Цифровой частотомер

 

союз советских

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК

ПО ЪФО БРетйТЙФ1 ИО ТКФ Ы»»»я м

- ПРИ ГКНТ CCCr

О И" АНЙ ГЙ Зб"БЁТЕ НИ »..-ффффф -;а ф -:ф йхмя з . =::и-.-.. гпмнп. -5м, - - -:- » =: "

/

- (21 4«852646/2«1 (22) 19;07.90 (46) 30.09.92. Бюл. М 36 (72) В.Н,Чинков, Ю,А»Немшилов и B.À,Áåð. на»дсКйй (56) Авторское свидетельство СССР

N1307365,,кл,,G 01 R 23/00, 1987. gjy w ффффф-<4 «я Ям щ »» Жди »»» .--»Вд - »": -".=- :-: » » х ф фафв ф.@ь» . .*,. ., »»»» ...„,* оыяафg>Q.:„;

- «джаФ«K K@95 »-; :- - - » " 4-- Ma " Ф" -"

- ф в»» . . » ф . ц. ф яе»» " — »» . рр - 1 ф» ": -. - .Ыаа ъ.4х;4ияв .м:.;«.--::. -», -:-.ИЦФн»=,- ..,:

;;уР6ФФ » » хымэФв --3=» w =:Ô, »» В Ф"=.м*-..-..:.

", Изобретеййе "относ ится к цифровой эл»е»ктроизме»рй»те»льной технике и может . - бйть«исйол ьзовай»о для измерения и контроля частот»«ы ййз очасто»тйых гар»мойй»ч» е«-с«кйх

- -Ф»хж»ФФх»еаивъж«-:»ахала . в»&хе 1м4ж:.;:к..: сигналов, Цель изобретения — йо«»в«ы«ш»е»ни«е точно»-

- стй"и«"«бйст«роде«йст«вия«йзмерений.«

На чертеже изображена структурная схем 1"й рерЛагаемо»го цйфровбго частотомера.

Вход частотомера "соединен с "первым, сигйал лГй ьМ, входом » aiiaЯого - цифрового " преобразователя (АЦП) 1 и с входом нуль-органа-2, выход которого йод«ключен к входу" . умйожителя 3 частоты и к йервому» входу блока 4 управления. Выход умножителя 3 ча»стоть1 ссГе»дййеД" с"ах«бдо«»м" й»зМерйт«еля 5 време«нно»гб интервала и йервым входом элеме и т а И 6, второй вход которого подклю: чен k» вьыхо» цу блока 4 управ«летия. а выход элемента«Й 6 соединен с вторым входом, вхбд»С И з»айус»ка, АЦ«П 1 и счетным входом счетЧйка» 7 выборок. Первый выход, выход

"Койец преобразования, АЦП 1 и второй, ин«формац«иойный илй кодовый, выход АЦП

1 йодключены соответственно к первому и

»»- = »м » ч.,»»»»* »»»»»». «» а с»»»а ъ ° . « .. »

„„. Ж „„1765779 А1

».ЦФй щи м«4 4Фйф, :j$ =.=;-вл@@4ум4".жйФуъм «"..

2 . . »»»» ъ:.- ь к.- м «ф:.»й фф@ыйъмяФЙ.::.Ф-"Л%4лй . - .;« .;жмФФЙ»г» (54) ЦИФРОВОИ ЧАСТОТОМЕР (57) Применение: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля частоты низ«кочастоТйых« -гармонич«ескйх Сигналов.

Цифровой частотомер содержйт аналогоцифровой преобразователь 1, нуль-орган 2, умйбжйт«ель 3 "чаСтоты, элемент И 6, счетчик

7 выборок, измеритель 5 временйого интервала, блок 4 уйравле«нйя«,"микрой роц«ессорныи«выч«йслйтель 8, блок 9 индикации. 1 ил.

p =; »» а и»» »t" ф @фью«ффффф - „ фф %ъям мт ».аъ аг» е

:»» :,. Ь»й«ь:»ммьи:»»» ау Ж-Ь -%и,меъЪ Ф1Ф ем@ м< :-.->,-.- -,. ôôôô= «яфущщфф--й и ". вкпб! .О4Ф .»» .»в@ д "р ф ффффф» - яф »щ»@ф »ф »» яф ф;:3 . второму входам микро«йроце«ссор»й«ог»о вычислителя 8, а первый, информационный или кодовый, выход и второй выход, выход займа и»лй выход обнуления (переполнения); счетчйка 7 выборок — соответственно к тре»ть»е™м«у и четвертому входам" микропроце ссбр н ого"«выч*ислителя 8, который своим пятым входом соединен с выходом измерителя 5 временного интервала, первым выходоТà — с входом блока 9 индикации и вторым выходом —" с вторйм- вхбдом блока 4 управления,"третий вход которого соединен с вторым выходом счетчика"выборок, Блок 4 управлейия содержит элемент И

