SU1308925A1 - Цифровой измеритель частоты,длительности периода и отношени частот - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к цифровой технике измерени  частот. Цель изобретени  - сокращение времени измерени  параметров физической величины . Цифровой измеритель содержит генератор 1 меток времени, блок 2 прив зки элемент И 3, счетчики 4 и 5, переключатель 6 сигналов, коммутатор 7, блок 9 индикации и формирователь 10 сигнала единицы измерени  и положени  децимальной точки. Введение формировател  8 сигналов конц а временного интервала адаптирует врем  усреднени  с заданной относительной погрешностью измерени . Преимущество измерител  заключаетс  в автоматизации измерени , повышении оперативности и упрощении обслуживани . 2 з,п, ф ЛЫ, 1 ил. с (Л т- р- .

Description

Изобретение относитс  к цифровой технике измерени  частот и может быть использовано дл  измерени  час- тоты, длительности периода и отношени  частот электрических сигналов.

Целью изобретени   вл етс  сокращение времени измерени  параметров физической величины путем адаптации времени усреднени  с заданной относительной погрешностью измерени .

На чертеже представлена функциональна  схема измерител .

Цифровой измеритель содержит генератор 1 меток времени, блок 2 прив зки, элемент И 3, первый счетчик 4, состо щий из декад 4.1 .- 4.k, второй счетчик 5, состо щий из декад 5.1 - 5.П, переключатель 6 сигналов коммутатор 7, формирователь 8 сигналов конЦа временного интервала, блок 9 индикации, формирователь 10 сигнала единицы измерени  и положени децимальной точки, первую 11 и вторую 12 входные шины и выходы 13 - 16 переключател  6.

Формирователь 8 сигналов конца временного интервала содержит (п+1) элементов И 17.1 - 17. (п+1), (п+1) триггеров 18.1 - 18.(п+1) и (п+1)- входовый элемент ИЛИ 19. ,

Блок 2 прив зки содержит элементы И 20 - 23, элемент 24 задержки и триггеры 25 - 27.

Формирователь 10 сигнала единшда измерени  и положени  децимальной точки содержит счетчик 28 и дешифратор 29.

Измеритель также содержит шину 30 запуска.

Перва  I1 и втора  12 входные шины подключены к первому и второму входам переключател  6 сигналов, третий вход которого соединен с генератором 1 меток времени, первый выход 15 подключен через первый вход эле- мента И 3 к первому счетчику 4, соединенному выходами всех k декад с блоком 9 индикации, второй выход 16 подключен к входу режима работы блока 9 индикации, третий 13 и четвер- тьй 14 выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока 2 прив зки, третий вход которого соединен с коммутатором 7 сигналов, первым выходом соединенным с вторым счетчиком 5, а вторым - с вторым входом элемента ИЗ, шина 30 запуска соединена с входами установки перво

го 4 и второго 5 счетчиков и с п тым и шестьм входами блока 2 прив зки, первый вход формировател  8 подключен к первому выходу блока 2 прив зки , а группа вторых п входов подключена к выходам п декад второго счетчика 5, выход формироват ел  8 соединен с четвертым входом блока 2 прив зки , третий выход которого соединен с первым входом формировател  10, второй вход которого соединен с шиной 30 запуска, а выходы подключены к входам установки блока 9 индикации. Формирователь 8 содержит (п+1)входовый элемент ИЛИ 19, (п+1) триггеров 18.1 - 18.(п+1) и (п+1) элементов И 17.1 - 17.(п+1), вход первого из которых  вл етс  его первым входом , входы остальных элементов И  вл ютс  группой вторых п входов формировател  8, вторые входы всех элементов И соединены соответственно с приемными выходами триггеров 18.1 - 18.(п+), входы обнулени  которых подключены соответственно к выходам одноименных элементов И 17.1 И 1.7.1 - 17. (п+1) и-соединены с соответствующим входом элемента ИЛИ 19, выход которого  вл етс  выходом формировател  8. Блок 2 прив зки содержит элементы И 20 - 23, элемент 24 задержки и триггеры 25 - 27, причем первые входы элементов И 20 и 21  вл ютс  первым и вторым входами блока 2 прив зки, третьим и шес тым входами  вл ютс  входы триггера 27, четвертым входом - первый вход элемента И 22, п тым входом - первый вход триггера 25, первым выходом выход элемента И 20, вторым - выход триггера 26, третьим - выход элемента И 23, первый вход которого объединен с первым входом элемента И 22, а второй вход соединен с первым выходом триггера 27, второй выход которого соединен с вторым входом элемента И 22, выходом соединенного с первьпч входом триггера 26, второй вход которого соединен с выходом

элемента 24 задержки, а выход - с вторым входом элемента И 20, выход триггера 25 соединен с вторым входом элемента И 21, выход которого соединен с входом элемента 24 задержки и

вторым входом триггера 25, выход каждого из п первых элементов И 17.1 - 17. (п+1) со единен с установочным входом каждого последующего (п+1)-го

триггера 18.1 - 18.(n+l), а установочный вход триггера 18.1 подключен к шине 30 запуска.

