SU1190285A1 - Цифровой частотомер - Google Patents

Abstract

ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР, содерг жащий вентильную группу, источник образцового периода, подключенный через первьй элемент И к счетному выходу счетчика, второй элемент И, первым входом подключенный к выходу первого триггера, а вторым входом через первый формирователь импульсов соединенный с входом устройства, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены умножитель числа импульсов на дев ть, регистр сдвига, третий элемент И, элемент ИЛИ, второй триггер, второй формирователь импульсов , дешифратор, кода и блок формировани  первого измерительного интервала, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого через дешифратор кода соединен с выходами разр дов всех декад счетчика, выходы декад которого подключены к первым входам блока формировани  первого измерительного интервала, второй вход которого объединен с выходом третьего элемента И/ первьм входом подключенного через второй формирователь Им-: пульсов к выходу первого формировател  импульсов, вькод третьего элемента И соединен с единичным входом первого триггера, выходом соединенного через первый элемент И со счеттлл входом умножител  числа импульсов на дев ть, выходы которого соединены через вентильную группу с входами разр дов декад счетчика, вход установки в нуль умножител  числа импульсов на дев ть совместно с выходом второго элемента И и треть им входом блока формировани  первого измерительного интервала соединен со счетным входом регистра сдвига , группой выходов соединенного с устройством индикации, сдвиговый вход регистра сдвига соединен с выходом элемента ИЛИ и входом сброса вентильной группы, второй выход регистра сдвига подключен к нулевым входам первого и второго триггеров,единичный вход которого соединён с шиной запуска, а выход подключен к второму входу третьего элемента И.

Description

Изобретение относитс  к цифровой измерительной технике и может найти применение дл  точного и ускоренного измерени  сигналов низкой и инфранизкой частот с представлением результа та измерени  в единицах частоты.

Целью изобретени   вл етс  повьшение быстродействи  устройства за сче совмещени  циклов измерени .

Введение элементов, новых св зей и нового алгоритма работы, разрешающго практически начинать очередной цикл измерени  еще до окончани  предьщущего измерительного интервала, позвол ет сократить врем  измерени , общее выражение дл  которого имеет вид ,

п,Тж + + ...+п.;Т), +

ч- (N-I)T,

где п,nj,...,п - число периодов Т

поступивших в каж . дый измерительный интервал на вход соответствующей декады.

Дл  оптимального измерени  число п равно 1-9.

На фиг. 1 представлена функционална  схема измерител  частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов в различных точках схемы измерител  частоты.

Цифровой частотомер содержит источник 1 образцового периода Т, элементы И 2 и 3, триггер 4, счетчик 5 с последовательно соединенными декадами 5-1, 5-2, ..., 5-К, формирователь 6 временных интервалов в составе дешифратора 7 кода, элемента ИЛИ 8 и блока 9 формировани  первого измерительного интервала, формирователь 10, соединенный с шиной 11, формирователь 12. коротких импульсов, элемент И 13, триггер 14, шину 15 за пуска, регистр 16 сдвига, умножитель 17 числа импульсов на посто нное число, равное дев ти, вентильную группу 18 и индикатор 19.

В 1ДИФРСВОМ частотомере выход источника 1 образцового периода подключен к первому входу элемента И 2, второй вход которого совместно с первым входом элемента И 3 подключен к выходу триггера 4. Выход элемента И 2 подключен к входу счетчика .5, состо щего из последовательного соединени  счетных декад 5-1 - 5-К,

работающих в двоично-дес тичном самодополн ющемс  коде, причем выходы всех двоичных разр дов декад счетчика 5 через дешифратор 7 кода подключены к первому входу элемента ИЛИ 8, второй вход которого ч-ерез блок 9 формировани  первого измерительного интервала подключен к выходам всех декад счетчика 5. Второй вход элемента И 3 через формирователь 10 импульсов соединен с входом 11 измерител  частоты и через второй формирователь 12 импульсов подключен к первому входу элемента И 13, второй вход которого через триггер 14 подключен к шине Запуск 15, а выход к единичному входу триггера 4 и второму в.ходу блока 9. Нулевой .вход триггера 4, в свою очередь, присоединен к нулевому входу триггера 14 и

первому выходу регистра 16 сдвига, счетньш вход которого совместно с

третьим входом блока 9 формировани  первого измерительного интервала и входом установки в нуль умножител  17 числа импульсов на посто нное число, равное дев ти, подключен к выходу элемента И 3. Счетный вход умножител  17 подключен к выходу элемента И 2, а выходы его двоичных разр дов соединены с входами двоичных разр дов декад счетчика 5 импульсов через вентильную группу 18, управл ющий вход которой совместно с входом сдвига регистра 16 сдвига присоединен -к выходу элемента PfflH 8. Выходы двоичных разр дов регистра . 16 сдвига подключены к индикатору 19.

Блок 17 представл ет собой умножитель на дев ть того числа импуль- сов с периодом То, которое поступает на его счетный вход.

