Цифровой измеритель частоты,длительности периода и отношения частот

 

Изобретение относится к цифровой технике измерения частот. Цель изобретения - сокращение времени измерения параметров физической величины . Цифровой измеритель содержит генератор 1 меток времени, блок 2 привязки элемент И 3, счетчики 4 и 5, переключатель 6 сигналов, коммутатор 7, блок 9 индикации и формирователь 10 сигнала единицы измерения и положения децимальной точки. Введение формирователя 8 сигналов конц а временного интервала адаптирует время усреднения с заданной относительной погрешностью измерения. Преимущество измерителя заключается в автоматизации измерения, повышении оперативности и упрощении обслуживания . 2 з,п, ф ЛЫ, 1 ил. с (Л тр- .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 01 R 23 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

{21) 4006835/24-21 (22) 14.0!.86 (46) 07.05.87. Бюл. № 17 (72) P.Â.Êîðîâèí, И.И.Ковтун и А.Т.Крюков (53) 621.317.(088.8) (56) Ермолов P.Ñ. Цифровые частотомеры. — Л.: Энергия, 1973.

Цифровой частотомер-периодомер

43-24. Техническое описание

ЕЭ 2.721.06! ТО.

0 (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

ДЛИТЕЛЬНОСТИ ПЕРИОДА И ОТНОШЕНИЯ

ЧАСТОТ (57) Изобретение относится к цифровой технике измерения частот. Цель изобретения — сокращение времени измерения параметров физической величины. Цифровой измеритель содержит генератор 1 меток времени, блок 2 привязки элемент И 3, счетчики 4 и 5, переключатель 6 сигналов, коммутатор 7, блок 9 индикации и формирователь 10 сигнала единицы измерения и положения децимальной точки. Введение формирователя 8 сигналов конца временного интервала адаптирует время усреднения с заданной относительной погрешностью измерения. Преимущество измерителя заключается в автоматизации измерения, повышении оперативности и упрощении обслуживания. 2 з.п. ф.лы, ил.

08925 2

55! 13

Изобретение относится к цифровой технике измерения частот и может быть использовано для измерения час- тоты, длительности периода и отношения частот электрических сигналов.

Целью изобретения является сокращение времени измерения параметров физической величины путем адаптации времени усреднения с заданной относительной погрешностью измерения.

На чертеже представлена функциональная схема измерителя.

Цифровой измеритель содержит генератор 1 меток времени, блок 2 привязки, элемент И 3, первый счетчик 4, состоящий из декад 4.1 — 4.k второй счетчик 5, состоящий из декад 5 ° 1 — 5.п, переключатель 6 сигналон,коммутатор 7, формирователь 8 сигналов конЦа временного интервала, блок 9 индикации, формирователь 10 сигнала единицы измерения и положения децимальной точки, первую ll и вторую 12 входные шины и выходы 13 — 16 переключателя б.

Формирователь 8 сигналов конца временного интервала содержит (п+1) элементов И !7.1 — 17.(п+1), (и+1) триггеров 18.1 — 18.(п+1) и (п+1)входовый элемент ИЛИ 19., Блок 2 привязки содержит элементы И 20 — 23, элемент 24 задержки и триггеры 25 — 27.

Формирователь 10 сигнала единицы измерения и положения децимальной точки содержит счетчик 28 и дешифратор 29.

Измеритель также содержит шину 30 запуска.

