RU2278390C1 - Digital frequency meter - Google Patents
Digital frequency meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2278390C1 RU2278390C1 RU2004132726/28A RU2004132726A RU2278390C1 RU 2278390 C1 RU2278390 C1 RU 2278390C1 RU 2004132726/28 A RU2004132726/28 A RU 2004132726/28A RU 2004132726 A RU2004132726 A RU 2004132726A RU 2278390 C1 RU2278390 C1 RU 2278390C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- counter
- input
- pulse
- frequency
- output
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиотехнике, электротехнике, метрологии и других отраслях промышленности для прецизионного измерения частоты сигналов, отклонений частоты от номинального значения, временных интервалов, а также для получения статистических параметров, характеризующих стабильность частоты за различные периоды времени.The invention relates to measuring equipment and can be used in radio engineering, electrical engineering, metrology and other industries for precision measurement of signal frequency, frequency deviations from the nominal value, time intervals, as well as for obtaining statistical parameters characterizing frequency stability over various time periods.
Известны цифровые частотомеры различных конструкций. Например, известен частотомер (фиг.1), включающий порт приема входного сигнала 1, порт приема импульса измерительного периода 2, образцовый генератор 3, счетчики 4, 5, 6, регистры 7, 8, 9 на их выходах, схемы синхронизации 10, 11, инвертор 12, формирователь импульса ошибки 13, схему растяжки импульса 14, средство обработки и индикации 15 [Патент РФ №2210785].Digital frequency meters of various designs are known. For example, a frequency meter is known (Fig. 1), including a port for receiving an
Этот частотомер характеризуется недостаточно широким диапазоном измеряемых частот. Ограничение на этот диапазон связано с тем, что длительность растянутого импульса EL не должна превышать длительность измерительного интервала.This frequency meter is not characterized by a wide range of measured frequencies. The limitation on this range is due to the fact that the duration of the elongated pulse EL should not exceed the duration of the measuring interval.
Известен другой частотомер (фиг.2), отличающийся тем, что с целью расширения диапазона измеряемых частот он снабжен вторым формирователем импульса ошибки 16, вторым каналом измерения длительности (последовательно соединенные счетчик 17 и регистр 18) и схемой селекции несовпадения 19 [Патент РФ №2210785]. Этот частотомер является ближайшим аналогом предлагаемого частотомера по наибольшему числу сходных признаков и принят за прототип изобретения. В этом частотомере введена сложная схема: второй формирователь импульса ошибки, второй канал измерения длительности и схема селекции несовпадения. В этом случае для измерения временного интервала между концом измерительного периода и очередным фронтом измеряемой частоты этот интервал разбивается на два интервала, один из которых содержит целое число периодов образцовой частоты, а другой содержит дробную часть этого периода. Только второй интервал измеряется с помощью схемы растяжки, а первый интервал измеряется в дополнительном канале измерения длительности на основе счетчика, подсчитывающего импульсы образцовой частоты.Another frequency meter is known (Fig. 2), characterized in that for the purpose of expanding the range of measured frequencies it is equipped with a second
Недостатком этого частотомера является сложность его конструкции.The disadvantage of this frequency meter is the complexity of its design.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции частотомера.The problem to which the invention is directed, is to simplify the design of the frequency meter.
Поставленная задача решается тем, что предлагается цифровой частотомер, включающий порт приема входного сигнала, порт приема импульса измерительного периода, образцовый генератор, первую и вторую схемы синхронизации, первый, второй и третий счетчики с регистрами на выходе каждого счетчика, соединенные с входами средства обработки и индикации, инвертор, формирователь импульса ошибки и схему растяжки импульса, причем выход порта приема входного сигнала соединен через первую схему синхронизации с входом первого счетчика, образцовый генератор соединен с входами второго и третьего счетчиков, с тактовым входом первой схемы синхронизации и через инвертор с тактовым входом второй схемы синхронизации, формирователь импульса ошибки соединен через схему растяжки импульса с управляющим входом третьего счетчика, выход второй схемы синхронизации соединен с тактовыми входами первого и второго счетчика, который содержит также триггер, первый вход которого соединен с выходом порта приема импульса измерительного периода и тактовым входом регистра третьего счетчика, второй вход соединен с выходом порта приема входного сигнала, а выход соединен с входом второй схемы синхронизации.The problem is solved by the fact that a digital frequency counter is proposed, including an input signal receiving port, a measuring period pulse receiving port, a model generator, first and second synchronization circuits, first, second and third counters with registers at the output of each counter connected to the inputs of the processing means and indications, an inverter, an error pulse shaper and a pulse stretching circuit, the output of the input signal receiving port being connected through the first synchronization circuit to the input of the first counter, an exemplary gene the ator is connected to the inputs of the second and third counters, with the clock input of the first synchronization circuit and through the inverter with the clock input of the second synchronization circuit, the error pulse generator is connected via the pulse stretching circuit to the control input of the third counter, the output of the second synchronization circuit is connected to the clock inputs of the first and second counter, which also contains a trigger, the first input of which is connected to the output port of the pulse reception of the measuring period and the clock input of the register of the third counter, the second input with is single with the output port of the input signal, and the output is connected to the input of the second synchronization circuit.
