Цифровой измеритель частотно-временных параметров электрических сигналов Советский патент 1981 года по МПК G04F10/04 

1

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано в автомагических системах управлния как для из- морения длительности временных интервалов с учетом их весовых козффициен- ГО, так и для измерения частоты, пе-. риода.и отношения частот двух электрических сигналов.

Известны способ изрения частоты и периода электрических сигналов, основанный на одновременном счете импульсов образцовой и неизвестной частот, и устройство, содержащее генератор образцовой частоты, счетчики импульсов с ключами на входах, схемы совпадения, собирания и блок управления l .

Однако это устройство обладает узкими функциональными возможностями и не позволяет производить измерения с высокой точностью.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство измерения частоты и периода гармонического сигнала, содержащее два счетчика импульсов с дешифраторами кодов, генератор образцовой частоты, вход которого через первый элемент И соеди нен со счетным входом первого счетчика, входной формирователь, выход которого через второй элемент И соединен со счетным входом второго счетчика и первым входом третьего элемента И, первый триггер, установочный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, прямой выход соединен с управляющими входами первого и второгр лемектов И, а инвер- сный выход - с управляющим входом ; процессора, второй и третий триггеры, четвертый, пятый, шестой и седьмой эл менты И и элемент ИЛИ, причем выход дешифратора первого счетчика соединен с входом пятого элемента И,первый вход которого соединен с входом первого элемента И, а выход - с установочным входом второго триггера, выходы дещифрато ра второго счетчика соединены с входами шестого элемента И, управляющий выход процессора соединен со вторым входом третьего элемента И, установочный вход второго триггера соедшюн с выходом шес того элемента Pi, первый вход седьмого элемента И соединен с выходом третьего триггера, входы элемента И/И соединены с выходами четвертого и седьмого эл ментов И, а выход со сбросовым входо первого триггера, информационные входы ггроцессора соедютены с выходами первого и второго счетчиков, выход первого эле- мента И соединен со вторым входом седь . мого элемента И, выход второго элемент И - со вторыми входами четвертого и шестого элементов И, а выход второ- , Yo триггера подключен к первому входу четвертого элемента И С21 , В этом устройстве в режиме измерения периода производят развертывающее измерение N периодов входного сигнала л в качестве результата измерения используют среднее арифметическое - этб случай усреднения с равными где Т - суммарная, длительность М временных иН1-ервалов (периодов). Однако устройство не позволяет полностью использовать информацию о текущей фазе сигнала, т.е. учитывать отдельные временные интервалы со своими весовыми коэффициентами, что не поз воляет производить измерения с высокой точностью и помехоустойчивостью. УСТРОЙСТВО обладает та7сже узкими функциональными возможностями. Цель изобретения - повышение точности измерений и расщирение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель частотновременных параметров электрических сиг налов, содержащий два счетчика, шесть элементов И, микропроцессор, шина данных когорого соединена с информационными входами первого и второго счегчи- Ков, счетеые входы которых подключены к выходам сюотве ственно первого я второго элементов И, элемент ИЛИ, три триггера, выход третьего элемента И со единен с первым входом первого тригге- ра, прямой выход которого подключен к новому входу второго элемента И, а ин версный - к левому входу микропроцессора, первая к вторая входные шины подключены к первым входам соответственно первого и третьего элементов И, введены два счетчика, информацкпнныо входы кото рых соединены с шиной данных микропроцессора, шина управления которого подключена к управляющим входам всех счетчиков, первая входная шина подключена к вторым входам первого и второго элементов И, прямому выходу второго триггера и первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, вторая входная шина подключена к первым входам пятого и шестого элементов И, выход третьего элемента И соединен со счетным входом второго триггера, инверсный выход которого подключен ко вторым входам микрогфоцессора и четвертого элемента И, третий вход которого соединен с третьим входом первого элемента И, прямым выходом первого триггера и вторым входом шестого Элемента И, выход которого поцключей к счетному входу четвертого счетчика и третьему входу микропроцессора, первый выход которого