10, триггеры 11, 12, элемент 13 задержки, формирователь 14 импульса, элемент ИЛИ

"15, переключатель 16 "Режим работы" и кнойк»у« 17 "Пуск".Первый вход блока 4 управления подключен к первому входу элемента И 10, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 11, а выход элемента И 10 — с S-входом триггера 12, Прямой выход триггера 12 подключен к выходу блока 4 управления и к R-входу триггера 11, S-вход которого подключен через последовательно соедин»е» нйые элемент 13 задерж1765779

50

55 ки и формирователь 14 импульса к выходу элемента ИЛИ 15. Выход формирователя 14 импульса подключен к шине сброса (цепи сброса на чертеже не показаны, чтобы не загромождать схему), Трехвходовый элемент ИЛИ 15 своим первым входом соединен с кнопкой 17 "Пуск", вторым входом — с входом прибора "Внешний запуск" и третьим входом — с первым неподвижным контактом переключателя 16 "Режим работы", второй неподвижный контакт которого разомкнут, а подвижный контакт является вторым.входом блока 4 управления, Цифровой частотомер работает следующим образом.

Входной сигнал U(t) подается на первый. сигнальный, вход АЦП 1 и на вход нульоргана 2, АЦП 1 находится в ждущем режиме, на выходе нуль-органа 2 формируются импульсы в моменты перехода напряжения U(t) через одноименные нулевые значения, например из отрицательной области в положительную. Эти импульсы поступают на умножитель 3 частоты и по первому входу блока 4 управления на первый вход элемента И 10, который закрыт по второму входу сигналом низкого уровня с прямого выхода триггера 11. На выходе умножителя 3 частоты образуется последовательность импульсов. частота следования которых в и раз больше частоты входного сигнала. Эти импульсы в рабочем режиме подаются на второй вход, вход запуска, АЦП

1 и тем самым обеспечивается п точек отсчета мгновенных значений напряжения

U(t), равномерно расположенных по его периоду Т, т.е. интервал (или период) дискретизации Л t = Т/и. Для расширения частотного диапазона может использоваться дискретизация не за один период сигнала, а с распределением моментов дискретизации по периодам, через один или несколько, с применением цифровых дискретизаторов сигналов. Импульсы с выхода умножителя 3 частоты поступают на первый вход элемента И 6, который в исходном состоянии закрыт по второму входу сигналом низкого уровня с прямого выхода триггера 12, и на измеритель 5 временного интервала, в котором осуществляется измерение интервала дискретизации Л t и преобразование его в пропорциональный код, который по пятому входу микропроцессорного вычислителя 8 записывается в его ОЗУ, Прибор имеет три режима работы: одиночный, автоматический и внешней запуск.

Рассмотрим работу прибора в режиме одиночного или ручного запуска и дискретизации сигнала за один период, что не меня5

35 ет существа изобретения. В этом режиме переключатель 16 "Режим работы" устанавливается в положение И, запуск прибора осуществляется кнопкой 17 "Пуск". При ее нажатии на выходе формирователя 14 импульса генерируется импульс, который по шине сброса поступает на установку измерителя 5 временного интервала, микропроцессорного вычислителя 8 и счетчика 7 выборок и триггеров 11, 12 в исходное состояние, а затем через элемент 13 задержки — на S-вход триггера 11, переключая его в единичное состояние, Сигналом высокого уровня с прямого выхода триггера 11 открывается элемент И 10 по второму входу, и первый же импульс с выхода нуль-органа 2, поступающий после этого, проходит через элемент И 10 на счетный S-вход триггера 12, устанавливая его в единичное состояние. Сигналом высокого уровня с прямого выхода триггера 12 открывается по второму входу элемент И 6, а триггер 11 no R-входу возвращается в исходное, нулевое, состояние, закрывая элемент И 10 по второму входу °

Выходные импульсы нуль-органа 2 проходят через открытый элемент И 6 на второй вход, вход запуска, АЦП 1 и на счетный вход счетчика 7 выборок. С поступлением каждого импульса запуска с выхода элемента И 6

АЦП 1 переводится в рабочий режим, на его втором, информационном, выходе образуются двоичные коды мгновенных значений U(tq) = 0я в моменты дискретизации

tq = Л t q, q = 1,п, задаваемые импульсами запуска. Эти коды импульсом "Конец преобразования", поступающим с первого выхода

АЦП 1 на первый вход, вход записи, микропроцессорного вычислителя 8, записываются по второму входу, входу данных, в ОЗУ микропроцессорного вычислителя 8, Адреса записываемых кодов Оч задаются выходным кодом с первого, информационного или кодового выхода счетчика 7 выборок, подаваемым на третий., адресный, вход микропроцессорного вычислителя 8, Счетчик 7 выборок служит также для задания и отсчетов или выборок мгновенных значений Uq.