Формирователь 10 содержит счетчик 28 и дешифратор 29, причем счет- ньй вход счетчика 28  вл етс  первым входом формировател  10, вторым входом  вл етс  установочный вход счетчика 28, а выходом - выходы дешифратора 29, входы которого соединены с выходами разр дов счетчика.

Цифровой измеритель работает следующим образом.

В исходном положении переключатель 6 находитс  в положении, обеспечивающем коммутацию выбранного режима работы, коммутатор 7 соедин ет единичный вход триггера 27 с выходом соответствующей счетной декады 4.k с индикацией, генератор 1 фор-20на счетчик 4, где подсчитываютс , мирует последовательность сигналов Начина  с момента перехода триг: периодом следовани  Т, .триггерыгера 26 в единичное .состо ние, че18 .1, 25 и 27 наход тс  в состо нии,рез открытый логический элемент И 20

при котором на их единичных выходах,на счетчик 5 начинают поступать имсоединенных с соответствующими логи- 25пульсы образцового периода Т. Перческими элементами И, отсутствует раз-вый же импульс, по вившийс  на вы- решающий потенциал, счетчики 4 и 5 обнулены. Процесс измерени  начинаетс  с походе логического элемента И 20, пос.- тупает на вход счетчика 5 и на логический элемент И 17.1. Поскольку к

дачи на шину 30 запуска сигнала нача-30 этому моменту триггер 18.1 сигналом

ла измерени . При этом логический элемент И 22 закрываетс , а лог.ичес- кие элементы И 21, 23 и 17.1 открываютс  .

Дальнейша  работа цифрового измерител  зависит от положени  переключател  6, причем возможны три варианта работы измерител .

I вариант - режим изменени  час- тоты.

В этом режиме работы переключател  6 сигналов на его выходы 13 и 14 поступают импульсы образцового периода Тр, на выход 15 - сигналы частоты fj(, а на выход 16 поступает сигнал, обеспечивающий в блоке 9 индикацию

единиц измерени  частоты.:единичный выход триггера 27 открываИзмеритель родсчитывает количество ет элемент И 23 и сигнал с выхода периодов исследуемого сигнала за ин- элемента ИЛИ 19 проходит на вход тервал измерени  Т,, , равный 10 в це- 50 счетчика 28 формировател  10 сигналой степени секундам. Дл  уменьшени  погрешности квантовани  начало временного измерительного интервала TI совмещают с одним из импульсных сигналов исследуемой последователь- 55 периода Т, счетна  декада 5.1 пере- ности.

Первый же импульсньй сигнал частоты fX на выходе 14 проходит через

ла единицы измерени  и положени  децимальной точки.

После поступлени  на вход счетчи ка 5 дес ти импульсов образцового

полн етс , на ее выходе по вл етс  сигнал, который следует на входы ;втовой декады 5.2 и логического„элеоткрытый логический элемент И 21, поступает на вход триггера 25, перевод  его в нулевое состо ние и закры ва  логический элемент И 21, после

чего, будучи задержанным в элементе 24 зажержки, поступает на единичный вход триггера 26, переводит его в единичное состо ние, при котором логические элементы И 20 и 3 открываютс . Поскольку элемент 24 задержки задерживает 11мпульсный сигнал измер емой частоты на выходе I4 на врем , большее длительности 1тпульса, то ан алогичный импульс измер емой

частоты, поступающий на выход 15, не может пройти через логический элемент И 3. Все следующие импульсы измер емой частоты проход т через логический элемент И 3 и поступают

вый же импульс, по вившийс  на вы-

ходе логического элемента И 20, пос.- тупает на вход счетчика 5 и на логический элемент И 17.1. Поскольку к

запуска установлен в единичное состо ние , логический элемент И 17.1 дл  этого сигнала оказываетс  открытым , сигнал проходит через него, поступа  на нулевой вход триггера 18.1 и перебрасьгоа  его в нулевое состо ние, поступает на единичный вход следующего триггера 18.2, перевод  последний в единичное состо ние , а также через логический элемент ИЛИ 19 поступает на вход логического элемента И 23. Поскольку триггер 27 сигналом запуска переведен в нулевое состо ние, на выход логического элемента И 22 данный сигнал не проходит. В то же врем 

периода Т, счетна  декада 5.1 пере-

ла единицы измерени  и положени  децимальной точки.

