SU1725152A1 - Цифровой измеритель скважности пр моугольных импульсов - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  электрорадиоиз- мерений и может быть применено в системах контрол  и автоматического управлени . Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений. Цифровой измеритель скважности пр моугольных импульсов содержит генератор 1 опорной частоты , элементы И 2 -3, элемент И 6, элемент НЕ 8, счетчик 9, управл емый делитель 10 частоты, дополнительный счетчик 11, линию 25 задержки, формирователи 26 и 28 импульсов . Введение элементов И 4 - 5, триггера 7, дешифратора 1.2 нул , элементов ИЛИ 13 и 14, элементов И 15-17, блока 18 управлени , делител  19, элемента ИЛИ 20, регистра 21, счетчика 22 дробной части, блока 23 пам ти, счетчика 24 целой части и элементов И 27 и 29 позволило формировать значение и дробной части величины скважности . 4 ил.

Description

СП

С

vj

N3 СЛ

ОТ 1ЧЭ

Изобретение относитс  к применению электроизмерительной техники и может быть использовано в системах контрол  и автоматического управлени .

Известно устройство дл  измерени  скважности пр моугольных импульсов, содержащее генератор эталонных импульсов, три ключа, делитель частоты следовани  импульсов , три триггера, делитель частоты на два, логический элемент И, логический эле- мент НЕ и счетчик импульсов.

Недостатком этого устройства  вл етс  низка  точность.

Известно также устройство дл  измерени  скважности пр моугольных импульсов, содержащее генератор эталонной частоты, три ключа, два триггера, делитель, устройство выделени  заднего фронта импульсов и счетчик импульсов.

Недостатком данного устройства  вл - етс  невысока  точность измерени .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  цифровой измеритель скважности пр моугольных импульсов , содержащий генератор импульсов эталонной частоты, первый и второй ключи, управл емый делитель частоты следовани  импульсов и счетчик импульсов, дополнительные ключи и счетчик импульсов, а также два формировател  импульсов, линию за- держки и логический элемент НЕ, входна  шина соединена с первым входом первого ключа, а выход генератора импульсов эталонной частоты соединен с первым входом второго ключа и вторым входом первого ключа, выход которого через дополнительный счетчик импульсов и дополнительный ключ подключен к управл ющему аходу делител  частоты следовани  импульсов, а выход второго ключа через делитель частоты следовани  импульсов подключен к счетному входу основного счетчика импульсов, при этом входна  шина подключена к входу логического элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второго ключа, к входу линии задержки и входу первого формировател  импульсов, выход которого подключен к второму входу дополнительного ключа и к установочному входу основного счетчика импульсов, а выход линии задерж- ки через второй формирователь импульсов подключен к установочному входу дополнительного счетчика.

Выходной код N2 устройства определ етс  выражением

N2--fo j + 10

:Q,

где Т - период входного сигнала; т- длительность импульса;

/3 - число значащих цифр после зап той в выходном коде N2.

При частоте опорного генератора fo 106 Гцб дл  Т 10 2с, г - с, К f0 т /10/3 , максимальное значение , при этом К 5, a Q 200,00. Дл  повышени  точности, например, в 10 раз, надо либо увеличить f0 в 10 раз, что часто ограничено быстродействием используемых микросхем , либо увеличить количество измер емых периодов п в дес ть раз (п 10).

Таким образом, недостатком устройства  вл етс  ограниченна  точность измерени .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой измеритель скважности пр моугольных импульсов, содержащий счетчик, дополнительный счетчик, управл емый делитель частоты, генератор опорной частоты, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И (ключей), третий элемент И (дополнительный ключ), первый вход которого  вл етс  входом устройства , первый элемент НЕ, линию задержки и первый и второй формирователи импульсов, дополнительно введены триггер , счетный вход которого соединен с третьим входом четвертого элемента И, выходом третьего элемента И и входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом дес того элемента И и третьим выходом п того элемента И, первый и второй выходы триггера подключены соответственно к первым входам четвертого и п того элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора опорной частоты, выход четвертого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход которого подключен к установочным входам управл емого делител  частоты и дополнительного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ и первым входом дев того элемента И, а кодовый выход - с входом дешифратора нул , выход которого подключен к первому входу блока управлени , к установочному входу делител  и через первый вход третьего элемента ИЛИ к командному входу дополнительного счетчика, выход дев того элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, к выходу второго элемента И подключен делитель, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, и второй вход второго элемента ИЛИ, к третьему входу которого подключен выход п того элемента И, а выход второго элемента ИЛИ подключен к