На фиг.1 изображена схема частотомера - аналога, в соответствии с патентом РФ №2210785.Figure 1 shows a diagram of a frequency counter - analogue, in accordance with the patent of the Russian Federation No. 2210785.
На фиг.2 изображена схема частотомера - прототипа, в соответствии с патентом РФ №2210785.Figure 2 shows a diagram of a frequency counter - prototype, in accordance with the patent of the Russian Federation No. 2210785.
На фиг.3 изображена схема предлагаемого частотомера.Figure 3 shows a diagram of the proposed frequency meter.
На фиг.4 изображена схема предлагаемого частотомера без регистра 9.Figure 4 shows a diagram of the proposed frequency meter without
На фиг.5 изображена схема двухканального частотомера.Figure 5 shows a diagram of a two-channel frequency counter.
На фиг.6 изображен вариант выполнения схемы синхронизации.Figure 6 shows an embodiment of a synchronization circuit.
На фиг.7 изображена предпочтительная схема предлагаемого частотомера.Figure 7 shows the preferred circuit of the proposed frequency meter.
Предлагаемый цифровой частотомер изображен на фиг.3 и работает следующим образом. Устройство содержит порт приема входного сигнала 1, порт приема импульса измерительного периода 2, образцовый генератор 3, три счетчика (4, 5 и 6) с регистрами (7, 8 и 9) на выходе, две схемы синхронизации 10 и 11, инвертор 12, формирователь импульса ошибки 13, схему растяжки импульса 14 и средство обработки и индикации 15 и триггер 20. Для наглядности выделим канал счета импульсов А1, содержащий элементы 1, 10, 4 и 7 и канал уточнения задержки фронта В, образуемый элементами 13, 14, 6 и 9. Канал счета импульсов А1 осуществляет прием входного сигнала портом 1, синхронизацию сформированных импульсов F1 схемой синхронизации 10, их непрерывный подсчет счетчиком 4 и считывание показаний этого счетчика К1 в регистр 7 с приходом сигналов чтения WR. Одновременно счетчик 5 считает импульсы F0 образцового генератора 3, а его показание Ко переписывается в регистр 8 с приходом того же сигнала WR. Для формирования сигналов WR служит порт приема измерительного периода 2 и схема синхронизации 11, соединенная с выходом образцового генератора через инвертор 12. Высокая точность измерений обеспечивается каналом уточнения задержки фронта 18, позволяющим уточнить длительность импульса, поступающего на его вход. Для точного измерения этой длительности сформированный сигнал поступает на схему растяжки длительности 14, которая вырабатывает импульс EL, длительность которого увеличена в заданное число М раз, например М=100. Этот импульс поступает на управляющий вход счетчика 6, а на его счетный вход поступает сигнал образцовой частоты F0 с выхода образцового генератора 3. Результат KE счета счетчика 6 в течение существования импульса на его управляющем входе, пропорциональный этой длительности, считывается в регистр 9, и из него - в средство обработки и индикации (компьютер) 15, что дает возможность уточнить время поступления фронта измеряемого сигнала, от которого был сформирован импульс ошибки. Таким образом, канал счета импульсов осуществляет подсчет целого числа периодов измеряемой частоты, попадающих в измерительный интервал τ, задаваемый импульсами WR. Одновременный подсчет за эти интервалы импульсов с выхода образцового генератора 3 счетчиком 5 дает возможность вычисления временной шкалы, к которой привязываются результаты считывания показаний счетчика 4. Канал В позволяет уточнить интервал времени от момента формирования последнего фронта сигнала F1 в пределах измерительного периода до момента считывания кодов счетчиков 4, 5, 24 в регистры 8, 7 и 25 соответственно. Управление считыванием осуществляется сигналом WR, который синхронизован инвертированным импульсом опорной частоты. Считывание кода KE из счетчика 6 в регистр 9 осуществляется раньше, для чего служит импульс с выхода порта приема импульса измерительного периода 2. Соединение выхода элемента 2 с управляющим обнулением входом счетчика 6 может отсутствовать, так как счетчик 6 может обнуляться программно либо не обнуляться. Во втором случае результат счета в цикле измерения вычисляется как разность между полученным кодом и предыдущим, так же как это делается с результатами считывания кодов счетчиков 4, 5 и 24.The proposed digital frequency counter is shown in figure 3 and works as follows. The device comprises a port for receiving an
В сравнении с прототипом аппаратная часть существенно упрощается: вместо сложного дополнительного формирователя импульса ошибки и многоразрядного счетчика с регистром на столько же разрядов применяется лишь один триггер. Программная часть также упрощается, поскольку вместо чтения кодов из регистров 7 и 18 и суммирования результатов остается только чтение регистра 7.Compared to the prototype, the hardware is significantly simplified: instead of a complex additional pulse shaper of an error and a multi-bit counter with a register for the same number of bits, only one trigger is used. The software part is also simplified, because instead of reading the codes from
Таким образом, обеспечивается упрощение аппаратной части и программы обработки с сохранением всех характеристик частотомера.Thus, the simplification of the hardware and processing programs while maintaining all the characteristics of the frequency meter is ensured.
