Цифровой измеритель частотно-временных параметров электрических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 G04F10/04 

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной техни ке и может быть использовано для изм рения частотно-временных параметров электрических сигналов. Известно устройство для измерения частотно-временных параметров электр ческих сигналов, содержащее генерато образцовой частоты, счетчики импульсов с элементами И на входах, триггеры, элементы ИЛИ и блок управления f 1 . Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет производить измерения с высоким быт стродействием в диапазоне частот и обладает узкими функциональными возможностями . Наиболее близким по своей технической сущности является устройство измерения частоты и периода гармони:ческого сигнала, которое содержит два счетчика импульсов с дешифраторами -кодов, генератор образцовой час тоты, вход которого через первый элемент И соединен 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 второго элементов И, а инверсный выход - с управляющим входом процессора, второй и третий триггеры, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы 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 дешифратора второго счетчика соединены с входами шестого элемента И, управляющий выход процессора соединен с вторым входом третьего 393 элемента И, установочный вход второго триггера соединен с выходом шестого элемента И, первый вход седьмого элемента И соединен с выходом третьего триггера, входы элемента ИЛИ соединены с выходами четвертого и седьмого элементов И, а выход - со сбросовым входом первого триггера; информационные зходы процессора соединены с выхо дами, первого и второго счетчиков, вылод первого элемента И соединен с вторым входом седьмого элемента И, выход второго элемента И соединен с вторыми входами четвертого и шестого элементов И, а выход второго триггера подключен к первому входу четвертого элемен.та И 2. Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет использовать несинхронизируемые высокостабильные генераторы образцовой частоты различного номинала, что позволи ло бы увеличить точность, быстродействие и расширить диапазон измерения, так как в этом случае нельзя было бы обеспечить равенство времени измерени целому числу периодов меньшей частоты. Устройство также обладает узкими функциональными возможностями, не поз воляет производить измерение отношения двух частот. Цель изобретения - улучшение метрологических характеристик и расшире ние функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем что в цифровой измеритель частотновременных параметров электрических сигналов, содержащий семь элементов И, первый и второй счетчики импульсов, счетные входы которых подключены к выходам первого и второго элементов И, блок сравнения кодов, микропроцессор, шина данных которого подключена к информационным выходам пер вого и второго счетчиков, три тригге ра, э/1емент ИЛИ, выход первого элеме та И соединен с первым входом третье го элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, а выход - к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соедине с первым входом второго триггера, вы ход второго элемента И соединен с лервым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого триггера, первый вход пятого элемента И соединен с первым 5 входом устройства, дополнительно введены два элемента ИЛИ, четвертый пятый триггеры и три элемента И, чем управляющие входы счетчиков импульсов и блока сравнения кодов подключень к шине управления микропроцессора, первая группа входов блока сравнения кодов подключена к шине данных микропроцессора, первый вход которого соединен с выходом переполнения первого счетчика, счетным входом четвертого три1- гера и вторым входом элемента ИЛИ, второй вход микропроцессора соединен с выходом переполнения второго счетчика, третий вход - с выходом третьего элемента И и выходом шестого элемента И, четвертый вход - с инверсным выходом четвертого триггера и с первыми входами первого и второго дополнительных элементов И, выход микропроцессора соединен с первым входом пятого триггера, второй вход которого соединен, с выходом третьего триггера и первым входом первого элемента И, а прямой выход - с первыми входами шестого и седьмого элементов И, прямой выход четвертого триггера соединен с первым входом третьего дополнительного и вторым входом пятого элементов И, второй вход первого дополнительного элемента И подключен к первому входу устройства, а выход - к первому входу первого дополнительного элемента ИЛИ, инверсный выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И, второй вход устройства соединен с вторыми входами второго и третьего дополнительных элементов И, выходы которых подключены соответственно к первому входу второго и второму входу первого дополнительных, элементов ИЛИ, прямой выход последнего соединен с вторыми входами первого и седьмого элементов И, выход седьмого элемента И подключен к второму входу второго триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второго элемента И и третьим входом шестого элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, выход пятого