Цифровой частотомер Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при цифровом измерении частоты и при преобразовании частоты в код. Известны устройства измерения частоты, реализующие резонансный метод, метод заряда и разряда конденсатора, гетеродинный метод, методы сравнения с частотой другого источника и метод дискретного счета. Устройства по последнему методу, основанному на подсчете числа импульсов за эталонный интервал времени, содержат генератор, элементы И, триггеры, счетчики, формирователи О Однако такие устройства сложны по составу и имеют недостаточное быстродействие. Известно устройство для цифрового измерения частоты, содержащее формирователь импульсов, блок управления, кварцевый генератор, счетчик результата, выходами соединенный с индикатором f2j. Однако указанное устройство и силу специфики реализации метода дискретного счета позволяет получить значение частоты только по окончании единичного (эталонного) интервала времени, что снижает и ограничивает быстродействие. Цель изобретения - повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер, содержащий формирователь импульсов, блок управления индикатор, кварцевый генератор, два счетчика результата, выходы которых соединены с соответствующими входами индикатора, а вход первого формирователя подключен к входной шине, введены четыре элемента И, три триггера, блок умножения, блок ввода кода, коммутатор, блок вентилей, второй формирователь, два вспомогательных счетчика,причем выход первого формирователя соединен с первыми -входами первого и второго элементов И, к вторым входам которых подключены соответственно выход третьего триггера и выход первого триггера, первый вход третьего элемента И, а выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к S-входу пер вого триггера, С-входу второго триггера и первому входу коммутатора, второй вход которого подключен к S-входу третьего триггера и первому блока управления, первый и вто рой выходы коммутатора соединены соответственно с входами первого и второго счетчиков результата, выходы которых подключены к соответствующим входам блока умножения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а третьи входы блока умножения подключены к соответствующим выходам второго вспо могательного счетчика, выходы блока умножения подсоединены к соответствующим первым входам блока вычитания вторые входы которого подключены к соответствующим входам блока ввода кода, а выходы блока вычитания соединены с соответствующими первыми входа «4 блока вентилей, второй вход которого подключен к третьему входу блока управления и входу блока ввода кода, выхода блока вентилей подключены к соответствующим первым входам первого вспомогательного счетчика, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход с входом блока управлений и с R- входом первого триггера, при этом R-вход третьего триггера подключен к выходу второго формирователя, вход которого подкшчен к первому выходу второго триггера, второй выход которого соединен с первым входсх четвертого элемента И, второй вход кото рого подключен к первому выходу кварцевого генератора, а выход четвертбго элемента И подключен к входу второго вспомогательного счетчика, второй выход кварцевого генератора соединен с вторым входом третьего элемента И. На чертеже приведена функциональ ная схема цифрового частотомера. Цифровой частотомер содержит пер вый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов, первый, второй, третий, четвертый элементы И 3-6, второй, первый, третий триггеры 7, 8 и 9, коммутатор 10, первый и второй счетчики 11 и 12 результата, индикатор 13, блок }k умножения, блок 15 управления, блок 16 ввода кода, блок 17 вычитания, блок 18 вентилей, первого и второго вспомогательных счетчиков 19 и 20 и кварцевого генератора 21. Устройство работает следующим образом . Для измерения частоты известным устройством с точностью до 1 Гц необходима длительность эталонного временного интервала (Тэт), равная 1 с. Этот интервал используется нерационально, так как 0,1 Тэт используется для получения информации о всех значащих цифрах результата кроме последней, а для получения информации о последнем знаке результата требуется затратить 0,9 Тэт. Предлагаемое устройство позволяет получить результат существенно быстрее. Рассмотрим алгоритм работы устройства на цифровом примере. Допустим, что р5( Гц, тогда период Т ct 59,000531 МКС. За интервал времени, равный 0,1 с, на второй счетчик 12 результата через второй элемент И t и коммутатор 10 поступит число импульсов N 10/59 I69t,9 169 импульса. Так как им-, пульсы поступают на старшие разряды, то последней значащей цифрой результата будет нуль, т.е. счетчик в целом покажет число N . Длительность периода Т при зтом измеряется счетчиком 12 путем заполнения интервала Ту импульсами образцовой частоты, формируемой кварцевым генератором 21 {например, частотой следования 1 МГц). Полученный результат первого измерения вторым счетчиком 12 N/f в блоке k умножения умножается на длительность периода Т 59 мкс, в результате чего на выходе блока 1 образуется код, соответствующий МКС. Поскольку единичный измерительный интервал содержит 10 МКС, то для второго измерения из 10 вычитают, мкс в блоке 17 вычитания. Полученная разность мкс определяет длительность второго измерительного интервала. Число импульсов Ni, укладывающихся в этот временной интервал и поступающих на первый счетчик 11 : N2. 9, 9 импульсам. Как видно

