Устройство для измерения частоты Советский патент 1992 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к электронной цифровой технике и может быть использовано в устройствах измерения частоты элек- трических сигналов, применяемых в системах автоматического регулирования.

Известно устройство для измерения количества периодов измеряемого сигнала в течение заданного промежутка времени, содержащее счетчик подсчета целого числа периодов с подключенными к нему схе- мами И.

Недостатком устройства является низкая точность измерения, т.к. подсчитывается только целое число периодов, прошедших за время измерения, и ограни- ченный диапазон измерения частоты, т.к. период сигнала на минимальной частоте должен быть меньше заданного интервала времени измерения То, который является периодом дискретности цифровой системы и определяется из условия обеспечения быстродействия системы регулирования. Поэтому на нижней границе диапазона измерения частоты системы регулирования с такими измерителями теряют работоспо- собность.

Известно устройство для измерения числа периодов, содержащее первый и второй счетчики, первый и второй элементы И, подключенные к счетным входам соответст- вующих счетчиков, регистр, первый и второй триггеры, блок пересчета, элемент задержки, третий и четвертый элементы И. Оно реализует вычисление полного числа периодов с учетом дробной части периода в заданном интервале времени по формуле

..П (ЛП1 + ГП2)

N n+ „ Ч 1 К - (mi + ma)

где п - полное число периодов;

К - количество импульсов эталонной частоты за время измерения;

mi - количество импульсов эталонной частоты, подсчитанное за время от начала измерения до первого импульса, соответст- вующего началу периода измеряемого сигнала;

Ш2 - количество импульсов эталонной частоты от последнего измеряемого импульса до окончания времени измерения.

Недостатком устройства является малый диапазон измерения частоты.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения частоты в сторону меньших значений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения числа периодов, содержащее первый и второй счетчики, первый и второй элементы И, подключенные к счетным входам соответствующих счетчиков, регистр, первый и второй триггеры, блок пересчета, первый элемент задержки, третий и четвертый элементы И, причем единичный вход первого триггера подключен к шине начала измерения, его единичный выход подключен к первым входам первого, второго, третьего и четвертого элементов И, при этом второй вход первого элемента И соединен с шиной эталонной частоты, нулевой вход второго триггера соединен с нулевым входом первого триггера и вторым входом блока пересчета, единичный вход второго триггера соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, вход первого элемента задержки соединен с третьими входами второго и третьего элементов И, нулевой выход второго триггера соединен с вторым входом третьего элемента И, а единичный выход второго триггера подключен к второму входу второго элемента И, вход сигнала записи регистра соединен с выходом третьего элемента И, а выходы регистра подключены к установочным входам первого счетчика, вход сигнала записи первого счетчика подключен к выходу второго элемента И, а выходы первого счетчика соединены с установочными входами регистра и первыми входами блока пересчета, третьи входы блока пересчета соединены с выходами второго счетчика, вход установки в нулевое состояние которого соединен с входами установки в нулевое состояние первого счетчика и регистра, а также шину измеряемого сигнала и шину сигнала окончания измерения, введены формирователь импульсов удвоенной частоты, вход которого соединен с шиной измеряемого сигнала, а выход - с входом первого элемента задержки и третьими входами второго и третьего элементов И, пятый элемент И, первый вход которого соединен с шиной начала измерения, а выход - с входами установки в ноль регистра, первого и второго счетчиков, а второй вход соединен с нулевым выходом второго триггера, шестой элемент И, первый вход которого подключен к шине окончания измерения, а выход - к нулевым входам первого и второго триггеров, а также ко второму входу блока пересчета, последовательно соединенные второй элемент задержки, вход которого подключен к шине окончания измерения, седьмой элемент И и третий счетчик, вход установки нуля которого подключен к выходу пятого элемента И, а выходы - к четвертым входам блока пересчета, элемент НЕ, включенный между выходом шестого элемента И и вторым входом седьмого элемента И и элемент ИЛИ, включенный между выходами второго счетчика и вторым входом шестого элемента И.

Сущность изобретения заключается в том, что введение формирователя импульсов, получающего на своем входе измеряемый сигнал и формирующего на своем выходе импульсы с удвоенной частотой, которые затем и подсчитываются счетчиком импульсов, уменьшает нижнюю границу измерения частоты вдвое, а введение в устройство элемента ИЛИ, анализирующего наличие законченного полупериода измеряемого сигнала и при его отсутствии с помощью элементов НЕ, И и задержки осуществляющего необходимое расширение интервала времени измерения, при этом третий счетчик фиксирует количество расширений, повышает работоспособность систем регулирования при еще меньших частотах.

