SU788021A1 - Цифровое устройство дл измерени низких частот - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике и вычислительной технике и может найти применение в цифровых частотомерах и аналого-цифровых преобразователях.

Известно устройство [1], основанное на квантовании периода измеряемой частоты F с последующей реалиэацией выражения *F = kF, (1)

Т_Т

- число, пропорциональное измеряемой частоте;

- код периода;

- некоторое постоянное число, равное количеству импульсов эталонной частоты f₃, накоп- *0 ленных за время измерения Т_м после квантования периода, этого устройства явля-

Недостатком ется большое время измерения, вследствие чего для получения искомого результата требуется несколько периодов измеряемой частоты.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее блок 30 кодирования периода измеряемой частоты, счетчик-делитель эталонной частоты, счетчики результатов, блок элементов переноса, коммутатор [2].

Недостатком этого устройства является большое время измерения, связанное с тем, что вначале определяется значение измеряемой частоты с точностью до Гц путем подсчета импульсов ίχ в течение заданного интервала времени, а каждое уточнение на соответствующую долю Гц требует затраты времени, большего периода частоты и зависящего от величины f\.

Кроме того, это устройство имеет сложное построение, что обусловлено, прежде всего наличием схемы с управляемым коэффициентом пересчета и схемы сравнения фаз опорной и конусной последовательности импульсов.

Цель изобретения - повышение быстродействия измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровое устройство для измерения частоты, содержащее блок кодирования периода, первый вход которого соединен с шиной измеряемой частоты, счетчикаделитель, первый вход которого подключен к шине эталонной частоты, блок элементов переноса, коммутатор, первый вход которого соединен с выходом счетчика-делителя, выходы коммутатора подключены ко входам блока счетчиков результата, введены вычитающий счетчик и элемент задержки, причем. счетный вход вычитающего счетчика подключен к шине эталонной частоты, шина опорной частоты соединена со вторым входом блока кодирования периода, выход которого подключен к разрядным вторым входом комэлемент задержки со нуля счетчика-дели20 входам счетчика-делителя, выход каждого разряда которого через блок элемен-*'* тов переноса кодов соединен со входом следующего, старшего по порядку разряда вычитающего счетчика, выход которого соединен непосредственно с управляющим входом блока элементов переноса кодов и мутатора и через входом установки теля.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Устройство содержит блок 1 кодирования периода измеряемой частоты импульсами опорной частоты f _п , счетчик-делитель 2 эталонной частоты , вычитающий счетчик 3 , блок 4 элементов переноса кодов со сдвигом на один разряд влево (в сторону старших разрядов) , коммутатор 5, состоящий из блока 6 элемента И и распределителя импульсов 7, блок 8 счетчиков резуль-30 тата и элемент задержки 9.

Работает устройство следующим образом.

В блоке 1 образуется код периода измеряемой частоты, равный N _т = f_on / £_ч-35 Импульсы эталонной частоты fg поступают на входы счетчиков 2 и 3. Каждый раз при равенстве числа в счетчике 2 с числом Ν_τ в блоке 1 счетчик-делитель 2 выдает импульс, поступающий через открытый элемент И 6-1 на вход счетчика 8-1.

Импульсы на выходе счетчика-делителя появляются, как известно, с частотой следования, равной f = .¾ = ϋ . f ι Мт Son *

Заполнение счетчика 8-1 происходит · до тех пор, пока счетчик 3, работающий в режиме вычитания, не окажется в нуДе. При этом число , предварительно устанавливаемое в счетчике 3, выбирается таким образом, чтобы величина Νρ, вычисляемая по формуле (1);, численно равнялась F/A^K, где А ос^эвание системы^счисления, т. е.

Ц F . Н‘ ' А* ’ где k =, -1 при изменении Лах [ А ' — А°] Гц к .= 0 при 1-10 Гц F = к = 1 при 10-100 Гц F

- Следовательно, при обнулении счётчика, 3 в счетчике 8’ образуется число'45 (2) fx в преде60 [А° —A¹1 Гц = [А¹-А²] Гц

2^е” г представляющее целую часть частного от деления N_s на N и являющее· собой старший разряд кода искомой частоты F. В счетчике 2 будет находиться остаточное число )N , меньшее N _т.

Следующие разряды, число которых зависит от требуемой точности измерения, образуются следующим образом. '

В момент, когда в счетчике 3 устанавливается нуль, сигналом с его выхода остаточное число )n^¹^h3 счетчика 2 посредством блока 4 переноса со сдвигом на один разряд в сторону старших разрядов (выход ϊ-го разряда счетчика 2 соединен через соответствующий элемент И в блоке переноса со входом i + 1-го разряда в счетчике 3) заносится в счетчик 3. Кроме того, этот сигнал через элемент задержки 9 устанавливается затем в 0 счетчика 2 и поступает на вход распределителя 7 импульсов. В последнем случае изменяет,ся состояние распределителя для прохождения импульсов с выхода счетчикаделителя через элемент И 6-2 на вход счетчика 8-2. Перенос остатка ьЦЧ* из счетчика 2 в счетчик 3 со сдвигом на один разряд в сторону старших разрядов соответствует умножению остатка на величину А. Поэтому при прежнем функционировании устройства, значение следующего разряда кода частоты f* , получаемого в счетчике 3-2, будет равен целой части частного от деления А - |N на Ν_τ, т . е.