подключен к. первому входу третьего триггера,, прямой и инверсный выходы которого соедийены со вторыми входами пятого и третьего элементов И, выхои пятого эле -. мента И пошслючен ко второму входу первого триггера, выходы второго и четвертого счетчиков и второй вьтход микропроцессора, через элемент ИЛИ подключены ко второму входу третьего триггера. На чертеже представлена блок-схема измерителя частотно-временных параметров. Измеритель содержит микропроцессор 1, счетчики ,2-5 импульсов, элемент ИЛИ 6, элементы И 7-12 и триггеры 13-15, ВыкоДы микропроцессора 1 соединены с входом элемента ИЛИ б и сбросовым входом триггера 13, три его входа соединены соответственно с инверсным выходом триггера 14, инверсным выходом триггера 15 и с вьзходом шестого элемента И 7, Счетчики 2-5 подключены к шине панных и шине управления микропроцессора 1, входы этих счетчиков соединены соответственно с выходами элементов И 7-10, выход счетчика 2 соединен с вторым, а вьтхоп счетчика 3 соединен с третьим входами элемента ИЛИ 6, выход которого подключен к установочновочному входу триггера 13. Входы элементов И 7-10 подключены к прямому выхору триггера 14, входы элементов И 8-10, кроме того, соединены между собой, свободные входы элементов И 9 и Ю подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера 15, Одним из входов элементе И 8 соединен с 5 |вхоаами элементов И 11-12, другие вхо цы которых соединены соогветственно с прямым и инверсным выходами триггера 13, а выходы со сбросовым и установочным входами триггера 14. Счетный вход триггера 15 соединен с выходом элемента И 12. Измеритель работает следующим образом. В памяти микропроцессора 1 залож&но математическое обеспечение, програм мы которого управляют работой измерите ля и производят математическую обра-ботКу потг/ченной информации. В режиме измерения временных интервалов с. учетом их весовых коэффициентов, который является основным для данного измерителя, счетчик 2 подсчитывает число- измеряемых интервалов времени, счетчик 3 - число импульсов образцовой часто- протяжении всего времени измерения , счетчик 4 - число импульсов образцовой частоты на протяжении Каждого нечетного а счетчик 5 - число импуль- сов Една протяжении каждого четного периода. Метка начала измерения формируется по команде микропроцессора 1 с при ходом первого импульса временных интервалов. Метка конца измерения формируется по команде микропроцессора 1 или по сигналам переполнения одного из счет- чиков 2-3 с приходом очередного импуль q i измеряемых интервалов. Перед началом измерения все элементы измерителя устанавливают в исходное состояние. При этом триггеры 14 и 15 устанавливают ь нулевое, а триггер 13в единичное состояния. При измерении заданного числа . временных интервалов микропроцессор 1 заносит в счетчик 2 обратный код15,д.. а при измерении временных интервалов частоты, периода.или отношения частот в режиме заданной точности и микропроцессора I заноситв счетчик 3 обратный код ааад- Прк ,зaA() с/Ч,дд- заданная погрешность измерения. При измерении временных интервалов с учетом их весовых характеристик к пер- вой входной шине измерителя подключают источник импульсов образцовой частоты, ко второй входной шине - источник изме- ряемых временных интервалов, С началом измерения микропроцессор 1 устанавливает в нулевое состояние триггер 13, еди ничный потенциал с инверсного выхода которого открьгоает элемент И 12. Первый импульс, поступивший после этого на вто- 106 рой вхоа измеригепя, устанавливает в ёа№яичное состояние триггеры 14 и 15. Счет чик 2 начинает считать число N HaMepsf емых временных интервалов, счетчик 3 число Kfj импульсов образцовой частоты н-а протяжении всего времени измерения, счетчик 4 - число импульсов образцовой частоты на протяжении каждого нечетного, а счетчик 5 - число импульсов образцово частоты на протяжении каждого четного интервалов. Импульсы, поступающие с выхода элемента И 7 на вход микропроцессора I, сигнализируют последнему об окончании очередного временного интервала. С поступлением на его третий вход каждого такого импульса микропроцессор 1 в зависимости от потенциала, поступающего на его второй вход с инверсного выхода триггера 15, считьгоает результат Квантования предыдущего интервала выходов счетчика 4 или 5. При переполнении оогного из счетчиков 2 или 3, или по команде микропроцессора 1 соответствутоший сигнал через элемент 6 устанавпивает триггер 13 в единичное состояние, что приводит к закрытию элемента И 12 и открытию элемента И 11. Слеоукиций импульс, поступивший на вторую входную шину измерителя, через элемент И 11 устанавливает в нулевое состояние триг- гер 14, нулевой.