Цифровой измеритель частоты Советский патент 1982 года по МПК G01R23/02 

(5) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

1

Изобретение относится к радиоизмерениям,

Известен цифровой измеритель частоты, содержащий ограничитель, генератор счетных импульсов, выход которого соединен с первым входом вентиля, который- через счетный блок соединен с пересчетной схемой, формирователь, генератор импульсов, блок сравнения и интегратор, выход которого соединен с входом генератора импульсов, выход которого подключен к второму входу вентиля, выход .ограничителя соединен с входом формирователя и входом блока сравнения l Heдocтafком данного устройства является низкая точность и недостаточный частотный диапазон.

Наиболее близким по технической сущности является цифровой измеритель частоты, содержащий (т+п)-декадный счетчик, блок управления, первый выход которого подключен к

входу т-декадного счетчика, а второй - к входу счетчика результата, второй вход т-декадного счетчика подключен к выходу генератора тактовых импульсов, управляемый делитель частоты, выход которого соединен с входом блока управления, последовательно соединенные элементы И, злемент задержки, делитель частоты и блок управляемых ключей, входы которых соединены с входами счетчика, а выходы - с выходами элемента задержки, входы т-декадного счетчика соединены с остальными входами блока управляемых ключей, выход (m+n)-декадного счетчика соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого подключен к входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора, а выход делителя - с входом счетчика результата U.

