DE1910539A1 - Anordnung zur Messung der Frequenz eines Eingangssignals - Google Patents

Description

Beschreibung

zum Patentgesuch

der Firma Weston Instruments, Inc. 6l4 Prelinghuysen Avenue

Newark, New Jersey,USA

betreffend:

"Anordnung zur Messung der Frequenz eines Eingangssignals."

Die Erfindung b.ezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der Frequenz eines Eingangssignals, wobei die ermittelte Frequenz in digitaler Form angezeigt werden soll. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Messung periodischer Signale mit relativ niedrigen Frequenzen, wobei die gemessene Frequenz in digitaler Form angezeigt werden soll und die Messung des unbekannten Signals mit hoher Genauigkeit erfolgen muß.

Bisher wurden bei Frequenzzähler^die für Hochfrequenzmessungen ausgelegt waren, die Anzahl der Durchgänge eines periodischen Signales durch eine Bezugsspannung mit einem gegebenen Anstieg in einer Zeiteinheit bestimmt. Da die Zeitbasis sehr genau ausgebildet aein kann, wird die Messgenauigkeit durch die Anzahl der Eingangszyklen bestimmt, welche gemessen werden. Daraus folgt, daes

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bei einer niedrigen Wiederholungsrate des gemessenen Signales eine unangemessen große Zeit erforderlich ist, um eine große Genauigkeit zu erzielen.

Falls die Rate niedrig ist, wäre es wünschenswert, anstatt die Anzahl der Eingangssignale zu messen, das Zeitintervall zwischen den Null-Durchgängen gleicher Richtung zu bestimmen. Bei diesem Verfahren ist die Auflösung durch die Frequenz des Takterzeugers bestimmt, der für diesen Zx^eck eingesetzt werden kann. In diesem Fall wird jedoch nicht die Frequenz^sondern die "Periode" gemessen. Wenn die Periode in die Frequenz konvertiert werden kann,mit einer Genauigkeit, die gleich der Periodenmessgenauigkeit ist, so ist es möglich, die Frequenz eines Niederfrequenten'-Ügnales mit hoher Auflösung zu ermitteln und demgemäß mit hoher Genauigkeit unter der Voraussetzung, dass die Taktimpulse genaue Frequenz besitzen.

Frequenzmessgeräte gemäß der Erfindung finden Anwendung bei der Messung der Drehzahlen von Primärantrieben^des Ausgangs von spannungs-^frequenz-^ telemetrischen Schaltungen, oder bei der Bestimmung der Resonanzfrequenz von telemetrischen Systemen..

Nach dem vor-beschriebenen System arbeitet auch die Anordnung nach der Erfindung. Die Anordnung zur Messung der Frequenz eines Eingangssignales mit einem Taktgenerator zur Erzeugung von hochfrequenten Taktimpulsen während einer Periode des Eingangssignals und einem mit dem Taktgenerator verbundenen Periodenzähler, zur Zählung der,während der einen Eingangssignalperiode auftretenen Taktimpulse, ist gemäß der Erfindung gekenn-

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zeichnet^ durch eine mit dem Periodenzähler verbundene Auswerteschaltung zur Ermittlung der Eingangssignalfrequenz nach der Gleichung P = ^ mit P als der Frequenz und T a^s der der Periodendauer entsprechenden Zählung der Taktpulse.

Gemäß der Erfindung kann ein Null-Durchgangsdetektor vorgesehen sein, der eine Periode eines Eingangssignales feststellt, es kann ein erster Zähler zur Zählung der Taktpulse vorgesehen sein, die während einer Periode des Eingangssignales auftreten, sowie ein zweiter Zähler zur Zählung von Taktpulsen während einer Auswerteperiode; weiter kann ein Pulsrate-Multiplizierschaltkrels für die Durchführung der Frequenzbestimmung vorgesehen sein, ein dritter Zähler zur Anzeige des Zeitpunkts /wann eine vorbestimmte Gesamtanzahl von Impulsen von dem Pulsrate-Multiplizierschaltkreis empfangen wordenist, sowie ein Steuerschaltkreis für die Steuerung der Zähl- und Auswert efunktionen. - . :

Die Anordnung gemäß der Erfindung ist wie eingangs eritfähnt besonders geeignet für die Messung von niedrigen Frequenzen. Mit der Anordnung gemäß der Erfindung wird zunächst die Anzahl von Taktimpulsen festgestellt, die während eines Zyklus des Eingangssignals auftreten. Die Frequenz wird danach bestimmt durch Anwendung des Verhältnisses TxF=I₀ Der Pulsrate·* Multiplizierschaltkreis kombiniert die Gesamtzahl in einem Periodenzähler mit der Rate eines zweiten des Frequenzzählers. Der Frequenzzähler akkumuliert die Taktimpulse während der Auswerteperiode, welche der Bestimmung der Zählung im Periodenzähler unmittelbar foln;t. Der Ausgang des Pulsrate-¹WuItIpI»'zierschaltkreises ist das Produkt TxF. Dieses Produkt Tx^ wird dann einem Tx ^ Zähler zugeführt, der die Zählung akkumuliert, bis ein Übertragimpuls erzeugt wird

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durch "überschuss" im TxF Zähler. Der "überschuss" tritt auf, wenn die Zählung das 1 der Gleichung TxF erreicht.. Der Übertragimpuls wird dann verwendet, um den Auswerteprozess zu beenden und die Ablesung des Frequenzzählerinhalts auszulösen. Die in dem Frequenzzähler akkumulierte Zahl ist die Frequenz des Eingangssignals, bestimmt durch die Messung der Periode eines Zyklus.

Die Erfindung ermöglicht alsoy eine Frequenz als Funktion des Reziprokwertes der Periode zu bestimmen, die bei einem unbekannten Eingangssignal gemessen worden ist.

