уровня с прямого выхода триггера 11. На выходе умножителя 3 частоты образуется последовательность импульсов, частота следования которых в п раз больше частоты входного сигнала. Эти импульсы в рабочем режиме подаются на второй вход, вход запуска, АЦП 1 и тем самым обеспечивается п точек отсчета мгновенных значений напряжения U(t), равномерно расположенных по его периоду Т, т.е. интервал (или период) дискретизации Д t Т/n. Для расширения частотного диапазона может использоваться дискретизация не за один период сигнала, а с распределением моментов дискретизации по периодам, через один или несколько, с применением цифровых дискретизаторов сигналов. Импульсы с выхода умножителя 3 частоты поступают на первый вход элемента И 6, который в исходном состоянии закрыт по второму входу сигналом низкого уровня с прямого выхода триггера 12, и на измеритель 5 временного интервала, в котором осуществляется измерение интервала дискретизации At и преобразование его в пропорциональный код, который по пятому входу микропроцессорного вычислителя 8 записывается в его ОЗУ.

Прибор имеет три режима работы: одиночный, автоматический и внешней запуск.

Рассмотрим работу прибора в режиме одиночного или ручного запуска и дискретизации сигнала за один период, что не меняет существа изобретения. В этом режиме переключатель 16 Режим работы устанавливается в положение П, запуск прибора осуществляется кнопкой 17 Пуск. При ее

нажатии на выходе формирователя 14 импульса генерируется импульс, который по шине сброса поступает на установку измерителя 5 временного интервала, микропроцессорного вычислителя 8 и счетчика 7

0 выборок и триггеров 11, 12 в исходное состояние, а затем через элемент 13 задержки - на S-вход триггера 11, переключая его в единичное состояние. Сигналом высокого уровня с прямого выхода триггера 11 откры5 вается элемент И 10 по второму входу, и первый же импульс с выхода нуль-органа 2, поступающий после этого, проходит через элемент И 10 на счетный S-вход триггера 12, устанавливая его в единичное состояние.

0 Сигналом высокого уровня с прямого выхода триггера 12 открывается по второму входу элемент И 6, а триггер 11 по R-входу возвращается в исходное, нулевое, состояние, закрывая элемент И 10 по второму вхо5 ду.

Выходные импульсы нуль-органа 2 проходят через открытый элемент И 6 на второй вход, вход запуска, АЦП 1 и на счетный вход счетчика 7 выборок. С поступлением каждо0 го импульса запуска с выхода элемента И 6 АЦП 1 переводится в рабочий режим, на его втором, информационном, выходе образуются двоичные коды мгновенных значений U(tq) UqjB MOMeHTbi дискретизации

5 tq At-q, q 1,n, задаваемые импульсами запуска. Эти коды импульсом Конец преобразования, поступающим с первого выхода АЦП 1 на первый вход, вход записи, микропроцессорного вычислителя 8, записывают0 ся по второму входу, входу данных, в ОЗУ микропроцессорного вычислителя 8. Адреса записываемых кодов Uq задаются выходным кодом с первого, информационного или кодового выхода счетчика 7 выборок, пода5 ваемым на третий, адресный, вход микропроцессорного вычислителя 8. Счетчик 7 выборок служит также для задания п отсчетов или выборок мгновенных значений Uq. Для этого он выполняется либо вычитаю0 щим и в исходном состоянии в него записывается число п на вычитание, либо суммирующим, тогда в исходном состоянии в него записывается число 21 - п, где I - разрядность счетчика. После поступления п

5 импульсов с выхода элемента И 6 на запуск АЦП 1, подсчитываемых счетчиком 7 выборок, и тем самым после получения п кодов (или отсчетов) мгновенных значений сигнала Uq на информационном выходе АЦП 1 счетчик 7 выборок обнуляется и на его вто

ром выходе формируется импульс, который поступает по четвертому входу, входу управления, на микропроцессорной вычислитель 8 третьему входу блока 4 упр1авлен1ия на R-вход триггера 12. устанавливая его в йсхбдное, нулевоёГсосТоянйё. Кроме того, выходным импульсом счетчика 7 выборок восстанавливается его исходное состояние (на схеме эта внутренняя связь счетчийа 7 выборок не показана). Сигналом низкогоЈу0Ъвня сТфяШгоЖШОЖтрйггёрЙ 12 закрывается по второму входу элемент И 6 и через него прекращается прохождение импульсов на запуск АЦП 1. Сигналом со второго в ыхода счетчика 7 выборок, поступающим в микрог1роцёссОрнь1й вычислитель 8, снимается запрещающий потенциал с послед йег о, и он переводится i рёЖйм обработки кодов Uq для получения результатов измерения.

На этом завершается первый этап, собственно измерительный, и начинается втбрбй. вычислительньГй, этап работы прибора,

На этом этапе первый, второй, третий, четвёртый и пятый входы микропроцессор- ного вычислителя 8 отключаются и он переводится автоматический режим работы.

Алгоритм работы микропроцессорного вычислителя сводится к выполнению следующих процедур.

Первая процедура: вычисление кода амплитуды Um.

Вторая процедура: вычисление значения круговой частоты, которая с учетом равенства tq q-At принимает вид:

а)

тЛт Ј i arc sin L,

L-At „ qDm

где L - количество измерений.

При вычислении значения циклической частоты

f ш/2л

1

: Результаты измерений частоты ( ш или ), а также в случае необходимости и других характеристик гёрмонйчёского сигнала (амплитуды, среднеквадратического и средне- выпрямленного значений, периода Т 1/f), выводятся по первому выходу микропро U3 &$& ft, s«4lte«- &a§s

., .. B

цессорного вычислителя 8 в блок 9 индикаций, - --- --

На этом процесс измерений в одиночном или ручном режиме завершается,

При работе прибора в режиме внешнего запуска переключатель 1 б также устанавливается в состояние II, но импульсы запуска формируются не кнопкой Пуск, а поступают по входу Внешний запуск, что необходимо при использовании прибора в составе

ШгсШт1ШрЬШнны1Х ШмТёТШтёльных сйс- тем.

При работе прибора в автоматическом режиме переключатель 16 устанавливается

в положение I и элемент ИЛИ 15 своим третьим входом подключается к второму выходу микропроцессорного вычислителя 8. В этом слУча ШпуСГп рйбЬра осуществляется автоматически импульсами, поступающими

с второго выхода микропроцессорного вычислителя 8.

Формула изобретения Цифровой частотомер, содержащий

аналого-цифровой преобразователь, нуль- орган, счетчик выборок, блок индикации и элемент И, причем первый вход аналого- цифрового преобразователя и вход нуль-органа подключены к входу прибора, а выход

элемента И соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя и входом счетчика выборок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, в него введены микропроцессорный вычислитель, умножитель частоты, измеритель временного интервала и блок управления, при этом выход нуль-органа соединен с первым входом блока управления и через умножитель частоты с

входом измерителя временного интервала и с первым зходом элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока управления, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы микропроцессорного вычислителя соединены соответственно с первым и вторым выходами аналого-цифрового преобразователя, с первым и вторым выходами счётчика выборок и с выходом измерителя временного интервала, а первый и второй

выходы микропроцессорного вычислителя подключены соответственно к блоку индикации и второму входу блока управления, третий вход которого соединен с вторым выходом счетчика выборок,

- и.- СРО ЭТЛ|ЙЙЗК 9с1 fTftaf tg

- jVjttrjf « f3P« l

i .