Первая 11 и вторая 12 входные шины подключены к первому и второму входам переключателя б сигналов, третий вход которого соединен с генератором 1 меток времени, первый выход

15 подключен через первый вход элемента И 3 к первому счетчику 4, сое. диненному выходами всех k декад с блоком 9 индикации, второй выход 16 подключен к входу режима работы блока 9 индикации, третий 13 и четвертый 14 выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока 2 привязки, третий вход которого соединен с коммутатором 7 сигналов, первым выходом соединенным с вторым счетчиком 5, а вторым — с вторым входом элемента И 3, шина 30 запуска соединена с входами установки первого 4 и второго 5 счетчиков и с пятым и шестым входами блока 2 привязки, первый вход формирователя 8 подключен к первому выходу блока 2 привязки, а группа вторых и входов подключена к выходам и декад второго счетчика 5, выход формирова еля 8 соединен с четвертым входом блока 2 привязки, третий выход которого соеди1О нен с первым входом формирователя 10, второй вход которого соединен с шиной 30 запуска, а выходы подключены к входам установки блока 9 индикации.

Формирователь 8 содержит (и+1)входовый элемент ИЛИ 19, (и+!) триг гсров 18.1 — 18.(п+1) и (и+1) элементов И 17.1 — 17.(n+I), вход первого из которых является его первым входом, входы остальных элементов И ян20 ляются группой вторых и входов формирователя 8, вторые входы всех элементов И соединены соответственно с приемными выходами триггерон

18.1 — 18.(п+1), входы обнуления которых подключены соответственно к выходам одноименных элементов И 17.1

И 17.1 — 17.(п+1) и соединены с соответствующим входом элемента ИЛИ 19, выход которого является выходом формирователя 8. Блок 2 привязки содержит элементы И 20 — 23, элемент

24 задержки и триггеры 25 — 27, причем первые входы элементов И 20 и 21 являются первым и вторым входами блока 2 привязки, третьим и шестым входами являются входы триггера

27, четвертым входом — первый вход элемента И 22, пятым входом — первый вход триггера 25, первым выходом— выход элемента И 20, вторым — выход триггера 26, третьим — выход элемента И 23, первый вход которого объединен с первым входом элемента И 22, а второй вход соединен с первым вы45 ходом триггера 27, второй выход которого соединен с вторым входом элемента И 22., выходом соединенного с первым входом триггера 26, второй вход которого соединен с выходом

50 элемента 24 задержки, а выход — с вторым входом элемента И 20, выход триггера 25 соединен с вторым входом элемента И 21, выход которого соединен с входом элемента 24 задержки и вторым входом триггера 25, выход каждого из и первых элементов И 17.1

17.(п+1) соединен с устайовочным входом каждого последующего (и+1)-ro

25 4 открытый логический элемент И 21, поступает на вход триггера 25, переводя его в нулевое состояние и закры вая логический элемент И 21, после чего, будучи задержанным в элементе

24 зажержки, поступает на единичный вход триггера 26, переводит его в единичное состояние, при котором логические элементы И 20 и 3 открываются. Поскольку элемент 24 задержки задерживает импульсный сигнал измеряемой частоты на выходе 14 на время, большее длительности импульса, то аналогичный импульс измеряемой частоты, поступающий на выход 15, не может пройти через логический элемент И 3. Все следующие импульсы измеряемой частоты проходят через логический элемент И 3 и поступают на счетчик 4, где подсчитываются.

Начиная с момента перехода триггера 26 в единичное .состояние, через открытый логический элемент И 20 на счетчик 5 начинают поступать импульсы образцового периода Т . Первый же ймпульс, появившийся на выходе логического элемента И 20, поступает на вход счетчика 5 и на логический элемент И 17.1. Поскольку к этому моменту триггер 18.1 сигналом запуска установлен в единичное состояние, логический элемент И 17.1 для этого сигнала оказывается открытым, сигнал проходит через него, поступая на нулевой вход триггера

18.1 и перебрасывая его в нулевое состояние, поступает на единичный вход следующего триггера 18.2, переводя последний в единичное состояние, а также через логический элемент ИЛИ 19 поступает на вхоц логического элемента И 23. Поскольку триггер 27 сигналом запуска переведен в нулевое состояние, на выход логического элемента И,22 данный сигнал не проходит. В то же время единичный выход триггера 27 открывает элемент И 23 и сигнал с выхода элемента ИЛИ 19 проходит на вход счетчика 28 формирователя 10 сигнала единицы измерения и положения децимальной точки.

