Устройство для измерения средней частоты следования импульсов Советский патент 1993 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерений и может быть использовано в системах автоматического контроля и в цифровых устройствах измерения частоты импульсно- модулйрованных радиосигналов.

Характерной особенностью устройств подобного типа является формирование интервала, длительность которого равна серии импульсов. Начало формируемого интервала должно быть жестко привязано к срезу первого импульса измеряемой серии импульсов, а конец - к срезу последнего импульса серии.

Известны различные способы, позволяющие формировать временной интервал и использующие для этого генератор ударного возбуждения либо генератор эталонной частоты.

Существенным недостатком устройств, основанных на применении ударного генератора, является ограниченный диапазон измеряемых частот из-за практической сложности реализации генератора ударного возбуждения на 100 МГц и выше, а также сравнительно низкая стабильность частоты генератора.

Недостатком решения с генератором эталонной частоты является наличие погрешности, обусловленной несинфазно- стью измеряемого сигнала и импульсов эталонного генератора и равной периоду частоты эталонного генератора как по срезу формируемого интервала, так и по фронту.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения средней частоты следования импульсов 1, в котором используется генератор эталонной частоты. Начало интервала измерения привязано к срезу первого импульса измеряемой частоты, а конец совпадает со срезом последнего импульса измеряемой частоты. Мерный интервал измерения равен, с точностью до периода эталонной частоты, сумме полных периодов импульсов измеряемой частоты, сосчитанных счетчиком. Жесткая привязка фронта формируемого интервала к срезу первого импульса измеряемой серии позволяет избавиться от погрешности при формировании временного интервала по фронту.

Однако этому решению присущ недостаток, заключающийся в том, что может появиться погрешность, равная периоду частоты эталонного генератора, из-за неоднозначности отсчета, вызванной несинфазностью импульса триггера 2 и импульсов генератора 1 эталонной частоты, в результате чего на выходе схемы селектора 3 может сформироваться первый импульс, при котором счетчик 6 может сработать, а

счетчик 8 не сработает или наоборот из-за их различных входных характеристик.

Целью изобретения является повышение точности измерения частоты за счет устранения неоднозначности отсчета.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения средней частоты следования импульсов, содержащее генератор импульсов эталонной частоты,

выход которого соединен с сигнальным входом первого временного селектора, выход которого соединен со счетными входами счетчика эталонной частоты и вспомогательного счетчика, выход которого соединен с

5 первым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом второго временного селектора, выход которого соединен со счетным вхо0 дом счетчика измеряемой частоты, а его сигнальный вход соединен с источником импульсов измеряемой частоты и первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого является входом запуска устройст5 ва, а выход соединен с вторым входом элемента И, суммирующий вход реверсивного счетчика соединен с выходом счетчика эталонной частоты, а вычитающий вход соединен с выходом элемента задержки, вход

0 которого соединен с выходом вспомогатель- ного счетчика, а выход реверсивного счетчика соединен с первыми входами элемента ИЛИ и второго элемента И-НЕ, вторые входы которых соединены с инверсным выхо5 дом триггера, выход второго элемента И-НЕ

.соединен с третьим входом элемента И, а

выход элемента ИЛИ соединен с третьим

входом первого элемента И-НЕ, первый

вход которого соединен с входом обнуления

0 вспомогательного счетчика, введен второй триггер, один вход которого соединен с выходом генератора импульсов эталонной частоты, второй вход соединен с прямым выходом первого триггера, инверсный вы5 ход второго триггера соединен с управляющим входом первого временного селектора. Сущность изобретения заключается в том, что благодаря введению в схему второго триггера исключается ситуация в работе

0 устройства, при которой возможно появление неоднозначности срабатывания счетчика эталонной частоты и вспомогательного счетчика из-за того, что сигналы с генератора импульсов эталонной частоты, не завися5

щие от входного сигнала и с первого триггера, режим работы которого определяется входным измеряемым сигналом, являются несинфазными. Приведенные эпюры напряжений поясняют сущность изобретения.

Предлагаемая совокупность признаков проявляет новое свойство: одновременность срабатывания счетчика эталонной частоты и вспомогательного счетчика за счет предварительной подготовки первого временного селектора к пропусканию импульсов с генератора эталонной частоты,

В просмотренной литературе авторы не встретили совокупности признаков, подобной заявляемой, с проявлением указанного свойства.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства,

Устройство содержит генератор импульсов эталонной частоты 1,триггер2, первый временной селектор 3, второй временной селектор 4, входную шину 5, счетчик эталонной частоты 6, реверсивный счетчик 7, счетчик 8 импульсов, счетчик измеряемой частоты 9, элемент И 10, первый элемент И-НЕ 11,-элемент ИЛИ 12, второй элемент И-НЕ 13, элемент задержки 14, D- триггер 15, шину запуска 16 и выходную шину 17.

