SU966618A1 - Устройство дл измерени низких частот - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к цифровой измерительной технике и может найти применение дл  точного ускоренного измерени  сигналов низкой и инфракрасной частоты с представлением результата измерени  в единицах частоты . Известно устройство дл  измерени  частот, содержащее генератор опорной частоты, формирователь, ключ, счетчи импульсов, цифровое отсчетноеустpo iCTBo С ij. Недостатком этого устройства  вл етс  низкое быстродействие,обуслов ленное необходимостью вычислени  результата измерени  в цифровом отсче ном устройстве после выполнени  изме рени . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  низкочастотный цифровой час тотомер, содержащий формирователь,ге нератор опорной частоты, счетчики, управл емый делитель частоты 2, Измерение частоты в этом частотом ре основано на квантовании периода измер емой частоты с последующим делением посто нного числа на.резуль тат квантовани  периода. При этом измерении результат получают только после длительного промежутка времени преобразовани  Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи . Поставленна  цель достигаетс , тем что в устройство дл  измерени  низких 4actoT, содержацее формирователь периода, генератор опорной частоты, управл емый делитель час:тоты, первый и второй счетчики, и счетчик результата , введены блок сравнени  кодов, коммутатор, элемент ИЛИ, блок вентилей , блок управлени , триггер, первый и второ элементы И,,причем вход формировател  периода соединен с входной имной устройства а выход - с первыми входами блока управлени  и первого элемента И, второй вход которого -соединен с выходом генератора опорной частоты и первым входом второго элемента И, а выход первого элемента И подключен к входу первого счетчика, выходы которого соединены с первыми входами блока сравнени  кодов, вторые входы которогоподключены к первым выходам второго счётчика , а выход блока сравнени  кодов соединен с первыми входами коммута - тора W элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому - выходу блока управлени , а выход элемента ИЛИ соединен с первом входом второго счетчика, второй вход которого соеди нен с первым входом управл емого делител  частоты и выходом второго эле мента И, а вторые выходы второго счетчика соединены с первыми входами блока вентилей, второй вход которого подключен к второму выходу блока управлени  и в.торому входу коммутатор а выходы блока вентилей соединены с вторыми входами управл емого делител  частоты, третий вход которого (подключен к третьему выходу блока Vпpaвлeни , а выход управл емого деЬител  частоты соединен с первым входом триггера ивторым входом бло ка управлени , четвертый выход которого подключен к второму входу триггеров, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, первый, второй и третий выходы коммутатора подключены соответственно к первой, второй и третьей декадам счетчика результата. Измерение частоты устройством основано на квантовании периода из мер емой частоты с последующим делением некоторого посто нного числа - делимого N5 на результат квантовани  периода, в котором осуществл ют р д давлений, при этом в качестве первого (I 1) числа д, делимого используют число N 10- N5 где vn -равно целому числу, а в ка-, честве последующих { 2,3,4,...) чисел-делимых используют умноженный на 10 остаток от предыдущего делени , причем общим результатом измерени  считают р д чисел Np, где Npi - целочисленный результат i-ro делени . Весь процесс от начала измере ни  до момента получени  результата в устройстве осуществл ют за врем , существенно меньшее чем у известного устройства. Точность при этом остаетс  такой же, как при измерении частоты в известном устройстве. На чертеже изобргмкена структурна  схема устройства. Устройство содержит форми1рователь 1 периода, генератор 2 опорной частоты , управл емый делитель 3 частоты первый и второй счетчики 4 и 5, первую , вторую и третью декады 6-8 счет чика результата, первый и второй эле менты 9 и 10 И, элемент 11 ИЛИ, блок 12сравнени  кодов, блок 13 вентилей коммутатор 14, триггер 15 и блок 16 управлени . Дл  получени  результата измерени низкой частоты с индикацией результата в единицах частоты в известном устройстве необходима длительность Тц полного измерительного интервала TWVA ц Tip. ,Врем  измерени  превьшшет длительность одного или нескольких (п ) периодов Т, на величину времени преобразовани  Трр , величина которого достаточно больша . Врем  преобразовани  в известном устройстве используетс  не вполне рационально так как, например 0,1 Т -используетс  дл  получени  информации о всех значащих цифрах результата подсчета импульсов , кроме последней, а. дл  получени  информации о последнем знаке результата необходимо затратить 0,9 Трр. Аналогично дл  получени  информации о всех значащих цифрах результата , кроме двух последних значащих цифр, необходимо затратить врем  0,01Т,рО всех значащих цифрах результата , кроме трех последних значащих цифр 0,001 , и т.д. На основе этих рассуждений предлагаетс  раздельно определ ть- значащие цифры результата, дава  возможность существенно сократить преобразовани , а следовательно, получение окончательного результата. Предположим, что необходимо измерить частоту fy 968,4477 Гц,при этом период измер емой частотыfy равен Ту ,5802 мкс, частота следовани  тактовых импульсов f 100 МГц (TT 0,01 мкс). Дл  определени  указанной частоты с относительной погрешностью Af 10 посто нное число И ЮТ В известном устройстве при частоте тактовых импульсов . 100 МГц и периодеТт . 1032,5802 мкс в каждый временной интервал Т укладываетс  N 103258 периодов тактовых импульсов , так как NT- Т,/Т 1032,5802:0,01 103258,02 (10 мкс;. Тогда число импульсов N{ пропорциональных частоте f.y за временной интервал Ту , будет 96844, так как N N. 103258 96844,79. 1 т Врем  преобразовани  в известном устройстве будет Т г .-10 100 с, что, в основном, определ ет врем  изменени . Дл  определени  измер емой частоты в предлагаемом устройстве прежде всего как и в известном формируют временный интервал, равный периоду измер емой частоты, и определ ют число импульсов N. , соответствующих периоду Tj(. Поскольку процесс квантовани  периода производитс  сигналами от генератора тактовых импульсов с периодом Т. 0,01 мкс, то результат квантовани  N 103258. Первый результат делени  в предлагаемом устройстве производ т посредством делени  на N не числа 10 как в известном устройстве, а числа N 461 10 10 при п 4, Тогда чирло, N . пропорциоьальное частоте fy , будет tif N, / NT--