Блок 9 формировани  первого измерительного интервала формирует на своем выходе один единственный импульс , отсто щий от момента начала заполнени  обнулен.ного счетчика 5 периодическигш импульсами с периодом То на периодов TO , причем fj целое число, при котором в интервале Т То помещаетс  не менее одного и не более дев ти целых периодов исследуемого сигнала ly.

Формирователь 10 импульсов формирует последовательность коротких нор мализованных по амплитуде и длительности импульсов из входного исследуемого сигнала. Период следовани  этих импульсов равен периоду исследуемого сигнала f. Формирователь 12 импульсов форм рует импульсы, фронт которых совпа ет со спадом импульсов формировате 10. Период следовани  этих импульс также равен периоду исследуемого с нала 1 Вентильна  группа 18 соедин ет выходы двоичных разр дов декад умн жител  17 с входами двоичных разр дов декад счетчика 5 т.ак, что число имеющеес  в умножителе 17, записыва етс  в счетчик 5 в дополнительном коде. На Фиг. 2 приведены временные . диаграммы, относ щиес  к следующим сигналам устройства: а - последовательность импульсов на выходе фор мировател  10; S.- последовательность коротких импульсов на выходе формировател  12, соответствующих заднему фронту импульсов диаграммы Ь- импульсы шины 15 запуска на входе триггера 14; -г - импульс частотой ijj с источника 1, заполн ющий первый измерительный интервал Тц,, g - импульс конца первого измерительного интервала с выхода блока 9 е - группа импульсов частоты i , поступивших в первый измерительный интервал в регистр 16 сдвига, зК - и пульс частотой {д , заполн ющий счетчик 5 во второй измерительный интервал Тц 9 ЛТ,, -j - группа импульсов частоты i, поступивших в регистр 16 сдвига во второй измерительный интервал U - .импульс конца второго измерительного интервала с выхода дешифратора 7 кода. Цифровой частЬтомер работает следующим образом. В исходном состо нии счетчик 5 и регистр 16 сдвига обнулены, триггеры 4 и 14 наход тс  в нулевом состо нии , при котором на их выходах, подключенных к элементам И 2 и 3, отсутствует высокий потенциал, т.е. элементы И 2, 3 и 13 заперты (цепи установки измерител  частоты в исходное состо ние не показаны). Поданный на шину 11 сигнал исследуемой частоты 1 преобразуетс  в формирователе 10 импульсов в короткие нормализованные импульсы (фиг.2,а), поступающие на закрытый элемент И 3 и на формирователь 12 импульсов, в котором формируетс  еще одна импульсна  последовательность с тем же периодом Т но фронты импульсов этой последовательности формируютс  в моменты спадов импульсов на выходе формировател  10 (фиг.2,8). Эти импульсы поступают на закрытый элемент И 13. Измерени  начинаютс  после подачи на шину 15 запуска запускающего сигнала (фиг.2,6). Этот запускающий сигнал поступает на единичный вход триггера 14, который срабатывает, , переходит в единичное состо ние и открывает элемент И 13. Первый после открыти  элемента И 13 импульс с выхода формировател  12 проходит через элемент И 13, поступает на блок 9 формировани  первого измер гтельного интервала, который ставитс  под действием этого сигнала в исходное состо ние, и на единичный вход триггера 4, которьй перебрасываетс , переходит в единичное состо ние и открывает элементы И 2 и 3. Через элемент И 2 на счетчик 5 начинают поступать импульсы с источника 1 образцового периода (фиг.2,2). Счетчик 5 начинает заполн тьс . После прихода каждых дес ти импульсов источника 1 (кварцевого генератора) по вл етс  сигнал на выходе декады 5-1, после поступлени  каждых 100 импульсов на вход счетчика 5 по вл етс  сигнал на выходе декады 5-2 и т.д. До тех пор, пока на третий вход блока 9 формировани  первого измерительного интервала не поступит сигнал с выхода элемента ИЗ, все сигналы с выходов декад счетчика 5, . поступакицие на первые входы блока 9, на его выход не проход т. После того , как на блок 9 поступает сигнал с выхода элемента И 9 пропускает на свой выход сигнал с той декады счетчика 5, где он по вилс  впервые (допустим, это сигнал на временной диаграмме j). До по влени  этого сигнала на выходе блока 9 в работе измерител  принимают участие регистр 16 сдвига и умножитель 17. На счетный вход регистра 16 сдвига поступают исследуемые сигналы (фиг.2,е) с выхода элемента И 3,.причем.регистр подсчитьгеает их в своей первой декаде. На счетный вход умножител  17 поступают с выхода элемента И 2 импульсы с образцовым периодом следовани  Тр. Под воздействием каждого -го им пульса с выхода элемента И 2 умножитель 17 устанавливаетс  в состо ние, соответствующее коду числа 9. Это длитс  до тех пор, пока на его вход установки в нуль не поступит очередной исследуемый импульс с вькода элемента И 3,.который сбрасьгоает умножитель 17 в О, и, начина  с эт го момента, код числа 9 начинает формироватьс  сначала. Таким образом, к моменту по влени  сигнала конца первого измерительного интервала (фиг.2,а) на выходе блока 9 в первой декаде регистра 16 сдвига записан код числа N, целых периодов Т в интервале TI, TO (это число не менее 1 и не более 9), т.е. код первой значащей цифры значени  измер емой частоты, а в умножителе 17 имеетс  код числа в 9 раз большего числа образцовых периодов TO в интервале Т., от момента по влени  N,-го импульса на выходе злемейта И 3 до момента окончани  первого измерительного интервала Тц Этот импульс проходит через.элемент ИЛИ 8 и поступает на вентильную группу 18, котора  перезаписывает в дополнительном коде в счетчик 5; дев тикратный код интервалаАТ , а также на сдвиговый вход регистра сдвига, который передвигает код N, из первой декады во вторую и обнул ет первую декаду. Измеритель начинает определ ть вторую значащую цифру значени  измер емой частоты. Начина  с момента перезаписи кода из умножител  17 в счет.чик 5, формирователь 6 временных интервалов начинает формирова.ть второй измерительный интервалТц, равный 9&Т. что равносильно формированию временного интервала , с момен-та по влени  импульса на выход элемента И 3. При этом на счетчик 5 поступают импульсы образцового перио да с кварцевого генератора (фиг.З,) на вход первой декады регистра 16 сдвига следуют импульсы с выхода элемента И 3 (фиг.З,). Когда счетчик 5 станет в состо ние 999...9, срабабывает дешифратор 7 кода, сигнал которого через элемент ИЛИ 8 поступает на вентильную группу 18 и сдвиговьй вход регистра 16. Вентильна  группа 18 переносит в счетчик в дополнительном коде код интервала 9ATi от момента поступлени  на вход регистра сдвига импульса до момента конца интервала Тц , а в регистре сдвига код N из второй декады переноситс  в третью, код Nj из первой декады .- во вторую, а перва  обнул етс . На этом заканчиваетс  цикл определени  второй значащей цифры значени ; измер емой частоты и начинаетс  цикл определени  третьей значащей цифры, проход щий аналогично предыдущему. Когда все декады регистра сдвига заполнены, выходной сигнал элемента ИЛИ 8, не сдвига  информацию, поступает на выход регистра сдвига, откуда следует на нулевые входы триггеров 4 и 14. Измерение закончено. Индикатор 19 высвечивает значение измер емой частоты. Предлагаемый цифровой частотомер позвол ет существенно уменьшить длительность процесса измерени  за счет того, что врем  измерени  равно сумме цифр отдельных разр дов результата измерени , умноженной на период в то врем , как известное устрой- ство тратит на это число периодов сигнала 4ц, равное результату выражаемому в виде целого числа. Так, например, при измерении частоты , заданной числом п, njnjn jnj- 1,2345 Гц, врем  измерени  традиционными частотомерами с точностью до четвертого знака равно Т.. .граД. 12345 Т. Известное устройство в случае оптимального измерени  смогло бы получить результат измерени  за мини мально возможное врем  ч иэв, хПредложенное устройство позвол ет вьшолнить измерение частоты 1,2345 Гц за врем  UT.