элемента И подключен к второму входу второго дополнительного элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, инверсный выход второго триггера соединен с вторым входом первого триггера, разрядные выходы второго счетчика подключены к второй группе входов блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, На чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя частотно-вре менных параметров электрических сигналов. Измеритель содержит микропроцес сор 1, счетчики 2 и 3 импульсов, блок сравнения кодов, элементы И 5 It, элементы ИЛИ 15 17 и триггеры 18-22. Цепь установки в исходное состояние бистабильных элементов на чертеже не показана. В памяти микропроцессора заложено математическое обеспечение, программы которого управляют работой измери теля и производят математическую обработку результатов измерения соглас но полученному заданию, в зависимости от которого устройство позволяет в режиме заданной томности производи измерение частоты f и периода Т. (Гармонического сигнала, опр еделять отношение частот f и двух сигналов, отклонение измеряемой величины от номинального значения производить обработку результатов измерения по заданному алгоритму. Для обеспечения режима заданной точности при минимальном времени измерения необходимо обеспечить выполнение условий: (N, npi при At. О INM+ 1,1 при At О, где NtT-- подсчитанное число импульсов большей частоты; Nj,- зафиксированное число импульсов меньшей час тоты в момент выполнения условия S А иъ(ух время измерения; Т - значение периода меньшей частоты К - коэффициент кратности; t - ин тервал времени между моментом сравнения N/ с Nзc1Д и приходом очередно го импульса меньшей частоты. Измеритель работает следующим образом. Перед началом измерения в случае измерения частоты или периода гармонического сигнала к первому входу измерителя подключают источник импульсов образцовой частоты f j,, а к второму входу - источник измеряемого сигнала f. При измерении отношения частот к входам измерителя подключают источники соответствующих сигналов /( и 2. Устанавливают элементы памяти измерителя в исходное состояние, в микропроцессор 1 заносят признак вида измерения, численное значение используемой образцовой частоты NO, номинальное значение измеряемой величины Nyjo/vyM допустимую погрешность измерения . С началом измерения микропроцессор 1 определяет значение а ( устанавливает в нулевое состояние счетчики имКульсов и заносит код , (Ку,д- 1) в блок 4 сравнения кодов. При этом разрешающий потенциал с инверсного выхода триггера 19 поступает на элементы И 9 и 12. После установки импульсом с выхода микропроцессора 1 триггера ,18 в единичное состояние, разрешающий потенциал с выхода последнего поступает на входы элементов 8 и 11. Первый же импульс, поступивший после этого на первый выход измерителя через элементы 9, 15 и 11.устанавливает в единичное состояние триггер 21, разрешающий потенциал с выхода которого поступает на элементы И 6 и 8 исчетчик 3, начинает подсчитывать число импульсов, поступающих на его счетный вход через элементы 12, 16 и 6 с второго входа измерителя. Яосле окончания первого импульса на первом выходе измерителя единичный сигнал с инверсного выхода . элемента ИЛИ 15 через элемент И 8 устанавливает в единичное состояние; триггер 20, разрушающий потенциал о выхода которого поступает на второй вход элемента И 5 и счетчик 2 начинает считать число импульсов, поступающих на его счетный вход с первого входа измерителя через элементы 9 15 и 5- Триггер 18 устанавливается в исходное состояние. Если большей окажется частота, источник импульсов которой подключен ко второму входу- . измерителя, то в момент сравнения подсчитываемого числа ее импульсов Njc ( 1). разрешающий потенциал с выхода блока 4 сравнения кодов поступает на первый вход элемента И 7. Следующий импульс с выхода элемента И 6 поступает на счетный вход счетчи79КЗ 3 и мерез элемент И 7 устанавлива ет- в единичное состояние триггер 22, разрешающий потенциал с выхода которого поступает на вход элемента И 14, Очередной импульс меньшей частоты с выхода элемента 5 поступает на счетный вход счетчика 2 и через элементы I и 17 устанавливает в нулевое состояние триггеры 20 и 21 и извещает микропроцессор 1 об окончаНИИ счета импульсов. ЕДИНИЧНЫЙ потенциал с инверсного выхода триггера 21 устанавливает в исходное состояние триггер 22. Если большей окажется частота, источник импульсов которой «подключен к первому входу измерителя, то раньше, чем число импульсов, подсчитываемое счетчиком 3, достигнет значение - 1), импульс переполнения с в хода счетчика 2 сообщит микропроцессору 1 о неправильной коммутации источников измеряемых сигналов,, перебросит триггер 19 в противоположное состояние и через элемент 17 установит в исходное состояние триггеры 20 22. Потенциалы на выходах триггера 19 поменяются, в результате чего под кл1С чится первый вход устройства чере элементы 13, 16 и 6 к входу счетчика 3, а второй вход через элементы 10, 15 и 5 - к входу счетчика 2. Мик ропроцессор 1 по сигналу переполнения счетчика 2 установит в нулевое состояние счетчики 2-3 и s единичное состояние триггер 18. Далее процесс измерения осуществляется