После поступлени  на вход счетчи ка 5 дес ти импульсов образцового

периода Т, счетна  декада 5.1 пере-

полн етс , на ее выходе по вл етс  сигнал, который следует на входы ;втовой декады 5.2 и логического„элемента И 17.2. Этот элемент открыт, поэтому дес тый сигнал проходит че .рез логический элемент И 17.2 и поступает на нулевой вход триггера 18.2, возвраща  его в нулевое состо  ние, на единичный вход следующего триггера 18.3, перевод  его в единичное состо ние и, наконец, через логический элемент РШИ 19 поступает на вход логических элементов И 23 и 22. Через элемент И 22 импульс не проходит из-за нулевого состо ни  триггера 27, а через логический эле- мент И 23 импульс поступает каждый очередной раз на счетчик 28.

образом, на выходе логического элемента , I-fflH 1 9 последовательно по вл ютс  первый, дес тый, сотый, тыс чный и т.д. импульсы образцовых периодов Тр.

Одновременно с заполнением счетчика 5 проходит заполнение измер емой импульсной последовательности f счетчика 4. Коммутатор 7 (переключатель выбора погрешности) соедин ет со своим выходом один из входов в зависимости от выбранного значени  требуемой относительной horpemHOCTH измерени . Если требуетс  получить относительную ,погрешность измерени  не хуже 10, коммутатор 7 соедин 

выходом т-и декады

ет свой вход с счетчика 4.

При этом после подсчета счетчи41 Г П1V

10 импульсов измер емой последовательности на выходе коммутатора 7 по вл етс  сигнал, который поступает на вход триггера 27, переводит его в единичное состо ние и окрьшает тем самым логический элемен И 22 и закрывает элемент И .

При по влении сигнала на выходе элемента ИЛИ I9 он проходит через открытый логический элемент И 22 и поступает на нулевой вход триггера 26, переводит его в нулевое состо ние , закрыва  тем самым логические элементы И 20 и 3 дл  прохождени  соответствующих сигналов.

Измерение частоты f j закончено, при этом счетчик 4 подсчитал количество периодов частоты f,,которое больше 10, но меньше .

II вариант - режим измерени  периода.

В этом режиме подсчитьгааетс ,количество образцовых периодов Т, за интервал измерени  Т„, равный одном

- с 10 15

20

25

3089256

или О в целой степени .периодам исследуемого сигнала, причем в этом режиме работы переключател  6 на его выходы 13 и 14 поступают импульсы из Т

мер емого периода т,; те же импульсы поступают на вьпсод 15) и импульсы образцового периода 1 , а на выход 16 поступает сигнал, обеспечивающий в блоке 9 индикации индикацию единиц измерени  периода.

Работа измерител  начинаетс  с поступлени  сигнала на шину 30 запуска , в результате чего счетчики 4 и 5 и триггеры 18.1, 25 и 27 устанавливаютс  в исходное положение. Первый же после сигнала запуска импульс измер емой последовательности Ту на выходе 14, проход  через логический элемент И 21, возвращает триггер 25 в нулевое состо ние и через элемент 24 задержки поступает на вход триггера 26, который переводитс  в единичное состо ние, открьшает логические элементы И 20 и 3, в результате чего на счетчик 4 начинает поступать импульсна  последователь

о

ность с образцовым периодом Т

на счетчик 5 - сигналы измер емого

периода TX.

На выход логического элемента ИЛИ 19 поступают последовательно импульсы , завергаающие временные интервалы длительностью в один период Т (от начала единичного состо ни  триггера 26), в 10 периодов Т, в 100 периодов Т и т.д. Эти же импульсы через открытый элемент И 23 поступают в формирователь 10 сигнала единицы измерени  и положени  децимальной точки, который формирует сигнал, управл ющий положением децимальной точки в блоке 9 индикации. Задавшись требуемой относительной погрешностью измерени  Tj Ю, выход

коммутатора 7 подключают на выход т- и счетчной декады 4.т, и тогда после подсчета счетчиком 4 10 импульсов образцового периода Т., сигнал с выхода коммутатора 7 переводит

триггер 27 в единичное состо ние, запира  при этом элемент И 23. Ближайший после этого выходной импульс логического элемента ИЛИ 19 поступает через элемент И 22 на вход триггера 26, переводит efo в нулевое состо ние , закрывает логические элементы И 20 и 3 и прекращает тем самым подсчет импульсов счетчиками 4 и 5.

При этом счетчик 4 подсчитал количество импульсов, которое больше 10

III вариант - режим измерени  отношени  частот.

В этом режиме подсчитьшаетс  количество периодов частоты F, за интервал измерени  Ту,, равный одному или 10 в целой степени периодам ча- тоты F, причем в этом режиме работы переключател  6 на его выходы I3 и 14 поступают импульсы последовательности с частотой F 15 - импульсы

2, на выход последовательности с

частотой F ,а на выход 16 поступает

сигнал, обеспечивающий в блоке 9 индикации индикацию безразмерной величины , т.е. F, /F.