фиг. f

П П

П

П П

П П

Claims (1)

1. ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР, содерг жащий вентильную группу, источник образцового периода, подключенный через первый элемент И к счетному входу счетчика, второй элемент И, первым входом подключенный к выходу первого триггера, а вторым входом через первый формирователь импульсов соединенный с входом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены умножитель числа импульсов на девять, регистр сдвига, третий элемент И, элемент ИЛИ, второй триггер, второй формирователь импульсов, дешифратор, кода и блок формирования первого измерительного ' интервала, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого через дешифратор кода соединен с выходами разрядов всех декад счетчика, выходы декад которого подключены к первым входам блока формирования первого измерительного интервала, второй вход которого объединен с выходом третьего элемента И/ первым входом подключенного через второй формирователь йм-_: пульсов к выходу первого формирователя импульсов, выход третьего элемента И соединен с единичным входом первого триггера, выходом соединенного через первый элемент И со счет ным входом умножителя числа импульсов на девять, выходы которого соединены через вентильную группу с входами- разрядов декад счетчика, вход установки в нуль умножителя числа импульсов на девять совместно с выходом второго элемента И и третьим входом блока формирования первого измерительного интервала соединен со счетным входом регистра сдвига, группой выходов соединенного с устройством индикации, сдвиговый вход регистра сдвига соединен с выходом элемента ИЛИ и входом сброса вентильной группы, второй выход регистра сдвига подключен к нулевым входам первого и второго триггеров,единичный вход которого соединён с шиной запуска, а выход подключен к второму входу третьего элемента И.

   1190285 2