После поступления на вход счетчи ка 5 десяти импульсов образцового периода Т счетная декада 5.1 переполняется, на ее выходе появляется сигнал, который следует на входы

;втовой декады 5.2 и логического.эле3 13089 триггера 18.1 — 18.(n+1), а установочный вход триггера 18.1 подключен к шине 30 запуска.

Формирователь 10 содержит счетчик 28 и дешифратор 29, причем счетный вход счетчика 28 является первым входом формирователя 10, вторым входом является установочный вход счетчика 28, а выходом — выходы дешифратора 29, входы которого соединены с fp выходами разрядов счетчика.

Цифровой измеритель работает следующим образом.

В исходном положении переключатель 6 находится в положении, обес- 15 печивающем коммутацию выбранного режима работы, коммутатор 7 соединяет единичный вход триггера 27 с выходом соответствующей счетной декады 4.1с с индикацией, генератор 1 фор- 20, мирует последовательность сигналов с периодом следования Т, триггеры

18.1, 25 и 27 находятся в состоянии, при котором на их единичных выходах, соединенных с соответствующими логи- 25 ческими элементами И, отсутствует разрешающий потенциал, счетчики 4 и 5 обнулены.

Процесс измерения начинается с подачи на шину 30 запуска сигнала нача- 30 ла измерения. При этом логический элемент И 22 закрывается, а логические элементы И 21, 23 и 17.1 открываются.

Дальнейшая работа цифрового измерителя зависит от положения переключателя 6, причем возможны три вариан- . та работы измерителя.

I вариант — режим изменения час- тоты. 40

В этом режиме работы переключателя 6 сигналов на его выходы 13 и 14 поступают импульсы образцового периода Т, на выход 15 — сигналы частоты

f а на выход 16 поступает сигнал, 45 обеспечивающий в блоке 9 индикацию единиц измерения частоты.

Измеритель подсчитывает количество периодов исследуемого сигнала за интервал измерения Ти, равный 10 в це- 50 лой степени секундам. Для уменьшения погрешности квантования начало временного измерительного интервала

Т совмещают с одним из импульсных сигналов исследуемой последователь- 55 ности, Первый же импульсный сигнал частоты f„ íà выходе 14 проходит через или 10 в целой степени периодам исследуемого сигнала, причем в этом режиме работы переключателя 6 на его выходы 13 и 14 поступают импульсы измеряемого периода Т (те же импульсы поступают на выход 15) и импульсы образцового периода Т, а на выход 16 поступает сигнал, обеспечивающий в блоке 9 индикации индикацию единиц

1О измерения периода.

Работа измерителя начинается с поступления сигнала на шину 30 запуска, в результате чего счетчики 4 и 5 и триггеры 18.1, 25 и 27 уста15 навливаются в исходное положение.

Первый же после сигнала запуска импульс измеряемой последовательности

Т на выходе 14, проходя через логический элемент И 21, возвращает триг20 гер 25 в нулевое состояние и через элемент 24 задержки поступает на вход триггера 26, который переводится в единичное состояние, открывает логические элементы И 20 и 3, в результате чего на счетчик 4 начинает поступать импульсная последовательность с образцовым периодом То, а на счетчик 5 — сигналы измеряемого периода Т .

30 На выход логического элемента

ИЛИ !9 поступают последовательно импульсы, завершающие временные интервалы длительностью в один период T„ (от начала единичного состояния триг35 гера 26), в 10 периодов Х„, в 100 периодов Т и т.д. Эти же импульсы через открытый элемент И 23 поступают в формирователь 10 сигнала единицы измерения и положения децималь40 ной точки, который формирует сигнал, управляющий положением децимальной точки в блоке 9 индикации. Задавшись требуемой относительной погрешностью измерения E Т.„ = 10, выход

55

5 130 мента И 17.2. Этот элемент открыт, поэтому десятый сигнал проходит через логический элемент И 17.2 и поступает на нулевой вход триггера

l8.2, возвращая его в нулевое состояние, на единичный вход следующего триггера 18.3, переводя его в единичное состояние и, наконец, через логический элемент ИЛИ 19 поступает на вход логических элементов И 23 и 22. Через элемент И 22 импульс не проходит из-за нулевого состояния триггера 27, а через логический элемент И 23 импульс поступает каждый очередной раз на счетчик 28.

