Устройство для измерения низких частот Советский патент 1982 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение для точного ускоренного измерения сигналов низкой и инфракрасной частоты с представлением результата измерения в единицах частоты. Известно устройство для измерения частот, содержащее генератор опорной частоты, формирователь, ключ, счетчи импульсов, цифровое отсчетноеустpo iCTBo С ij. Недостатком этого устройства является низкое быстродействие,обуслов ленное необходимостью вычисления результата измерения в цифровом отсче ном устройстве после выполнения изме рения. Наиболее близким к предлагаемому является низкочастотный цифровой час тотомер, содержащий формирователь,ге нератор опорной частоты, счетчики, управляемый делитель частоты 2, Измерение частоты в этом частотом ре основано на квантовании периода измеряемой частоты с последующим делением постоянного числа на.резуль тат квантования периода. При этом измерении результат получают только после длительного промежутка времени преобразования Целью изобретения является повышение быстродействия. Поставленная цель достигается, тем что в устройство для измерения низких 4actoT, содержацее формирователь периода, генератор опорной частоты, управляемый делитель час:тоты, первый и второй счетчики, и счетчик результата, введены блок сравнения кодов, коммутатор, элемент ИЛИ, блок вентилей, блок управления, триггер, первый и второ элементы И,,причем вход формирователя периода соединен с входной имной устройства а выход - с первыми входами блока управления и первого элемента И, второй вход которого -соединен с выходом генератора опорной частоты и первым входом второго элемента И, а выход первого элемента И подключен к входу первого счетчика, выходы которого соединены с первыми входами блока сравнения кодов, вторые входы которогоподключены к первым выходам второго счётчика, а выход блока сравнения кодов соединен с первыми входами коммута - тора W элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому - выходу блока управления, а выход элемента ИЛИ соединен с первом входом второго счетчика, второй вход которого соеди нен с первым входом управляемого делителя частоты и выходом второго эле мента И, а вторые выходы второго счетчика соединены с первыми входами блока вентилей, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления и в.торому входу коммутатор а выходы блока вентилей соединены с вторыми входами управляемого делителя частоты, третий вход которого (подключен к третьему выходу блока Vпpaвлeния, а выход управляемого деЬителя частоты соединен с первым входом триггера ивторым входом бло ка управления, четвертый выход которого подключен к второму входу триггеров, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, первый, второй и третий выходы коммутатора подключены соответственно к первой, второй и третьей декадам счетчика результата. Измерение частоты устройством основано на квантовании периода из меряемой частоты с последующим делением некоторого постоянного числа - делимого N5 на результат квантования периода, в котором осуществляют ряд давлений, при этом в качестве первого (I 1) числа д, делимого используют число N 10- N5 где vn -равно целому числу, а в ка-, честве последующих { 2,3,4,...) чисел-делимых используют умноженный на 10 остаток от предыдущего деления, причем общим результатом измерения считают ряд чисел Np, где Npi - целочисленный результат i-ro деления. Весь процесс от начала измере ния до момента получения результата в устройстве осуществляют за время, существенно меньшее чем у известного устройства. Точность при этом остается такой же, как при измерении частоты в известном устройстве. На чертеже изобргмкена структурная схема устройства. Устройство содержит форми1рователь 1 периода, генератор 2 опорной частоты, управляемый делитель 3 частоты первый и второй счетчики 4 и 5, первую, вторую и третью декады 6-8 счет чика результата, первый и второй эле менты 9 и 10 И, элемент 11 ИЛИ, блок 12сравнения кодов, блок 13 вентилей коммутатор 14, триггер 15 и блок 16 управления. Для получения результата измерени низкой частоты с индикацией результата в единицах частоты в известном устройстве необходима длительность Тц полного измерительного интервала TWVA ц Tip. ,Время измерения превьшшет длительность одного или нескольких (п ) периодов Т, на величину времени преобразования Трр , величина которого достаточно большая. Время преобразования в известном устройстве используется не вполне рационально так как, например 0,1 Т -используется для получения информации о всех значащих цифрах результата подсчета импульсов, кроме последней, а. для получения информации о последнем знаке результата необходимо затратить 0,9 Трр. Аналогично для получения информации о всех значащих цифрах результата, кроме двух последних значащих цифр, необходимо затратить время 0,01Т,рО всех значащих цифрах результата, кроме трех последних значащих цифр 0,001 , и т.д. На основе этих рассуждений предлагается раздельно определять- значащие цифры результата, давая возможность существенно сократить преобразования, а следовательно, получение окончательного результата. Предположим, что необходимо измерить частоту fy 968,4477 Гц,при этом период измеряемой частотыfy равен Ту ,5802 мкс, частота следования тактовых импульсов f 100 МГц (TT 0,01 мкс). Для определения указанной частоты с относительной погрешностью Af 10 постоянное число И ЮТ В известном устройстве при частоте тактовых импульсов . 100 МГц и периодеТт. 1032,5802 мкс в каждый временной интервал Т укладывается N 103258 периодов тактовых импульсов, так как NT- Т,/Т 1032,5802:0,01 103258,02 (10 мкс;. Тогда число импульсов N{ пропорциональных частоте f.y за временной интервал Ту , будет 96844, так как N N. 103258 96844,79. 1 т Время преобразования в известном устройстве будет Т г .-10 100 с, что, в основном, определяет время изменения. Для определения измеряемой частоты в предлагаемом устройстве прежде всего как и в известном формируют временный интервал, равный периоду измеряемой частоты, и определяют число импульсов N. , соответствующих периоду Tj(. Поскольку процесс квантования периода производится сигналами от генератора тактовых импульсов с периодом Т. 0,01 мкс, то результат квантования N 103258. Первый результат деления в предлагаемом устройстве производят посредством деления на N не числа 10 как в известном устройстве, а числа N 461 10 10 при п 4, Тогда чирло, N . пропорциоьальное частоте fy , будет tif N, / NT--

