Цифровой измеритель характеристик амплитудно-модулированных сигналов

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик амплитудно-модулированных (АМ) сигналов. Цель изобретения - расширение области применения за счет измерения среднего значения, среднеквадратического значения и коэффициентов модуляции АМ сигнала при несинусоидальной форме сигнала огибающей. Цель достигается тем, что в измеритель, содержащий входной блок 1, блок 2 управления, выпрямитель 3, преобразователь 4 напряжение - частота, элемент И 5, счетчик 6 импульсов, элемент 7 задержки, микропроцессорный вычислитель 10 и блок 11 индикации, дополнительно введены счетчик 8 адреса и преобразователь 9 периода несущей в код. Кроме того, блок управления содержит демодулятор 12, два нуль-органа 13 и 14, реверсивный счетчик 19, четыре триггера 15 - 18, три элемента И 20 - 22, формирователь 23 импульса и кнопку 24 "Пуск". 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК жл G 01 R29/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4691928/21 (22) 16.05.89 (46) 30.08.91. Бюл. N. 32 (72) В.Н,Чинков, А;Л.Савицкий и Ю,А.Немшилов (53) 621.317.357,3(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР.

hh 652121, кл. 6 01 R 29/06, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1592803, кл. G 01 R 29/06, 26.04.89.

° 5U,, 167401 3 А1

{54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик амплитудно-модулированных (AM) сигналов. Цель изобретения — расширение области применения за счет измерения среднего значения, среднеквадратического значения и коэффициентов моду1674013 ляции АМ сигнала при несинусоидальной форме сигнала огибающей. Цель достигается тем, что в измеритель, содержащий входной блок 1, блок 2 управления, выпрямитель 3, преобразователь 4 напряжение- 5 частота, элемент И 5, счетчик 6 импульсов. элемент 7 задержки, микропроцессорный вычислитель 10 и блок 11 индикации, доИзобретение относится к радиоизмери- 15 тельной технике и предназначено для измерения характеристик амплитудно- модулированных сигналов.

Цель изобретения — расширение области применения путем измерения среднего 20 значения, среднеквадратического значения и коэффициентов модуляции амплитудномодулированного сигнала при несинусоидальной форме сигнала огибающей.

На фиг.1 приведена блок-схема цифро- 25 ваго измерителя; на фиг,2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Цифровой измеритель характеристик амплитудно-модулированных сигналов (фиг.1) содержит входной блок 1, блок 2 уп- 30 равления, выпрямитель 3, преобразователь

4 напряжение-частота, элемент И 5, счетчик

6 импульсов, элемент 7 задержки, счетчик 8 адреса, преобразователь 9 периода несущей в код, микропроцессорный вычисли- 35 тель 10, блок 11 индикации, В состав блока 2 управления входят демодулятор 12, нуль-органы 13 и 14, триггеры

15 — 18, реверсивный счетчик 19, элементы И

20 — 22, формирователь 23 импульса и кнопка 40

24 "Пуск".

Преобразователь 9 периода несущей в код выполнен на генераторе 25 образцовой частоты, элементах И 26,27, счетчике 28 периода, триггерах 29,30, 45

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем, Исследуемый амплитудно-модулированный (AM) сигнал записывают в виде

U(t) = A(t)sin и г, (1) 50 где A(t) — огибающая колебаний с периодом

ToI

2л

cd =-(- — круговая частота несущей;

Т вЂ” период несущей.

Из АМ сигнала формируют его модуль

U(t) = A(t) sin cdt, (2) который преобразуют в пропорциональную частоту следования импульсов. полнительно ьведены счетчик 8 адреса и преобразователь 9 периода несущей в код.

Кроме того, блок управления содержит демодулятор 12, два нуль-органа 13 и 14,.реверсивный счетчик 19, четыре триггера

15 — 18, три элемента И 20 — 22, формирователь 23 импульса и кнопку 24 "Пуск". 1 a n.ôлы,2 ил, f(t) = К«ч /U(t) КпнчА() /3!и аt, (3) где K«N — коэффициент преобразования напряжения в частоту.

За каждые полпериода несущей — проТ

2 изводится интегрирование частоты f(t), которое сводится к подсчету числа импульсов за время Т/2. Это количество импульсов в

i-том полупериоде несущей определяется

2 выражением NI = J f(t)dt. о

После подстановки соотношения (3) имеем

1 I

Nl Кпнн 3 Т(С)СФФ = Кпнн f f(t)dt о о з1п и d t.

