DE2644868A1

DE2644868A1 - Frequency multiplication for fast digital display - uses multiplier to increase pulse within given period to enable digital display to be generated within short period

Info

Publication number: DE2644868A1
Application number: DE19762644868
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Mauermann; Guenter Sommer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-10-05
Filing date: 1976-10-05
Publication date: 1978-04-06

Abstract

Low frequency outputs from digital transducers are subjected to a frequency multiplication process in order to perform a fast sampling to generate either an analogue or digital read-out. The transducer output is used to enable a counter supplied with higher frequency signals derived from a divider coupled to a pulse generator. At the end of the cycle the valve is entered into memory and is used to preset a further counter. The counter is activated by a second frequency to generate the required output, which may be used to produce an analogue or digital read-out.

Description

"Vorrichtung zur digitalen Frequenz- "Device for digital frequency

transformation einer Impulsfolge" Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur digitalen Frequenztransformation einer Impulsfolge. In vielen technischen Anwendungen ist es erforderlich, extrem hohe bzw. niedrige Frequenzen - z.B. Impulefolgen mit wenigen Impulsen pro Sekunde - zu verarbeiten und beispielsweise in Anzeigewerte mit bestimmten Dimensionen umzuwandeln. Zur Messung niedriger Frequenzen mit herkömlichen Zählern ist eine sehr große Zeitbasis - mehrere Sekunden oder auch Minuten - erforderlich, um eine ausreichende Genauigkeit der Anzeige zu erhalten. Ebenso sind zur analogen Registrierung solcher Frequenzen mit Hilfe von Fr-quenz-Spannunga-Uwetzern entsprechend große Filterzeitkonstanten erforderlich, so daß große Meßzeiten benötigt werden und keine dynamischen Messungen möglich sind. transformation of a pulse train "The invention relates to a device for digital frequency transformation of a pulse train. In many Technical applications require extremely high or low frequencies - e.g. impulse sequences with a few impulses per second - to process and for example convert them into display values with specific dimensions. For measuring low frequencies with conventional counters there is a very large time base - several seconds or even Minutes - required to obtain adequate display accuracy. Likewise, for the analog registration of such frequencies with the help of frequency voltage Uwetzers correspondingly large filter time constants are required, so that large measurement times are required and no dynamic measurements are possible.

Es ist bekannt, analoge oder digitale Werte in Frequenzen umzuwandeln, beispielsweise zur Meßwertübertragung. Dazu verwendet man spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO) oder Teiler, in welche. eine konstante Frequenz durch den gegebenen digitalen Wert geteilt werden. Außerdem sind analoge Steuerglieder nach dem Phas--Locked-Loop-Verfahren (PLL) bekannt.It is known to convert analog or digital values into frequencies, for example for the transmission of measured values. Voltage controlled oscillators are used for this (VCO) or divider into which. a constant frequency given by the digital Value to be shared. In addition, analog control elements are based on the phase locked loop method (PLL) known.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, welche eine möglichst genaue Frequenztransformation auf digitale Weise ermöglicht und eine Messung dieser Frequenzen mit kleinen Menzeiten und Zeitkonstanten erlaubt, ohne dafür einen großen Aufwand an Bauteilen treiben zu messen.The object of the invention is to provide a device Which enables the most accurate frequency transformation possible in a digital way and a Measurement of these frequencies with small times and time constants is allowed without to drive a great deal of effort on components to measure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Digitalzähler vorgesehen ist, dem die zu transformierende Frequenz zugeführt wird und welcher fortlaufend innerhalb der Periodendauer dieser Frequenz die Impulse einer ersten konstanten Frequenz zählt, daß ein Speicher vorgesehen ist, welchem diese Impulszahl übertragbar ist und daß ein Teiler vorgesehen ist, dem eine zweite konstante Frequenz zugeführt wird und welcher diese Frequenz um den Faktor der jeweils im Speicher enthaltenen Impulszahl herunterteilt, und daß die Ausgangsfrequenz des Teilers die transformierte Frequenz ist.This object is achieved according to the invention in that a digital counter is provided to which the frequency to be transformed is fed and which continuously within the period of this frequency the pulses of a first constant frequency counts that a memory is provided, which this number of pulses can be transmitted and that a divider is provided to which a second constant frequency is supplied and which this frequency by the factor of each in the memory the number of pulses contained, and that the output frequency of the divider divides the transformed frequency is.

Zur Darstellung verschiedener Multflikatoren, die sowohl größer als auch kleiner als Eins sein können, ist eine Schaltung so ausgestaltet, daß ein Frequenzgenerator zur Erzeugung einer der beiden konstanten Frequenzen vorgesehen ist, und daß ein Teiler vorgesehen ist, in welchem aus dieser Frequenz die andere konstante Frequenz durch Teilung durch den Transformationsfaktor k erzeugt wird und daß Umschalter zur Vertauschung der beiden konstanten Frequenzen an den Eingängen des Zählers und des Teilers vorgesehen sind.To display various indicators that are both larger than can also be less than one, a circuit is designed so that a frequency generator is provided for generating one of the two constant frequencies, and that one Divider is provided in which from this frequency the other constant frequency is generated by dividing by the transformation factor k and that switch to swap the two constant frequencies at the inputs of the counter and of the divider are provided.