Die Erfindung ermöglicht die schnelle und genaue Bestimmung der Frequenz, typischerweise bei niedrigen Frequenzen, wobei beispielsweise eine Frequenz von Io Hz mit einer Genauigkeit von o,ol# innerhalb von o,12 Sekunden gemessen wird und eine Frequenz von looHz mit einer Genauigkeit von o,öl % innerhalb von o,21 Sekunden gemessen werden kann, Dabei wird die gemessene Freuqenz des Eingangssignals als kontinuierliche digitale Anzeige abgelesen. Es versteht sich, dass sich mit der Erfindung auch die Periode einer Welle messen lässt, die selbst periodisch oder nichtperiodisch ist„-Dabei 1st es auch möglichjdie Periode von Wellen zu messen, die ^bezüglich einer neutralen Bezugsachse nicht .symetrisch sind. Ferner"lassen sich diskrete Zeitintervalle in Ausdrücken von Frequenzen bestimmen, doch ist^wie gesagt, die Anordnung gemäß der Erfindung besonders vorgesehen für die Messung von Signalen mit niedriger Frequenz. Es genügt dabei_yeinen einzigen Zyklus zu ermitteln, der beispielsweise durch einen Null- Durchgangsdetektor abgetastet wird.

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Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden:

Fig. 1 zeigt als Blockdiagramm die Komponenten eines digitalen Prequenzmessystems gemäß der Erfindung und deren logische Verknüpf ungj

Fig.2 zeigt die logische Verknüpfung der Zeit- und Steuerteile des Systems sowie einen Abschnitt des Periodenzählers;

Pig.3 zeigt den Pulsrate-Multiplizierschaltkreis, den Frequenzzähler und den TxF-Zählery

Fig.4 zeigt ein Zeitdiagramm der Zeit- und Steuersignale im Zeit-und Steuerabschnitt des Frequenzzählers;

Fig.5 zeigt den Zählstatus des Perlodenzählers;

FIg. 6 zeigt ein Zeitdiagramm des Frequenzzählers und

FIg. 7 zeigt eine Tabelle, die die Kombinationen angibt, welche im Pulsrate-Multlplizlerschaltkreis auftreten.

In Fig. 1 wird ein periodisches Signal unbekannter Freuqenz an die Eingangsklemme loo gelegt. Die Eingangsklemrae wird dann mit einem Null-Durchgangsdetektor lol verbunden, der jedesmal dann einen Impuls erzeugt, wenn das Eingangssignal die Nullachse in positiver Richtung schneidet. Die von dem Null- Durchgangsdetektor erzeugten

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Impulse sind zeitlich durch die Periode der unbekannten Frequenz des Eingangssignals getrennt. Ein dekadischer Pulsrateuntersetzer IoH, oder eine Serie von Pulsrateunfersetzern können verwendet werden, um die Frequenz auf eine messbare Größe herabzusetzen. Die Pulsrateuntersetzer machen es möglich, mit der Anordnung einen größeren Frequenzbereich zu überdecken^als sonst möglich wäre. Ein Taktgeberoszillator 113 arbeitet mit einer Frequenz von 2 MHz und wird vervrendet, um sowohl die unbekannte Freu<qn§z zu messen als auch die Zähler und Steuerschaltkreise zu synchronisieren. Die Freuqnez des Taktes ist um mehrere Größenordnungen höher als die zu messende Frequenz. Je größer die Taktoszillatorfrequenz ist und das unbekannte Eingangssignal, desto größer ist die Auflösung der Frequenzmessung.

Eine Voreinstellsteuerung 112 wird verwendet, um die Zähler I6o, 17o und I8o, den diarkadischen Pulsrateuntersetzer louden Periodenzählungsgenerator Io9 und die TxF*».. Zählsteuerung 125 für die Messung vorzubereiten. Die Voreinstellsteuerung kann einen Kippschalter umfassen oder einen Signalimpulsgenerator. Die Voreinstellsteuerung wird verendet, um das Frequenzmessystem vor der Auslösung jeder Messung der Eingangsfrequenz voraibereiten. Von dem TxF-'Zählgenerator 125 xfird ein Auslösesignal erzeugt, das' für die Betätigung der Voreinstellsteuerung verwendet werden kann.

Der Periodenzählgenerator Io9 empfängt das Signal vom dekadischen Pulsrateuntersetzer ΙοΊ und erzeugt ein Periodenzählsteuersignal auf der Leitung 12o. Diese

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Steuerung gelangt an das UND- Ratter 15o, so dass die Taktimpulse im Periodenzähler Ιβο gezählt werden können. Am Ende jedes vollständigen Zyklus des Eingangssignals wird dann das UND- Gatter 15o gesperrt. Zu diesem Zeitpunkt hat der Periodenzähler Ιβο die Anzahl von Impulsen akkumuliert, die proportional der Periode des Eingangssignals ist.

Unmittelbar nach Schließen des UND- Gatters" 15o durch das Periodenzählsteuersignal. erzeugt der TxF *"* Zählsteuergenerator ein Signal auf der Leitung 128. Das UND- Gatter 132 wird durch das TxF«Wählsteuersignal auf der. Leitung 128 gesperrt, so dass die Taktsignale in den Frequenzzähler l8o geladen.