счетному входу управл емого делител  частоты , выход которого соединен с первыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И и вторым входом блока управлени , выход первого элемента И подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, а второй вход соединен с первым выходом блока управлени , вторым входом дев того элемента И и вторым входом седьмого элемента И, выход которого подключен к входу регистра, кодовый выход которого соединен с управл ющим входом счетчика дробной части скважности, а командный выход - с третьим входом блока управлени , первый выход триггера через первый формирователь импульсов соединен с командным входом управл емого делител  частоты, второй выход триггера соединен с вторым входом дес того элемента И, выход которого через второй формирователь импульсов соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ и четвертым входом блока управлени , второй выход которого подключен к второму входу второго элемента И и второму входу восьмого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика дробной части скважности, кодовый выход которого соединен с первым входом блока пам ти, второй вход которого подключен к кодовому выходу счетчика целой части скважности, третий выход блока управлени  подключен к второму входу третьего элемента И и второму входу шестого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика целой части скважности, четвертый выход блока управлени  подключен к командному входу блока пам ти, а через линию задержки - к входам установки исходного состо ни  делител ,счетчика,регистра триггера и счетчиков целой и дробной частей скважности.

Традиционно формирование кода скважности производитс  путем измерени  числа вложений длительности импульса тили т /п в длительность одного или п периодов Т.

В данном случае формируетс  код, пропорциональный целому числу вложений интервала т в период Т, затем определ етс  код, пропорциональный разности целого числа вложений интервала т в период Т и реального значени  скважности, с помощью которого формируетс  код дробной части скважности. Причем при том же или меньшем времени измерени  и той же точности формировани  кода целой части скважности количество значащих цифр после зап той в коде скважности больше, а

следовательно, и точность измерени  выше .

На фиг.1 изображена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурна  схема блока управлени ; на фиг.З - временные диаграммы работы блока управлени  и цифрового измерител  скважности пр моугольных импульсов соответственно (масштаб в изображении импульсов частот

f0, fo/a, fo/a2 и так далее не соблюдаетс  из-за ограничени  размеров временной диаграммы ).

В устройстве (фиг.1) выход генератора 1 опорной частоты соединен с первыми входами первого 2 и второго 3 элементов И и вторыми входами четвертого 4 и п того 5 элементов И, первый вход третьего элемента И 6  вл етс  входом устройства, а его выход подключен к счетному входу триггера

7, третьему входу четвертого элемента 4 И и входу первого элемента НЕ 8, первый выход триггера 7 соединен с первым входом четвертого элемента И 4, выход которого соединен со счетным входом счетчика 9, выход

которого подключен к установочным входам управл емого делител  10 частоты и дополнительного счетчика 11,кодовый выход которого соединен с входом дешифратора 12 нул , выход которого через первый вход

третьего элемента ИЛИ 13 подключен к командному входу дополнительного счетчика 11, выход п того элемента И 5 подключен к третьему входу второго,, элемента ИЛИ 14, выход которого соединен со счетным входом управл емого делител  10 частоты, выход которого соединен с первыми входами шестого 15, седьмого 16, восьмого 18 элементов И и вторым входом блока 18 управлени , первый выход которого подключен к

вторым входам первого 2 и седьмого 16 элементов И, выход второго элемента И 3 соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 14 и с входом делител  19, установочный вход которого соединен с выходом дешифратора нул  12, а выход соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 20, выход которого соединен со счетным входом дополнительного счетчика 11, выход первого элемента И 2 соединен с вторым

входом первого элемента ИЛИ 20, выход седьмого элемента И 16 соединен с входом регистра 21, кодовый выход которого подключен к управл ющему входу счетчика 22 дробной части скважности, а командный выход-к третьему входу блока 16управлени , второй выход которого соединен с вторыми входами второго 3 и восьмого 17 элементов И, выход восьмого элемента И 17 соединен со счетным входом счетчика 22 дробной части скважности, выход которого подключен

к первому входу блока 23 пам ти, выход шестого элемента И 15 соединен со счетным входом счетчика 24 целой части скважности , выход которого соединен с вторым входом блока 23 пам ти, третий выход блока 18 управлени  соединен с вторыми входами третьего 6 и шестого 15 элементов И, четвертый выход - с командным входом блока 22 пам ти и через линию 25 задержки с входами установки исходного состо ни  счетчика, регистра, делител , триггера и счетчиков целой и дробной частей скважности , первый выход триггера 7 через первый формирователь 26 импульсов соединен с командным входом управл емого делител  10 частоты, выход первого элемента НЕ 8 соединен с первым входом дес того элемента И 27, второй вход которого подключен к второму выходу триггера 7, а выход через второй формирователь 28 импульсов соединен с четвертым входом блока 18 управлени  и вторым входом третьего элемента ИЛИ 13, второй вход дев того элемента И 29 соединен с первым выходом блока 18 управлени .