: 103258 9,684976. Из этого числа в результате фиксируется целая его часть, т.е. 9, а остаток используется для формирования второго числа делимого. Время преобразования первого временного интервалаTfip - 10 : 10 Второе число-Тделимоё формируют -как умноженная на 10 разность между перилм делимым и произведением результата деления на число N

N (N.-N -N )-10(.103258)10 5a b ±1 Т . 706780.

Второй цикл преобразования происходит как и в первом случае, т.е. определяют число и„ , пропорционлльное частоте f , Nj /N 706780 : : 103258 6,8447965, время преобразования второго временного интервала

Т1р2

прг 706780/10 7-10с.

Целую часть результата .e. 6) Q фиксируют для общего результата, а остаток используют для Формирования третьего числа - делимого.

В дальнейшем процессы повторяются, 15 И° только со своими численными значениями, которые сведены в таблицу.

Процесс преобразования заканчиваю автоматически на i-ом цикле, максимальное значение которого определяется допустиА рй погрешностью измере ния частоты. Для выбранного примера Результат измерения формируется следующим образом. Целочисленные результаты отдельны делений при первом () цикле деления H 9, при втором i. 2 цикле NJ 6, при третьем i 3 - ° Н- 8 и т.д г составляют ряд. Ряд NJ. дает исло 96844..., что соответствует коду частоты f.Децимальная точка (запятая в десятично выражении значения частоты) может устанавливаться автоматически, исходя из выбранного порядка, числа N значения п и частоты заполнения при измерении длительности периода. При выбранных значениях N, п , f результат определения измеряекюй час тота будет f 968,44, что в свою очередь равно fy : 1:1032,5802 мкс 968,44777 Гц. Как видно из расчетов определение f в предлагаемом устройстве получен тот же результат. Нетрудно оценить, выигрыш во времени, получаемый при работе устройства. . Общая длительность процесса вычисления составляет сумму временных затрат в каждом i-ом цикле и при 5-ти циклах составляет Tj (10 + „ f 7 + 8,7 + 4,6 + 4,9).10 2,52-10 с, Выигрыш во времени при этом (Т„./Т 100 : 0,0352 2841 составляет более чем 2800 раз. Устройство для осуществлен 1я способа работает следующим образом. В исходном состоянии первый и второй счетчики 4 и 5, а также первая, вторая и третья декады 6-8 счетчика результата обнулены. Первый и второй

элемент 9 и 10 И заперты соответствующими напряжениями с выходов формирователя 1 периода и триггера 15. Остальные элементы схемы готовы к работе.

Работа устройства происходит в два этапа - этап измерения и этап преобразования.