Die Frequenzzählerausgänge 181 bestehen aus PuIsraten, welche dem Pulsratemultlplizierschaltkreis 17o zugeführt werden. Der Pulsratemultiplizierschaltkreis emDfängt außerdem die Ausgänge löl vom Periodenzähler l-6o* Die Periodenzählsignale werden verwendet, umüas Anlegen einer bestimmten Rate an den Ausgang des PuIsratemultiplizierschaltkreises zu entsperren oder zu sperren.. Der Ausgang des Pulsratemultiplizierschaltkreises ist ein Signal, das zusammengesetzt ist aus den Eingängen von Periodenzähler l6o und Frequenzzähler l8o. Der Pulsratemultiplizierschaitkreisausgang ist das Produkt der Perioden- und Frequenzzählungeη und entspricht dem Wert TxF in der Gleichung TxF = I^ die verwendet wird, um die Frequenz des unbekannten Eingangssignals zu ermitteln. Der TxF Ausgang des PülsfatemultiplizierSchaltkreises wird gezählt durch einen TxF-Zähler 19o. Wenn die Zählung im TxF-Zähler einen vor beistimmt en Maximalwert erreicht, wird ein TxF Zählübertragslmpul's' erzeugt. Der überschuss ""wird" repräsentiert"dm? ch' einen'

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übetragsimpuls auf der Leitung 191,. der an den TxF~ Zählgenerator 125 angelegt wird. Der'Frequenzzähler hat zu dieser Zeit eine Anzahl von Taktimpulsen akkumuliert, die ein festgelegtes Vielfaches der Frequenz sind. Der überschuss im TxF-Zähler erscheint bei einer Zahl, equivalent der 1 in der Gr und gleichung für TxF. Auf diese Weise wird die Lösung für F= JL erreicht.

φ F ist die Anzahl der Taktimpulse, "" die,wenn sie mit der Periodenzählung T multipliziert werden, in einem Einheitswertprodukt resultieren.

Die akkumulierte Zählung im Frequenzzähler kann in digitaler Form angezeigt werden oder gespeichert werden. Die Zählung der Frequenzzählers kann zu einem Speicher übertragen werden mittels des Auslöseimpulses.der vom TxF-Zählgenerator erzeugt wird. Das System hat dann den Messvorgang abgeschlossen und kann getriggert werden, um die Messung für einen anderen Zyklus des Eingangssignals zu !wiederholen.

Die Fig. 2 und 3 geben eine genauere Erläuterung des erfindungsgemäßen digitalen Frequenzmessers₉ wobei auch hier das elektrische Signal unbekannter Frequenz und einer sich periodisch ändernden Wellenform (sinusförmig, sägezahnförmig oder rechteckförmig z_eB.) an den Eingangsanschluß loo angelegt wird» Ein konventioneller Null-Durehgangsdetektor lol ermittelt die ins Positive und ins Negative gehenden Kreuzungspunkte des Eingangssignals mit irgendeinem vorbestimmten Bezugspegel^typischerweise null Volt. Der Null- Durchgangsdetektor erzeugt eine ins Positive gehende Aus gangs spannungsüber schwingung jedesmal dann,, wenn er einen ins Positive gehenden Nulldurchgang des Eingangssignals feststellt und erzeugt umgekehrt eine ins Negative gehende Ausgangsspannungsüberschwingung jedesmal dann_s wenn ein ins Negative gehender Nulldurchgang festgestellt wird.

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Für eine Periode des Eingangssignals ist der sich ergebende Ausgang ein positiver Impuls in mehr oder weniger Rechteckform, wobei jeder positive Impuls mit deiner Anstiegsflanke bestimmt wird durch den ins Positive gehende Nulldurchgang, mit dem er koinzident ist, während seine Abfallflanke von dem nächsten ins Negative gehende Nulldurchgang geformt wird-mit dem sie koinzident ist. Die Pulsbreite jedes von dem Detektor erzeugten Impulses»auf der zeitlichen Basis betrachtet, ist demgemäß gleich der gemessenen Periode des Eingangssignals.

Ein Regenerierverstärker Io2 höher Verstärkung^ empfängt die Impulse vom Detektor lol und schafft durch seine Regenerierwirkung eine verbesserte Plankensteilheit und Amplitudenbegrenzung des "Impulses, über einen Rückkopplungswiderstand Io3 kann eine positive Rückkopplung

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vorgesehen sein. Infolge der"aJ&eigentümlichen Begrenzung durch die Zählkapazität der Zähler, welche für die Periode des Eingangssignals oder die Frequenz der Taktimpulse verwendet werden, kann es erforderlich sein, den Frequenzbereich des Eingangssignals auf einen Bereich zu begrenzen, welcher der Zählkapazität der Zähler entspricht. Zu diesem Zweck können ein oder/hehrere Dekadenpulsrateuntersetzer Io4 zwischen den Verstärker Io2 und dem Frequenzzählgenerator gekoppelt sein. Falls die Eingangssignalfrequenz auf andere Weise innerhalb der oberen und unteren Frequenzmessgrenzen, welche durch diese Zähler während jeder Messperiode bestimmt sind j gehalten wird, bestünde offensichtlich kein Bedarf für die Verwendung eines Pulsrateuntersetzers. Unter · der Voraussetzung, dass die Zähler eine Zählkapazität (d.h. volfe Auszählung) besitzen, die eine untere Frequenzgrenze von Io Hz und eine obere Frequenzgrenze von loo Hz für das Eingangssignal festlegen und, dass das Eingangs-

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signal eine Frequenz besitzt, die in diesen 3ereich oder nur geringfügig außerhalb diesen Bereich fällt_s könnte das. vom Verstärker Io2 abgegebene Signal direkt dem Periodenzählgenerator zugeführt werden.