из приведенного цифрового примера, за первый временной интервал Т 0,1 Тэт на второй счетчик 12 проходит число импульсов, соответстаующее всем значащим цифрам результата кроме последней, а за второй временной интервал Т2 Тэт - 0,1 Тэт проходит количество импульсов, соответствующее последней значащей цифре результата. Очевидно, максимальная длительность второго временного интервала Т не превышает длительности 10 периодов входной измеряемой последовательности-, что при самой низкой частоте (случай, когда частота выражена -двухзначным числом) не превышает 0,1 Тэт. Таким образом, на процесс подсчета затрачивается время не более 0,2 Тэт. Как показывает цифровой пример, предложенный частотомер позволяет существенно повысить быстродействие по сравнению с известными частотомерами. Предложенный частотомер работает следующим образом. В исходном состоянии первый и второй счетчики 11 и 12 и первый и второй вспомогательные счетчики 19 и 20 обнулены, первый триггер 8 находится в состоянии, когда на его выходе отсутствует потенциал, он отсутствует и на управляющем выходе второго три1- гера 7, связанным с четвертым элементом 6. Кварцевый генератор 21 формирует стабильную последовательность импульсов. Остальные устройства и элементы готовы к работе. Измеряемая частота подается на вход первого формирователя 1, с выхода которого на первый и второй элементы 3 и по ступают короткие импульсы с частотс й FV. Блок 15 управления начинает процесс измерения с соответствующего сигнала запуска, который может вырабатываться либо в самом блоке 15 либо поступать на него извне. После прихода сигнала запуска на блок 15 в нем формируется сигнал, который поступает на блок 16 ввода кода и блок 18 вентилей, в результате которого блок 16 ввода кода вырабатывает код времени, равный 0,1 Тэт Этот код через блок 17 вычитания (на второй вход которого подается с блока }k умножения код, равный нулю) и открываекый блок 18 вентилей поступает на первый вспомогательный счетчик 19, где записывается в дополнительном коде. После этого

сигналом с другого выхода блока 15 управления третий триггер 9 устанавливается в состояние, когда на его выходе появляется высокий потенциал, а

коммутатор 10 готовится передать сигналы со своего входа на второй счетчик 12. Первым же, после сигнала запуска, импульсом с первого формирователя 1 через первый элемент И 3

опрокидываются первый триггер 8 и второй триггер 7- Первый триггер 8 поддерживает открытым второй элемент И Ц в течение 0,1 Тэт, привязанным началом к одному из импульсов