Недостатком данного устройства i является невысокая точность. 3 9 Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель частоты, содержащий управляемый делител частоты, вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым входом блока управления, первый выход которого подключен к входу т-декадного счетчика, а второй выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и второму входу т-декадного счетчика, выходы разрядов которого подключены к первым входам ключей блока управляемых ключей, вторые входы которых соединены с выводами многоотводного элемента задержки, вход кото рого подключен к выходу элемента И, а выход многоотводного элемента задержки соединен через декадный делитель частоты с третьими входами ключей блока управляемых ключей, выход каждого из которых подключен к первому входу каждого разряда (т+п)декадного счетчика, и счетчик резуль тата, введены три дополнительных элемента И, триггер управления и второй счетчик, вход которого соединен с выходом первого дополнительного элемента И, первый вход которого соединен с вторыми входами разрядов (т+п)-декадного счетчика, выходом декадного делителя частоты и первым входом второго дополнительного элемента И, выход которого соединен с входом счетчика результата, вторые входы первого и второго дополнительных элементов И соединены соответственно с четвертыми и пятыми входами каждого ключа блока управляемых ключей и соответствующими выходами триггера управления, входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов (т+п)декадного счетчика, причем второй вход блока упрайпения подключен к выходу треть го дополнительного элемента И, один вход которого подключен к одному из выходов триггера управления, а второй соединен с выходом последнего из ш разрядов (m+n)-декадного счетчика. Каждый из m разрядов (т+п)-декад ного счетчика содержит триггерную счетную декаду и блок памяти, входы и выходы которого соединены соответственно с входами и выходами триг герной счетной декады. На чертеже приведена структурная электрическая схема измерителя. Измеритель содержит управляемый делитель 1 частоты, блок 2 управления, т-декадный счетчик 3, генератор тактовых импульсов, элемент И 5, многоотводный элемент 6 задержки, декадный делитель 7 частоты, |блок 8 управляемых ключей 9-1...9-т, счетчик 10 результата, (m+n)-декадный счетчик 11, элементы И IZ-I, триггер 15 управления, счетчик 16. Каждая из декад 17 счетчика 3 состоит из элемента И 18, элемента ИЛИ 19 и триггерной счетной декады 20. Каждый каскад (кроме последнего) блока 8 содержит триггер 21, управляемые ключи 22-2 и элемент ИЛИ 25. В последнем -каскаде отсутствуют ключ 2k и элемент 25. Счетчик 11 состоит из тл-каскадов 26, п-каскадов 27 и элемента ИЛИ 28. В состав каждого каскада 26 входят блок 29 памяти и триггерная счетная декада 30. Входной сигнал подан на входную шину 31. Измеритель частоты работает следующим образом. При отсутствии входного сигнала триггеры всех счетчиков, триггеры блока управляемых ключей и триггер управления находятся в нулевом состоянии, ключи 23 открыты по первым входам высоким потенциалом, элементы 18 и 19 закрыты низкими потенциалами с блока 2. Элементы 12 и 14 закрыты а элемент 13 открыт потенциалами, снимаемыми соответственно с выходом триггера 15При поступлении на шину сигнала неизвестной частоты блок 2 формирует старт-стопный импульс, длительность которого равна периоду входного си1- нала или больше периода сигнала в 10, 100, 1000 и т.д. раз в зависимости от значения коэффициента деления делителя 1 частоты. Этот импульс с блока 2 поступает на первые входы всех элементов 18, открывая тем самым межкаскадные связи счетчика 3. В результате счетчик 3 последовательно заполняется импульсами генератора 4 в течение периода входного сигнала. По окончании старт-стопного импульса элементы 18 закрываются, разъединяя связи между декадами счетчика 3. Одновременно с блока 2 на первый вход элемента 5 поступает разрешающии потенциал и него на вход элемента 6 начинают поступать тактовые импульсы с генератора импульсов k. С соответствующих отводов элемента 6 тактовые импульсы подаются на входы ключей и входы элементов счетчика 3. С выхода элемента 6 тактовые импульсы подаются на вход делителя 7 с коэффициентом деления 10. Момент открытия элемента 5 для прохожЮ. дения импульсов тактового генератора :является началом многократной переписи (суммирования) в счетчик 11 числа, записанного в счетчик 3. Период одного цикла переписи равен десяти пе- 15 риодам тактовой частоты. За время, равное 10 Т (Т - период тактовой частоты), из счетчика 3 в счетчик 11 переписывается в цифровом коде значение временного интервала Т. Через от-20 крытый элемент 13 выходные импульсы делителя 7 поступают в счетчик 10. Перепись десятичного числа, запи санного в декадах счетчика 3 в дека ды счетчик а 11 осуществляется с помощью триггеров 21 и ключей 22. Триг геры 21 устанавливаются в единичное состояние импульсами переполнения декад счетчика 3 и возвращаются в нулевое состояние выxoдны {1 импульсами делителя 7. Так как при установке в единичное состояние триггеры 21 открыва ют по одному из входов соответствующие ключи 22, то через каждый из эти ключей за период одного цикла перепи си пройдет столько импульсов, сколько было записано в соответствующей декаде до начала процесса переписи. Например, если в первой декаде счетчика 3 перед началом переписи записано три импульса, то при поступлении на ее вход семь импульсов, декада переполнится и ее выходной импульс установит триггер 21 в единичное состояние и откроет ключ 22. Через ключи 22 и 23 и элемент 25 на вход 1-ой декады счетчика 11 начинают проходить тактовые импульсы. Через десять тактовых импульсов посл открытия элемента 5 на выходе делителя 7 появится импульс и возвратит в единичное состояние триггер, который в свою очередь закроет ключ 22. При этом через, ключ 22.пройдут три тактовых импульса, т.