Цифровой частотомер Советский патент 1980 года по МПК G01R23/02 

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, предна значено для измерения среднего значения частоты и может быть использовано в информационно-измерительной технике. 5

Известны цифровые частотомеры, использующие счетно-импульсный метод измерения. К ним относится цифровой частотомер с непосредственным отсчетом частоты, содерлащий формирова- Ю тель импульсов измеряемой частоты, генератор импульсов стандартной частоты, ключ и счетчик импульсов til .

Однако этот частотомер имеет узкий диапазон измерения частот. Кроме 15 того, результат измерения обратнопропорционален измеряемой частоте, и для определения искомого значения частоты необходимо вычислительное устройство.20

Из известных цифровых частотомеров такого принципа действия наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой частото 5 мер с подсчетом числа периодов измеряемой частоты 2}.

Указанный частотомер состоит из последовательно соединенных генератора стандартной частоты, формировате- 30

ля импульсов стандартной частоты, делителя, триггера со счетным входом управляющего ключом, второй вход которого соединен с формирователем импульсов измеряемой частоты, и счетчика импульсов.

К недостаткам такого частотомера относится то, что он имеет значительную погрешность измерения, обусловленную погрешностью квантования.

Погрешность квантования может быть уменьшена за счет увеличения времени измерения, т.е. быстродействие частотомера ограничивается требуемой точностью измерения.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор, первый формирователь, делитель, триггер, к.гаоч и счетчик, а также второй фор 1ирователь, выход которого соединен со вторым входом ключа, дополнительно введены п параллельно соединенных каналов измерений, блок сравнения, два элемента ИЛИ и реверсивный счетчик, входы которого соответственно подключены к выходгил счетчика и элементов ИЛИ, входы которых соединены с первыми и вторыми выходами блока сравнения, первая группа входов которого подключена к разрядным выходам счетчика, а вторая группа входов подключена к разрядным выходам п-каналов измерений, пер вые и вторые входы каждого канала измерений соединены с выходом первого формирователя, третьи входы соединены с выходом второго формировате ля, а четвертые и пятые входы первого канала измерений подключены к выходам триггера, при этом четвертые и пятые входы каждого последукяцего канала измерений подключены к первои второму выходам предыдущего канала, а также тем, что каждый канал измерений состоит из прследовательно соединенных триггера, первого ключа и счетчика и второго и третьего ключей, выходы.которых соединены со вхо дами триггера. На фиг. 1 приведена структурная электрическая блоЖ-схема цифрового частотомера; Ч , на фиг. 2 -; временные диаграмм его работы. Цифровой частотомер содержит гене ратор 1, первый 2 и второй 3 формиро ватели, делитель 4, триггер 5, ключ 6, счетчик 7 и п -каналов измерений г , каждый из которых состоит из первых f и вторых т ключей, триггеров f , третьих ключей т и счетчиков 7 , а также блок сравнения 14, первый и второй элементы ИЛИ 15 и 16 и реверсивный счетчик 17. В счетчиках f каждого канала измерений использованы тригге ры f и f со сче ными входами, а в блоке сравнения использован, Например, набор логичес ких элементов И 20-27. Цифровой частотомер работает следующим образом. При поступлении на его вход напря жения измеряемой частоты у формирователь 3 преобразует входное напряже ние в последовательность импульсов с периодом повторения , {фиг. 2а С выхода генератора 1 стандартной частоты поступает напряжение некоторой стандартной частоты f. на вход формирователя 2 импульсов. С выхода формирователя 2 последовательность импульсов с пвриодс)м повторения Те.-1/f5. (фиг. 26) поступаем на вход де лителя 4, Первым импульсом, пришедшим с выхода делителя 4, опрокидывается в единичное еостоянйе триггер 5 со счетйым входом (фиг. 2 в, 2 Это приводит к открыванию ключа б, и импульсы измеряемой частота начинают подсчитываться счетчиком 7 (фиг. 2д). С выхода формирователя 2 последовательность импульсов поступает также на вход ключей 10 и 12 f . Вторые входы ключей первого канала соединены соответствеяно с единичным и нулевым выхода-, ми триггера 5. Поэтому после переброса триггера 5 в состояние 1 ближайший по времени импульс стандартной частоты поступает через ключ 10-1 на вход триггера 11-1. Переброс последнего приводит к открыванию ключа 9-1, и импульсы измеряемой частоты начинают подсчитываться счетчиком 13-1 (фиг. 2 е, 2 в). К выходам триггера 11-1 (соответственно к единичному и нулевому) подключены также ключи 10-2 и 12-2, поэтому после переброса этого триггера в состояние 1 ближайший по времени импульс стандартной частоты поступает через ключ 10-2 на вход установки 1 триггера 11-2. Импульсы измеряемой частоты через открывшийся ключ 9-2 начинают