Die Ausführung des dekadischen Pulsrateuntersetzers _ lo*l besitzt die Form eines Nicht-UND-Gatters loS, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers Io2 gekoppelt ist, während sein anderer Eingang selektiv über den Schalter Io7 anschließbar ist, um das entsperrende Massepotential anzulegen. Falls das gemessene Eingangssignal einen Frequenzbereich besitzt, der im wesentlichen innerhalb den Bereich fällt, der optimal ist für die nachfolgend beschriebenen Zähler, so kann der Schalter

107 betätigt werden, um Massepotential an einen Eingangsanschluß des Gatters Ιοβ zu legen und dabei das Nieht-UND-Gatter Io6 zu veranlassen, die Ausgangsimpulse des Verstärkers Io2 direkt über ein Nicht-ODER-Gatter loS'anden Periodenzählgenerator Io9 anzulegen, Falls andererseits das Eingangssignal eine Frequenz besitzt, die mehrfach

großer .ist als die obere optimale Frequenzbereichsgrenze, beispielsweise zehnmal größer, so kann der Schalter lo? betätigt werden, um Massepotential an einen Eingangsanschluß eines Nicht-UND-Gatters Ho zu legen und damit das Gatter Ho zu entsperren, so dass ein hohlerer Impulsrateausgang vom Vastärker Io2 zu einem Zähluntersetzer 111 gelangt( ein zehn- zu- eins oder dekadischer Untersetzer kann in diesem Beispiel benutzt werden) , danach zum Gatter

108 und damit ebenfalls zum Periodenzählgenerator Io9. Da die Ausgangsimpuferate des Untersetzers 111 l/lo der Pulsrate des Signals Beträgt, das vom Verstärker Io2 empfangen wurde, wird die gewünschte Frequenz-(Pulsrate-) Untersetzung bewirkt.

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Um die Zeit auf ein Minimum zu bringenjdie erforderlich ist,um höherfrequente Eingangssignale zu messen, welche eine Umsetzung auf tiefere Frequenzen erfordern, wird bevorzugt, dass der dekadische Untersetzer 111 seinen ersten möglichen Ausgangsimpuls erzeugt bei Empfang der ins Negative gehenden oder Abfallflanke des ersten vom Verstärker Io2 während des Messzyklus erzeugten Impulses und danach einen anderen Ausgangsimpuls erzeugt.auf den Empfang von zehn aufeinanderfolgenden Abfallflanken von zehn aufeinanderfolgenden Impulsen des Verstärkers Io2 hin. Dies wird bewirkt durch Voreinstellung des Untersetzers auf seine volle Zählkapazität vor der Auslösung des Messzyklus. Der Untersetzer kann voreingestellt werden durch Anlegen eines Voreinstellimpulses an seinen Voreinstelleingang.welcher Voreinstellimpuls abgeleitet wird, beispielsweise vom Schließen des Schalters 112. Der Schalter 112 kann die Form eines manuell betätigten Impulsgenerators besitzen oder, falls automatischer Betrieb des Systems erwünscht ist, kann ein Voreinstellimpuls erzeugt werden, kurz nach Beendigung des Frequenzmesszyklus, welcher Voreinstellimpuls Verwendung findet, um den Untersetzer 111 voreinzustellen und den nächsten Messzyklus in ^Gang zu setzen. Zx^ar ist nur ein Untersetzer beschrieben, doch hängt die Anzahl der verwendeten Untersetzer dieser Art ab von der höchsten angenommenen Frequenz des Eingangssignal.

Es soll nun die Schaltung und Betriebsweise des Periodenzählgenerators Io9 im Einzelnen betrachtet werden. Die ins negative gehende Flanke des positiven Impulsausgangs vom Gatter Io8, wie in Fig. h dargestellt_s wird dem Kippanschluß 6 eines J-K Flip-Flop Sdfcltkreises 116 zugeführt. Dieser Flip-^lop Schaltkreis und alle anderen

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Flip-Flop Schaltkreise des Periodenzählgenerators können- und dies wird hier angenommen- auf einen ursprünglichen Schaltzustand durch den oben erläuterten Voreinste11impuls eingestellt worden sein. Die Kle.mme■* 8 des Flip-Flpos 116 nimmt den Niederpegelstatus an, für den ersten ins Negative gehenden Spannungsübergang, der am Punkt 6 des Flip- Flaps 116 empfangen wird, nachdem der Voreinstellimpuls angelegt worden war. Dies versetzt den J-K Flip- Flop Schaltkreis 117 in die Lage, dass der erste Taktimpuls, der an der Klemme 2 des Flip-Flop Schaltkreises 117 erscheint, die Klemme 14 dieses Flip-Flop Schaltkreises auf einen niedrigen Potentialpegel umzuschaltet,, entsprechend einem 0- Bit. Demgemäß ist eine ins Negative gehende Flanke in Synchronismus mit dem ersten Taktimpuls erzeugt worden, nachdem die ins Negative gehende Flanke am Anschluß 6 des Flip-Flop Schaltkreises 116 empfangen worden ist. Diese ins Negative gehende Flanke wird einem Eingangsanschluß eines 'licht- UND- Gatters 118 zugeführt. Die andere Eingangsklemme liegt auf niedrigem Pegel und gestattet damit, dass die ins Negative gehende Flanke als eine positive Flanke weitergeleitet ii^rd, die dann empfangen und umgekehrt wird durch den Umkehrverstärker 119, um so eine ins Negative gehende Flanke zu erzeugen und einen "niedrigen" (null Volt) Pegel zur Auslösung des Periodenzählsteuersignals. Der Ausgang der Klemme 9 des Flip-Flop Schaltkreises 116 und der Ausgang der Klemme 14 des Flip-Flop Schaltkreises 117 werden den entsprechenden zwei Eingangskiemmen eines ^TJ,icht-ODER Gatteril21 zugeführt, dessen Ausgang umgekehrt wird durch einen Umkehrverstärker 122, welcher verwendet vrird zur Ansteuerung eines J-K Flip-Flop Schaltkreises 123 derart, dass dieser Flip-Flop Schaltkreis 123 seinen Schaltzustand ändert, infolge Empfanges des ersten Taktimpulses an der Klemme 2 nach Auftreten einer ins. Positive gehenden Flanke an der Klemme 9 des Flip-Flop-Shaltkreises 116. Das Ausgangssignal an der Klemme 13 des Flip-Flop' Schaltkreises 123 wird einem

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UND- Gatter Il8 zugeführt, um zu veranlassen, dass das mit TCS bezeichnete Periodenzählsteuersignal auf einen "hohen" Potentialoegel ansteigt, womit das Ende der Periodenzählung angezeigt wird. Demgemäß sind die Verbindungen zwischen den Flip-Flop-Schaltkreisen 117 und 123, nämlich zwischen deren Klemmen 13 so ausgebildet, dass diese Flip-Flop Schaltkreise Verriegelungen bilden, welche das ^T.7iedererscheinen eines anderen Voreinstell- oder Triggersignals verhindern.'