: 103258 9,684976. Из этого числа в результате фиксируетс  цела  его часть, т.е. 9, а остаток используетс  дл  формировани  второго числа делимого . Врем  преобразовани  первого временного интервалаTfip - 10 : 10 Второе число-Тделимоё формируют -как умноженна  на 10 разность между перилм делимым и произведением результата делени  на число N

N (N.-N -N )-10(.103258)10 5a b ±1 Т . 706780.

Второй цикл преобразовани  происходит как и в первом случае, т.е. определ ют число и„ , пропорционлльное частоте f , Nj /N 706780 : : 103258 6,8447965, врем  преобразовани  второго временного интервала

Т1р2

прг 706780/10 7-10с.

Целую часть результата .e. 6) Q фиксируют дл  общего результата, а остаток используют дл  Формировани  третьего числа - делимого.

В дальнейшем процессы повтор ютс , 15 И° только со своими численными значени ми , которые сведены в таблицу.

Процесс преобразовани  заканчиваю автоматически на i-ом цикле, максимальное значение которого определ етс  допустиА рй погрешностью измере ни  частоты. Дл  выбранного примера Результат измерени  формируетс  следующим образом. Целочисленные результаты отдельны делений при первом () цикле делени  H 9, при втором i. 2 цикле NJ 6, при третьем i 3 - ° Н- 8 и т.д г составл ют р д. Р д NJ. дает исло 96844..., что соответствует коду частоты f.Децимальна  точка (зап та  в дес тично выражении значени  частоты) может устанавливатьс  автоматически, исход  из выбранного пор дка, числа N значени  п и частоты заполнени  при измерении длительности периода. При выбранных значени х N, п , f результат определени  измер екюй час тота будет f 968,44, что в свою очередь равно fy : 1:1032,5802 мкс 968,44777 Гц. Как видно из расчетов определение f в предлагаемом устройстве получен тот же результат. Нетрудно оценить, выигрыш во времени , получаемый при работе устройства . . Обща  длительность процесса вычислени  составл ет сумму временных затрат в каждом i-ом цикле и при 5-ти циклах составл ет Tj (10 + „ f 7 + 8,7 + 4,6 + 4,9).10 2,52-10 с, Выигрыш во времени при этом (Т„./Т 100 : 0,0352 2841 составл ет более чем 2800 раз. Устройство дл  осуществлен 1  способа работает следующим образом. В исходном состо нии первый и второй счетчики 4 и 5, а также перва , втора  и треть  декады 6-8 счетчика результата обнулены. Первый и второй