Схема устройства представлена на чертеже.

Устройство для измерения частоты содержит регистр 1, первый 2 и второй 3 счетчики, счетные входы которых подключены соответственно к выходам первого 4 и второго 5 элементов И, первый 6 и второй 7 триггеры, блок пересчета 8, первый 9 и второй 10 элементы задержки, третий 11 и четвертый 12 элементы И, причем единичный вход первого триггера 6 подключен к шине начала измерения 13 и ко входу пятого элемента И 14, а его единичный выход подключен к первым входам первого 4, второго 5, третьего 11 и четвертого 12 элементов И, при этом второй вход первого элемента И 4 соединен с шиной эталонной частоты 15, нулевой вход второго триггера 7 соединен с нулевым входом первого тригегра 6, вторым входом блока пересчета 8, выходом шестого

элемента И 16 и входом элемента НЕ 17, единичный вход - с выходом четвертого элемента И 12, второй вход которого подключен к выходу первого элемента задержки 9,

вход которого соединен с третьими входами второго элемента И 5 и третьего элемента И 11 и с выходом формирователя импульсов 18, вход которого подключен к шине измеряемого сигнала 19, единичный выход вто0 рого триггера 7 соединен со вторым входом второго элемента И 5, вход сигнала записи регистра 1 соединен с выходом третьего элемента И 11, а выходы регистра 1 подключены к установочным входам первого счет5 чика 2, вход сигнала записи которого подключен к выходу второго элемента И 5, а выходы первого счетчика 2 соединены с установочными входами регистра 1 первыми входами блока пересчета 8, выходы вто0 рого счетчика 3 подсоединены к третьим входам блока пересчета 8 и входам элемента ИЛИ 20, выход которого подключен к второму входу шестого элемента И 16, входы установки в нулевое состояние регистра

5 1, первого 2, второго 3 и третьего 21 счетчиков подключены к выходу пятого элемента И 14, второй вход которого соединен с нулевым выходом второго триггера 7 и вторым входом третьего элемента И 11, первый вход

0 шестого элемента И 16 подключен к шине сигнала окончания измерения 22 и к входу второго элемента задержки 10, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И 23, второй вход которого под5 ключей к выходу элемента НЕ 17, а выход - к счетному входу третьего счетчика 21, выходы которого подсоединены к четвертым входам блока пересчета 8,

Устройство работает следующим обра0 зом.

В исходном состоянии первый 6 и второй 7 триггеры установлены в нулевое состояние. На нулевом выходе второго триггера 7 сигнал 1. На шину 13 поступает

5 импульс начала измерения, который устанавливает через пятый элемент И 14 регистр 1, первый 2, второй 3 и третий 21 счетчики в нулевое состояние, а первый триггер 6 - в единичное состояние. Сигнал с единичного

0 выхода первого триггера 6 поступает на первый 4, второй 5, третий 11 и четвертый 12 элементы И. Через первый элемент И 4 с шины 15 импульсы эталонной частоты начинают поступать на счетный вход первого

5 счетчика 2.

Периодический сигнал измеряемой частоты через шину 19 поступает на формирователь импульсов 18, преобразующий этот периодический сигнал в последователь- jnpCTb однополярных импульсов, возникающих в момент измерения знака измеряемого сигнала, Выходной сигнал формирователя 18 через третий элемент И 11 поступает на вход сигнала записи регистра 1, по которому в этот регистр заносится с первого счетчика 2 количество импульсов эталонной частоты, подсчитанное за время начала измерения до первого импульса на выходе формирователя импульсов 18, а также через первый элемент задержки 9 и четвертый элемент И 12 устанавливает второй триггер 7 в единичное состояние,

Импульсы эталонной частоты, продолжая поступать на счетный вход первого счетчика 2, складываются с ранее подсчи- тайным количеством импульсов mi. Каждый последующий импульс, получаемый на выходе формирователя импульсов 18, через третий элемент И 11 поступает на счетный вход второго счетчика 3 и вход записи пер- вого сметчика 2, по которому в первый счетчик 2 перезаписывается из регистра 1 количество импульсов mt эталонной частоты, подсчитанное за время от начала измерения до первого импульса с формирователя импульсов 18.