Es soll nun die Schaltung des TxF-Zählgenerators erläutert v/erden. Zu diesem Zweck sind Verbindungen zwischen den J-K Flip-Flop-Schaltkreisen 123 und 124 derart geschaffen, dass unmittelbar nach dem Ende der Periodenzählung (d.h. unmittelbar nach Erzeugung des Signals TCS) der J-K Flip-Flop-Schaltkreis 124 angesteuert wird, um seinen Schaltzustand bei Empfang des nächsten Taktimpulses umzukehren. Die resultierende Änderung im Spannungspegel an der Klemme 8 des Flip-Flop-Schaltkreises 124 von einem "hohen" Pegel auf einen "niedrigen" (null Volt) Pegel, gelangt an eine Eingangsklemme eines ODEH-Gatters 126 , während der Ausgang des Gatters 126 einem Umkehrverstärker 127 zugeführt wird, welcher den Spannungspegel auf einer Leitung 128 auf im wesnibüichen null Volt absenkt und das Anlegen eines Taktimpulses an· den Frequenzzähler auslöst. Die TxF-Zählung wird einem Eingangsanschluß eines Hicht— UND- Gatters 132 zugeführt^ an_Kdas außerdem die Taktimpulse am anderen Eingangsahschluß angelegt werden. Wenn das TxF-Zählsignal einen niedrigen Pegel besitzt, wird das Gatter 132 entsperrt, so dass Taktimpulse an den Inverter 133 gelangen und damit an den Frapenzzähler I8o. Die Beendigung de^ TxF - Zählung wird ausgelöst durch eine ins Negative gehende (Ab!SLlJ¹Ianke eines Übertragimpulses, welcher vom Tx^ Zähler 19o erzeugt wird, vie später noch im Einzelnen zu erläutern. Wenn die ins Negative gehende Flanke dieses Impulses an den Kippeingangsanschluß 2 des J-K- Flip-Flop

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Schaltkreises 134 angelegt wird, nimmt die Aus^angsklemme' 13 desselben einen Hochpegelzustand. an, da der J-K-Flip-Flop-Schaltkreis 13¹J vorher durch einen Voreinstell- oder Triggerimpuls umgeschaltet worden war. Dieser hohe Pegel auf der Klemme 13 des Flip-^lop-Schaltkreises 134 gelangt auf eine Eingangsklemme eines nicht-UND-Gatters 135, so dass sein ^usgang den Nieder- ■ pegelzustand annimmt. Dieser Miederpegelzustand wird einem Eingangsanschluß eines Nicht-ODER-Gatter«" 135 zugeführt und gestattet damit, .dass Taktimpulse an das Gatter 136 gelangen und damit durch dieses zum Kippeingangsanschluß 6 des J-K Flip-Flop Schaltkreises 13o. Der Flip-Flop-Schaltkreis 13o ist ursprünglich voreingestellt worden derart, dass sein Ausgangsanschluß 9o sic'n auf Niederpege!zustand befindet, und der erste Taktimpuls ,,der an seinem Anschluß 6 empfangen wird, diesen Flip-Flop-Schaltkreis umschaltet. Die Spannung am Anschluß 9 geht ins Positive und wird übertragen auf den entsprechenden Eingangsanschluß des Gatters 126, so dass dessen Ausgang negativ wird; damit wird 4§r Ausgang des Inverters 133 positiv und mithin wird die ¹^xF-Zählung abgeschlossen. In der oben beschriebenen Weise If« das T;£F - Zählsteuersignal erzeugt worden und wird verwendet, um das Taktsignal am Ausgang des Inverters 133 derart zu gattern, dass das TxF- Zählsignal unmittelbar nach dem Ende des Periodenzählsteuersignals beginnt und endet mit der ersten ins Negative gehenden Flanke des Signals, das am Xippeingang,nämlich dem Anschluß 2 des Plin^-Flop^- Schaltkreises 134.erscheint.

Der Ausgang des Flip-Flop-Schaltkreises 13o an Anschluß 9 wird verwendet, um den J-K-Flip-Flop-Schaltkreis l4o anzusteuern und über den Umkehrverstärker l4l das ^TIicht-UHD- Gatter 142 zu entsperren. Unmittelbar nach der

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Voreinstellung ist der Anschluß 9 des Flip-Flop-Schältkreises 13o im .niedrigen Zustand _s und der Anschluß 9 des Flip-Flop-Schaltkreises l4o ebenfalls im niedrigen Zustand, da er in diesem Zustand durch den ersten Taktimpuls gekropt worden war. Der Ausgang des Inverters l4l ist "hoch", so dass der Ausgang des Gatters 1*12 "niedrig" wird. Das Ende der TxF-Zählung wird über den Anschluß 9 des -Flip-Flop-Schaltkreises 13o signalisiert, welcher den Hochpegelzustand annimmt. Der Ausgang des Inverters I¹Il nimmt unmittelbar JTiederpegelzustand an, und da der Flip-^lop-Schaltkreis l'4o nicht gekippt worden ist, sind beide Eingänge des Gatters 142 "niedrig". Entsprechend geht der Ausganr- des Gatters 1*12 auf "hoch". Der erste am Anschluß 6 des FliO-Flop-Schaltkreises 14p auftretende Taktimpuls veranlasst die Spannung am Anschluß 9 dieses Flip- ^1O¹OS J'hoch" zu gehen, womit der Ausgang des Gatters 142 auf "niedrig " geht. In der vorbeschriebenen Weise, ist ein Auslösesignal am Ausgang des Gattersl'.2 erzeugt worden, das vom Ende der TxF- Zählung bis zu ersten Taktimpuls dauert. Dme 'Ib-SlIflanke des Auslösesignals am Ausgang des natters 1*12 definiert die Auslösozeit. Dieses Auslösesignal kann dann verwendet werden, uri den nächsten 'Tesszyklus einzuleiten.