Zur Anzeige der Ausgangsfrequenz als Meßwert in den gewünschen Dimensionen ist vorgesehen, daß dem Teiler ein an sich bekanntes digitaler oder analoges Frequenzmeßgerät nachgeschaltet ist. Dabei ist die Torzeit bzw. die Integrationskonrtant'r fießgerite fUr die Größe des Anzeigewertes von Bedeutung und bei der Dimensionierung insbesondere der konstanten Frequenzen zu berücksichtigen.To display the output frequency as a measured value in the desired dimensions it is provided that the divider is a per se known digital or analog frequency measuring device is downstream. Here, the gate time or the integration constant is floating for the size of the display value of Importance and dimensioning in particular to take into account the constant frequencies.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist der schematischen Zeichnung und der Beschreibung zweier Ausfiihrungsbeispicle zu entnehmen.The further embodiment of the invention is the schematic drawing and the description of two exemplary embodiments.

In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung und Fig. 2 eine Darstellung der Frequenzen.The drawings show: FIG. 1 a schematic circuit diagram of the device and FIG. 2 shows a representation of the frequencies.

Fig. 1 zeigt einen Zähler 21, dem die zu transformierende Frequenz f und die erste konstante Frequenz f1 zugeführt m werden. Zähler Zl zählt während einer Periodendauer T = 1/f die Impulse D von f1. Diese werden nach jeder m 1 Periodendauer einem Speicher M eingeschrieben, bevor Zähler Z1 gelöscht wird und wieder zu zählen anfängt. Auf den Speicher M folgt ein Teiler T1, ein Zähler, dem die zweite konstante Frequenz f2 zugeführt wird und der gelöscht wird und dabei einen Impuls abgibt, wenn der Zählerinhalt gleich der Zahl D ist. Die Frequenz der Löschimpulse ist die transformierte Frequenz f. . Diese wird in einem nachfolgenden analogen Frequenzmesser 1 oder digitalen Frequenzmesser 2 gemessen und angezeigt. Zum Erzeugen der Frequenzen t1 und f2 für ein Gerät für allgemeine Anwendung kann ein Generator 3 vorgesehen sein, der beispielsweise f2 erzeugt die in einem Teiler T2 durch den Faktor k geteilt wird, so daß f1 entsteht. Je nachdem, ob nun k größer oder kleiner als Eins ist, werden f1 und f2 durch einen Umschalter 4 miteinander vertauscht.Fig. 1 shows a counter 21, which the frequency to be transformed f and the first constant frequency f1 are fed to m. Counter Zl counts during a period T = 1 / f the pulses D of f1. These are after every m 1 period written to a memory M before counter Z1 is cleared and counted again begins. The memory M is followed by a divider T1, a counter to which the second constant Frequency f2 is supplied and which is deleted and emits a pulse, if the counter content is equal to the number D. The frequency of the erase pulses is the transformed frequency f.. This is in a subsequent analog frequency meter 1 or digital frequency meter 2 measured and displayed. To generate the frequencies A generator 3 may be provided for t1 and f2 for a device for general use be, which generates f2, for example, which is divided in a divider T2 by the factor k so that f1 arises. Depending on whether k is greater or less than one, will f1 and f2 are interchanged by a switch 4.

In Fig. 2 sind die Impulse der zu transformierenden Frequenz fm, der transformierten Frequenz fas und die Größe von fa, bezogen suf die Zeit t, während dreier Periodendauern Tm1 bis Tm3 dargestellt, die fortlaufend kleiner werden. Dabei ist f proportional zu f m Die Ausgangsfrequenz f8 f2/D, wobei D = f1/fm, somit ist fa = (f2/f1) . fm . Mit f2/f1 = k folgt daraus: fa = k . fm Ausführungsbeispiel 1 Fiir einen schnellansprechenden, präzisen Drehzahlmesser für einen Dieselmotor dient der Druckstoß an einem Einspritzventil, über ein Piezokeramik-Element abgenommen, als Mesignal.In Fig. 2, the pulses of the frequency to be transformed are fm, the transformed frequency fas and the size of fa, related to the time t, during three period durations Tm1 to Tm3 are shown, which are continuously smaller. Included f is proportional to f m The output frequency f8 f2 / D, where D = f1 / fm, thus fa = (f2 / f1). fm. With f2 / f1 = k it follows: fa = k. fm embodiment 1 For a fast-responding, precise tachometer for a diesel engine the pressure surge at an injection valve is used, taken from a piezoceramic element, as measurement signal.