Первый вход блока 18 управлени  (фиг.2) соединен с первым входом одиннадцатого элемента И 30, выход которого соединен с входом сдвига 1 единицы влево (-1) регистра 31 сдвига, первый выход которого  вл етс  третьим выходом блока управлени , второй вход блока 18 управлени  соединен с первым входом двенадцатого элемента И 32, второй вход которого подключен к второму выходу регистра 31 сдвига 1, который  вл етс  первым выходом блока 18 управлени , третий вход блока 18 управлени  соединен с первым входом тринадцатого элемента И 33 и входом второго элемента НЕ 34, выход которого подключен к второму входу одиннадцатого элемента И 30, второй вход тринадцатого элемента И 33 соединен с первым входом блока управлени , четвертый вход последнего соединен с третьим входом четвертого элемента ИЛИ 35, выход которого подключен к входу сдвига 1 вправо +1 регистра 31 сдвига, четвертый выход которого через третий формирователь 36 соединен с четвертым выходом блока управлени  и второй линией 37 задержки, первый, второй и четвертый входы четвертого элемента ИЛИ 35 соединены с выходами двенадцатого 32 и тринадцатого 33 элементов ИЛИ и выходом второй линии 37 задержки соответственно, третий выход регистра 31 сдвига единицы подключен к второму выходу блока 18 управлени .

Блок 18 управлени  работает следующим образом.

При включении питани  в регистре 31 сдвига единицы устанавливаетс  на его первом выходе 1, т.е. на третьем выходе БУ, на трех остальных О. При этом измеритель

находитс  в режиме счета Ш , а затем счета . По окончании первого периода Тна входе измерител  на четвертый вход блока 18 управлени  поступает импульс выхода второго формировател  28. Регистр 31

сдвига единицы переводит 1 со своего первого выхода на второй. Одновременно по команде второго формировател  28 в дополнительный счетчик 11 записываетс  код NT . Измеритель переходит к вычислению

кода N Ал, который формируетс  при обнулении всех разр дов управл емого делител  10 частоты, поступившей на второй вход блока управлени , регистр 31 сдвига единицы переводит 1 на свой третий выход и

измеритель переходит в режим вычислени  кода NQI. Вычисление кода NQI заканчиваетс  при обнулении дополнительного счетчика 11. Импульс с выхода дешифратора нул  через первый вход блока 18 управлени  и одиннадцатый элемент 30 проходит на вход -1 регистра 31 сдвига единицы. При этом 1 устанавливаетс  на втором выходе регистра сдвига (первом выходе блока управлени ).

В исходном состо нии в старшем разр де регистра 21 установлен О. Измеритель переходит в режим определени  кода N Дт2 (аналогично N Дп), а затем кода NQ2. Эти внутренние циклы повтор ютс  b

раз, пока в старшем разр де регистра 21 не по витс  1. Тогда после вычислени  Nob при обнулении дополнительного счетчика 11 при наличии 1 на третьем входе блока 18 управлени  импульс по первому входу

проходит через тринадцатый элемент И 33 и четвертый элемент ИЛИ 35 на вход +1 регистра 31 сдвига единицы, что приводит к по влению импульса на выходе формировател  36, который переписывает в блок 23

пам ти коды целой и дробной части Q из счетчиков 22 и 24, затем через линию 25 задержки (с временем задержки ti) обнул ет счетчики 22, 24 и 9, устанавливает регистр 21, триггер 7 и делитель 19 в исходное состо ние , затем через вторую линию 37 задержки (с временем задержки t2 ti) через четвертый элемент ИЛИ 35 переводит 1 с четвертого выхода регистра 31 сдвига единицы на его первый выход (третий выход

блока 18 управлени ), т.е. переходит к следующему измерению Q.

Счетчик 22 дробной части Q представл ет собой b независимых декадных (двоично- дес тичных) счетчиков, все счетные входы

которых объединены, а входы разрешени  счета подекадно подключены к выходу QI регистра 21. Последний представл ет собой (Ь + 1)-разр дный регистр сдвига единицы, в котором в исходном состо нии присут- ствует на выходе первого разр да. Сдвиг 1 вправо в нем происходит при каждом обнулении управл емого делител  10 частоты при наличии 1 на втором выходе блока 18 управлени , т.е. после окончани  форми- ровани  кода очередной значащей цифры

после зап той NQI, i 1,2b.