'■'«nn die Periodenzählsteuerung zun Ahnehmen des ^λΙιι11-Pege]status gebracht worden ist, liegt das Gatter 15o Taktimnulse an die XippEingänge von ■p'lip-^lop-Schaltkreiseit 11 A und 1 soviie Io A. und B der ersten Periodenzählerstufe des TOriodenrj'ihlers 1^o an. Die F.lip-Flp-Schaltkreise sind urr>nri"nglich voreingestellt, damit die Ausgänge 9 oder 13 den ^Miederne^elstatus besitzen. T-Iit dem Inlegen von Taktimpulsen an iio •Cipf-Eingiinge, die mit 2 oder 6 bezeichnet sind, wird danach eine Verbindung der lusgünge der ^lip-Flop-Schaltkreise ■Jber die logischen Gatter mit den Steuereingängen, mit 1 und oder ^r) und 7 bezeichnet, der "RVlip-^lop-Schaltkreise derart geschaffen, dass die komplernet'iren Aus^lnre[bezeichnet mit dem Zählcode 12155 folpen. In

^ahl 1 repräsentiert dadurch, dass T) den Niedernegelstatus besitzt und alle anderen komplementären /lusgangspegel sich

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auf dem Hochpegelzustand befinden. Die Zahl 2 ist dadurch repräsentiert, dass B den Niederpegelstatus beistzt und alle anderen komplementären Ausgänge den Hochpegelstatus. Die Zahl 4 ist repräsentiert durch D,B,und C mit dem Niederpegelzu<stand und Ä «fees» mit dem Hochpegelzustand. Die Zahl 5 wird repräsentiert dadurch, dass Ä den Niederpegelzustand und alle anderen Ausgänge den Hochpegelzustand besitzen. Die Folge der Zustände von ABC und D bei zehn aufeinanderfolgenden Takten ist in Figur 5 gezeigt. Nach jeder gansi Anzahl von zehn Eingangsimpulsen wird ein ins Negative gehender Ausgang an dem Anschluß abgeleitet,der im Flip-^lop-Schaltkreis Io B mit 9 bezeichnet ist yund wird übertragen zu der nächsten Perioden zählerstufe, welche mit der ersten identisch ist. Fünf derartige Dekadenzähler oder Stufen sind vorgesehen, wctei der Ausgang des ^fünften Zählers an den KippEingang einer Binärstufe angeschlössen ist, welche aus einem J-K-Flip-Flop-Schaltkreis 8 A ibesteht/und deren Ausgang am Anschluß 13 wird übertragen auf pen Kipp-Eingang eines zweiten Flip-Flop-Schaltkreises 3 B. Demnach ist es möglich, insgesamt 399 9 99 Taktimpulse zu zählen.' /I

Die Digi^ts in den einhunderttausender - Stellen werden re»— präsentiert durch den Status der Flip-Flop-Schaltkreise 8A und 8b. Eine niedriger Gleichspannungspegel am Ausgang 14 des Flip-Flop-Schaltkreises 8A repräsentiert eine zwei in der einhunderttäusender^-Stelle.

Als Beispiel sei eine Frequenz des Eingangssignals von Io Hz angenommen, entsprechend einer Periodendauer von o,l see. und es sei ferner angenommen, dass der Takt eine frequenz von 2 Mz hat; die Periodenzählsteuerung würde auf dem niedrigen Pegelzustand für o,l see. bleiben, so dass 2oo ooo Taktpulse durch das Gatter 15o gelangen. Damit würde der Ausgangsanschluß P des TPiip-Piop-Schaltkröbes 8B den Niederpegel annehmen·, der

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Anschluß 1^1 des Flip-^loD-Schaltkreises 3 A den Hochpegel und alle komplementären Ausgänge Ä,B,C und D der fünf Dekadenzähler hätten den hohen Pegel.

Ein anderes Beispiel 1st eine Eingangs frequenz von loo Hz, in welchem ¹^aIIe die Periodenzählsteuerung während genau o, öl see. auf dem niedrigen Pegel bleibt. In diesem ¹^aIl sind 2o ooo Takt-Impulse durch das Gatter 15o an die Zählstufen gelangt. In diesem ¹^aIl würde B in der fünften. Zählstufe den niedr ,^en Pegel besitzen und alle anderen komplementären Ausgänge blieben auf dem hohen Pegel, während alle anderen komplementären Stufenausgänge den hohen Pegel besäßen und -die Anschlüsse 1^1 bzw. Q in den Flip-"^lop-Schaltkreis /8A bzw. 3B wären auf dem hohen Pegel. Nach dem Ende des Periodenzählintervalls,angezeigt durch das Periodenzählsignal, das auf den hohen Gleichspannungspegel gelangt, nimmt das TxP-Zählsteuersignal dem niedrigen Ileichsoannungspegel an, so dass Taktimpulse durch das Gatter 132 gelangen können und dann an den Klpf-Eingang des ^lip-^lop-Schaltkreises 7 Anschluß 2. Der Takteingang ist bei 2 ?lHz Pulsfolge frequenz, wie in Fig. 5 gezeigt. Das Signal an Ausgang lh des Flip-Flop-Schaltkreises 7 liegt bei 1 MHz. Der Ausgang des Flip-Flops 7 am Anschluß 13 wird an den Kippeingang des Flip-Flop 7 Anschluß 6 übertragen und veranlasst, dass sein Ausgangs sich mit 5oo KHz Pulsfolgefrequenz ändert. Der Ausgang Q des Flip-^lop-Schaltkreises 7 wird zur ersten Dekade des T^eauenzzählers so übotragen, dass in einer ■^olge .von 1,2,^JI,8 gezählt wird. In jedem Fall we&en die komplementären Ausgänge ,jedes der vier ^lip-^lon-Schalkreise des ersten Dekadenzählers so angesteuert, dass sie Pulsfolgeausgänge mit den Puls folge frequenzen mit den Pulsfolgefrequenzen 25o KIIz, loo KHz, 5oKHz bzw. 5o KHz entsorechend den 1,2,²I, und 8 Bezeichnungen erzeugen. Der As\ugang der Acht er stufe, am Anschluß 9 des Flip-Flop-Schaltkreises 3B,wird zur zweiten Stufe, welche mit derersten Stufe identisch ist, übertragen und so weiter zu jeder nachfolgenden Stufe ,von welchen es insgesamt fünf dekadische Stufen gibt. Alle Stufen des Zählers sind ursprünglich so vorein-