входной исследуемой последовательности. На вход второго счетчика 12 результата в течение 0,1 Тэт поступают (через второй элемент И j и коммутатор 10) импульЬы с первого формирователя 1. С приходом второго импульса частоты Fy второй триггер 7 переходит в первоначальное состояние, обеспечив формироваьме разрешающего потенциала длительностью, равной периоду Т. Одновременно с переходом второго триггера 7 в начальное состояние второй формирователь 2 вырабатывает сигнал, опрокидывающий третий триггер 9 в нулевое состояние. Первый элемент И 3 закрывается. На время, равное периоду исследуемой частоты, четвертый элемент И 6 открывается и через него на второй вспомогательный счетчик 20 считывающего периода Т поступают импульсы эталонной частоты с кварцевого генератора 21. Импульсы с кварцевого генератора 21 проходят через третий элемент И 5 на вычитающий вход первого вспомогательного генератора 21, проходят через третий элемент И 5 на вычитаюиу й вход первого вспомогательного счетчика 19 и не изменяют его состояния. По окончании временного интервала Ту во втором вспомогательном счетчике 20 записывается код, соответствующий длительности периода частоты F , а по окончании.интервала 0,1 Тэт во втором счетчике 12 записывается код числа десятков значащих цифр результата. В этот момент сигналом с выхода первого вспомогательного счетчика 19 первый триггер 8 устанавливается в нулевое состояние, закрывая при этом второй и третий элементы И и 5 а блок 15 управления формирует сигнал, переводящий третий триггер 9 в состояние, при котором на его выходе присутствует высокий потенциал, а коммутатор 10 - к работ с первым счетчиком 11 результата. Коды с выходов первого и второго счетчиков 11 и 12 и второго вспомогательного счетчика 20 поступают а блок 1 умножения, который запускается блоком 15 управления по окончании временного интервала 0,1 Тэт. С первого и второго счетчиков 11 и 12 снимается код числа, в 10 раз больший чем код, записанный во второ счетчике 12, благодаря чему на выходе блока Н умножения имеется код, соответствующий 10 Т.,. Дальше производится работа частотомера во втором временном интервале аналогично описанному выше. Очередным импульсом R через первый элемент И 3 опрокидывается первый триггер 8, обеспечивая при этом поступление импульсов частоты р5( через второй элемент И Ц и коммутатор 10 на первый счетчик 1 с одной стороны, и поступление импульсов частоты F,Q от кварцевого генератора 21 через третий элемент И 5 на первый вспомогательный счетчик 19 с другой стороны. Одновремен но 8 этим происходит измерение длительности периода Т аналогично опи санному выше, которое в дальнейшем уже не используется. Первый вспомогательный счетчик 19 постепенно обнуляется импульсами опорной частоты с кварцевого генератора 21, а в момент обнуления происходит обратное опрокидывание первого триггера 8, запирание второго и третьего элементов и 5 и подготовка блоком 15 управления коммутатора 10 для работ со счетчиком 12 и третьего триггера Э в исходное состояние. Частотомер готов к новому циклу измерений. Таким образом, за время второго временного интервала, привязанного началом также к одному из импульсов входной исследуемой последовательности, на вход первого счетчика 11 через коммутатор 10, второй элемент И поступает количество импульсов, соответствующее последней значащей цифре результата измерения частоты. Формула изобретения Цифровой частотомер, содержащий формирователь импульсов, блок управ ления, индикатор, кварцевый генератор, два счетчика результата, выходы которых соединены с соответствующими входами индикатора, а вход первого формирователя подключен к входной шине, отличающийся тем, что, с цепью увеличения быстродействия, в него введены четыре элемента И, три триггера, блок умножения, блок ввода кода, коммутатор, блок вентилей, второй формирователь и два вспомогательных счетчика, причем выход первого формирователя соединен с первыми входами первого и второго элементов И,к вторым входам которых подключены соответственно выход третьего триггера и выход первого триггера, первый вход третьего элемента И, а выходы первого и второго элементов И подключены соответстгвенно к S-входу первого триггера, С-входу второго триггера и первому входу коммутатора, второй вход которого подключен к S-входу третьего триггера и первому входу блока управления, первый и второй выходы коммутатора соединены, соответственно, с входами первого и второго счетчиков результата, выходы которых подключены к соответствующим входам блока умножения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а третьи входы блока умножения подключены к соответствующим выходам второго вспомогательного счетчика, выходы блока умножения подключены к соответствующим первым входам блока вычитания, вторые входы которого подключены к соответствующим входам блока ввода кода, а выходы блока вычитания соединены с соответству|5 щими первыми входами блока вентилей, второй вход которого подключен к третьему входу блока управлениями входу блока ввода кода, вь)ходы блока вентилей подключены к соответствующим первым входам первого вспомогательного счетчика, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход - с входом блока управления и с R-входом первого триггера, при этом R-вход третьего триггера подключен к выходу второго формирователя, вход которого подключен к первому выходу второго триггера, второй выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу кварцевого генератора, а выход четвертого элемента И подключен к входу второго вспомогательного № счетчика,- второй выход кварцевого генератора соединен с вторым входом третьего элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 5 изм с. 1. Авторское свидетельство СССР 566195, кл. G 01 R 23/00 2. Мирский Г.Я. Радиоэлектронные ерения, М., Энергия, 1975, 216-223.