так же, как и в первом случае. Сигнал переполнения счетчика 3 ин формирует микропроцессор 1 о том, что в процессе измерения не произошл сравнения кода в счетчике 3 с () и процесс измерения необходимо начать заново. После получения сигнала с выхода элемента И 14 об успешном завершении измерения микропроцессор 1 считывает с выхода триггера 19 признак соотношения частот, а из счетчиков 2 и 3 величины зафиксированных чисел импульсов большей или меньшей частоты и в зависимости от заложенного программного обеспечения определяет конечный результат измерения 1 г При этом cuN-j.bN Т - о bNi ) li.aVbH3. iaNii-bK V где N. - число, зафиксированное в счетчике 2; Nj - числО|Зафиксированное в счетчике 3 1, при f -с fjj 1 , при f f 10, при f f ,0, при f f2. По сравнению с известным предлагаемый измеритель частотно-временных характеристик параметров электрических сигналов обладает существенными преимуществами. Наличие в измерителе Двух входов позволяет производить измерение отношения частот двух сиг-ь налов, что расширяет функциональные возможности устройства. Устройство позволяет использовать несинхронизуемые высокостабильные генераторы образцовой частоты, обеспечивая при этом равенство времени измерения целому числу периодов меньшей частоты. Указанное обстоятельство позволяет производить измерения в режиме заданной точности при максимальном быстродействии. Возможность использования высокостабильной образцовой частоты различного номинала позволяет увеличить точность, быстродействие и расширить диапазон измерения. Возможность изменения микропроцессором в блоке сравнения кодов числа позволяет в процессе измерения программным путем изменять точность и время измерения, корректировать их в зав 1симости от результатов обработки и измеренной информации. Использование сигналов переполнения счетчиков позволяет повысить достоверность измеренной информации. Формула изобретения Цифровой измеритель частотно-временных параметров электрических сигналов, содержащий семь элементов И, первый и второй счетчики импульсов, счетные входы которых подключены к выходам первого и второго элементов И, блок сравнения кодов, микропроцессор, шина данных которого подключена к информационным выходам первого и второго счетчиков, три триггера элемент ИЛИ, выход первого элемента И соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого под ключен к прямому выходу первого триг гера, а выход - к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго триггера, выход второго элемента И соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого триггера, первый вход пятого элемента И соединен с первым входом устройства, о т .л и ч. а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения метрологических характеристик и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены два элемента ИЛИ, четвертый и пятый триггеры и три элемента И, причем управляющие входы счетчиков импульсов и блока сравнения кодов подключе ны к шине управления микропроцессора, первая группа входов блока сравнения кодов подключена к шине данных микропроцессора, первый вход которого соединен с выходом переполнения первого счетчика, счетным входом чет вертого триггера и вторым входом эле мента ИЛИ, второй вход микропроцессора соединен с выходом переполнения второго счетчика, третий вход - с вы ходом третьего элемента И и выходом шестого элемента И, четвертый вход с инверсным выходом четвертого тригг ра и с первыми входами первого и вто рого дополнительных элементов И, выход микропроцессора соединен с пер вым входом пятого триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего триггера и первым входом первого элемента И, а прямой выход с первыми входами шестого и седьмого элементов И, прямой выход четвертого триггера соединен с первым входом третьего дополнительного и вторым входом пятого элементов И, второй вход первого дополнительного элемента И подключен к первому входу устройства, а выход - к первому входу первого дополнительного элемента ИЛИ инверсный выход которого соединен с вторым входом шестого элемента И вто- рой вход устройства соединен с вторыми входами второго и третьего дополнительных элементов И, выходы которых подключены соответственно к первому входу второго и второму входу первога дополнительных элементов ИЛИ, прямой выход последнего соединен с вторыми входами первого и седьмого элементов И, выход седьмого элемента И подключен к второму входу второго .триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второго элемента И и третьим входом шестого элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, выход пятого элемента И подключен к второму входу второго дополнительного элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, инверсный выход вто рого триггера соединен с вторым входом первого триггера, разрядные выходы второго счетчика подключены к второй группе входов блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кирианаки Н. В. и Дудыкевич В.Б. Методы и устройства цифоового измереЬ ния низких и инфранизких частот. Львов, Вища школа, 1975, с. 32-37, рис. 1-lit, 1-16. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке f 2716031/18-21, 22.01.79.