^NT

Остаток заносится со сдвигом влево на один разряда в счетчик 3 для получения последующего разряда кода измеряемой частоты в счетчике 8-3 и т. д.

Продолжительность цикла Т_ц получения значения разряда в каждом счетчике 8 (за исключением старшего разряда в декаде 8-1, время получения которого задается Тц) зависит от остатка и равна

Т_ц = А | ^Tg (4)

Очевидно, что время Тц будет находиться в пределах < Тц < A jr (5)

Отсюда, используя (2)

	(max) Тц	<	А · Son f э ’ S *	(6)
Если	значение f	X	ДОЛЖНО' быть	представ-
лено	η-разрядным	ЧИСЛОМ, ТО,	задав-
шись	условием
	(шах) Тц	=	X _ 1 h -

и с учетом (6) , можно записать . А'£к -I____ £ _э £* ¹¹ £ а ’ откуда5

Ц = А · η · f_on(7)

Подставляя (7) в (3), имеем

А · h - f _оп _ £*10 £ · -СД К ^{1 х}оп t и откуда f_u = η · А · ДК*'¹ (8)

По (7) и шения (8) определим N₅ из соотно-

(9)

За время Т_и определяется старший разряд кода частоты F, а время нахождения каждого из последующих (η-l) разрядов определяется выражением (4).

Предлагаемое у сгройство позволяет увеличить быстродействие и точность измерения.

_ч Следует отметить, что время изме- 30 рения t может оказаться заведомо меньше периода Т, если ф значение η взять больше числа разрядов, которыми должна быть представлена искомая частота fy. Например, для f* = (1-) Гц, д' - 35 = 0,1%, при η = 10 (f₃ = 10 Гц), t будет меньше 0,4 Т, поскольку число требуемых разрядов равно 4.

