Способ измерения частоты импульсного сигнала и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения частоты импулЬсньох сигналов.

Известен цифровой частотомер, в котором определяется сумма отношения дробных частей периода в начале и конце измерительного интервала к периоду измеряемой частоты и добавле«ии полученного числа к уменьшенному на 1 числу импульсов, зарегистрированным счетчиком частотомера 1

Недостатком известного способа измерения частоты импульсных сигналов и устройства, его реализующего, является невысокое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения частоты импульсных сигналов, основанный на заполнении интервала измерения импульсами измеряемой частоты, заполнении интервала после каждого импульса измеряемой частоты импульсами сформированной частоты до тех пор, пока момент окончания интервала измерения не наступит раньше момента окончания периода измеряемой часто-ты, добавлении единицы к числу полных периодов измеряемой частоты, если сумма дробных частей в начале

и конце периода больше периода измеряемой частоты. Устройство для его осуществления содержит счетчики,триггеры, элементы И, ИЛИ, дифференцирующие цепи, умножитель частоты следования импульсов 2.

Недостатком способа измерения частоты импульсного сигнала и устройства для его реализации является

10 невысокое быстродействие, обусловленное тем, что после окончания интервала измерения необходимо еще некоторое дополнительное время для возвращения в нулевое состояние счет15чика.

Цель изобретения - повышение быстродействия измерения часто.ты.

Поставленная цель достигается тем, что в способ измерения частоты им20пульсного сигнала, основанный на подсчете импульсов измеряемой частоты за интервал измерения, подсчете количества импульсов эталонной частоты, уложившихся в часть периода из25меряемой частоты в начале и конце интервала, вьиитании единицы из числа импульсов измеряемой частоты за интервал измерения, если сумма дробных частей периодов в начале и кон30це интервала измерения меньше периода импульсов измеряемой частоты, или добавлении единицы к числу импуль- сов измеримой частоты за интервал измерения, если сумма дробных частей периодов в начале и конце интервала измерения равна удвоенному периоду импульсов измеряемой частоты, с каждым импульсом измеряемой частоты формируют количество импульсов, равное

.количеству импульсов эталонной частоты, уложившихся в часть периода измеряемой частоты в начале интервала измерения, суммируют это количество импульсов с количеством импульсов частоты, пропорциональной количеству полных периодов импульсов измеряемой частоты с начала интервала измерения, за время после прихода очередного импульса измеряемой частотыхповторяют опергадии суммирования с учетом нового значения числа полных периодов до тех пор, пока момент окончания интервала измерения не наступит раньше момента окончания периода измеряемой частоты.

в устройство для. осуществления способа, содержащее первый счетчик, второй счетчик, вход которого подключен к выходу первого элемента И, первый и второй входы которого сое динены с входной шиной эталонной частоты и с выходом первого триггера соответственно, первый и второй входы последнего подключены к входной шине интервала измерения и через второй элемент И к входной шине измеряемой частоты соответственно, третий счетчик, дешифратор, умножитель, формирователь, два элемента ИЛИ, в него введены четвертый и пятый счетчики, третий элемент И делитель с постоянным коэффициентом деления, группа элементов И и генератор пачек импульсов, входы которого соединены соответственно с выходом второго элемента и, входной шиной эталонной частоты и выходами второго счетчика, а выход подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, BJJXOД которого через делитель с. постоянным коэффициентом деления соединен с входом третьего счетчика, выходы которого через группу элементов И соединены с установочными входами четвертого счетчика, выход которого соединен с входом, пятого счетчика/ информационные выходы которого соединены с дешифратором, первый выход которого подключен к вычитающему входу первого счетчика, а второй выход 7 к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с .вторыми входами группы элементов И и через второй элемент И с входной шиной интервала измерения, а выход второго элемента .ИЛИ - с суммирующим входом, первого счетчика, импульсный вход умножителя частоты

импульсов соединен с входной шиной эталонной частоты, установочные входы умножителя частоты импульсов соединены с выходами первого счетчика, выход умножителя частоты импульсов через третий элемент И соединен с вхдом четвертого счетчика, а второй вход третьего элемента И соединен с шиной интервала измерения и через формирователь с импульсным входом дешифратора.

На фиг. 1 изобргикена временная диаграмма; на фиг. 2 - функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 пачек импульсов, в который входят триггер 2, элемент 3 ИЛИ, счетчик 4 и группа элементов 5 И, триггер.6, элемента 7 и 8 И, элемент 9 ИЛИ, умножит&ль 10 частоты, первый счетчик 11, второй счетчик 12, элемент 13 ИЛИ, делитель 14 с постоянным коэффициентом деления, элемент 15 И, фО 1рователь 16, счетчик 17, группу элементов 18 И,, счетчики 19 и 20, дешифратор 21, входную шину 22 эталонной частоты FO , входную шину 23 интервала измерения Тк|м , входную шийу 24 измеряемой частоты F,{ .