Учитывая, что в i-том полупериоде несущей

А(1) = AI, получаем

NI = К AI З!ПиЛбС = К«чА о

2 К«ч Т А (4) отсюда

Л

Кп„„ Т . (5)

Коды NI амплитуд несущей AI определяют на всех 2п полупериодах несущей за период огибающей Тог, где n = .„. и

Тог записывают их в память. Затем по этим кодам вычисляют измеряемые величины. Алгоритм обработки кодов NI получаем из следующих соотношений; для среднего значения АМ сигнала

Оср = — J U(t)Clt = у-,), А), (6)

1Ж о п)Ь1 для среднеквадратического значения

AM сигнала

"- "-) пп - — % ) и

1674013 для коэффициентов глубины модуляции вверх, вниз и среднеквадратического значения соответственно:

Мь — — 100%, (8)

Ucp

Мг — — 9- — "-" —" 100 е, (9)

Мскз — 100, U (10)

Ucp где Омзкс, Омин — максимальное и минимальное значения АМ сигнала, которые определяются максимальным и минимальным значениями амплитуд несущей Амзкс и Амин

Подставляя в формулы (6) и (7) соотношение (5), получаем

2„ пнч 1

U—

,". .(12) (=1

Из выражений (11) и (12) видно, что зна.чения Ucp и О зависят от периода несущей.

Для исключения этой зависимости получают код периода, например, с помощью преобразователя время-код, основанного на методе последовательного счета:

Nr-mT f0, (13) где fo — образцовая частота, используемая для заполнения временного интервала, кратного периоду несущей, m — численный коэффициент, задающий кратность измеряемого временного интервала и периоду несущей, в частности, m=05; 1;2; 3,.;

Из соотношения (13) находим т nt

mfo

Подставим равенство (14) в выражения (11) и (12), получаем

m fo 1 Ф

= I4p — g й), (15)

NT i=1

О Жm fo 1

2п

)=1

= Кскз, Ж (16) и (=1

< m о < m fo гее кое --9 (—, к... — 7 ——

П пнч 2п коэффициенты пропорциональности при измерении среднего и средквадратического значений АМ сигналов соответственно.

В ы раже н и я (8), (9), (10), (15), (16) положены в основу построения предлагаемого устройства, Цифровой измеритель работает следую5 щим образом, Измеряемый АМ сигнал U(t) (фиг.2а) через входной блок 1 поступает на первый вход блока 2 управления и через выпрямитель 3 на выход преобразователя 4

10 напряжение-частота, которым модуль на-. пряжения U(t) с выхода выпрямителя 3 (фиг.2б) преобразуется в пропорциональную частоту следования импульсов

1(с) согласно выражению (3). С выхода вы15 прямителя 3 напряжение U(t) подается также на второй вход блока 2 управления, а импульсы переменной частоты f(t) с выхода преобразователя 4 напряжение-частота поступает на первый вход элемента 05, 20 который в исходном состоянии закрыт по второму входу сигналом с первого выхода блока 2 управления.

По первому входу блока 2 управления

АМ сигнал поступает на демодулятор 12, 25 которым выделяется его огибающая (фиг.2в). С выхода демодулятора 12 сигнал огибающей подается на нуль-орган 13, предназначенный для формирования.коротких импульсов в моменты перехода выход30 ного напряжения демодулятора 12 через одноименные нулевые значения, например, из отрицательной области в положительную. С выхода нуль-органа 13 импульсы поступают на один из входов элемента И 20, 35 закрытый по другому входу потенциалом триггера 15.

По второму входу блока 2 управления

АМ сигнал подается на нуль-орган 14, которым осуществляется формирование корот40 ких импульсов (фиг.2г) в моменты времени

t(, i = 1,2п равенства нулю напряжения U(t) на выходе выпрямителя 3 (фиг.26). Выход-. ные импульсы нуль-органа 14 поступают на объединенные входы элементов И 21,22, ко45 торые закрыты по другим входам потенциалами триггеров 17 и 16 соответственно.

Счетчик 6 импульсов, счетчик 8 адреса, реверсивный счетчик 19 в блоке 2 управления и счетчик 28 импульсов в преобразова50 теле 9 периода несущей в код находятся в нулевом состоянии.

В преобразователе 9 периода несущей в код элемент И 26 открыт потенциалом триггера 30, а элемент И 27 закрыт потенци55 алом триггера 30.