Дополнительно устройство можно упростить, устранив регистр 9. Поскольку счетчик 6 считает не непрерывно, а лишь в течение существования импульса EL, который всегда заканчивается раньше, чем оканчивается измерительный интервал, то к моменту чтения его информации счетчик 6 всегда заканчивает счет, его код может быть считан непосредственно из него.Additionally, the device can be simplified by eliminating
На фиг.4 показан частотомер, отличающийся отсутствием регистра 9, причем выход счетчика 6 соединен с входом средства обработки и индикации 15.Figure 4 shows a frequency meter, characterized by the absence of a
Дополнительно можно решить задачу увеличения числа одновременно измеряемых частот с сохранением высокой точности и без существенного увеличения аппаратной части.Additionally, you can solve the problem of increasing the number of simultaneously measured frequencies while maintaining high accuracy and without a significant increase in hardware.
Поставленная задача решается тем, что в устройство вводится коммутатор и дополнительные каналы счета импульсов по числу дополнительных измерительных входов, каждый из которых содержит последовательно соединенные порт приема входных сигналов, схему синхронизации, счетчик и регистр, при этом входы коммутатора соединены с выходами портов приема входных сигналов, его выход - с входом триггера, а тактовые входы схем синхронизации соединены с выходом образцового генератора.The problem is solved in that a switch and additional pulse counting channels are introduced into the device according to the number of additional measuring inputs, each of which contains a serial port for receiving input signals, a synchronization circuit, a counter and a register, while the inputs of the switch are connected to the outputs of the ports for receiving input signals , its output is with the trigger input, and the clock inputs of the synchronization circuits are connected to the output of the model generator.
Частотомер работает следующим образом (см. фиг.5, где показана схема частотомера для случая одного дополнительного измерительного входа, то есть для двухканального частотомера). Устройство содержит порт приема входного сигнала 1, порт приема импульса измерительного периода 2, образцовый генератор 3, три счетчика (4, 5 и 6) с регистрами (7 и 8) на выходе, регистр третьего счетчика может отсутствовать, две схемы синхронизации 10 и 11, инвертор 12, формирователь импульса ошибки 13, схему растяжки импульса 14 и средство обработки и индикации 15. В устройство вводится коммутатор 21 и один дополнительный канал счета импульсов А2, содержащий порт приема входных сигналов 22, схему синхронизации 23, счетчик 24 и регистр 25. Выделен первый канал счета импульсов А1, содержащий элементы 1, 10, 4 и 7 и канал уточнения задержки фронта В, образуемый элементами 13, 14, 6 и 9. Все элементы работают так же, как в предыдущем частотомере, фиг.3. Каждый из каналов счета импульсов А1 и А2 осуществляет прием входного сигнала портами 1 и 22, синхронизацию сформированных импульсов F1 и F2 схемами синхронизации 10 и 23, их непрерывный подсчет счетчиками 4 и 24 и считывание показаний этих счетчиков K1 и К2 в регистры 7 и 25 с приходом сигналов чтения WR. Одновременно счетчик 5 считает импульсы F0 образцового генератора 3, а его показание Ко переписывается в регистр 8 с приходом сигнала WR. Канал уточнения задержки фронта В служит для уточнения длительности временного интервала между фронтом сигнала чтения регистра WR и фронтом входного сигнала. В отличие от предыдущей схемы этот канал поочередно обслуживает все измерительные каналы. В показанном двухканальном частотомере на каждом нечетном цикле коммутатор 21 соединяет вход формирователя импульса ошибки с выходом первого порта приема входного сигнала 1, а в каждом четном цикле - с выходом второго порта приема входного сигнала 22. При нечетных изменениях формируется импульс ER, длительность которого равна длительности интервала между фронтом сигнала WR и фронтом сигнала F1 первого канала А1, а при четных измерениях формируется импульс ER, соответствующий длительности интервала между сигналом WR и фронтом сигнала F2 второго канала А2. Результат KE счета счетчика б используется для уточнения времени поступления фронта измеряемого сигнала, от которого был сформирован импульс ошибки. Канал В позволяет уточнить время поступления фронта на одном из поочередно