DE1801405A1 - Elektronische Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen fuer ein digitales Frequenzmessgeraet - Google Patents

Elektronische Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen fuer ein digitales Frequenzmessgeraet

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DE1801405A1
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Dipl-Ing Uwe Machens
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/10Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage by converting frequency into a train of pulses, which are then counted, i.e. converting the signal into a square wave

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  • "Elektronische Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen für ein digitales Frequenzmeßgerät" Digitale Meß- und Zählgeräte dienen zur Messung von Frequenzen, Frequenzverhältnissen, Periodendauern und Zeiten sowie zur Zählung periodischer oder statistisch verteilter Ereignisse.
  • Diese Geräte entstehen durch die Kombination von Funktionseinheiten der elektronischen Zähltechnik. Das Meßprinzip beruht darauf, daß während der Zählzeit t Impulse der zu messenden Frequenz £x in eine elektronische Zählkette eingezählt werden.
  • Das Zählergebnis ZE = fx t wird durch einen Schiebeimpuls S aus der Zählkette in einen Speicher übertragen, von wo aus es einer Anzeigeeinrichtung zugeführt wird. Zusätzlich kann das Zählergebnis ZE auch. weiterverarbeitet werden. Ist die Frequenz f1 während der Zählzeit t nicht konstant, dann stellt ZE die mittlere Frequenz oder bei statistisch verteilten Ereignissen die mittlere Impulszahl Je Zeiteinheit dar. Die Spannung der unbekannten Frequenz f1, deren Nulldurchgänge die MeBinformation liefern, wird in einer Impulsformerstufe so umgeformt, daß die Nulldurchgänge mit derselben Richtung gleichartige Impulse am Ausgang der Impulsformerstufe ergeben.
  • Bei der Messung nach dem oben beschriebenen Verfahren kann man entweder während einer bekannten Zählzeit die Anzahl der von der zu messenden Frequenz fx gelieferten Impulse zählen, oder aber die Zeit messen, die vergeht, bis in die Zählkette eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen der zu messenden Frequenz fx eingezählt sind. Im allgemeinen wird bei der Messung hoher Frequenzen eine festgelegte Zählzeit t verwende, während man bei der Messung niedriger Frequenzen eine bestimmte Anzahl von Impulsen vorgibt und die Zählzeit t mißt.
  • Fig. zeigt das Blockschaltbild eines oben beschriebenen digkeiten Frequenzmeßgerätes, bei dem die Zählzeit t aus einen normalfrequenz fn abgeleitet ist. die umgeformten Impulse der Frequenz fx werden über eine Torschaltung 1 dem Zähler 2 mit den hintereinander geschalteten Zählde-und 2a, 2b und 2c zugeführt. Die Zählzeit t, in der die T@@@chaltung 1 geöffnet ist, wird von dem Untersetzungsverhältnis eines Frequenzteilers 3 bestimmt, der die Zählimpulse Z@liefert und auf dessen Eingang E die Impulse eines Normalfrequenzgenerators 4, dessen Frequenz als Vergleichsrequenz die@t, gelangen. Durch einen Schiebeimpuls S wird das Zahlergebnis in einen den Zähldekaden 2a, 2b und 2c nachgeschalteten Speicher 5a, 5b und 5c übertragen und den Anzeigeröhren 6a, 6b und 6c zugeführt. In Fig. 1 wird als Meßergebnis die Frequenz f = 436 Hz angezeigt. Nachdem das Zählergebnis in den Speicher 5 übertragen worden ist, wird der Zähler 2 durch einen Nullstellimpuis N wieder auf Null zurückgestellt.
  • Danach ist der Zähler für einen neuen Meßvorgang bereit. Eine elektronische Schaltung 7 leitet aus der Rückflanke des Zählimpulses Z den Schiebeimpuls S und den Nullstellimpuls N ab.
  • Fig. 2 zeigt die zeitliche Zuordnung der Steuerimpulse an Hand eines Schaltfolgeplanes. Zu Beginn eines Meßvorganges stehen die Zähler 2a, 2b und 2c auf Null. Der Meßvorgang beginnt zu dem Zeitpunkt to mit einem Zählimpuls Z, dessen Dauer die Zählzeit t bestimmt. Die Zählzeit t muß größer als die Periodendauer T der zu messenden Frequenz fx sein. Nach dem Ablauf des Zählimpulses beginnt zum Zeitpunkt t1 ein erster Sicherheitszeitraum. An diesen schließt sich zum Zeitpunkt t2 der Schiebeimpuls S an, der das Zählergebnis in den Speicher 5 überträgt.
  • Nach dem Zeitpunkt t3 beginnt ein zweiter Sicherheitszeitraum, an den sich im Zeitpunkt t4 der Nullstellimpuls N anschließt.
  • Dieser dauert bis zum Zeitpunkt t5. Nach einem dritten Sicherheitszeitraum beginnt ein neuer Meßvorgang zum Zeitpunkt t6 mit einem Zählimpuls Z der Dauer t.
  • Zur Erzeugung der Zählimpulse Z ist es bekannt, eine Normalfrequenz £n mittels einer Zähldekade im Verhältnis 10 : 1 herunterzuteilen. Frequenzteiler, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind aus dem "Archiv für technisches Messen" J 071 - 9 vom Juli 1964 bekannt. Die dort verwendeten Zähldekaden bestehen aus vier bistabilen Kippetufen, die nach Art eines Dualzählers so hintereinander geschaltet sind, daß eine Kippstufe beim Eins-auf-Null-bergang der davor liegenden Stufe gekippt wird. Damit die Zahl der unterscheidbaren Zustände bei einer solchen Zählkette von sechszehn auf zehn reduziert wird, sind zwischen den vier Kippstufen Rückführungen vorgesehen, die die Kette nach dem zehnten Eingangsimpuls wieder in die Ausgangsstellung zurück kippen. Bei dem bekannten Frequenzteiler sind Zähldekaden verwendet9 bei denen. die vier Kippstufen so miteinander verbunden sind, daß ihre Ausgänge die Wertigkeiten 1, 2, 4, 2 haben.
  • Die Wertigkeit einer Kippstufe gibt den Zahlenwert an, der dem Ausgang dieser Kippstufe zugeordnet ist. Haben die Ausgänge einer Zähldekade die Wertigkeiten 1, 2, 4, 8, so steht z.B.