Входом запуска устройства является второй вход 16 первого элемента И-НЕ 11, выходом устройства - выход 17 реверсивного счетчика 7. Выход генератора 1 импульсов эталонной частоты соединен с первым входом триггера 15 и с сигнальным входом первого временного селектора 3, второй вход триггера 15 соединен с управляющим входом второго временного селектора 4 и с прямым выходом триггера 2, выход триггера 15 соединен с управляющим входом первого временного селектора 3, выход которого соединен со счетным входом счетчика эта- . лонной частоты 6 и счетчика 8, вход обнуления последнего соединен с входной шиной 5 и сигнальным входом второго временного селектора 4, выход которого соединен со счетным входом счетчика измеряемой частоты 9, выход счетчика эталонной частоты 6 соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 7, его вычитающий вх.од соединен с выходом элемента задержки 14, вход которого соединен с выходом счетчика 8ис первым входом элемента 10, его второй вход соединен с выходом первого элемента И-НЕ 11, первый вход которого соединен с входной шиной устройства 5, третий вход - с выходом элемента ИЛИ 12, первый вход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и с выходом реверсивного счетчика 7. второй вход элемента ИЛИ 12 соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ 13 и с инверсным выходом триггера 2, выход второго элемента И-НЕ 13 соединен с третьим входом элемента И 10.

Устройство работает следующим образом.

.До начала измерения счетчики 6 и 7 частоты устанавливают в исходное состоя- 5 ние, например, при котором после занесения определенного количества импульсов эталонной частоты, соответствующего суммарной длительности времени измерения, в старшем разряде счетчика 7 сигнал изменя- 0 ется с уровня О на 1. Счетчик 9 и триггер 2 обнулены. Вспомогательный счетчик 8 предварительного обнуления не требует, так как каждым импульсом измеряемой частоты он обнуляется и на его выходе имеется 5 сигнал уровня 1.

Триггер 15 дополнительного обнуления не требует, т.к. исходное состояние обеспечивается уровнем О, поступающим на его вход D с выхода триггера 2. 0 Измерение частоты начинается после подачи команды Пуск уровнем 1 на вход 16, при которой элемент И-НЕ 11 открывается и первый импульс измеряемой частоты на входе 5 устройства поступает через от- 5 крытый элемент И 10 на счетный вход триггера 2. Триггер 2.изменяет свое состояние при изменении сигнала на его счетном входе с уровня О на уровень 1. Таким образом, после прохождения первого импульса 0 измеряемой частоты по его срезу триггер 2 срабатывает, открывается временной селектор 4, а элемент И-НЕ 11 закрывается сигналом с инверсного выхода триггера через элемент ИЛИ 12, благодаря чему после- 5 дующие импульсы измеряемой частоты не воздействуют на триггер 2.

Напряжение уровня 1 с прямого выхода триггера 2 поступает на вход D триггера 15, подготавливая его к опрокидыванию 0. срезом следующего импульса с генератора 1 эталонной частоты.

После опрокидывания триггера 15 открывается селектор 3 и на счетные входы счетчиков 6 и 8 поступают импульсы эталон- 5 ной частоты от генератора 1.

На счетный вход счетчика 9 поступают

импульсы измеряемой частоты, начиная с

второго импульса. В этом случае счетчик 9

считает количество периодов измеряемой

0 частоты в пачке, так как не регистрирует

. первый импульс начала измерения каждой

пачки.

Одновременно на вход обнуления вспомогательного счетчика 8 поступают импуль- 5 сы измеряемой частоты, каждый импульс которой обнуляет его, причем на все время воздействия импульса обнуления счетчик 8 находится в нулевом состоянии. Емкость счетчиков 6 и 8 выбрана такой, чтобы за время отсутствия импульса обнуления они

заполнялись меньше половины информационной емкости, причем по своим параметрам и информационной емкости счетчики б и 8 совершено одинаковы. С момента окончания последнего импульса пачки (последнего обнуления) счетчик 8 заполняется импульсами эталонной частоты, счетчики 6 и 7 суммируют их. При переполнении счетчика 8 на его выходе в старшем разряде сигнал изменяется с уровня О на уровень 1 и передний фронт этого сигнала через открытый элемент 1/1 10 по счетному входу переключает триггер 2 в нулевое исходное состояние, при этом селекторы 3 и 4 закрываются, а элементы И-НЕ 11 и И 10 открываются, устройство принимает исходное состояние и готово к приему следующей пачки. При этом в счетчике 9 будет записано число, равное количеству периодов импульсов измеряемой частоты, а в счетчиках 6 и 7 - количество импульсов, пропорциональное сумме периодов измеряемой частоты в пачке, и количество импульсов переполнения счетчика 8. Для того чтобы исключить из результата измерения лишние импульсы, которые занесены в счетчики 6 и 7 с момента окончания последнего импульса пачки, положительный фронт импульса переполнения счетчика 8, пройдя через элемент 14 задержки, поступает на вычитающий вход счетчика 7, В результате вычитания этого импульса код, записанный в счетчике 7, уменьшается на число, равное количеству импульсов переполнения счетчика 8. Таким образом, в конце измерения каждой пачки в счетчиках б и 7 записано число, пропорциональное количеству импульсов измеряемой частоты, находящемуся .в счетчике 9.