потенциал с прямого выхода которого закрывает элементы И 7-10, а единичный потенциал с инверсного выхода сигнализирует микропронессо ру I об окончании измерения. Микропроцессор 1 считывает данные с выходов счетчика и приступает к. математической обработке хранимой в его памяти инфор мации. После окончания измерения в памяти микропроцессора 1 будут находиться результаты квантования N каждого измереиного интервала г,- , число измеряемых временных интервалов N и результат кван- тования N суммарной длительности времекных интервалов. Конечный результат измерения в зависимости от полученного задания микропроцессор определяет из соотношения .vis. СР го рде Qf - некоторые весовые коэффициенты, удовлетворяющие соответствующим условиям; tj. - полученное среднее значение на меренных временных ингервалов в результате весовой обработки fr р подученное среднее значение из меренных временных интервалов при равных весах интервалов. При измерении частоты периода или отношения двух частот ко входу I подкл чают источник большей частоты, а ко вх ау 2 источник меньшей частоты, Резуль тат измерения определяют по показания счетчиков 2 и 3 , i -Ь J н « t - первая (меньшая) частота ; п - вторая (большая) частота. По сравнению с известными, предлагаемый измеритель обладает существенными преимуществами. Введение новых элементов и образование новых связей позволяет расширить функциональные воз можности измерителя и производить из.. мерение частоты, периода отношения частот и заданного числа временных интервалов с учетом их весовых коэффициентов. Весовая обработка существенно повышает точность измерения (приК7 обеспечивает относительную погрешность на уровне 10 ) и уменьшению шумово с оставляющей погрешности. Прекращени счета импульсов по сигналам переполи нения счетчиков позволяет повысить быс родействие, а возможность прекращения счета по сигналам переполнения Двух счетчиков или по команде микропроцессора 1 расширяет возможности устройства и повышает надежность получения результатов. Измерение отдельных интер валов в процессе измерения позволяет делать качественную оценку исследуемог технологического или какого-то другого , процесса. Возможность математической обработки микропроцессором полученной информации в прсщессе счета импульсов или после него повышает качественные характеристики измерения, позволяет представлять результат в единицах первичной величины в удобном для оператор виде, формировать управляющие сигналы для корректировки состояния объекта исслепования. Формула изобретения Цн4ровой измеритель частотно-времен ных параметров электрических сигналов, содержащий два счетчика, шесть элементов И, микропроцессор, шина данных ко-, торого соединена с информационными входами первого и второго счетчиков, счетные входы Которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, элемент ИЛИ, три триггера, выход третьего элемента И соединен с первым входом первого триггера, прямой выход которого пошслючен к первом входу второго элемента И, а инверсный к первому входу микропроцессора, первая и вторая входные шины подключены к перШым входам соответственно первого и третьего элементов И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в него введены два счетчика, информадионные входы которых соединены с шиной данных микропршессора, шина управления которого подключена к управляющим входам всех счетчиков, первая входная шина подключена к вторым входам первого И и второго элементов И, прямому выходу второго триггера и первому входу четвертого элемента -И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, вторая входная шина подключена к первым входам пятого и шестого элементов И, выход третьего элемента И соединен со счетным входом второго триггера, инверсный выход которого подключен ко вторым входам микропроцессора и четвертого элемента И, третий вход которого соединен с третьим входом первого элеме 1та И, прямым выходом первого триггера и вторым входом, шестого элемента И, выход которого подключен к счетному входу чет- вертого счетчика и третьему входу микопроцессора, первый выход которого подключен к первому входу третьего триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены со вторыми входами пятого и третьего элементов И, выход пятого элемента И подключен ко второму вхооу перого триггера, выходы второго и четвертого счетчиков и второй выход микропропродессора через элемент ИЛИ подключены ко второму входу третьего триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кнрианаки Н. В., Дудыкевич В. Б. Методы и устройства цифрового иамерёНИН и инфранизких частот. Львов Выща школа, 1975, с. 32-37. 2,Авторское свидетельство СССР по заявке Ni 2716031 22.09. 79.