В режим измерений устройство переводят нажатием кнопки 24 "Пуск". В результате на выходе формирователя 23 образуется импульс, поступающих по шине сброса на установку функциональных узлов и элемен1674013

25

45 тов устройства в исходное состояние, указанное выше, и на единичный вход триггера

15, переключая его в единичное состояние.

Потенциалом выхода триггера 15 открывается элемент И 20 и после этого первый же импульс с выхода нуль-органа 13 проходит на счетный вход триггера 16, устанавливая его в единичное состояние.

Потенциалом с выхода триггера 16 открывается элемент И 22 и импульсы с выхода нуль-органа 14 (фиг,2г) подаются на вход вычитания реверсивного счетчика 19, Второй импульс с выхода нуль-органа 13, поступающий через открытый элемент И 20 на счетный вход триггера 16, возвращает его в исходное состояние.

Выходным сигналом с выхода триггера

16 устанавливаетс» по нулевому входу в исходное состояние триггер 15, закрывая тем самым элемент И 20, переводится по единичному входу в единичное состояние триггер 17, открывая при этом элемент И 21, прекращается прохождение импульсов с нуль-органа 14 на вход вычитания реверсивного счетчика 19.

К этому моменту s реверсивном счетчике 19 записано число (2 — 2 и), где i— разрядность счетчика. lleðåà открытый элемснт И 21 выходные импульсы нуль-органа 14 (фиг,2д) поступают на единичный вход триггера 18, на вход суммирования реверсивного счетчика 19 и по второму выходу блока 2 управления на выходы элемента 7 задержки, счетчика 8 адреса и преобразователя 9 периода несущей в код, Первый же импульс с выхода элемента

И 21 в момент времени 0 устанавливает ! триггер 18 в единичное состояние и потенциалом последнего открывается элемент И

5 (к последующим импульсам с выхода нульоргана 14 триггер 18 нечувствителен, они только подтверждают его единичное состояние), С этого момента времени импульс,ы с выхода преобразователя 4 напряжение-частота поступают на счетчик 6 импульсов, в котором они интегрируются (накапливаютс») за каждый полпериода несущей, начина» с моментов времени tl, l = 1,2п, На фиг,2е условно показан пакет импульсов в 1-том полупериоде несущей ti, Т, tI + —; число импульсов К в этом пакете определяется выражением (4). По окончании каждого полупериода несущей количество импульсов Мь получаемое в счетчике 6 импульсов, переносится в ОЗУ по первому информационному входу микропроцессорного вычислителя 10. Задание адресов ОЗУ, по которым последовательно записываются коды чисел Ц, осуществляется счетчиком 8 адреса, состояние которого изменяется от 1 до 2 и тем самым меняется код адреса на адресном входе микропроцессорного вычислителя 10. Запись кодов чисел Ni производится по сигналу, поступающему с первого выхода элемента 7 задержки на вход стробирования записи микропроцессорного вычислителя 10. После этого, с некоторой задержкой, необходимой для выполнения операций ввода информации в

ОЗУ, с второго выхода элемента 7 задержки подается сигнал на установочный вход счетчика 6 импульсов, сбрасывая его в нулевое состояние и тем самым подготавливая к подсчету очередного пакета импульсов N, Аналогично операции определения числовых значений Nl и их записи в ОЗУ микропроцессорного вычислителя 10 повторителя для всех 2 и полупериодов несущей за период огибающей, задание которых осуществляется реверсивным счетчиком 19, Так, после поступления на

его вход суммирования 2п импульсов с выхода открытого элемента И 21 он переполняется и íà его выходе формируется потенциал. по которому возвращаются в исходное состояние триггеры 17,18 по их нулевым входам, закрывая элементы И

21,5 соответственно.

Сигнал с выхода реверсивного счетчика

19 подается также по третьему выходу блока

2 управления на управляющий вход микропроцессорного вычислителя 10, переводя его в рабочее состояние, т.е. в режим вычисления измеряемых величин по соответствующим формулам. К этому моменту времени в счетчике 8 адреса будет записано число 2п, а в преобразователе 9 периода несущей в код, точнее в его счетчике 28, — код периода йт.