Таким образом, на выходе логического элемента, ИЛИ 19 последовательно появляются первый, десятый, сотый, тысячный и т.д. импульсы образцовых периодов Т .

Одновременно с заполнением счетчика 5 проходит заполнение измеряемой импульсной последовательности f счетчика 4. Коммутатор 7 (переключатель выбора погрешности) соединяет со своим выходом один из входов в зависимости от выбранного значения требуемой относительной погрешности измерения. Если требуется получить относительную погрешность измерения не хуже 10, коммутатор 7 соединяет свой вход с выходом m-й декады счетчика 4.

При этом после подсчета счетчи.ком 4 10 импульсов измеряемой последовательности на выходе коммутатора 7 появляется сигнал, который поступает на вход триггера 27, переводит его в единичное состояние и открывает тем самым логический элемент

И 22 и закрывает элемент И 23.

При появлении сигнала на выходе элемента ИЛИ 19 он проходит через открытый логический элемент И 22 и поступает на нулевой вход триггера 26, переводит его в нулевое состояние, закрывая тем самым логические элементы И 20 и 3 для прохождения соответствующих сигналов.

Измерение частоты f< закончено, при этом счетчик 4 подсчитал количество периодов частоты f êîòîðîå больше 10, но меньше 10 " .

II вариант — режим измерения периода.

Б этом режиме подсчитывается,количество образцовых периодов Т за интервал измерения Т> равный одному

8925 б коммутатора 7 подключают на выход

m- и счетчной декады 4.m и тогда после подсчета счетчиком 4 !0 импульсов образцового периода Т сигнал с выхода коммутатора 7 переводит триггер 27 в единичное состояние, запирая при этом элемент И 23. Бли- жайший после этого выходной импульс логического элемента ИЛИ !9 поступает через элемент И 22 на вход триггера 26, переводит его в нулевое состояние, закрывает логические элементы И 20 и 3 и прекращает тем самым подсчет импульсов счетчиками 4 и 5.

08925

1. Цифровой измеритель частоты, длительности периода и отношения частот, содержащий генератор меток времени, блок привязки, элемент И, первый k-декадный и второй и-декадный счетчики, блок индикации, пере30 ключатель и коммутатор сигналов, шину запуска, соединенную с установочными входами обоих счетчиков и пятым и шестым входами блока привязки, а также первую и вторую входные

35 шины, подключенные к первому и второму входам переключателя сигналов, третий вход которого соединен с гене" ратором меток времени, первый выход подключен через первый вход элемен40 та И к первому счетчику, соединенному выходами всех К декад с блоком индикации, второй выход подключен к входу режима работы блока индикации, третий и четвертый выходы соединены

45 соответственно с первым и вторым

l входами блока привязки, третий вход которого соединен с коммутатором сигналов, первый выход которого соединен с вторым счетчиком, а второй—

50 с вторым входом элемента И, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, в него введены формирователь сигнала единицы измерения и положения децимальной

55 точки и ф рмирователь сигналов конца временного интервала, первый вход которого подключен к первому выходу блока привязки, а группа вторых и

7 13

При этом счетчик 4 подсчитал количество импульсов, которое больше 10 .

Щ

III вариант — режим измерения I отношения частот.