Устройство работает следукнцим образом..

По команде (поступающей, , от стартового пистолета) тригге 16 устанавливается в состояние, разрешающее прохождение импульсов Fo чере элемент 8 И на.второй счетчик 12 дробной части измеряемой частоты. Триггер б устанавливается в состояние первым импульсом измеряемо частоты FK, поступающим через элемен 7 И, с входной шины 24. Таким образом, на элемент 8 И разрешение будет подано на время t/i, в течение которого импульсы этёшоннойчастоты с выходной шины 22 поступают на счетчик 12 дробной части измеряемой частоты, в котором будет подсчитано количество импульсов

N FO- t.4

После поступления каждого очередного импульса измеряемой частоты F, генератор 1 пачек импульсов вырабатывает пачку импульсов N следуюдим образом. Код NI переписывается из счетчика 12 дробной части измеряемой частоты в счетчик 4 через группу элементов 5 И. Каждый импульс F. устанавливает триггер 2 в состояние

1I 11 I

разрешающее прохождение эталонных импульсов FO через элемент 3 ИЛИ на вычитающий вход счетчика 4 до его обнуления, через чего триггер

2возвращается в исходное состояние, таким образом триггер 2 каждый раз вырабатывает временной интервал t4 а на выходе элемента 3 ИЛИ фО1 1Иру.ется количество импульсов N. К моменту поступления первого импульса FX в счетчике 17 с выхода элемента 8 И через элемент: 13 ИЛИ и делител 14. с постоянным коэффициентом деле НИН записано количество импульсов Mi -Sl. Щ. где N;)ij А - емкость делителя 14 с постоянным коэффициен том деления. К моменту поступления второго и пульса FX в счетчике 17. записано суммарное количество импульсов N/i Г 2 К моменту поступления i-ro импульс FX. в счетчике 17 записано количество импульсов N ; Другими словами, в счетчике 17 н очередном периоде измеряемой частот .будет записан код, пропорциональный временному интервалу t, умноженный на число полных периодов импульсов измеряемой частоты за текущий с начала интервала измерения промежуток времени. Этот код с поступлением каждого импульса F, открывающего группу элементов 13 ИЛИ, переписывается в счетчик 19, За ин-тервал измерения TIM импул сы частоты FX через элемент 7 И и элемент 9 ИЛИ записываются, в счетчи li импульсов измеряемой частоты, в котором к концу интервала измерения будет записан код Nj где - целая часть выражения в скобках; t , На выходе умножителя Ю частоты импульсов формируется частота FV , пропорциональная целому числу периодов измеряемой частоты:. FW FO где В - емкость первого счетчика 11 В А. Эта частота Eio поступает на элемен 15 И, открытый на время Ttt4M . Поскольку в счетчик 19 после каж дого импульса Fy заносится новое значение Ni , код в счетчике 19 раве N4 Ni+ Ьрвк ,. где t«g - время между каждым после дующим импульсом и текущим моментом времени. Так кдк после окончания Тигм элемент 15 И закрывается, из этого следует, что tTeKljM-Cti Nb O ti; ы - ; VA4Nj + .ti . :M..F,6ii:)(-t, .tl) Емкость N;(/. счетчика 19 выбирается равной IbjtM-Fo А k импульсов в счетчике 19 соответствует единице младшего разряда в первом счетчике 11. При поступлении в счетчик 19 k импульсов он переполняется. Этот импульс переполнения записывается в счетчик 20. Выходной код подсчитывается по формуле: N Na - (l-N) Предположим t,i trj О В этом случае в счетчик 19 и 20 в момент окончания будет записано нулевое количество импульсов. После окончания времени измерения импульс с формирователя 16 поступит на импульсный вход дёшнфрато.ра 21-, с первого выхода которого импульс поступит на вычитающий вход первого счетчика 11 импульсов измеряемой частоты и вычтет из него единицу младшего разряда, скорректировав таким образом результат измерения частоты (фиг. 1): Ч-Мь-(1-м/,У 4b-:i-).K - Нъ-(. Предположим t;| ty, Tyj. В этом случае в счетчик 19 поступит количество импульсов .4-тх) 2 г .ь - Поскольку емкость счетчика 19 равна k ; -- , ОН возвратится в исходное нулевое состояние, а в счетчике 20 будет записано два импульса. После окончания времени измерения импульс с -формирователя 16 поступит на -импульсный вход дешифратора 2-1, со второго выхода которого импульс поступит через второй элемент 9 ИЛИ на суммирующий вход первого счетчика 11 и добавит в него единицу младшего разряда, скорректировав таким образом результат измерения частоты (фиг. 1): Nx-Ni-jA-N 1 Na-(l- 4|t;j-)-K Предположим, что в этом случае в счетчик. 19 поступит количество импульсов N . - N - T,tt.t2.- ( - o...ij 0. . четчик 20 не изменит своего нулеого состояния. После окончания вреени .