Устройство для измерения скорости изменения частоты Советский патент 1993 года по МПК G01R23/00 

ел

С

Устройство для измерения скорости изменения частоты относится к измерительной .технике и предназначено для контроля за изменением параметра - частоты следования импульсов. Цель изобретения -упрощение устройства. Достигается цель за счет введения реверсивного счетчика 1, триггеров 2, 5, 6, элементов И 4, 7, элемента ИЛИ 13, элемента НЕ 8, счетчика 3 импульсов. Устройство также содержит генератор 10 опорной частоты, счетчик 11 интервалов, формирователи 12, 18 импульсов, преобразователь 14 двоично-десятичного кода и индикатор 17. 2 ил.

00

о о

CJ

VI

00

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля и измерения скорости изменения частоты.

Целью изобретения является его упрощение.

Достигается цель за счет того, что выход входного формирователя соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера ворот, а выход - со счетными входами счетчика, разрядные выходы которого соедине- ны с входами параллельной записи реверсивного счетчика, выход О которого соединен с С-входом D-триггера знака, D- и R-входы которого соединены с землей, S- вход - с выходом элемента ИЛИ, входом Сброс счетчика и S-входом D-триггера ворот, Q-выход - с входом вычитания, а Q-вы- ход - с входом добавления реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены шиной с преобразователем двоично-десятичного кода, при этом объединенные входы счета счетчика и реверсивного счетчика соединены с выходом первого элемента И, первый выход формирователя импульсов Вывод соединен с объединенными входами элемента НЕ и второго элемента И, второй вход которого соединен с Q-выходом триггера запрета вывода информации, S-вход соединен с входом Сброс устройства, D и R-входы соединены с землей, а С-вход - с выходом элемента НЕ, выход второго элемента И соединен с входом ввод индикатора, второй выход формирователя соединен с входом Запись реверсивного счетчика, третий выход формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входом Сброс счетчика интервалов и входом Сброс устройства, выход счетчика интервалов соединен с С-входом D-триггера ворот, D- и R-входы которого соединены с землей, второй вход формирователя импульсов соединен с выходом генератора опорных частот.

Сущность предложенного устройства состоит в том, что из измеряемой частоты формируются соответствующие импульсы счета, которые через ворота поступают на счетчик и реверсивный счетчик, работающий в режиме обратного счета. Время счета определятся от момента формирования сигнала Сброс до появления импульсов заполнения счетчика интервалов, закрывающих ворота по окончании интервала измерения. После второго измерительного интервала информация о приращении скорости из реверсивного счетчика в параллельном виде после преобразования в двоично-десятичном коде поступает вместе с

информацией о знаке в индикатор. После первого измерительного интервала счетчик интервалов формирует импульс, которым запускается формирователь, формирующий серию из трех импульсов: вывод, перенос, Сброс. Первый импульс- вывод не поступает на вход индикатора. Импульс перенос переносит содержимое счетчика в реверсивный счетчик, Импульс сброс от- крывает ворота и устанавливает на О счетчик. Во время второго измерительного интервала в счетчик записываются импульсы входной частоты, а реверсивный счетчик, работая в режиме обратного счета, выпол- 5 няет функцию вычитающего устройства. Если число, оставшееся в реверсивном счетчике к концу второго измерительного интервала, не равном нулю, т.е. на выходе реверсивного счетчика не появлялся сигнал 0 обнуление, то частота импульсов во втором измерительном интервале ниже частоты следования импульсов в первом измерительном интервале, число оставшееся в реверсивном счетчике характеризует 5 эту величину.

Если, например, во время третьего измерительного интервала реверсивный счетчик, работавший в режиме обратного счета выдает сигнал равенства О содер- 0 жимого реверсивного счетчика, то по этому сигналу срабатывает триггер знака, переключающий реверсивный счетчик в режим прямого счета, и до конца измерительного интервала в реверсивный счетчик записано 5 в режиме прямого счета число, на которое превышает число импульсов в третьем измерительном интервале число импульсов во втором, т.е. скорость изменения частоты в третьем измерительном интервале, больше 0 на величину, записанную в реверсивном счетчике. Поэтому к концу третьего измерительного интервала в реверсивном счетчике записано число, а в триггере знака - знак -, которые по сигналу вывод записаны в 5 индикаторе. Аналогично осуществляются измерения в последующих измерительных интервалах.

Таким образом, сущность устройства состоит в том, что в нем предусмотрен толь- 0 ко один измерительный канал, содержащий счетчик и реверсивный счетчик.

Результаты текущего измерения запоминаются и одновременно вычитаются из результатов предыдущего измерения. Ре- 5 зультат вычитания характеризует собой величину измерения частоты, а по отношению к фиксированному интервалу измерений - относительную величину измерения (скорость). Переход через О при вычитании характеризует знак измерения. Результат

первого измерения на индикаторе не регистрируется, так как еще нет предыдущего измерения, т.е. еще не с чем сравнивать частоту, для этого в устройстве предусмотрены специальные средства запрета ин- дикации первого интервала.