В этом режиме подсчитывается количество периодов частоты Р, за интервал измерения Т, равный одному или 10 в целой степени периодам чатоты F, причем в этом режиме работы переключателя 6 на его выходы 13 и 14 поступают импульсы последовательности с частотой F2, на выход

15 †.импульсы последовательности с частотой F,,а на выход 16 поступает сигнал, обеспечивающий в блоке 9 индикации индикацию безразмерной величины т e .F< /Р2

Работа измерителя начинается с подачи сигнала на шину 30 запуска, в результате чего счетчики 4 и 5 и триггеры 18.1, 27 и 25 устанавливаются в исходнОе положение. Первый же после сигнала запуска импульс последовательности с частотой F на

2 выходе 14 через логический элемент

И 21 возвращает триггер 25 в нулевое состояние и через элемент 24 задержки поступает на единичный вход триггера 26, который переводится в единичное состояние, открывает логические элементы И 20 и 3, в результате чего на счетчик 4 начинает поступать импульсная последовательность с частотой F, а на счетчик 5 — импульсная последовательность с частотой F

На выход логического элемента

ИЛИ.19 поступают последовательно импульсы, завершающие начинаемую в момент начала единичного состояния триггера 26 серию временных измерительных интервалов Т>, последовательно равных одному периоду сигнала с частотой Р,10 периодам этого сигнала, 100 периодам и т.д. Эти импульсы через открытый элемент И 23 ,поступают на счетчик 28 и через дешифратор 29 индицируют в блоке 9 индикации заданное положение децималь; ной точки на результате индикации подсчитанного счетчиком 4 отношения

Р /Р2. Задавшись требуемой относительной погрешностью измерения . FiF)/F2) = 10, выход коммутатора

7 подключают на выход ш-й счетной ,декады 4.m, и тогда после подсчета счетчиком 4 последовательности из

10 импульсов сигнала частотой Р,, сигнал переполнения декады 4.m через коммутатор 7 поступает на единичный вход триггера 27, переводит этот триггер в единичное состояние, отпирая элемент И 22 и запирая элемент И 23.

Ближайший после этого сигнал с выхода логического элемента ИЛИ 19 поступает на нулевой выход тригге10 ра 26, переводит его в нулевое состояние, запирает логические элементы И 20 и 3 и прекращает тем самым подсчет импульсов счетчиками 5 и 4.

При эдом счетчик 4 к моменту прекращения работы подсчитал количество импульсов, которое больше 10

1п

Технические преимущества цифрового измерителя заключаются в автоматизации измерения, повышении оператив20 ности и упрощении обслуживания.

Формула изобретения

) 308925

Составитель Е. Минкин

Редактор 0.10рковецкая Техред А. Кравчук

Корректор М. Пожо

Заказ 1793/36 Тираж 731

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4 входов подключена к выходам и декад второго счетчика, выход формирователя сигналов конца временного интервала соединен с четвертым входом бло" ка привязки, третий выход которого соединен с первым входом формирователя сигнала единицы измерения и положения децимальной точки, второй вход которого соединен с шиной запуска,,а выходы подключены к вхо- 1О дам установки блока индикации.

2. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что формирователь сигнала конца временного интервала содержит (n+1)-входовый. элемент ИЛИ, (n+1) триггеров и (и+1) элементов И, вход первого из которых-является его первым входом, входы остальных элементов И являются 20 группой вторых п входов формирователя, вторые входы всех элементов И соединены соответственно с прямыми выходами соответствующих триггеров, входы обнуления которых подключены соответственно к выходам одноименных элементов И и соединены с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход. которого является выходом формирователя, при этом выход кажцого из и первых элементов И соединен с установочным входом каждого последующего (n+I)-го триггера, причем установочный вход первого триггера подключен к шине запуска.

3. Измеритель по и.1, о т л и— ч а ю шийся тйм, что формирователь сигнала единицы измерения и not ложения децимальной точки содержит счетчик и дешифратор, причем счетный вход счетчика является первым его входом, вторым входом является установочный вход счетчика, а выхолом являются выходы дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами разрядов счетчика.