Цифровое устройство для измерения низких частот Советский патент 1980 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике и вычислительной технике и может найти применение в цифровых частотомерах и ан лого-цифровых преобразователях. Известно устройство 1, основанное на квантовании периода измеряемой частоты F с последующей реализацией выражения 4 kF, (1) N - число, пропорциональное измеряемой частоте;N - код периода; Т - некоторое постоянное число, равное количеству импульсов эталон ной частоты fg , накоп ленных за время измерения Тд, пооле кванто вания периода. Недостатком этого устройства явля ется большое время измерения, вследствие чего для получения искомого результата требуется несколько перио дов измеряемой частоты. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее блок кодирования периода измеряемой частоты, счетчик-делитель эталонной частоты, счетчики результатов, блок элементов переноса, коммутатор рП. Недостатком этого устройства является большое время измерения, связанное с тем, что вначале определяется значение измеряемой частоты f- с точностью до Гц путем подсчета импульсов fx S течение заданного интервала времени, а каждое уточнение на соответствукадую долю Гц требует затраты времени, большего периода частоты f и зависящего от величины f. Кроме того, это устройство имеет сложное построение, что обусловлено, прежде всего наличием схемы с управляемым коэффициентом пересчета и схемы сравнения фаз опорной и конусной последовательности импульсов. Цель изобретения - повышение быстродействия измерения. , Поставленная цель достигается тем, что в цифровое устройство для измерения частоты, содержащее блок кодирования периода, первый вход которого соединен с шиной измеряемой частоты, счетчик- делитель , первый вход которого подключен к шине эталонной частоты, блок элементов переноса, коммутатор. «ервый вход которого соединен с выХодом счетчика-делителя, выходы коммутатора подключены ко входам блока счетчиков результата, введены вычитающий счетчик и элемент задержки, причем, счетный вход вычитающего счетчика подключен к шине эталонной частоты шина опорной частоты соединена со вто рым входом блока кодирования периода выход которого подключен к разрядным входам счетч.ика-делителя, выход каждо го разряда которого через блок элемен тов переноса кодов соединен со входом следующего, старшего по порядку разряда вычитающего счетчика, выход которого соединен непосредственно с управляющим входом блока элементов переноса кодов и вторым входом коммутатора и через элемент задержки со входом установки нуля счетчика-делителя. На чертеже показана функциональна схема устройства. Устройство содержит блок 1 кодиро вания периода измеряемой частоты f импульсами опорной частоты f чик-делитель 2 эталонной частоты f3, вычитающий счетчик 3/ блок 4 элементов переноса кодов со сдвигом на оди разряд влево (в сторону старших разрядов) , коммутатор 5, состоящий из блока 6 элемента И и распределителя импульсов 7, блок 8 счетчиков резул тата и элемент задержки 9. Работает устройство следующим образом. В блоке 1 образуется код периода измеряемой частоты, равный Ny оп Импульсы эталонной частоты fg поступ ют на входы счетчиков 2 и 3. Каждый раз при равенстве числа в счетчике 2 с числом N в блоке 1 счетчик-делитель 2 выдает импульс, поступающий через открытый элемент И 6-1 на вход счетчика 8-1. Импульсы на выходе счетчика-делителя появляются, как известно, с час тотой следования, равной э f,с(2) т Ion Заполнение счетчика 8-1 происходит до тех пор, пока счетчик 3, работающий в режиме вычитания, не окажется в nyjie. При этом число N предварительно устанавливаемое в счетчике 3, выбирается таким образом, чтобы величина NP, вычисляемая по формуле (1);, численно равнялась Г/д, где А ос14рвание системы счт1сления, т. е. «Э Г F где k , -1 при изменении f в пределах ГА- А ГЦ k О при 1-10 Гц F ГА -А Jru k 1 при 10-100 Гц F А-А ГЦ Следовательно, при обнулении счет чика, 3 в счетчике 8 образуется числ , представляющее целую часть астного от деления N на N и .являющеесобой старший разряд кода искоой частоты F. В счетчике 2 будет наодиться остаточное число N , меньее N -J.. Следующие разряды, число которых зависит от требуемой точности измерения, образуются следующим образом. В момент, когда в счетчике 3 устанавливается нуль, сигналом с его выхоа остаточное число счетчика 2 посредством блока 4 переноса со сдвигом на один разряд в сторону старих разрядов (выход i-го разряда счетчика 2 соединен через соответствующий элемент И в блоке переноса со входом i + разряда в счетчике 3) заносится в счетчик 3. Кроме того, этот игнал через элемент задержки 9 устанавливается затем в О счетчика 2 и оступает на вход распределителя 7 имульсов, в последнем случае изменяется состояние распределителя для прохождения импульсов с выхода счетчикаделителя через элемент И 6-2 на вход счетчика 8-2. Перенос остатка счетчика 2 в счетчик 3 со сдвигом на один разряд в сторону старших разрядов соответствует умножению остатка на величину А. Поэтому при прежнем функционировании устройства, значение следующего разряда кода частоты fy , получаемого в счетчике 3-2, будет равен целой части частного от деления А - 5N на N, т.е. С. Остаток I NJf заносится со сдвигом влево на один разряда в счетчик 3 для получения последующего разряда кода измеряемой частоты fy в счетчике 8-3 и т. д. Продолжительность цикла Тц получения значения разряда в каждом счетчике 8 (за исключением старшего разряда в декаде 8-1, время получения которого задается Тц) зависит от остатка и равна Т Очевидно, что времяГц будет находиться в пределах О Тц А э Отсюда, используя (2) (max) Тц э- , Если значение f должно быть представлено п-разрядным числом/ то, задавшись условием -Л1 L и с учетом (6), можно записать -I fvivi fi. откуда S А -п . f Подставляя (7) в (3), имеем --oiL r -Ji «on-U Аоткудаj n . A л По (7) и 8) определим N, из COOTH шения За время Т определяется старший р ряд кода частоты F, а время нахожд ния каждого из последующих (п-1) р рядов определяется выражением (4). Предлагаемое у сгройство позволяе увеличить быстродействие и точность измерения. Следует отметить, что время изм рения t может оказаться заведомо м ше периода Т, если-О значение n вз больше числа разрядов, которыми дол на быть представлена искомая часто f)(. Например, для fy (1-) Гц, 6 0,1%, при n 10 (fg 10 Гц), t будет меньше 0,4 Т, поскольку число требуемых разрядов равно 4. Преимуществом устроПства является также то, что на выходе его имеем код равный измеряемой частоте. Формула изобретения Цифровое устройство для измерения низких частот, содержащее блок кодирования периода, первый вход которого соединен с шиной измеряемой частоты, счетчик-делитель, первый вход которого подключен к шине эталонной частоты, блок элементов переноса, коммутатор, первый вход которого соединен с выходом счетчика-делителя, выходы коммутатора подключены ко входам блока счетчиков результата, отличающееся тем, что, с целью повьыения быстродействия измерений, в него введены вычитающий счетчик и элемент задержки, причем счетный вход вычитающего счетчика подключен к шине эталонной частоты, шина опорной частоты соединена со вторым входом блока кодирования периода, выход которого подключен к разрядным входам счетчика-делителя, выход каждого разряда которого через блок элементов переноса кодов соединен со входом следующего, CTajHiiero по порядку разряда вычитающего счетчика, выход которого соединен непосредственно с управляющим входом блока элементов переноса кодов и вторым входом коммутатора и через элемент задержки со входом установки нуля счетчика-делителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы. М., Советское радио, 1973, с. 396-397. 2.Авторское свидетельство СССР 365660, кл. G 01 R 23/00, 1971.