измерения импульс с формиователя 16 поступит на импульсный ход дешифратора 21, с первого выхоа которого импульс поступит на выитающий вход первого счетчика 11, ычтет ,из него единицу младшего разряда, скорректировав таким образом результат измерения частоты (фиг.1) (l-Niv) (N3-l)+0,8 k N4-0,2 k. С выходов первого счетчика 11 будет считан код () , а с выходов счет чика 19 будет считан код 0,8 k. Предположим t 0 , 6 Т ; ,8- Т В этом случае на счетчик 19 пост пит количество, импульсов М,; N24,ta . {о.6Тх vOAnv 1,44 А так как емкость счетчика 19 равна д -о , то В счетчике 19 будет записано количество импульсов tt NA N, - k 1,4 k - k 0,4 В счетчике 20 будет записан один им пульс. После окончания времени измерения импульс .с формирователя 16 поступит на импульсный вход дешифратора 21, но ни на одном из выходов дешифратора 21 импульс не появится, т.е. состояние счетчика 1 импульсов измеряемой частоты не изменится. Код на выходе счетчика 11 равен Na, код на выходе счетчика 19 равен 0,4 k, что соответствует измеряемой частоте (фиг. 1): NX N5-(1-N4)N5-(1-1,4 k) N3-t-0,4 k , Технико-экономический эффект пред лагаемых способа и устройства по ср нению с известными заключается в по шении быстрюдействия операции измере ния частоты импульсных сигналов - ре зультат измерения может быть считан сразу после окончания времени измерения, тогда как в известном устройстве необходимо дополнительное время , равное половине времени измерения. Формула изобретения 1. Способ измерения частоты импульсного сигнала, основанный на подсчете импульсов измеряемой часто- ты за интервал измерения, подсчете количества импульсов эталонной частоты, уложившихся в часть периода из меряемой частоты в начале и конце измерения, вычитании единицы из числа импульсов измеряемой частоты за интервал измерения, если сумма дробных частей периодрв в начале и конце интервала измерения меньше периода импульсов измеряемой частоты, или добавлении единицы к числу импульсов измеряемой частоты за интервал измерения, если сумма дробных частей периодов в начале и конце интервала измерения равна удвоенному периоду импульсов измеряемой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия измерения частоты с каждым импульсом измеряемой частоты формируют количество импульсов, равное количеству импульсов эталонной частоты, уложившихся в часть периода измеряемой частоты в начале интервала измерения, суммируют это количество импульсов с количеством импульсов частоты,-пропорциональной количеству полных периодов измеряемой частоты с начала интервала измерения, за время после прихода очередного импульса измеряемой частоты повторяют операции суммирования с учетом нового значения числа полных периодов до тех пор, пока момент окончания интервала измерения не наступит раньше момента окончания периода измеряемой частоты. 2. Устройство по п. 1, содержащее первый счетчик, второй счетчик, вход которого подключен к выходу первого элемента И/ первый и второй входы которого соединены с входной шиной эталонной частоты и с выходом первого триггера соответственно, первьлй И второй входы последнего подключены к входной шине интервала измерения и через второй элемент И к входной шине измеряемой частоты соответственно, третий счетчик, дешифратор, умножитель, формирователь и два элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия , в него введены четвертый и пятый счетчики, третий элемент И, делитель с постоянным коэффициентом деления, группа элементов И и генератор пачек импульсов, входы которого соединены соответственно с выходом второго элемента. И, входной шиной эталонной частоты и выходами второго счетчика, а выход подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого через делитель с постоянным коэффициентом деления соединен с входом третьего счетчика, выходы которого через группу элементов И соединены с установочными вхоцами четвертого счетчика, выход которого соединен с входом пятого счетчика, информационные выходы последнего соединены с дешифратором, первый выход которого подключен к вычитающему входу первого счетчика, а второй выход - к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с втор{лми входами группы элементов И и через второй элемент И с входной шиной интервала измерения, а выход второго элемента ИЛИ с суммирующим входом первого счетчика, импульсный вход умножителя частоты импульсов соединен с входной шиной эталонной частоты, установочные входы умножителя частоты импульсов соединены с выходами первого счетчика, выход умножителя частоты импульсов через третий элемент И соединен с входом четвертого счетчика, а второй вход третьего элемента И соединен с шиной интервала измерения и через формирователь с импульсным входом дешифратора.

а РК

Источники информгщии, принятые во внимание экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 152255, G 01 R 23/10, 1962.

2.Авторское свидетельство СССР 415596, G Ог R 23/02, 1971.

п п п

«.

п п

м