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gestellt worden, dass sie den Uullzustand annehmen. Die maximale Zahl die in den fünf Stufen des Dekadenzählers gezählt werden kann, beträft nur 99 999. Der Ausgang der fünften Stufe wird auf einen J-K-Flip-Flop-Schaltkreis, der mit 3 bezeichnet ist, übertragen, so dass die Speicherung der Zahl 109 999 möglich ist.

nie Pulsraten vom Frequenzzähler l8o werden zu den nicht _ UND- Gattern des Pulsratemultiplikators 17o übertragen. Die R-C Filter werden verwendet, um die Pulse vor der Pulsratemultiplikation zu formen. Der Code kann dem Beispeil, das in ^ig. dargestellt ist, entnommen werden. Die linke Kolonne repräsentiert irgendeine Dezimalzahl, die im Periodenregister zwischen

P null und neun gespeichert worden ist. Die Zah?v*in der ersten Reihe repräsentieren die Bezeichnungen der ^lip-^lop-Schalt-

kreise im Frequenzzähler ,und die Rate ihres Ausganzes.Die Frequenz in der rechten Kolonne repräsentieren die Frequenzen,

en die korrespondieren müssen, falls die Zahls/im Periodenregister pulratenproportional ihren numerischen Werten erzeugen müssen. Demgemäß erzeugt die Zahl 1 im Periodenregister die Pulsrate 5o KHz, die Zahl 2 erzeugt die Pulsrate looKHz und se fort, bis zu einem Maximum von 45o KHz, welches der Zahl 9 entspricht. Die Kombinationen der Ausgänge der 1,2,4,8-Zähler des F-Zählers, die dieses bestimmte Verhältnis erzeugen, sind in der Tabelle durch Kreuzchen in den zugeordneten Kästchen dargestellt. Demgemäß soll die Zahl 1 des Periodenregisters veranlassen, dass der W Ausgang des achten Flip-Flop-Schaltkreises dem Piilsratemultiplikator ad&ert wird, und die Zahl zwei sollte veranlassen, dass der Ausgang des zweiten Flip-Flop-Schaltkreises dem Pulsratemultiplizierschaltkreis addiert wird, und so fort. Die Zahl 9 sollte veranlassen, dass alle Ausgänge der Dezimalstufen des Frequenzzählers dem Pulsratemultiplizierschaltkreis addiert werden. Falls vier Elemente Ä,"*b7^{c u}nd 3 als diejenigen Elemente

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definiert sind, welche das Auftreten oder Verhindern der vier Raten steuern, so besitzen Α,Τ,Π und D ein Verhältnis zur Zahl in dem Periodenregister, wieⁿden Gleichungen unter der Tabelle angedeutet, die weiter reduziert ist auf eine ■tfolge von Ereignissen, wie in Fig. 7 gezeigt, und die den Zählcode für den Periodenzähler repräsentiert* Man erkennt, dass das D-Element das Gewicht 1, das !-Element das Gewicht 2, das C-^lement das Gewicht 1 und das Α-Element das Gewicht besitzt, woraus die Bezeichnung 1215 Oode folgt. Der 1,2,²I, S Code ist für den Frequenzzähler verwendet worden, weil dies derjenige Zähler ist, der abgelesen wird und deshalb kompatibel sein muß mit bereits vorhandenen Speicher- und Ableseeinrichtungen.

Λ^Γεηη beispielsweise der Periodenzähler eine Zahl regisitrieitf hat ,in der das wichtigste binäre Digit eine 1 war und alle anderen Elemente Π ( d.h. 2oo ooo Impulse entsprechend einer Periode von o,l see.) so könnte nur die Pulsfolge des letzten Signifikanten Digists des Frequenzzählers ( 1 MHz) durch den Ijulsrntemultiplikator zum TxF-Ratezähler gelangen. Der TxF-Rätezähler enthält eine binär und M dekadische Stufen,und da die Rate vom Ratemultiplikator bei 1 ooo ooo Hertz liegt, erzeugt der TxF-Ratezähler einen Übertragimpuls nach o,o2 see. Während dieser Zeit wären Ho ooo Impulse an den Frequenzzähler gelangt, und nach Untersetzung durch die beiden ersten Binärstufen würden Io ooo Impulse an die fünf dekadischen Stufen des Frequenzzähler s gelangen.

r.emä⁰) würden die dekadischen Stufen des Frequenzz-"hlers die Zahl Io ooo enthalten. Dies ist jedoch genau die frequenz des inr.elegten Signals, da das angelegte Signal eine Periode von o,l see. besaß, wie oben erläutert.