элемент 9 и 10 И заперты соответствующими напр жени ми с выходов формировател  1 периода и триггера 15. Остальные элементы схемы готовы к работе.

Работа устройства происходит в два этапа - этап измерени  и этап преобразовани .

Процесс измерени  начинаетс  с момента поступлени  на вход формировател  1 периода напр жени  измер емой частоты. Формирователь 1 образует временной интервал, равный периоду измер емой частоты и готовит к работ блок 16 управлени . Одновременно на врем  Т открываетс  первый элемент И 9 и с генератора 2 опорной частоты н перВЕ1й счетчик 4 поступает |х| импульсов . Процесс преобразовани  начинаетс  по окончании временного интервала Ту. Блок 16 управлени  вводит в управл емый делитель 3 частоты код, соответствующий числу W. Это число становитс  коэффициентом делени  управл емого делител  3. После установки коэффициента делени  в управл емом делителе 3 -блок 16 управлни  переводит триггер 15 в состо ние когда на его выходе присутствует высокий потенциал, открывающий второй элемент 10 И; второй счетчик 5 и управл емый делитель 3 частоты начинают заполн тьс  импульсами тактовой частоты. В момент совпадени  кодов первого и второго счетчиков 4 и 5 блок 12 сравнени  кодов вырабатывает сигнал, который -через коммутатор 14 поступает на первую счетную декаду 6 и через элемент ЮШ на первый установочный вход второ . го счетчика 5.

Таким образом, в первую декещу 6 .счетчика результата записываетс  код числа N, второй .счетчик 5 после каждого срабатывани  схемы сравнени  кодов начинает счет с нул . После того, как на управл емый делитель 3 частоты поступит чисшо импульсов равное Nf, он срабатывает и на его выходе по вл етс  импульс, поступающий на триггер 15 и блок 16 управлени . Триггер 15 перебрасываетс  и запирает второй элемент 10 И. Блок 16 управлени , вырабатывает сигнал, поступающий на коммутатор 14, котоЕ ый под воздействием этого сигнала отключает от своего сигнального входа первую декаду б и подключает к нему вход второй декады 7. Кроме того, этот же сигнал с блока 16 управлени  поступает на блок 13 вентилей , который открываетс  и переносит код остатка от первого делени  из второго счетчика 5 на второй вход управл емого делител  3, но таким образом, чтсби коэффициент делени  управл емого делител  3 был в 10

раз больше кода остатка второго счетчика 5 (дл  этого достаточно двоично-дес тичный код первой декады второго счетчика 5 передать на вторые входа второй декады управл емого делител  3, код второй декады второго счетчика 5 передать на вторые входы третьей декады управл емог делител  3 и т.д.). После этого блок 16 управлени  через элемент 11 ИЛИ сбрасывает второй счетчик 5, в нуль, а сигналом -на триггер 15 открывает второй элемент 10 Ни начинает второй цикл преобразовани  - делени 

1чи9лаЫ15, 10 (N5«-Nj/«Ч код N периода измер емой частоты.

, -..- ,

В дальнейшем устройство работает аналогично до тех пор, пока не будут заполнены все младшие декады счетчика результата.

Claims (2)

1.Орнатский П.П. Автоматические измерени  и приборы. Киев. Вища школа, 1973, с. 404-406.

2.Авторское свидетельство СССР 359604, кл; G 01 R 23/10, 1972 (прототип). ,