Преимуществом устройства является также то, что на выходе его имеем код равный измеряемой частоте.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к измерительной технике, автоматике и вычислительной технике и может найти применение в цифровых частотомерах и ан лого-цифровых преобразовател х. Известно устройство 1, основанное на квантовании периода измер емой частоты F с последующей реализацией выражени  4 kF, (1) N - число, пропорциональное измер емой частоте; N - код периода; Т - некоторое посто нное число, равное количеству импульсов эталон ной частоты fg , накоп ленных за врем  измерени  Тд, пооле кванто вани  периода. Недостатком этого устройства  вл  етс  большое врем  измерени , вследствие чего дл  получени  искомого результата требуетс  несколько перио дов измер емой частоты. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство, содержащее блок кодировани  периода измер емой частоты , счетчик-делитель эталонной частоты , счетчики результатов, блок элементов переноса, коммутатор рП. Недостатком этого устройства  вл етс  большое врем  измерени , св занное с тем, что вначале определ етс  значение измер емой частоты f- с точностью до Гц путем подсчета импульсов fx S течение заданного интервала времени, а каждое уточнение на соответствукадую долю Гц требует затраты времени, большего периода частоты f и завис щего от величины f. Кроме того, это устройство имеет сложное построение, что обусловлено, прежде всего наличием схемы с управл емым коэффициентом пересчета и схемы сравнени  фаз опорной и конусной последовательности импульсов. Цель изобретени  - повышение быстродействи  измерени . , Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровое устройство дл  измерени  частоты, содержащее блок кодировани  периода, первый вход которого соединен с шиной измер емой частоты, счетчик- делитель , первый вход которого подключен к шине эталонной частоты, блок элементов переноса, коммутатор. «ервый вход которого соединен с выХодом счетчика-делител , выходы коммутатора подключены ко входам блока счетчиков результата, введены вычитающий счетчик и элемент задержки, причем , счетный вход вычитающего счетчика подключен к шине эталонной частоты шина опорной частоты соединена со вто рым входом блока кодировани  периода выход которого подключен к разр дным входам счетч.ика-делител , выход каждо го разр да которого через блок элемен тов переноса кодов соединен со входом следующего, старшего по пор дку разр да вычитающего счетчика, выход которого соединен непосредственно с управл ющим входом блока элементов переноса кодов и вторым входом коммутатора и через элемент задержки со входом установки нул  счетчика-делител . На чертеже показана функциональна схема устройства. Устройство содержит блок 1 кодиро вани  периода измер емой частоты f импульсами опорной частоты f чик-делитель 2 эталонной частоты f3, вычитающий счетчик 3/ блок 4 элементов переноса кодов со сдвигом на оди разр д влево (в сторону старших разр дов ) , коммутатор 5, состо щий из блока 6 элемента И и распределител  импульсов 7, блок 8 счетчиков резул тата и элемент задержки 9. Работает устройство следующим образом . В блоке 1 образуетс  код периода измер емой частоты, равный Ny оп Импульсы эталонной частоты fg поступ ют на входы счетчиков 2 и 3. Каждый раз при равенстве числа в счетчике 2 с числом N в блоке 1 счетчик-делитель 2 выдает импульс, поступающий через открытый элемент И 6-1 на вход счетчика 8-1. Импульсы на выходе счетчика-делител  по вл ютс , как известно, с час тотой следовани , равной э f ,с(2) т Ion Заполнение счетчика 8-1 происходит до тех пор, пока счетчик 3, работающий в режиме вычитани , не окажетс  в nyjie. При этом число N предварительно устанавливаемое в счетчике 3, выбираетс  таким образом, чтобы величина NP, вычисл ема  по формуле (1);, численно равн лась Г/д, где А ос14рвание системы счт1слени , т. е. «Э Г F где k , -1 при изменении f в пределах ГА- А ГЦ k О при 1-10 Гц F ГА -А Jru k 1 при 10-100 Гц F А-А ГЦ Следовательно, при обнулении счет чика, 3 в счетчике 8 образуетс  числ , представл ющее целую часть астного от делени  N на N и . вл ющеесобой старший разр д кода искоой частоты F. В счетчике 2 будет наодитьс  остаточное число N , меньее N -J.. Следующие разр ды, число которых зависит от требуемой точности измерени , образуютс  следующим образом. В момент, когда в счетчике 3 устанавливаетс  нуль, сигналом с его выхоа остаточное число счетчика 2 посредством блока 4 переноса со сдвигом на один разр д в сторону старих разр дов (выход i-го разр да счетчика 2 соединен через соответствующий элемент И в блоке переноса со входом i + разр да в счетчике 3) заноситс  в счетчик 3. Кроме того, этот игнал через элемент задержки 9 устанавливаетс  затем в О счетчика 2 и оступает на вход распределител  7 имульсов , в последнем случае измен етс  состо ние распределител  дл  прохождени  импульсов с выхода счетчикаделител  через элемент И 6-2 на вход счетчика 8-2. Перенос остатка счетчика 2 в счетчик 3 со сдвигом на один разр д в сторону старших разр дов соответствует умножению остатка на величину А. Поэтому при прежнем функционировании устройства, значение следующего разр да кода частоты fy , получаемого в счетчике 3-2, будет равен целой части частного от делени  А - 5N на N, т.е. С. Остаток I NJf заноситс  со сдвигом влево на один разр да в счетчик 3 дл  получени  последующего разр да кода измер емой частоты fy в счетчике 8-3 и т. д. Продолжительность цикла Тц получени  значени  разр да в каждом счетчике 8 (за исключением старшего разр да в декаде 8-1, врем  получени  которого задаетс  Тц) зависит от остатка и равна Т Очевидно, что врем Гц будет находитьс  в пределах О Тц А э Отсюда, использу  (2) (max) Тц э- , Если значение f должно быть представлено п-разр дным числом/ то, задавшись условием -Л1 L и с учетом (6), можно записать -I fvivi fi. откуда S А -п . f Подставл   (7) в (3), имеем --oiL r -Ji «on-U Аоткуда j n . A л По (7) и 8) определим N, из COOTH шени  За врем  Т определ етс  старший р р д кода частоты F, а врем  нахожд ни  каждого из последующих (п-1) р р дов определ етс  выражением (4). Предлагаемое у сгройство позвол е увеличить быстродействие и точность измерени . Следует отметить, что врем  изм рени  t может оказатьс  заведомо м ше периода Т, если-О значение n вз больше числа разр дов, которыми дол на быть представлена искома  часто f)(. Например, дл  fy (1-) Гц, 6 0,1%, при n 10 (fg 10 Гц), t будет меньше 0,4 Т, поскольку число требуемых разр дов равно 4. Преимуществом устроПства  вл етс  также то, что на выходе его имеем код равный измер емой частоте. Формула изобретени  Цифровое устройство дл  измерени  низких частот, содержащее блок кодировани  периода, первый вход которого соединен с шиной измер емой частоты, счетчик-делитель, первый вход которого подключен к шине эталонной частоты, блок элементов переноса, коммутатор, первый вход которого соединен с выходом счетчика-делител , выходы коммутатора подключены ко входам блока счетчиков результата, отличающеес  тем, что, с целью повьыени  быстродействи  измерений, в него введены вычитающий счетчик и элемент задержки, причем счетный вход вычитающего счетчика подключен к шине эталонной частоты, шина опорной частоты соединена со вторым входом блока кодировани  периода, выход которого подключен к разр дным входам счетчика-делител , выход каждого разр да которого через блок элементов переноса кодов соединен со входом следующего , CTajHiiero по пор дку разр да вычитающего счетчика, выход которого соединен непосредственно с управл ющим входом блока элементов переноса кодов и вторым входом коммутатора и через элемент задержки со входом установки нул  счетчика-делител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Орнатский П. П. Автоматические измерени  и приборы. М., Советское радио, 1973, с. 396-397.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 365660, кл. G 01 R 23/00, 1971.