При переходе через О реверсивного счетчика осуществляется переключение его из режима вычитания в режим суммирования, однако в начале каждого цикла измере- ния реверсивный счетчик переключается в режим вычитания текущего значения частоты из перенесенного в конце предыдущего интервала результата измерения.

Как следует из описания предложенно- го устройства, оно значительно проще прототипа, так как оно содержит счетчик и реверсивный счетчик, вместо которых в прототипе содержатся два счетных канала, каждый из которых содержит селектор, счетчик, буферный регистр с прямыми и обратными выходами, кроме того, в каждый счетный канал входят коммутатор, два одновибрато- ра, а также блок вычитания, содержащий сумматор, преобразователь двоично-деся- тичного кода и индикатор.

В предлагаемом устройстве вместо этих блоков и устройств содержатся только три D-триггера, два элемента И, элемент ИЛИ, элемент НЕ, преобразователь двоично-де- сятичного кода и индикатор.

Других известных технических решений с признаками, сходными с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, при поиске не обнару- жено, следовательно, заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями.

Структурная схема устройства изображена на фиг.1; временные диаграммы рабо- ты устройства - на фиг.2.

На фиг.1 обозначены: 1 - реверсивный счетчик, 2 - (второй) триггер знака, 3 - счетчик, 4,7 - элементы И, 5 - (первый) триггер ворот, 6 - (третий) триггер запрета вывода, 8-элемент НЕ, 9-формирователь времени счета, 10 - генератор опорной частоты, 11 - счетчик интервалов, 12 - формирователь импульсов, 13-элемент ИЛИ, 14-преобразователь двоично-десятичного кода, 15 - вход измеряемой частоты, 16 - вход Сброс, 17 - индикатор, 18 - входной формирователь.

Устройство для измерения скорости изменения частоты содержит входной форми- рователь 18, вход которого соединен с входом 15 измеряемой частоты устройства, счетчик 3, формирователь 9 времени счета, содержащий последовательно соединенные генератор 10 опорной частоты, счетчик

11 интервалов времени, а также формирователь 12, преобразователь 14 двоично-десятичного кода, соединенный шиной с индикатором 17. Выход входного формирователя 18 соединен с первым входом элемента И 4, второй вход которого соединен с выходом триггера 5 ворот, а выход - со счетным входом счетчика 3. Разрядные выходы последней соединены с входами параллельной записи реверсивного счетчика 1, выход О которого соединен с С-входом триггера 2 знака. D- и R-входы триггера 2 соединены с землей, S-вход - с выходом элемента ИЛИ 13, входом Сброс счетчика 3 и S-входом триггера 5 ворот, выход - с входом вычитания, а Q-выход - с входом добавления реверсивного счетчика 1, разрядные выходы которого соединены шиной с преобразователем 14 двоично-десятичного кода. Объединенные входы счета счетчика 13 и реверсивного счетчика 1 соединены с выходом элемента И 4, первый выход формирователя 12 импульсов Вывод соединен с объединенными входами элемента НЕ 8 и элемента И 7, второй вход которого соединен с Q-выходом триггера 6 запрета вывода информации, S-вход соединен с входом 16 Сброс устройства, D-и R-входы соединены с землей, С-вход с выходом элемента НЕ 8. Выход элемента И 7 соединен с входом Ввод индикатора 17, второй выход формирователя 12 импульсов соединен с входом Запись реверсивного счетчика 1, третий выход формирователя 12 импульсов соединен с первым входом элемента ИЛ И 13, второй вход которого соединен с входом Сброс счетчика 11 интервалов и входом 16 Сброс устройства. Выход счетчика 11 интервалов соединен с С-входом триггера 5 ворот, D- и R-входы которого соединены с землей. Второй вход формирователя 12 импульсов соединен с выходом генератора 10 опорных частот.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сброса на вход 16 Сброс устройства устанавливаются на О счетчик 11 интервалов, реверсивный счетчик 1. устанавливается триггер 6 запрета вывода информации, а через элемент ИЛИ 13 устанавливается в 1 триггер 5 ворот, триггер 2 знака по S-входам и устанавливает на О счетчик 3. На Q-выходе D-триггера 5 ворот появляется высокий уровень и открывается элемент И 4. На второй вход элемента И 4 поступает измеряемая частота, сформированная входным формирователем 18, и на счетные входы счетчика 3 и реверсивного счетчика 1 поступают импульсы счета, причем реверсивный счетчик

1 считает в режиме обратного счета, так как установленный в Г триггер 2 знака устанавливает высокий уровень на входе режима обратного счета реверсивного счетчика 1. По окончании первого измерительного интервала счетчик 11 интервалов формирует на выходе положительный импульс, по которому триггер 5 ворот переходит в состо- яние О, закрывается элемент И 4 и счетные импульсы измеряемой частоты перестают поступать на счетные входы счетчика 3 и реверсивного счетчика 1.