Блок 23 пам ти, делитель 10 и счетчик

11при включении питани  не требуют установки исходного состо ни . Код скважности NQ записываетс  в блок 23 пам ти по окончании измерени  по команде блока 18 управлени  из счетчиков 22 и 24 и хранитс  там до окончани  следующего измерени  и записи нового кода.

Код NT переписываетс , а управл емый делитель 10 частоты и дополнительный счетчик 11 в соответствии с алгоритмом работы измерител  по командам первого 26 и второго 28 формирователей и дешифратора

12нул  соответственно.

Устройство работает следующим образом .

В исходном состо нии счетчик 9, делитель 19 и счетчик 22 дробной части скважно- сти обнулены, в регистре 21 и младшем разр де записана 1, в остальных О, в счетчике 24 целой части скважности в младшем разр де записана 1, в остальных О. На третьем выходе блока 18 управлени  вы- сокий потенциал, на остальных - низкий, на первом выходе триггера 7 высокий потенциал . При по влении первого импульса длительности т на входе измерител  элементы И 3 и 4 открываютс , импульсы с генератора 1 опорной частоты f0 поступают на счетный вход счетчика 9. По окончании импульса триггер 7 переходит во второе состо ние, элемент И 4 закрываетс , а элемент И 5 открываетс . К этому моменту в счетчике 0 сформируетс  код Ш fo-т и по командному импульсу от формировател  26 код N переписываетс  в управл емый делитель частоты, в котором устанавливаетс  коэффициент делени  К Nr . Импульсы часто- той f0 через п тый элемент И 5 и второй элемент ИЛИ 14 поступают на вход управл емого делител  10 частоты, с выхода которого импульсы с частотой fo/K через шестой элемент И 1.5 поступают на счетный вход счетчика 24 целой части скважности.

При по влении второго импульса длительности т , т.е. через период входного сигнала Т, п тый 5 и дес тый 27 элементы И

закрываютс , блок 18 управлени  по команде от формировател  28 переводит 1 со своего третьего на первый выход и тем самым закрывает третий 6 и шестой 15 элементы И и открывает первый 2 и седьмой 1 б элементы И. Одновременно в дополнительный счетчик 11 переписываетс  код N г . К этому моменту в счетчике 24 целой части скважности сформируетс  код

1+Ј(T-r).

В управл емом делителе 10 частоты в этот момент остаетс  код

N(5 1 T«f0- A Ti.f0,

где

ATi Т - Q -т.

Импульсы генератора 1 опорной частоты через первый элемент И 2, первый элемент ИЛИ 20 поступают на счетный вход дополнительного счетчика 11, работающего в режиме вычитани , а через дев тый элемент И 29 и второй элемента, ИЛИ 14 - на счетный вход управл емого делител  10 частоты до тех пор, пока с выхода управл емого делител  10 частоты не поступит первый импульс, который переводит в регистре 21 1 из первого разр да во второй, а блок 18 управлени  снимает высокий потенциал со своего первого выхода, переводит на второй выход и открывает второй 3 и восьмой 17 элементы И. Это произойдет при обнулении всех разр дов управл емого делител  10 частоты , при этом в дополнительном счетчике 11 формируетс  код

МДц T. ATvfo. . Импульсы частотой fa через второй элемент И 3, делитель 19с коэффициентом а 10 и первый элемента ИЛИ 20 поступают на вход дополнительного счетчика 11, а через второй элемент ИЛИ 14 - на счетный вход управл емого делител  10 частоты. Вычитание импульсов частотой fo/а из кода N Дт1

происходит до обнулени  дополнительного счетчика 11. Это врем  Дм определ етс  выражением

а ATi f0

Att

ATi.

Все это врем  с выхода управл емого делител  10 частоты через открытый восьмой элемент И 17 импульсы частотой fo/K поступают на первую дес тичную декаду счетчика 22 дробной части скважности. В результате в ней формируетс  код

NQI

а ДТ1 -f0 10AT1

f о ГТ

пропорциональный первой цифре значени  скважности после зап той

В управл емом делителе 11 частоты формируетс  код, пропорциональный остатку

N(52-Ј- f0 - AT2f0, где

10ATi

10-

.