коммутируемых входов F1 и F2. В N-канальном варианте информация об этом времени поступает от каждого канала в N раз реже, чем в одноканальном варианте. Поэтому она позволяет уточнить результат измерения для каждого канала только на интервале Nτ между двумя очередными подключениями канала уточнения В к данному порту приема входного сигнала. В результате осуществляется одновременное непрерывное измерение частот, поступающих на заданное количество N входов. При этом на интервалах длительностью τ уточнения результата не происходит, а на интервалах длительностью Nτ и кратных этой длительности осуществляется уточнение результата измерения в М раз. При этом аппаратная часть увеличивается только на один N-канальный коммутатор и на N-1 дополнительных канала счета импульсов. Неизменной остается общая часть: канал уточнения задержки фронта В, порт приема импульса измерительного периода 2 со схемой синхронизации 11, образцовый генератор 3, инвертор 12, счетчик 5, регистр 8 и компьютер 15.The frequency meter works as follows (see Fig. 5, where the frequency meter diagram is shown for the case of one additional measuring input, that is, for a two-channel frequency meter). The device contains a port for receiving an
Таким образом, обеспечивается увеличение числа одновременно измеряемых частот с сохранением высокой точности и без существенного увеличения аппаратной части.Thus, an increase in the number of simultaneously measured frequencies is maintained while maintaining high accuracy and without a significant increase in hardware.
Все элементы могут быть выполнены так же, как в прототипе.All elements can be made in the same way as in the prototype.
Каждая из двух схем синхронизации может быть выполнена, например, как в прототипе или как показано на фиг.6. Она состоит из трех последовательно включенных триггеров и инвертора, причем тактовый вход схемы синхронизации соединен с тактовым входом второго триггера и через инвертор с тактовым входом третьего триггера, выход третьего триггера соединен с входом «сброс» первого триггера и является выходом схемы синхронизации, а ее входом является первый вход первого триггера.Each of the two synchronization schemes can be performed, for example, as in the prototype or as shown in Fig.6. It consists of three triggers in series and an inverter, with the clock input of the synchronization circuit connected to the clock input of the second trigger and through the inverter with the clock input of the third trigger, the output of the third trigger connected to the reset input of the first trigger and is the output of the synchronization circuit, and its input is the first input of the first trigger.
Формирователь счетных импульсов может быть выполнен, например, как описано в прототипе.The counter pulse generator can be performed, for example, as described in the prototype.
Счетчики с регистрами могут быть выполнены, например, на программируемой логике.Counters with registers can be performed, for example, on programmable logic.
Средством обработки и индикации служит компьютер.Means of processing and display is a computer.
Порт приема импульса измерительного периода может быть выполнен, например, как триггер Шмитта, а также может быть заменен формирователем импульса измерительного периода, например электронными часами, входящими в состав компьютера.The port for receiving the pulse of the measuring period can be performed, for example, as a Schmitt trigger, and can also be replaced by a pulse shaper of the measuring period, for example, with the electronic clock included in the computer.
Образцовым генератором может быть любой стабильный генератор, например водородный стандарт частоты.An exemplary generator may be any stable generator, for example, a hydrogen frequency standard.
Простейший вариант формирователя импульса ошибки - это, например триггер с раздельным запуском. Фронт импульсов точных границ WR устанавливает выходной сигнал ER в активное состояние, а следующий за этим счетный импульс F1 возвращает его в исходное состояние, формируя таким образом длительность импульса ER.The simplest version of the error pulse shaper is, for example, a trigger with a separate start. The pulse front of the exact boundaries WR sets the output signal ER to the active state, and the subsequent counting pulse F 1 returns it to its original state, thereby forming the pulse duration ER.