Импульс окончания измерения поступает по шине 22 на первый вход шестого элемента И 16 и на вход второго элемента задержки 10. Если второй счетчик 3 не заре- гистрировал ни одного полупериода измеряемого сигнала, т.е. после прихода первого импульса все еще нет второго импульса с выхода формирователя импульсов 18, то сигнал с выхода второго элемента задержки 10 при отсутствии сигнала на входе элемента НЕ 17 проходит через седьмой элемент И 23 на счетный вход третьего счетчика 21. Сигнал на второй вход блока пересчета 8 не поступает. Приход нового импульса начала измерения с шины 13 не влияет на работу устройства, так как триггеры 6 и 7 не были установлены в исходное положение. Устройство продолжает работать до прихода нового импульса окон.чзния измерения пс шине 22, Если второй счетчик 3 зарегистрировал хотя бы один полный полупериод сигнала измеряемой частоты, то на второй вход шестого элемента И 16 через элемент 20 поступит разрешающий сигнал и тогда выходной сигнал шестого элемента И 16 поступит на входы установки в нуль триггеров 6 и 7 и на второй вход блока пересчета 8, по которому в блок пересчета 8 со счетчика 3 заносится целое количество п подсчитан- ных полупериодов, с первого счетчика 2 заносится сумма (ггп + та) количества импульсов гл2 эталонной частоты, подсчитанного за время от начала измерения до

первого импульса с формирователя импульсов 18, и количества импульсов т2 эталонной частоты от последнего импульса, прошедшего от формирователя импульсов 18, до импульса окончания измерения, дошедшего до второго входа блока пересчета 8, ас третьего счетчика 21 - количество расширений интервала измерения Ј для вычисления частоты по формуле

г

1

П +

П (ГГИ + ГП2)

1+1 I K(E+1)-(mi +m-2)j где f - измеряемая частота, К - количество импульсов эталонной частоты за один ин- тервал измерения.

Формула изобретения Устройство для измерения частоты, содержащее первый и второй счетчики, первый и вторй элементы И, подключенные к счетным входам соответствующих счетчиков, регистр, первый и второй триггеры, блок пересчета, первый элемент задержки, третий и четвертый элементы И, причем единичный вход первого триггера подключен к шине начала измерения, его едини ный выход подключен к перым входам первого, второго, третьего и четвертого элементов И, при этом второй вход первого элемента И соединен с шиной эталонной частоты, нулевой вход второго триггера соединен с нулевым входом первого триггера и вторым входом блока пересчета, единичный вход второго триггера соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, вход первого элемента задержки соединен с третьими входами второго и третьего элементов И, нулевой выход второго триггера соединен с вторым входом третьего элемента И, а единичный выход второго триггера подключен к второму входу второго элемента И, вход сигнала записи регистра соединен с выходом третьего элемента И, а выходы регистра подключены к установочным входам первого счетчика, вход сигнала записи первого счетчика подключен к выходу второго элемента И, а выходы первого счетчика соединены с установочными входами регистра и первыми входами блока пересчета, третьи входы блока пересчета соединены с выходами второго счетчика, вход установки в нулевое состояние которого соединен с входами установки в нулеЕюе состояние первого счетчика и регистра, а тзкже шину измеряемого сигнала и шину сигнала окончания измерения, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введены формирователь импульсов удвоенной частоты, вход которого соединен с шиной измеряемого сигнала, а выход - с входом первого элемента задержки и третьими входами второго и третьего элементов И, пятый элемент И, первый вход которого соединен с шиной начала измерения, а выход - с входами установки в О регистра, первого и второго счетчиков, а второй вход соединен с нулевым выходом второго триггера, шестой элемент И, первый вход которого подключен к шине окончания измерения, а выход- к нулевым входам первого и второго

0

триггеров, а также к второму входу блока пересчета, последовательно соединенные второй элемент задержки, вход которого подключен к шине окончания измерения, седьмой элемент И и третий счетчик, вход установки О которого подключен к выходу пятого элемента И, а выходы - к четвертым входам блока пересчета, элемент НЕ, включенный между выходом шестого элемента И и вторым входом седьмого элемента И и элемент ИЛИ, включенный между выходами второго счетчика и вторым входом шестого элемента И.