Работа измерител  начинаетс  с подачи сигнала на шину 30 запуска, в результате чего счетчики 4 и 5 и триггеры 18.1, 27 и 25 устанавливаютс  в исходное положение. Первый же после сигнала запуска импульс последовательности с частотой F на выходе 14 через логический элемент И 21 возвращает триггер 25 в нулевое состо ние и через элемент 24 задержки поступает на единичньш вход триггера 26, который переводитс  в единичное состо ние, открьшает логи- ческие элементы И 20 и 3, в результате чего на счетчик 4 начинает поступать импульсна  последовательность с частотой F, , а на счетчик 5 - им

пульсна  последовательность с часто- 35 шины, подключенные к первому и второтой F .

На выход логического элемента ИЛИ 19 поступают последовательно импульсы , завершающие начинаемую в момент начала единичного состо ни  триггера 26 серию временных измерительных интервалов Тц, последовательно равных одному периоду сигнала с частотой F,j,10 периодам этого сигнала , 100 периодам и т.д. Эти импульсы через открытый элемент И 23 ; поступают на счетчик 28 и через дешифратор 29 индицируют в блоке 9 индикации заданное положение децималь,- ной точки на результате индикации подсчитанного счетчиком 4 отношени  FI/F. Задавшись требуемой относительной погрешностью измерени  , J(F,/F) , выход коммутатора 7 подключают на выход т-й счетной .декады 4.т, и тогда после подсчета счетчиком 4 последовательности из 10 импульсов сигнала частотой F,, ,

25 30

089258

сигнал переполнени  декады 4.т через коммутатор 7 поступает на единичный вход триггера 27, переводит этот триггер в единичное состо ние,

5 отпира  элемент И 22 и запира  -элемент И 23.

Ближайший после этого сигнал с выхода логического элемента ИЛИ 19 поступает на нулевой выход тригге10 ра 26, переводит его в нулевое состо ние , запирает логические элементы И 20 и 3 и прекращает тем самым подсчет импульсов счетчиками 5 и 4. При эд-ом счетчик 4 к моменту прекраf5 щени  работы подсчитал количество импульсов, которое больше 10 .

Технические преимущества цифрового измерител  заключаютс  в автоматизации измерени , повьшгении оператив20 ности и упрощении обслуживани .

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   I. Цифровой измеритель частоты, длительности периода и отношени  частот, содержащий генератор меток времени, блок прив зки, элемент И, первый k-декадный и второй п-декад- ный счетчики, блок индикации, переключатель и коммутатор сигналов, шину запуска, соединенную с установочными входами обоих счетчиков и п тым и шестым входами блока прив зки , а также первую и вторую входные

   0

   5

   му входам переключател  сигналов, третий вход которого соединен с генератором меток времени, первый выход подключен через первый вход элемента И к первому счетчику, соединенному выходами всех k декад с блоком индикации, второй выход подключён к входу режима работы блока индикации, третий и четвертый выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока прив зки, третий вход которого соединен с коммутатором сигналов, первый выход которого соединен с вторым счетчиком, а второй 0 с вторым входом элемента И, о т л и- чающийс  тем, что, с целью сокращени  времени измерени , в него введены формирователь сигнала единицы Измерени  и положени  децимальной

   5 точки и формирователь сигналов конца временного интервала, первый вход которого подключен к первому выходу блока прив зки, а группа вторых п

   входов подключена к выходам п декад второго счетчика, выход формировател  сигналов конца временного интервала соединен с четвертым входом бло ка прив зки, третий выход которого соединен с первым входом формировател  сигнала единицы измерени  и положени  децимальной точки, второй вход которого соединен с шиной запуска, .а выходы подключеньг к входам установки блока индикации.

   I
2. 2. Измеритель по п.1, о тл и - тем, что формирователь сигнала конца временного интервала содержит (п+1)-входовый элемент ИЛИ, (п+1) триггеров и (п+1) элементов И, вход первого из кото- рых- вл етс  его первым входом, входы остальных элементов И. вл ютс  группой вторых п входов формировател , вторые входы всех элеме нтов И соединены соответственно с пр мыми

   выходами соответствующих триггеров, входы обнулени  которых подключены соответственно к выходам одноименных элементов И и соединены с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход, которого  вл етс  выходом формировател , при этом выход каждого из п первых элементов И соединен с установочным входом каждого последующего

   (п+1)-го триггера, причем установочный вход первого триггера подключен к шине запуска.
3. 3. Измеритель по п.1, о т л и - чающийс  тем, что формирователь сигнала единицы измерени  и положени  децимальной точки содержит счетчик и дешифратор, причем счетный вход счетчика  вл етс  первым его входом, вторым входом  вл етс 

   установочный вход счетчика, а выхо- лом  вл ютс  выходы дешифратора, входы которого соединены соответственно с выходами разр дов счетчика.