По команде дешифратора 12 нул  в дополнительном счетчике 11 записываетс  код Nr , а блок 18 управлени  высокий потенциал переносит с второго выхода на первый, открываютс  первый 2 и седьмой 16 элементы И. В результате происходит формирова- ние кода N Ат2 AT2.fo аналогично описанному. Затем в регистре 21 происходит сдвиг 1 еще на один разр д, в делителе 19 устанавливаетс  коэффициент делени  а2 100, а блок 18 управлени  выдает разрешающий потенциал на свой второй выход. В результате импульсы с управл емого делител  10 частоты, поступа  на вторую дес тичную декаду счетчика 22 дробной части скважности, формируют там код

а ДТ2 fp 10 ATI f о t Т

NQ2-пропорциональный второй цифре после зап той значени  дробной части скважности. Этот процесс повтор етс  b раз, где b - требуемое значение значащих цифр после зап той.

По окончании циклов этого процесса регистр 21 со своего старшего ( Ь+1) разр да выдает команду, по которой блок 18 управлени  снимает высокий потенциал с второго выхода и формирует импульс на четвертом выходе, по которому коды , NQI, N02Моь переписываютс  в блок 23 пам ти , а импульс на выходе линии 25 задержки приводит все элементы схемы в исходное состо ние. Блок 18 управлени  переводит высокий потенциал на свой третий выход, и процесс измерени  повтор етс .

Формула дл  конечного кода всего устройства имеет вид NQ + + + ...

1+IzI + JzMl. +

(т-даг.10- 10ПЧ°И

.

v1

v2

Q + {Q}.10.10 + r{{Q}10}10. + ... {{{.;.{Q}10}10...}10.10 b Q + {Q} Q. Где Q - цела  часть числа; {Q} - дробна  часть числа. Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый измеритель скважности пр моугольных импульсов позвол ет повысить точность измерени  скважности без

существенного увеличени  времени измерени .

6

v1

При f0 10° Гц, Т , ,75.104 5 су известного устройства при времени измерени  Ти 0,1 с максимальна  точность измерени  - один знак после зап той, у предлагаемого устройства при Ти 0.103 с максимальна  точность измерени  - четыре

0 знака после зап той. Таким образом, незначительное изменение времени измерени  дает повышение точности измерени  на три пор дка.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   5 Цифровой измеритель скважности пр моугольных импульсов, содержащий счетчик , управл емый делитель частоты, дополнительный счетчик, первый и второй формирователи импульсов, элемент НЕ, ли0 нию задержки, генератор опорной частоты, выход которого объединен с первыми входами первого и второго элементов И, а также третий элемент И, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измере5 ний, в него дополнительно введены триггер, делитель, четвертый - дес тый элементы И, первый, второй и третий элементы ИЛИ, дешифратор нул , регистр, блоки пам ти и управлени , счетчики целой и дробной частей,

   0 причем выход генератора опорной частоты объединен с вторыми входами четвертого и п того элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами триггера соответственно, выход третьего

   5 элемента И, первый вход которрго  вл етс  входом измерител , объединен с счетным входом триггера, третьим входом четвертого элемента И и входом элемента НЕ, выход которого соединен с третьим входом п того

   0 элемента И и через последовательно включенные дес тый элемент И и второй формирователь импульсов подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ и четвертому входу блока управлени , выход второго эле5 мента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и через последовательно включенные делитель, первый элемент ИЛИ, дев тый элемент И и второй элемент ИЛИ подключен к счетному входу управл е0 мого делител  частоты, выход которого объединен с вторым входом блока управлени  и первыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И, первый выход блока управлени  объединен с вторыми входами

   5 седьмого, дев того и первого элементов И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй выход блока управлени  объединен с вторыми входами второго и восьмого элементов И, выход ко- торого подключен к счетному входу счетчика

   дробной части, третий выход блока управлени  объединен с вторыми входами третьего и шестого элементов И, выход которого подключен к счетному входу счетчика целой части , четвертый выход блока управлени  соединен с командным входом блока пам ти и через линию задержки подключен к входам установки начального состо ни  регистра, счетчика, делител , счетчиков дробной и целой частей и триггера, второй выход которого подключен к второму входу дес того элемента И, кодовый выход дополнительного счетчика через дешифратор нул  объединен с первым входом блока управлени  и первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с командным входом дополни0

   5

   тельного счетчика, выход седьмого элемента И соединен с входом регистра, кодовый выход которого подключен к управл ющему входу счетчика дробной части, а командный выход - к третьему входу блока управлени , первый и второй входыблока пам ти соединены , соответственно, с выходами счетчиков дробной и целой частей, первый выход триггера через первый формирователь импульсов подключен к командному входу управл емого делител  частоты, а выход четвертого элемента И соединен с счетным входом счетчика, выход которого объединен с установочными входами управл емого делител  частоты и дополнительного счетчика.

   -J to

   СЛ

   ui to

   Фиг. 3