Образование кода периода несущей в преобразователе 9 осуществляется следующим образом, Первый импульс с выхода открытого элемента И 21, поступающий в момент времени t (фиг,2б) по первому выходу блока 2 управления в преобразователь 9 периода несущей в код, проходит через открытый элемент И 26 на счетный вход триггера 29 и устанавливает его в единичное состояние, открывая элемент И 27, Через открытый элемент И 27 импульсы с генератора 25 образцовой частоты fo поступают на счетчик 28 периода, Вторым импульсом, поступающим по первому выходу блока 2 управления в момент времени т2 через элемент И 26 на счетный вход триггера 29, последний возвращается в исходное состояние, закрывая элемент И 27. Кроме того, выходным сигналом с прямого выхода триггера 29 переключается по единичному

1674013

10

30

40

50 входу триггер 30, закрывая элемент И 26.

За время открытого состояния элемента И

27 на счетчик 28 периода с генератора 25 образцовой частоты поступает количество импульсов NT {фиг,2ж}, пропорциональное периоду несущей согласно выражению (13).

Таким образом, к моменту поступления по третьему выходу блока 2 управления сигнала на управляющий вход микропроцессорного вычислителя 10 в его ОЗУ записаны коды чисел Nl, i = 1,2п; в счетчике

8 адреса — число 2п, а в счетчике 28 периода преобразователя 9 — код N периода несущей, С приходом управляющего сигнала по пятому входу микропроцессорного вычислителя 10 он переходит в режим обработки вычислений.

При этом с приходом тактирующего импульса последовательно такт за тактом из ПЗУ считываются коды команд, определяющие алгоритм вычислений и необходимые константы, Запись, хранение и счтывание промежуточных результатов осуществляется в 03У.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель характеристик амплитудно-модулированных сигналов, содержащий последовательно соединенные входной блок, выпрямитель и преобразователь напряжение-частота, а также элемент

И, счетчик импульсов, микропроцессорный вычислитель с подключенным к его выходу блоком индикации, блок управления и элемент задержки, при этом первый вход блока управления соединен с выходом входного блока, а первый выход — с вторым входом элемента И, первый вход которого подключен к выходу преобразователя напряжениечастота, второй выход блока управления соединен с входом элемента задержки, первый выход которого подключен к установоч. ному входу счетчика импульсов, третий выход блока управления соединен с управляющим входом микропроцессорного вычислителя, первый информационный вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения за счет измерения среднего значения, среднеквадратического значения и коэффициентов модуляции амплитудно-модулированного сигнала при несинусоидальной форме огибающ й, в него введены преобразователь периода несу ций в код и счетчик адреса, входы которых объединены между собой и соединены с вторым выходом блока управления, второй вход которого подключен к выходу выпрямителя, выход преобрззователя периода несущей в код соединен с вторым информационным входом микропроцессооного вычислителя, подключенного своим BppGGHhlM входом к выходу счетчика адреса, а входом записи — к второму выходу элемента задержки.

2. Измеритель по п,1, отл и ч а ю щи йс я тем, что в блок управления, содержащий два нуль-органа, четыре триггера, два элемента И, последовательно соединенные кнопку "Пуск" и формирователь импульса, выход которого подключен к единичному входу первого триггера, соединенного выходом с вторым входом первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу первого нуль-органа, а выход — к счетному входу второго триггера, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера и первым входом второго элемента И, подключенного вторым входом к выходу второго нуло--органа, выход третьего элемента И соединен с вторым выходом блока управления и единичным входом четвертого триггера, выход которого подключен к первому выходу блока управления, дополнительно введены демодулятор и реверсивный счетчик, при этом демодулятор включен между первым входом блока управления и входом первого нуль-органа, вход второго нуль-органа соединен с вторым входом блока управления, а выход его подключен к второму входу третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом третьего триггера, подключенного своим единичным входом к выходу второго триггера и нулевым входом — к нулевому входу четвертого триггера, третьему выходу блока управления и выходу реверсивного счетчика, который входом вычитания подключен к выходу второго элемента И, а входом суммирования — к выходу третьего элемента И.

1674013

a) о ", 4 4

I

1

I !

1 гь 11, LLL 1Ш

3) О е) О и

Составитель Л.Стройкова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С«Черни

Редактор С.Лисина

Заказ 2917 Тираж 399 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1 ! !

1 ! I

1

1 ! !

1

1 ! !

I !

1 1

1 !

Т 1 1

1 !

111 !

11, !

Я 1 ! в

« »

dr! !!1 1

1 !

I I

1 1! и ! !1г

1 1 I ! 1 1 ! ! !