Dieses Signal erscheint bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle. Die Anzeige soll digital in Umdrehungen pro Minute angezeigt werden. Bei einer Drehzahl von beispielsweise 1200U/min erscheint ein Meßsignal von lOlIa. Dies würde eine Zähler-Zeitbasis von 2 Minuten erfordern. Durch Frequenztransformation mit einem Transformationsfaktor k = 120 läßt sich jedoch eine Frequenz von 1200Hz erzeugen, so daß die Zähler-Zeitbasis auf 1 Sekunde reduziert werden kann.This signal appears every second revolution of the crankshaft. The display should be displayed digitally in revolutions per minute. At one speed of 1200 rpm, for example, a measurement signal of 1011 appears. This would be a Require counter time base of 2 minutes. By frequency transformation with a Transformation factor k = 120, however, a frequency of 1200Hz can be generated, so that the counter time base can be reduced to 1 second.

Bei einer üblichen Zähler-Zeitbasis von 0,5 Sekunden beträgt der Transformationsfaktor k = 240. Mit f1 = lOkHz und demnach f2 = k . f1 = 2,4MHz erscheint bei fm = 10Hz, D = f1/fm = 1000 eine transformierte Frequenz fa = 2400Hz, Zählerstand nach 0,5s und Anzeige beträgt also 1200 U/min .With a usual counter time base of 0.5 seconds, the transformation factor is k = 240. With f1 = 10 kHz and therefore f2 = k. f1 = 2.4MHz appears at fm = 10Hz, D = f1 / fm = 1000 a transformed frequency fa = 2400Hz, Meter reading after 0.5s and display is therefore 1200 rpm.

Ausführungsbeispiel 2 Zur Geschwindigkeitsmessung von Geschossen ist eine Meßstrekke von 1 m vorgesehen, Die Anzeige soll in m/s erfolgen.Embodiment 2 For measuring the speed of projectiles a measuring distance of 1 m is provided. The display should be in m / s.

Bei einer Geschwindigkeit von beispielsweise 500m/s ist also f = 500 Hz bzw. die Meßzeit T = 0,002s f1 sei 1MHz.For example, at a speed of 500 m / s, f = 500 Hz or the measuring time T = 0.002s f1 is 1MHz.

m m D = f1 . Tm = 2000. Bei einer Zähler-Zeitbasis von is ist fa = 500 Hz, so daß f2 = fa . D = 1MHz. K = f2/f1 = 1 Mit fl = f2 = 1MHz = const. können alle Geschwindigkeiten1 6 soweit überhaupt erreichbar, theoretisch bis 10 m/s, gemessen werden. m m D = f1. Tm = 2000. With a counter time base of is, fa = 500 Hz, so that f2 = fa. D = 1MHz. K = f2 / f1 = 1 with fl = f2 = 1MHz = const. can all speeds1 6 if attainable at all, theoretically up to 10 m / s, measured will.

Genauigkeit und Dynamikbereich der Schaltung sind durch die Stellenzahl des Zählers Zil Teiler T1 und Speichers M begrenzt. Die notwendige Stellenzahl errechnet sich dabei z.B.The accuracy and dynamic range of the circuit are determined by the number of digits of the counter Zil divider T1 and memory M limited. The necessary number of digits is calculated e.g.

wie folgt: Frequenzbereich 1 : 10, Mindestauflösung o,1,'.as follows: frequency range 1: 10, minimum resolution o, 1, '.

Die Auflösung 0,1% erfordert Mindestzähler- oder Teilerinhalte von 1000, der Dynamikbereich 1 : 10 führt zu Maximalinhalten von 10.000, so daß eine Anordnung 4stellig dezimal ausreicht.The resolution 0.1% requires minimum counter or divisor contents of 1000, the dynamic range 1: 10 leads to a maximum content of 10,000, so that a 4-digit decimal arrangement is sufficient.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. Device for digital frequency transformation a pulse sequence, characterized in that a digital counter (Z1) is provided to which the frequency to be transformed (f) is fed and which is continuously within the m period (T) of this frequency, the pulses (D) of an m first constant frequency (f1) counts that a memory (M) is provided, which this Pulse number (D) transfer b1rfat and that a divider (T1) is provided, the one second constant frequency (23) is supplied and which this frequency around the Factor of the number of pulses (D) contained in the memory (M), and that the output frequency of the divider (does) is the transformed frequency.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a frequency generator is intended to generate one of the two constant frequencies (f1 or f2), and that a divider (T2) is provided in which from this frequency the other constant frequency is generated by dividing it by the transformation factor k and that switch to swap the two constant frequencies (f1 and f2) are provided at the inputs of the counter (Z1) and the divider (T1).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the divider (Tl) is followed by a known digital or analog frequency measuring device is.