  • an den Ausgängen mit den Wertigkeiten 1 und 4 ein Signal an, wenn die Ziffer 5 dargestellt werden soll. Zur Darstellung der Ziffer 7 steht an den Ausgängen mit den Wertigkeiten 1,2 und 4 ein Signal an.
  • Um die zeitliche Zuordnung der Nullstell- und Schiebeimpulse zu den Zählimpulsen zu gewährleisten, werden bistabile und monostabile Multivibratoren eingesetzt, die aus der Rückflanke des Zählimpulses Z die weiteren Steuerimpulse ableiten. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß mindestens vier Multivibratoren vorgesehen werden messen, um den Schiebeimpuls und den Nullstellimpuls aus dem Zählimpuls abzuleiten. Darüber hinaus ist die Impulsdauer von dem Temperaturgang der einzelnen Multivibratoren abhängig. Der erfindungsgemäßen Schaltung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Steuerschaltung zu verbesseren und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken.
  • Die Erfindung geht aus-von einer elektronischen Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen (Zähl-, Nullstell- und Schiebeimpuls) für ein digitales Frequenzmeßgerät, bei dem die Anzahl der von einer ersten Frequenz abgeleiteten Impulse während einer von einer zweiten Frequenz abgeleiteten Zählzeit ein Maß für die zu messende Frequenz und eine der beiden Frequenzen die zu messende und die andere eine Vergleichsfrequenz ist, das Zählergebnis nach Ablauf der Zählzeit durch einen Schiebeimpuls von dem Zähler in einen Speicher übertragen wird und anschließend durch einen Nullstellimpule der Zähler wieder auf Null gestellt wird und bei der aus Kippstufen bestehende Zählketten vorgesehen sind, die eine der Frequenzen in einem vorgegebenen Verhältnis herunterteilen und besteht darin, daß die Ausgänge der letzten dieser Kippstufen durch Gatter derart verknüpft sind, daß ihre Ausgangsimpulse als Nullstell- bzw. Schiebeimpulse dienen. Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung, bei der zur Pestlegung der Zählzeit die Vergleichsfrequenz durch die aus Kippstufen bestehende Zählkette heruntergeteilt ist, sind die letzten vier Kippstufen der Zählkette so miteinander verbunden, daß ihre Ausgänge die Wertigkeiten 1, 2, 4, 5 haben.
  • An Hand der Figuren 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 das Blockschaltbild eines digitalen Frequenzmeßgerätes, das zum Stand der Technik gehört, Fig. 2 die zeitliche Zuordnung der Steuerimpulse an Hand eines SchaltfolgeDlanes, Fig. 3 die erfindungsgemäße elektronische Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen und Fig 4 den Schaltfolgeplan der Ausgangsimpulse der letzten Zähldekade des Frequenzteilers und die Ausgangsimpulse der Verknüpfungsschaltung.
  • Fig 5 zeigt die erfindungsgemäße elektronische Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen.
  • Diese Schaltung ist in Fig, 1 mit dem Bezugszeichen 8 versehen und beinhaltet den Frequenzteiler 3 und die elektronische Schaltung 7 zum Erzeugen des Schiebe und Nullstellimpulses0 De Normalfrequenzgenerator 4 liefert eine Frequenz von 50 Hz, die der Eingangsklemme E des Frequenzteilers 39 der wegen der Wahl einer niedrigen Normalfrequenz fn nur aus einer Zähldekade besteht, zugeführt wird. Die Zähldekade 3 teilt die Normalfrequenz fn im Verhältnis 10 : 1. Es entstehen am Ausgang A5 Zählimpulse von 100 ms Dauer, die durch Pausen gleicher Zeitdauer getrennt sind. Die Zähldekade 3 besteht aus vier Kippstufen, deren Ausgänge entsprechend ihrer Wertigkeit mit A1, A2, A4, A5 bezeichnet sind.
  • Fig. 4 zeigt einen Schaltfolgeplan, bei dem die dem Eingang E zugeführte 50 Hz-Normalfrequenz, die am Ausgang A1, A2, A4 und A5 der Zähldekade 3 abgenommenen Ausgangsimpulse sowie die durch Verknüpfung der Auatgangsimpulse untereinander entstandenen Steuerimpulse (Schiebeimpuls und Nullstellimpuls) übereinander dargestellt sind. Als Zählimpuls Z dient die 5 Hz-Frequenz, die am Ausgang A5 der Zähldekade abgenommen wird.
  • Aus der Fig. 4 ergibt sich als logische Bedingung für den Schiebeimpuls S = A1 & A2 & A5, für den Nullstellimpuls ergibt sich die Bedingung N = A1 & A2 & Ã5. Der Ausgang A4 5.
  • wird für die Erzeugung der Steuerimpulse nicht benötigt. Die Verknüpfung der Ausgangsimpulse der Zähldekade geht folgendermaßen vor sich: Dem UND-Gatter 9 werden als Eingangsgrößen die Impulse der Ausgänge A1 und A2 direkt und die Impulse des Ausgangs A5 über ein NICHT-Gatter 10 zugeführt. Das UND-Gatter 9 liefert den Nullstellimpuls N. Dem UND-Gatter 11 werden die Impulse des Ausgangs A1 direkt, die Impulse des Ausgangs A2 über das NICHT-Gatter 12 und die Impulse des Ausgangs A5 über das NICHT-Gatter 10 zugeführt. Das UND-Gatter 11 liefert, den Schiebeimpuls.
  • Eine weitere gerätetechnische Vereinfachung ergibt sich durch die Verwendung von integrierten Schaltkreisen, die mehrere UND- bzw. NICHT-GaUtter enthalten.
  • Die erfindúngsgemäße Schaltung hat den Vorteil, daß die sonst notwendigen Multivibratoren durch einfache Verknfipfungsschaltungen ersetzt werden können. Darüber hinaus ist die zeitliche Zuordnung der Steuerimpulse sichergestellt, da sie direkt aus der Normalfrequenz abgeleitet sind und nicht über mehrere Multivibratoren.
  • Schaltet man vor das Frequenzmeßgerät einen Spannungs-Frequenz-Wandler, der eine Meßspannung Ux in eine proportionale Frequenz f überführt, so kann das Fequenzmeßgerät als digitaler Spannungsmesser verwendet werden.
  • Die Lehre der Erfindung ist auch anwendbar für Prequenzmeßgeräte, bei denen der Zeitraum gemessen wird, in dem eine vorgegebene Anzahl von aus der zu messenden Frequenz abgeleiteten Impulsen in den Zähler eingezählt wird.

