Цифровой измеритель скважности прямоугольных импульсов Советский патент 1977 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для отсчета скважности непосредственно в единицах скважности.

Известно устройство для измерения скважности последовательности прямоугольных имнульсов, содержащее замкнутые контакты, переключатель, схему нормирования импульсов по амплитуде, регулятор напряжения, вольтметр и триггер 1.

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерения скважности прямоугольных импульсов.

Из известных цифровых измерителей скважности с непосредственным отсчетом наиболее близким но технической сущности является цифровой измеритель, который содержит генератор импульсов эталонной частоты, первый и второй ключи, делитель частоты следования импульсов, триггер и счетчик импульсов 2.

Иедостатком известного цифрового измерителя является недостаточная точность измерения скважности прямоугольных импульсов, так как начало измерения, задаваемое иусковым импульсом, поступающим на один из входов триггера, осуществляется в любой (случайиый) момент времени но отнощенню моментам поступления импульсов измеряемой иоследовательности, а момеит окончания измерения всегда совпадает с присутствием импульса на входе измерителя. Последнее следует из того, что длительность цикла измерения задается коэффициентом пересчета Л делителя частоты следования имиульсов, на вход которого через ключ поступают счетные импульсы эталонной частоты только в тот момеит, когда на входе измерителя присутствуют импульсы измеряемой последовательности. При онределеиии максимальной погрешности измерения скважности в известном устройстве наихудшим случаем является такой, когда момеит заиуска измерителя совпадает с передним фронтом первого входного импзльса, а момент окончания измерения совпадает с задним фронтом трго импульса, при этом на вход делителя частоты поступает

q, /ttifoT

импульсов,

где /о - частота следования импульсов эталонной частоты; т - длительность имиульса измеряемой

последовательности.

Одновременно на вход счетчика импульсов поступает

5, I(m,-l)r +

импульсов,

где Т - иериод следования измеряемой последовательности.

Тогда измеренная скважность Qi равна

) 7-+ (mi-l)Q + l

mifo

tni

- действительное значение скважности импульсов измеряемой последовательности. Нормированная максимальная погрешность

измерения известного измерителя скважности

равна

Q-Q

mi IQ J

С целью повышения точности измерения предлагаемый цифровой измеритель снабжен элементом И, вторым триггером, последовательно соединенными элементом НЕ, третьим триггером и третьим ключом, а также последовательно соединенными четвертым ключом и вторым делителем частоты, выход которого связан с выходом третьего ключа и входом второго ключа, выход второго триггера подключен к входам элемента И и третьего триггера, выход последнего соединен с входом четвертого ключа, выход генератора эталонных импульсов связан с вторыми входами третьего п четвертого ключей, выход элемента И подключен к второму входу второго ключа, а ее второй вход связан с выходом первого триггера.

На чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя скважности прямоугольпых импульсов.

Измеритель содержит генератор 1 эталонных импульсов, ключи 2-5, делитель 6 частоты следования имиульсов, триггеры 7-9, делитель 10 частоты иа два, логический элемент И 11, логический элемент НЕ 12 и счетчик 13 импульсов. Входпая шпна 14 (вход) измерителя через ключ 4 и делитель 6 подключена к нулевому входу триггера 7, через элемент НЕ 12 - к единичному входу триггера 8, кроме того, она непосредственно подключена к единичному входу триггера 9. Выход генератора 1 импульсов через ключи 2 и 3 п делитель 10 частоты на два соединен с сигнальным входом ключа 5, выход которого подключен к уиравляюш,ему входу ключа 4 и к входу счетчика 13. УираБляюш,ий вход ключа 5 подключеп к выходу элемента И 11, первый вход которого подключен к единичному выходу триггера 7, а второй вход соедииеи с единичным выходом триггера 9 и с нулевым входом триггера 8. Управляюш,ий вход ключа 2 подключен к единичному выходу триггера 8, а уиравляюш,ий вход ключа 3 - к нулевому выходу этого триггера. Входная шина 15 («Нуск) измерителя соединена с единичным входом триггера 7 и с нулевым входом триггера 9.

Устройство работает следуюш,им образом.

Измерение скважности начинается с момента подачи импульса на клемму «Пуск, поступающего потом на единичный вход триггера 7,устанавливая его в состояние «1, и на нулевой вход триггера 9, устанавливая его в состояиие «О. До начала измерения триггер 9

паходнтся в состояиии «1, поэтому при поступлении импульса на его нулевой вход на единичном выходе триггера возникает иерепад напряжения, который устанавливает триггер 8 в состояние «О, при этом ключ 2 закрыт,

а ключ 3 открыт, и импульсы генератора 1 с частотой fo через делитель 6 частоты не поступают на сигнальный вход ключа 5. Последний закрыт, так как иа выходе элемента 11 присутствует низкий потенциал. Это объясняется

тем, что триггеры 7 и 9 находятся в различных состояниях.