Процесс измерения начинается с момента поступления на вход формирователя 1 периода напряжения измеряемой частоты. Формирователь 1 образует временной интервал, равный периоду измеряемой частоты и готовит к работ блок 16 управления. Одновременно на время Т открывается первый элемент И 9 и с генератора 2 опорной частоты н перВЕ1й счетчик 4 поступает |х| импульсов. Процесс преобразования начинается по окончании временного интервала Ту. Блок 16 управления вводит в управляемый делитель 3 частоты код, соответствующий числу W. Это число становится коэффициентом деления управляемого делителя 3. После установки коэффициента деления в управляемом делителе 3 -блок 16 управлния переводит триггер 15 в состояние когда на его выходе присутствует высокий потенциал, открывающий второй элемент 10 И; второй счетчик 5 и управляемый делитель 3 частоты начинают заполняться импульсами тактовой частоты. В момент совпадения кодов первого и второго счетчиков 4 и 5 блок 12 сравнения кодов вырабатывает сигнал, который -через коммутатор 14 поступает на первую счетную декаду 6 и через элемент ЮШ на первый установочный вход второ. го счетчика 5.

Таким образом, в первую декещу 6 .счетчика результата записывается код числа N, второй .счетчик 5 после каждого срабатывания схемы сравнения кодов начинает счет с нуля. После того, как на управляемый делитель 3 частоты поступит чисшо импульсов равное Nf, он срабатывает и на его выходе появляется импульс, поступающий на триггер 15 и блок 16 управления. Триггер 15 перебрасывается и запирает второй элемент 10 И. Блок 16 управления, вырабатывает сигнал, поступающий на коммутатор 14, котоЕяый под воздействием этого сигнала отключает от своего сигнального входа первую декаду б и подключает к нему вход второй декады 7. Кроме того, этот же сигнал с блока 16 управления поступает на блок 13 вентилей, который открывается и переносит код остатка от первого деления из второго счетчика 5 на второй вход управляемого делителя 3, но таким образом, чтсби коэффициент деления управляемого делителя 3 был в 10

раз больше кода остатка второго счетчика 5 (для этого достаточно двоично-десятичный код первой декады второго счетчика 5 передать на вторые входа второй декады управляемого делителя 3, код второй декады второго счетчика 5 передать на вторые входы третьей декады управляемог делителя 3 и т.д.). После этого блок 16 управления через элемент 11 ИЛИ сбрасывает второй счетчик 5, в нуль, а сигналом -на триггер 15 открывает второй элемент 10 Ни начинает второй цикл преобразования - деления

1чи9лаЫ15, 10 (N5«-Nj/«Ч код N периода измеряемой частоты.

, -..- ,

В дальнейшем устройство работает аналогично до тех пор, пока не будут заполнены все младшие декады счетчика результата.

Формула изобретения

Устройство для измерения низких частот, содержащее фОрмиро.ватель периода, генератор опорной частоты,управляемый делитель частоты, первый и второй счетчики и счетчик результата, о т л.и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок сравнения кодов, коммутатор, элемент ИЛИ, блок вентилей, блок управления, триггер первый и второй элементы И, njmчем вход фо «ирователя периода соединен с входной шиной устройства, , а выход - с первыми входами блока управления и первого элемента И,второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и первым входом второго элемента И, а выход первого элемента И подключен к входу первого счетчика , выходы которого содинены с первыми входами блока сравнения кодов, вторые входы которого подключены к первым выходам второго счетчика, а выход блока сравнения кодов соединен с первыми входами коммутатора и элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому выходу блока управления, а выход элемента HJOI соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого соеди ней с первым входом управляемого де.литеяя частоты и выходом второго элемента И, а вторые выходы второго счетчика соединены с первыми входами блока вентилей, второй вход которог подключен к второму выходу блока управления и второму входу коммутатора а выходы .блока вентилей соединены с ffropOMWi входами управляемого делителя частоты, третий вход которого подключен к третьему выходу блока управления а выход управляемого делителя частоты соединен с первым

входом триггера и вторым входом блока управления, четвертый выход которого подключен к второму входу триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, первый второй и третий выходы коммутатора подключены соответственно к первой второй-и третьей-декадам счетчика результата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР 359604, кл; G 01 R 23/10, 1972 (прототип). ,