Для этого он выполняется либо вычитающим и в исходном состоянии в него записывается число и на вычитание, либо суммирующим, тогда в исходном состоянии в него записывается число 2 - n, где I— ! разрядность счетчика. После поступления п импульсов с выхода элемента И 6 на запуск

АЦП 1, подсчитываемых счетчиком 7 выборок, и тем самым после получения и кодов (или отсчетов) мгновенных значений сигнала Бч на информационном выходе АЦП 1 счетчик 7 выборок обнуляется и на его вто- - 36 .

1765779 6

5 где 1 — количество измерений.

При вычислении значения циклической частоты я, ром выходе формируется импульс, который цессорного вычислителя 8 в блок 9 индикапоступает по четвертому входу, входу уп- цйи. равления, на микройроцессорйый вычисли- На этом процесс измерений в одиноч-тель 8 и по третьему входу блока 4 ном или ручном режиме завершается, утправплвейтйя на R-вход триггера 12, устанав- 5 При работе прйбора в режиме внешнего

" - - .-:: : "ливвая его" в исходное, нулевое, состояние.: зайуска переключа гель 16 также устанавлиКроме того, выходным импульсом счетчика вается в состояние II, но импульсы запуска

7 выборок восстанавливается его исходное формируются не кнопкой "Пуск", а поступаспоыСтыояние (на схеме эта внутренняя связь ют по входу "Внешний запуск", что необхо! счетчика 7 выборок не показана). Сигналом 10 димо при использовании прибора в составе

12 закрывается по второму входу элемент И тем.

6 и через него прекращается йрохождение При работе прибора в автоматическом импульсов на -запуск АЦП 1. Сигналом со режиме переключатель 16 устанавливается второго выхода счетчика 7 выборок, посту- 15 в положение I и элемент ИЛИ 15 своим пающим "в миякровпроцесстоиртный вычисли- третьим входом подключается к второму вытель 8, снимается запрещающий потенциал ходу микропроцессорного вычислителя 8. В

,.... - с ппоследонвегоо,ы vi"бн "переводится в режим этом сл /чаме запуск йрибора осуществляется обработки кодов Uq для получения резуль- автоматически импульсами, поступающими татов измерения. 20 с второго выхода микропроцессорного выНа этом завершается первый этап, числителя 8. собственно измерительный, и начинается второй, вычислительный, этап работы йри- Формула изобретения бора. Цифровой частотомер, содержащий

На этом этапе первый, второй, третий, 25 аналого-цифровой преобразователь, нульчетвертый и пятый входы микропроцессор- орган, счетчик выборок, блок индикации и ного вычиСлителя 8 отключаются и он пере- элемент И, причем первый вход аналоговбдится в айтовмоиатйввческий режим работы. цифрового преобразователя и вход нуль-орАлгоритм работы микропроцессорного гана подключены к входу прибора. а выход вычислителя сводится к выполнению следу- 30 элемента И соединен с вторым входом анающих процедур. лого-цифрового преобразователя и входом

Первая процедура: вычисление кода ам- счетчика выборок, отличающийся тем, плитуды Um. что, с целью повышения точности и быстроВторая процедура: вычисление значе- действия измерений, в него введены микрония круговой частоты, которая с учетом ра- 35 процессорный вычислитель, умножитель венства tq = q.Лс принимает вид: частоты, измеритель временного интервала и блок управления, при этом выход нуль-арф, 1 " и гана соединен с первым входом блока управления и через умножитель частоты с

40 входом измерителя временного интервала и с первым зходом элемента И, второй вход которого подключен к выходу блока управления, первый, второй, третий, четвертый и пятый входы микропроцессорного вычисли45 теля соединены соответственно с первым и

f = и/2тт = Д вЂ” arc sin— вторым выходами аналого-цифрового прет я = i О ттт оорввоввтепя, о первым и вторым выходвми счетчика выборок и с выходом измерителя

Результаты измерений частоты (вили временного интервала, а первый и второй

f), а также в случае необходимости и других 50 выходы микРопРоцессоРного вычислителЯ характеристик гармонического сигйала(ам- подключены соответственно к блоку индиплитуды. среднеквадратического и средне-:" кации и второму входу блока управления, выпрямленного значенйй, периода Т = 1/pj третий вход котоРого соединен с втоРым выводятся по первому выходу микропро- выходом счетчика выборок, э > у-;-:;--: 55 @ уъ q jg - о -рфуу4щ еу4@ фщй = %@6" =. з:".::" В - тбеФМ- %г "З".э4@М:" - -" % +@@ = .рм, - -а@у - яфдщ,яф яе =-., - . яы . вирвряЪфву- Т, и явр Ев1765779

1 А

Составитель С. Кротова

Редактор Т, Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор Q. Юрковецкая

Заказ 3383 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 г„,/ „