Если в момент подачи импульса на клемму «Пуск на входной шине 14 присутствует имиульс измеряемой последовательности, то начальиое состояние измерителя является таким же, как описано выше. Состояние измерителя изменится только при поступлении на вход 14 передпего фронта импульса измеряемой последовательности, при этом триггер 9 иеребрасывается в состояние «1 и на выходе схемы Н появляется напряжение, которое открывает ключ 5. В течеиие действия на входе 14 измерителя первого импульса измеряемой иоследовательностп импульсы генератора 1 с частотой /2/0 поступают па вход счетчика 13 и через ключ 4, который оркрых ается входными нмиульсами, - иа вход делителя 6.

Задний фронт первого импульса измеряемой носледовательиости постуиает через элемеит НЕ 12 на единичный вход триггера 8 и устанавливает его с состояние «1. С этого момента ключ 3 закрывается, а ключ 2 открывается и счетиые импульсы генератора 1 с частотой /о поступают через ключ D па вход

счетчпка 13 п на сигнальный вход ключа 4. Число импульсов, поступивших в течепие первого импульса пзмеряемой последовательпости на вход счетчика 13 п вход делителя 6, равно

1

-fo

п, Так как по окончании первого входного импульса измеритель использует счетпые импульсы генератора 1 с частотой /о. то можно

считать, что действительное иачало измерения скважиости иачииается с середины первого импульса пзмеряемой последовательностп.

Далее, пачиная со второго входного пмиульса, иа выходе ключа 4 возникают пачки импульсов длительиостью т, период их следоваппя равен Т. Число импульсов в каждой пачке, не счптая последнюю, равно

я /от.

Импульсы с выхода ключа 4 поступают на вход делителя 6 с коэффициентом деления N. На выходе делителя 6 возникает имизльс после поступлеиия на его вход N импульсов. Этим импульсом триггер 7 перебрасывается в

состояние «О, ири этом ключ 5 закрывается. так как на выходе элемента И 11 6т-сутствует «разрешайщнй потенциал, и импульсы с выхода генератора 1 прекращают поступать ни счетчик 13 и ключ 4. На этом измерение заканчивается. Число импулосов, поступающее на вход счетчика 13, равио .(2) Время измереиия /юм равио времени, в течение открыт ключ 5 (отсчет /изм начинается с середины первого входного импульса). В свою очередь, это время равно промежутку времени, в течение которого на вход дсл;:теля G постуьлгт N импульсов. Таким образом , ,. N NT/OV ип« J - .(о) п/0Знак точного равенства в данном выражении можно поставить только в том случае, когда окончание измерения точно совпадает с серединой последнего импульса. Подставив выражение (3) в выражение (2), получим - -NQ. Если коэффициент деления Л делителя 6 выбрать равным , то показание L счетчика 13 дает непосредственную оценку скважности Q импульсов пзмеряемой последовательности, причем число р определяет положение запятой: Q-L-10-. При максимальной погрешности измереиия предлагаемого измерителя наихудшим случаем является та, когда момент окончания измерения совпадает с задним фронтом яг2-го импульса, при этом иа вход делителя 6 поступаетд., (т - 0,5) -cfo импульсов. Одновременно на вход счетчика 13 иоступаетS, (m,-), импульсов. Тогда измеренная скважность Qz равна - (;„,-) г+0, 2(M2-1)Q+1 -(«2 -0,5)/о2 «2-1 Нормироваииая максимальная погрешность намерения предлагаемого измерителя скважности равна . + 1 L QJ Воспользовавшись выражением (1), сравним погрешности измерения известного и предлагаемого измерителей скважности Таким образом, погрешность измерения предлагаемого измерителя в Y меньше. Учитывая, что обычно , то выигрыш составляет-у 2. Исиользование новых элементов - двух ключей, двух триггеров, логических элементов НЕ и И н делителя частоты на два выгодно отличает предлагаемый цифровой измеритель скважности прямоугольных импульсов от прототипа, так как повышается точность измереиия почти в два раза. А при заданной точности измерения предлагаемый измеритель позволит сократить время измерения. Формула изобретения Цифровой измеритель скважности прямоугольных импульсов, содержащий генератор эталонных импульсов, последовательно соединеиные первый ключ, делитель частоты и первый триггер, а также второй ключ и счетчик, Еход которого соединен с выходом второго ключа и входом первого ключа, отличающийся тем, что, с целью иовышения точности измереиия, он снабжен элементом И, вторы.м триггером, иоследовательно соединенными элементом НЕ, третьим триггером и третьим ключом, а иоследовательио соедииепнымп четвертым ключом и вторым делителем частоты, выход которого связан с выходом третьего ключа и входом второго ключа, выход второго триггера подключен к входам элемента И и третьего триггера, выход последнего соединен с входом четвертого ключа, выход генератора эталонных имиз-льсов связан с вторыми входами третьего и четвертого ключей, выход элемента И подключен к второму входу второго ключа, а ее второй вход связан с выходом первого триггера. Источники информац 1п, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №424082, М. Кл.2 G 01R 23/02, 1972 (аналог). 2.Авторское свидетельство СССР № 376728, М. Кл.2 G 01R 23/02, 1971 (прототип).