Claims (3)

Patentansprüche
1. Elektronische Schaltung zum Erzeugen von periodisch wiederkehrenden Steuerimpulsen (Zähl-, Nullstell- und Schiebeimpuis) für ein digitales Frequenzmeßgerät, bei dem die Anzahl der von einer ersten Frequenz abgeleiteten Impulse während einer von einer zweiten Frequenz abgeleiteten Zählzeit ein Maß für die zu messende Frequenz und eine der beiden Frequenzen die zu messende und die andere eine Vergleichsfrequenz ist, das Zählergebnis nach Ablauf der Zählzeit durch einen Schiebeimpuls von dem Zähler in einen Speicher übertragen wird und anschließend durch einen Nullstellimpuls der Zähler wieder auf Null gestellt wird und bei der aus Kippstufen bestehende Zählketten vorgesehen sind, die eine der Frequenzen in einem vorgegebenen Verhältnis herunterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (A1, A2, A4, A5) der letzten dieser Kippstufen durch Gatter (9, 10, 11, 12) derart verknüpft sind, daß ihre Ausgangsimpulse als Nullstell- bzw. Schiebeimpulse dienen.
2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, bei der zur Festlegung der Zählzeit (t) die Vergleichsfrequenz (fn) durch die aus Kippstufen bestehende Zählkette (3) heruntergeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vier letzten Kippstufen der Zählkette (3> so miteinander verbunden sind, ihre Aufhänge (A1, A2, A4, A5) die Wertigkeiten 1, 2, 4 5 haben.
3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (A1, A2, A4, A5) folgendermaßen angeschlossen sind: 1. Die Ausgänge (A1, A2) der Kippstufen mit den Wertigkeiten 1 und 2 sind mit den Eingängen eines ersten UND-Gatters (9) verbunden, das den Nullstellimpuls (N) liefert.
2. Der Ausgang (A2) der Kippstufe mit der Wertigkeit 2 ist über ein RICHT-Gatter (12) mit einem Eingang eines zweiten UND-Gattere (11) verbunden, das den Schiebeimpuls (S) liefert.
3 Der Ausgang (A5) der Kippstufe mit der Wertigkeit 5 ist über ein NICHT-Gatter (10) mit einem Eingang des ersten UND-Gattere (9) und mit einem Eingang des zweiten UND-Gatters (11) verbunden.
Der Ausgang (A5) Der ippstufc mit der Wertigkeit 5 liefert den Zählimpuls (Z).
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