Одновременно запускается формирователь 12 импульсов, который в каждом цикле измерений формирует три импульса. Пер- вый импульс вывод через элемент И 7 не проходит, так как элемент И 7 закрыт после сброса триггером 6 запрета вывода. Задним фронтом отрицательного импульса с выхода элемента НЕ 8 триггер 6 запрета вывода устанавливается в состояние О, открывая элемент И 7, через который все последующие импульсы вывод проходят и отображают на индикаторе 17 результаты измерений. Таким образом, элементы 6, 7, 8 образуют схему запрета вывода на индикатор результатов первого измерения, так как после первого измерения еще не сформирована разность этого измерения с предыдущим (предыдущего измерения не было). Второй импульс, формируемый формирователем 12 импульсов, перенос поступает на вход параллельной записи реверсивного счетчика 1, в который записывается содержимое счетчика 3. Третий импульс сброс, формируемый формирователем 12 импульсов, устанавливает в 1 триггер 2 знака (если он был в состоянии О), устанавливает на О счетчик 3 и переводит в состояние 1 триггер 5 ворот. Начинается следующий цикл измерения. Таким образом, каждый цикл измерения начинается с установки триггера знака в состояние 1, т.е. реверсивный счетчик начинает цикл измерений всегда в режиме вычитания.

Если в следующем измерительном интервале частота ниже, чем в предыдущем, то результат вычитания в реверсивном счетчике положительный и он не переходит через О. Следовательно, триггер 2 знака состоя- ния не меняет.

Если в последующем цикле измерений частота выше, чем в предыдущем цикле, то реверсивный счетчик 1 переходит через О, переключая триггером 2 знака режим вычи- тания на режим добавления (триггер 2 знака переходит в состояние О). Количество импульсов, подсчитанных реверсивным счетчиком 1, численно равно величине скорости

изменения частоты, а триггер 2 знака фиксирует знак изменения, которые отображаются индикатором 17. Аналогично происходят последующие циклы измерения.

На фиг.2 приведены временные диаграммы работы устройства, где а - сброс на входе устройства при включении, б - выход триггера 5, в - импульсы на выходе счетчика 11 интервалов, г - импульсы вывод на выходе формирователя 12, д - импульсы переноса на выходе формирователя 12 импульсов, е - импульсы сброс на выходе формирователя 12 импульсов, ж - импульсы вывод на выходе элемента И7 (первый импульс на фиг.2г не проходит), з - содержимое счетчика 3 в конце счетного интервала, и - содержимое реверсивного счетчика 1 в момент переноса и после окончании измерительного интервала, к - выход триггера 2 знака, момент появления низкого уровня соответствует появлению сигнала О на выходе реверсивного счетчика 1.

В первом измерении подсчитано счетчиком Зт импульсов, во втором и третьем - соответственно п(п т) и К(к п) - фиг2з.

Из счетчика 3 импульсом перенос в реверсивный счетчик переносится (фиг.2и) соответственно m, n и k импульсов. В конце первого измерительного интервала результаты не отображаются, в конце второго интервала результат положительный ( m -п + Л, так как п т), триггер знака регистрирует положительное приращение, в конце третьего измерительного интервала в реверсивном счетчика п - k - А , так как k n, реверсивный счетчик переходит через О и триггер знака регистрирует отрицательное приращение (фиг.2и, к).

Технико-экономический эффект предложенного устройства по сравнению с прототипом и базовым объектом, например частотомером 43-22, состоит в упрощении устройства.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения скорости изменения частоты, содержащее входной формирователь, вход которого соединен с входом измеряемой частоты устройства, формирователь времени счета, содержащий последовательно соединенные генератор опорной частоты, счетчик интервалов и формирователь импульсов, преобразователь двоично-десятичного кода, выход которого соединен с первым входом индикатора, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в него введены реверсивный счетчик, счетчик импульсов, три триггера, два элемента И, элемент ИЛИ и элемент НЕ, при этом выход входного формирователя соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, выход первого элемента И соединен со счетными входами реверсивного счетчика и счетчика импульсов, разрядные выходы которого соединены с входами параллельной записи реверсивного счетчика, выход О которого соединен с С-входом второго триггера, D- и R-входы которого соединены с шиной пита- ния, а S-вход соединен с выходом элемента ИЛИ, входом Сброс счетчика импульсов и S-входом первого триггера, прямой и инверсный выходы второго триггера соединены соответственно с входами вычитания и ело- жения реверсивного счетчика, разрядные выходы которого соединены с входами преобразователя двоично-десятичного кода, первый выход формирователя импульсов соединен с входом элемента НЕ и первым входом второго элемента И, второй вход

в -± f Г

JL

которого соединен с инверсным выходом третьего триггера, S-вход которого соединен с входами Сброс реверсивного счетчика, счетчика интервалов, входом Сброс устройства и первым входом элемента ИЛИ, D- и R-входы третьего триггера соединены с шиной питания устройства, а С-вход - с выходом элемента НЕ, выход второго элемента И соединен с третьим входом индикатора, второй выход формирователя импульсов соединен с входом Запись реверсивного счетчика, третий выход формирователя импульсов соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход счетчика интервалов соединен с С-входом первого триггера, D- и R-входы которого соединены с шиной питания устройства, второй вход формирователя импульсов соединен с выходом генератора опорных частот, при этом прямой выход второго триггера соединен с вторым входом индикатора.

Фи г. Z