При поступлении на вход 5 устройства следующих пачек импульсов измеряемой частоты работа устройства происходит аналогично вышеописанному, при этом процесс повторяется до тех пор, пока в счетчики 6 и 7 не будет занесено определенное количество импульсов эталонной частоты, при котором на выходе 17 счетчика 7 появляется сигнал уровня 1.

Этот сигнал поступает на входы элементов И-НЕ 13 и ИЛИ 12, тем самым открывая элемент И-НЕ 11 для прохождения импульса измеряемой частоты. После прохождения

на счетный вход триггера 2 первого же импульса измеряемой частоты по его заднему фронту триггер 2 возвращается в исходное нулевое состояние и селекторы 3 и 4 закрываются. В этот же момент на выходе элемента И-НЕ 1.3 сигнал изменяется с уровня V на О, тем самым закрывается элемент И 10 и блокируется прохождение последующих импульсов измеряемой частоты на вход триггера 2. Об окончании процесса измерения свидетельствует появление сигнал на выходе 17, при этом результат измерения считывается со счетчика 9 с учетом кода счетчика 6. На этом процесс измерения заканчивается.

Таким образом, в устройстве начало интервала измерения всегда привязано к заднему фронту первого импульса измеряемой частоты, а конец интервала измерения всегда совпадает с задним фронтом последнего импульса измеряемой частоты в этом интервале, т.е. в данном устройстве мерный интервал измерения всегда равен, с точностью до периода эталонной частоты, сумме полных периодов импульсов

измеряемой частоты, сосчитанных счетчиком 9.

Предлагаемое устройство для измерения средней частоты следования импульсов имеет более высокую точность измерения

частоты по сравнению с прототипом, так как устраняется погрешность из-за неоднозначности отсчета, равная периоду частоты эталонного генератора. То есть устраняется ситуация, когда на выходе первого временного селектора может сформироваться первый импульс, п.ри котором счетчик эталонной частоты может сработать, а вспомогательный счетчик не сработает (или наоборот).

Устройство может быть выполнено на современной элементной базе с применением цифровых микросхем.

Изобретение относится к области радиоизмерений, может быть использовано в системах автоматического контроля, в цифровых устройствах измерения частоты им- пульсно-модулированных радиосигналов. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты, В известное устройство, содержащее генератор импульсов эталонной частоты 1, триггер 2, первый и второй временные селекторы 3 и 4, входную шину 5, счетчик эталонной частоты б, реверсивный счетчик 7, вспомогательный счетчик 8 импульсов, счетчик измеряемой частоты 9, элемент И 10, первый и второй элементы И-НЕ 11 и 13, элемент ИЛИ 12, элементы задержки 14, шину запуска 16 и выходную шину 17, вводится триггер 15, который осуществляет жесткую привязку фронта формируемого интервала к срезу первого импульса эталонного генератора для исключения неоднозначности отсчета. 1 ил.

Формула изобретен.и я Устройство для измерения средней частоты следования импульсов, содержащее генератор импульсов эталонной частоты, выход которого соединен с сигнальным вхо- -дом первого временного селектора, выход которого соединен со счетными входами счётчика эталонной частоты и счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом второго временного селектора, выход которого соединен со счетным входом счетчика измеряемой частоты, а сигнальный вход второго временного селектора соединен с источником импульсов измеряемой частоты и первым входом первого элемента И-НЕ, второй вход которого является входом запуска устройства, а выход соединен с вторым входом элемента И, суммирующий вход реверсивного счетчика соединен с выходом счетчика эталонной частоты, а вычитающий вход соединен с выходом элемента задержки, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход реверсивного счётчика с первыми входами элемента ИЛИ и второго элемента И-НЕ, вторые входы которых соединены с инверсным выходом триггера, выход второго элемента И-НЕ соединен с третьим входом элемента И, а

выход элемента ИЛИ соединен с третьим входом первого элемента И-НЕ, выход элемента ИЛИ соединен с третьим входом первого элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с входом обнуления счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, в него введен второй триггер, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов эталонной частоты, информационный вход соединен с прямым выходом первого триггера, инверсный выход второго триггера соединен с управляющим входом первого временного селектора.