поступать на вход счетчика 13-2. Аналогично происходит и отпирание третьих ключей остальных каналов. Второй импульс с выхода делителя 4 возвращают триггер 5 в первоначальное состояние. Это приводит к закрыванию ключей б (что прекращает подсчет импульсов fy, в счетчике 7) и 10-1 и открыванию ключа 12-1. Поэтому ближайший по времени импульс стандартной частоты возвращает в первоначальное состояние триггер 11-1, ключ 9-1 закрывается и подсчет х в счетчике 13-1 прекращается. При поступлении последующих импульсов стандартной частоты закрываются третьи ключи остальных каналов. На этом цикл измерения заканчивается. Таким образом, для повышения точности измерения производятся многократные измерения с последующим усреднением результата. Предположим, что число импульсов, подсчитанное счетчиком 7, равно АХ,-Тогда легко показать, что показания счетчиков t- 13-и отличаются от показания счетчика 7 на единицу, т.е. равны АХ-1 или Поэтому в качестве счетчиков 13с1 7 13 h можно использовать два последовательно соединенных триггера f и f i9eh со Счётными входами При этом.залрминается не все число Лу -1 ИЛИ Aj(«H, а только два двоичнык младших его разрядов. Анешиз состояний триггеров 18«1 f и 19-1 г ХЭгИ и двух младших двоичных разрядЬв счетчика 7 производится блоком сравнения 14 после окончания счета во всех счетчиках. Для этого используется, например. Набор логических элементов И 20-23, соединенных с элементом ИЛИ 15 и набор логических элементов И 24-27, соединенных с элементом ИЛИ 16. Входы элементов И 20-23 соединены с выходами триггеров 18j, и двумя триггерами счетчика 7 таким образом, что при двоичном коде триггеров счетчика 7, большем двоичного кода триггеров 18j , 19 , на выходе элемента ИЛИ 15 образуется единица, поступающая на вычитающий вход счетчика 17 а при обратном отношении кодов единица образуется на выходе элемента ИЛИ 16, соединенном с суммируквдим входом счетчика 17. При переписи содержимого счетчика 7 в счетчик 17 производится последовательный опрос триггеров счетчика 7. Со счетчика 7 импульсы.поступают соответственно на вход (К+1)-го и т.д. триггеров счетчика 17, т.е. та1ким образом в него заносится результат умножения содержимого счетчика 7 на -2 (предполагается, что счетчики 7 и 17 - двоичные). После осуществления анализа состояния всех счетчиков результат можно прочитать следующим образом: состояние триггеров счетчика 17, начиная с (к+1)-го, .будут соответствовать целой части по лученной суммы, причем состояние )-го триггера соответствует млад шему разряду целой части двоичного числа а состояние к -го триггера соответствует старшему разряду дробной части полученной суммы, т.е. осуществлено ее деление на п .в результате проведенных операций получено усредненное значение измеряемой частоты х Использование параллельно включенных каналов измерения выгодно отл чает данный цифровой частотомер от известных, так как уменьшает погрешность получаемого результата при незначительном увеличений времени изме рения. Формула изобретения 1. Цифровой частотомер, содержащи последовательно соединенные генерато первый формирователь, делитель, триг гер, ключ и счетчик, а также второй формирователь, выход которого соедииен со вторым входом ключа, о т л и ч.ающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в нег дополнительно введены п параллельно соединенных каналов измерений, блок сравнения, два элемента ИЛИ и реверсивный счетчик, входы которого соответственно подключены к выходам счетчика и элементов ИЛИ, входы которых соединены соответственно с первыми и вторыми выходами блока сравнения, первая группа входов которого подключена к разрядным выходам счетчика, а вторая группа входов подключена к разрядным выходам п -каналов изме рений, первые и вторые входы каждого канала измерений соединены с выходом первого формирователя, третьи входы соединены с выходсвд второго формирователя, а четвертый и пятый входы первого канала измерений подключены к выходам триггера, при этом четвертые и пятые входы каждого последующего канала измерения подключены к первому и второму выходам предыдущегр канала. 2. Частотомер по п.1/ отличающийся тем, что каждый из п каналов измерений состоит из последовательно соединенных триггера, первого ключа и счетчика, а также из второго и третьего ключей, выходы которых соединены с первым и вторым входом триггера, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходом каждого канала, а разрядные выходы счетчика являютчя разрядными выходами каналов, причем первые входы второго и третьего ключей являются первым и вторьпи входом каждого канала, второй вход первого ключа является третьим входом канала, а вторые входы второго и третьего ключей являютсячетвертым и пятым входом каждого канала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Орнатский П.П. Автоматические измерения и прибОЕ а, Киев, Вища школа, 1971, с. 394. 2.Ермолов Р.С. Цифровые частотомеры, Л., Энергия, 1973, с. б.