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Wie oben erläutert, wird durch die Pulsratemultiplizier kation und die Verwendung des TxF-Wählers 19ο ein TxF-Zählerübertragsignal erzeugt, wenn dieser Zähler eine Zählung registriert, die über¹ die volle Zählkapazität hinausgeht, und das dadurch erzeugte Übertragsignal beendet den Meßzyklus, indem der Schaltzustand des Flin-Flons 13²I geändert wird. V/enn der ^lip-^lop- 13<l seten Schaltzustand äntert, wird die Spannung a:n Anschluß 13 hoch, womit das Nicht-UND-Gatter 135 gesperrt wird. ¹^Ie ins Negative gehende Planke des Micht-ODER-Oatters 13^ oder der nächste Taktimpuls steuert den ^lip-Schaltlcreis 13o an, so dass dessen Ausgangsanschluß 9 hoch wird, der nunmehr auf hohem Pegel befindliche Anschluß 9 überträgt dies unter Inversion über das Nicht-ODER-^atter 126, dessen Ausgang wird wiederum umgekehrt auf hohen Pegel durch den Inverter 127, so dass das Gatter 132 gesperrt wird und damit der Taktoszillator vom frequenzzähler abgekoppelt wird.

Die Erzeugung des Auslöseimpulses ist oben erläutert xvorden als Verwendung für die übertragung der Zählung vom Frequenzzähler auf eine Speichereinheit 2oo für die nachfolgende Anzeige, ^er Auslöseimpuls kann auch verwendet werden, um einen automatischen Voreinstellimpuls nach einer gewissen Verzögerung abzugeben, die genügt, dass die ^requenzzählung abgelesen werden kann.

- Patentansprüche - 21 -

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Claims (1)

1. Patent a. nsprüche

   /Λ

   '1.V Anordnung zur Messung der frequenz eines Eingangssignals mit einem Taktgenerator zur Erzeugung von hochfrequenten Taktpulsen während einer Periode des Eingangssignal und einem mit dem Taktgenerator verbundenen Periodenzähler zur Zählung der während der einen Fingangssignalneriode auftretenden Taktimpulse, gekennzeichnet durch eine mit dem Periodenzähler verbundene Auswerteschaltung zur Ermittlung der Eingangssignalfrequenz nach der Gleichung

   mit P als der Frequenz und T als der der Periodendauer entsprechenden Zählung der Taktimpulse.

   2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Periodenzähler einen Detektor zur Erzeugung eines Detektorsignals zu einem vorbestimmten Zeitounkt in jeder Periode des Eingangssignals aufweist, mit welchem Detektor ein Periodenzählungsgenerator verbunden ist zur Erzeugung eines Entsperrsignals während des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Detektorsignalen.

   3.)Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgenerator eine Taktpulsquelle und ein auf die Entsperrsignale ansprechendes Gatter zur Weiterleitung der Taktpulse von der Taktpulsquelle aufweist.

   k.)Anordnung nach Anspnch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgenerator einen Mulldurchgangsdetektor zur Erzeugung eines Mulldurchgangssignals während zweier aufeinanderfolgender Nulldurchgänge aufweist, mit dem ein Periodenzählungs-

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   generator verbunden ist zur Erzeugung eines Entsperrsignals während des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen,und dass mit dem Periodenzählunprsgenerator und einer Taktpulsquelle ein UND-Gatter für die Erzeugung von Taktpulsen nur während der Periode des Entsperrsignals verbunden ist.

   fr.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen mit dem Periodenzähler und dem Taktgenerator verbundenen TxP-Zählgenerator umfasst zur Erzeugung einer zweiten Pulsfolge sowie einen Frequenzzähler zur Zählung der Pulsanzahl in der zweiten Pulsfolge während einer Auswerteperiode, und dass ein Übertragschaltkreis mit dem Periodeh

   zähler, dem Frequenzzähler und dem Tx⁷?-Zählgenerat or verbunden ist zur Erzeugung eines Übertragimpulses für die Beendigung der Auswerteperiode bei Erreichen eines vorbestimmten Verhältnisses zwischen den von dem Periodenzähler und dem Frequenzzähler gezählten Pulszahlen.

   6.)Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Periodenzähler und dem Frequenzzähler ein PuIsratemultiplizierschaltkreis für die Kombination der Periodenzählung mit der Pulsrate des Frequenzzählers verbunden ist und dass mit dem Pulsratemultiplizierschaltkreis und dem TxF-Zählgenerator ein TxF-Zähler verbunden ist zur Erzeugung des Übertragpulses bei Erreichen einer vorbestimmten Zählung und zum Anlegen des Übertragimpulses an den TxF-Zählgenerator zur Beendigung der ^requenzpulserzeugung.

   7.)Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Taktgenerator, dem Periodenzähler und de:^ Auswerteschaltung verbundene Voreinstelleinrichtung zur Voreinstellung von Zähl- und Auswerteelementen auf einen ursprünglichen Frequenzmeßzustand.

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   8.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Sichtanzeige aufweist und dass die Auswerteschaltung einen Auslösepulsgenerator zur Auslösung der Anzeige und Einleitung des nächstfolgenden Meßvorgangs aufweist .

   9.) Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sichtanzeige mit der Auswerteschaltung verbunden ist zur Anzeige der frequenz des Eingangssignals in digitaler Form.

   Io.) Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplizierschaltkreis eine Anzahl von Stufen aufweist gleich der Anzahl der Dekaden des Frequenz- und des Periodenzählers, dass jede Stufe vier UND- Gatter mit je zwei Eingängen aufweist, die die Ausgänge entsprechender Stufen der beiden Dekaden inversen Ranges in dem Perioden- und Frequenzzähler, und dass die Ausgänge der UND-Gatter aller Multi·- plizierkreisstufen über ein gemeinsames ODER-Gatter an den TxF-Zähler gelegt sind.

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