Схема растяжки импульса преобразует короткий импульс в протяженный импульс с заданным коэффициентом преобразования длительности.The pulse stretching circuit converts a short pulse into an extended pulse with a given conversion factor for the duration.
Схема растяжки может быть выполнена как в прототипе, например содержащей два источника тока противоположных знаков, включенные на вход интегратора, на выходе которого включено пороговое устройство. Один из источников тока коммутируемый, и его ток в заданное число М раз превышает ток некоммутируемого источника, а на его входе включена схема управления.The stretching scheme can be performed as in the prototype, for example, containing two current sources of opposite signs, included at the input of the integrator, at the output of which a threshold device is included. One of the current sources is switched, and its current is a specified number M times the current of the non-switched source, and a control circuit is included at its input.
Предпочтительная схема цифрового частотомера показана на фиг.7. Вся аппаратная часть (кроме элементов 13 и 15) выполнена на программируемой логике. В трехканальном случае вводятся два дополнительных канала А2 и A3. Элементы 29-32 канала A3 полностью идентичны элементам 22-25 канала А2.A preferred digital frequency counter circuit is shown in FIG. 7. All hardware (except
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004132726/28A RU2278390C1 (en) | 2004-11-09 | 2004-11-09 | Digital frequency meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004132726/28A RU2278390C1 (en) | 2004-11-09 | 2004-11-09 | Digital frequency meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2278390C1 true RU2278390C1 (en) | 2006-06-20 |
Family
ID=36714231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004132726/28A RU2278390C1 (en) | 2004-11-09 | 2004-11-09 | Digital frequency meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2278390C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100451666C (en) * | 2006-11-23 | 2009-01-14 | 江汉大学 | Improved method and apparatus for measuring stability of frequency of time domain signal |
RU2673240C1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-11-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Frequency meter |
RU197391U1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-04-23 | Пётр Колестратович Плотников | DIGITAL FREQUENCY METER |
RU2730047C1 (en) * | 2019-08-13 | 2020-08-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Digital frequency meter |
CN112630705A (en) * | 2020-12-14 | 2021-04-09 | 长春工业大学 | Frequency measurement method and device suitable for Overhauser magnetometer |
-
2004
- 2004-11-09 RU RU2004132726/28A patent/RU2278390C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100451666C (en) * | 2006-11-23 | 2009-01-14 | 江汉大学 | Improved method and apparatus for measuring stability of frequency of time domain signal |
RU2673240C1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-11-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Frequency meter |
RU197391U1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-04-23 | Пётр Колестратович Плотников | DIGITAL FREQUENCY METER |
RU2730047C1 (en) * | 2019-08-13 | 2020-08-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Digital frequency meter |
CN112630705A (en) * | 2020-12-14 | 2021-04-09 | 长春工业大学 | Frequency measurement method and device suitable for Overhauser magnetometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1593202B1 (en) | Period-to-digital converter | |
KR20080008313A (en) | Analog/digital converter | |
KR100220672B1 (en) | Time interval measurer having parallel architecture | |
WO2001042752A1 (en) | Temperature sensor | |
RU2278390C1 (en) | Digital frequency meter | |
KR101665903B1 (en) | Signal processing apparatus | |
TW201303532A (en) | Method and system for measuring time | |
CN101556325A (en) | Method for quickly verifying electric energy error | |
RU2210785C2 (en) | Digital frequency meter | |
JP2013024854A (en) | Distance measuring method and system therefor | |
EP3133410A1 (en) | Improved resolution timing | |
JP2013024857A (en) | Speed measuring method and system therefor | |
RU2001119487A (en) | DIGITAL FREQUENCY METER | |
JPH01124773A (en) | Frequency measuring instrument | |
RU197391U1 (en) | DIGITAL FREQUENCY METER | |
EP0471307A2 (en) | Advanced clock measurement system | |
US6897686B2 (en) | Pulse peak and/or trough detector | |
RU2546075C1 (en) | Time interval digital measuring transducer | |
KR20110017507A (en) | High precision clock generation apparatus and method with synchronizing standard time | |
CN108414841B (en) | Pulse per second stability measuring device | |
SU860336A1 (en) | Device for measuring distortion rate in data blocks of various length | |
JP2012229986A (en) | Time interval measurement device and time interval measurement method | |
SU905980A1 (en) | Frequency multiplier | |
SU1053315A1 (en) | Device for measuring error factor in digital transmission systems | |
JPS62214367A (en) | Pulse time measuring circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061110 |