е. как раз стол ко, сколько было записано в первой декаде. Таким образом, все ключи блока 8 закрываются одновременно, а открываются каждый в свое время. 93 7 , 6 Это зависит от то,-о, какое число хранится в соответствующей декаде счетчика 3. При этом в счетчике 3 информация после переписи сохраняется. Процесс переписи значения цифрово|го кода из счетчика 3 в счетчик 11 происходит до тех пор, пока счетчик 1 не переполнится. Одновременно выходные импульсы с делителя 7 посту:пают параллельно на входы предварительной установки кода блоков 29, которые представляют из себя счетные декады, аналогичные счетным декадам счетчика 11. При этом с каждым вход- ным импульсом в блоки 29 переписывается код, хранящийся в счетчике 11. Так как выходные импульсы делителя 7 определяют конец одного цикла пеРеписи, то в блоках 29 всегда хранится код, который устанавливается в счетчике 11 во время предыдущего цикла переписи. Выходной импульс счетчика 11 опрокидывает триггер 15 в единичное состояние. В результате изменения потенциалов на выходах триггера 15 элемент 13 закрывается, а элементы 12, 14 и ключ 2k открываются. Одновременно выходной импульс счетчика 11 поступает на входы предварительной установки кода счетных декад этого счетчика и в счетчик переписывается код, хранящийся в блоках 29, т.е. код, который находился в нем во время предыдущего цикла переписи. Процесс переписи продолжается, но теперь счет количества импульсов делителя частоты 7 осуществляется счетчиком 16, причем из счетчика 3 в счетчик 11 переписывается уже не число Т,, а , где k - число кратное 10 (на чертеже ).npH переполнении т-декад счетчика 11 выходной импульс т-ой декады проходит через элемент Ik на вход блока 2, в результате чего высокий потенциал с элемента 5 снимается и процесс пересчета прекращается. При этом в счетчике 10 оказывается зафиксированным количество циклов пересчета, пропорциональное грубому значению измеряемой частоты, а в счетчике 16 - количество дополнительнь1х циклов пересчета, пропорциональное значению остатка в счетчике 11, т.е. дополнительному уточненному значению измеряемой частоты. Предлагаемый измеритель частоты позволяет значительно повысить точность измерений частоты, так как пересчет содержимого, непрерывное суммирование из т-разрядного в (m+n) разрядный счетчик производится большим количеством импульсов, пропорцио нальным периоду измеряемой частоты и в общем случае счетчик 11 переполняется до окончания последнего цикла пересчета. Так как в счетчике резуль тата зафиксировано число импульсов декадного делителя, прошедших за вре мя до предпоследнего цикла включительно, то измерение незаконченного последнего цикла осуществляется с повышенной точностью. Это достигается тем, что в первые т-декйд счетчика 11 вновь вводится код, который был в нем по окончанию предыдущего цикла и продолжается заполнение счет чика 11 в 10, 100, 1000 и т.д. раз меньшим числом импульсов, чем записано в счетчике 3. Количество циклов пересчета этого числа импульсов до полного переполнения первых щ-декад счетчика 11 подсчитывается счетчиком 16 и оказывается пропорциональ ным тому дополнительному, уточненному значению измеряемой частоты, ко торое не может показать счетчик 10. Показания счетчика 16 представляют таким образом доли единицы младшего разряда счетчика результата. Чем на большее число порядков уменьшается переписываемое из счетчика 3 в счетчик 11 число импульсов, пропорционал .ное периоду Ту, т.е. , Ту/100, TX/IOOO (k«10,100,1000) и т.д./тем с.большей точностью можно произвести измерение частоты. При этом некоторая потеря информации-, если учесть, что при втором, точном подсчете исключаются младшие разряды, несущественна и может практически не приниматься во внимание. Формула изобретения 1. Цифровой измеритель частоты, содержащий управляемый делитель част тоты, вход KOTloporo соединен с входной шиной, а выход - с первым входом блока управления, первый выход которого подключен к входу т-декадного счетчика, а второй выход соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу ге98 нератора тактовых импульсов и второму входу т-декадного счетчика, выходы разрядов которого подключены к первым входам-ключей блока управляемых ключей, вторые входы которых соединены с выводами многоотводного элемента задержки, вход которого подключен к выходу элемента И, а выход многоотводного элемента задержки соединен через декадный делитель частоты с третьими входами ключей блока управляемых ключей, выход каждого из которых подключен к первому входу каждого разряда (m+n)-декадного счетчика, и счетчик результата, о т л ич а га щ и .ис я тем, что, с целью повышения точности, в него введены три дополнительных элемента И, триггер управления и второй счетчик, вход которого соединен с выходом первого дополнительного элемента И, первый вход которого- соединен с вторыми входами разрядов (т+п)-декадного счетчика, выходом декадного делителя частоты и первым входом второго дополнительного элемента И, выход которого соединен с входом счетчика результата, вторые входы первого и второго дополнительных элементов И соединены соответственно с четвертыми и пятыми входами каждого ключа блока управляемых ключей и соответствующими выходами триггера управления , входы которого подключены к выходам соответствующих разрядов (m-fn) декадного, счетчика, причем второй вход блока управления подключен к выходу третьего дополнительного элемента -И, один вход которого подключен к одному из выходов триггера управления, а второй соединен с вы;§одом последнего из m разрядов (m-4-n)декадного счетчика. 2. Измеритель частоты по п.1,о тличающийся тем, что каждый из т разрядов (m-fn)-декадного счетчика содержит триггерную счетную декаду и блок памяти, входы и выходы которого соединены соответственно с входами и выходами триггерной счетной декады. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 731390, кл. G 01 R 23/00, 10.10.77. 2.Авторское свидетельство СССР № 659976, кл. G 01 R 23/02, 22.12.75.