UA127443C2 - Цифровий частотомір - Google Patents

Abstract

Цифровий частотомір належить до контрольно-вимірювальної техніки та може бути використаний для вимірювання частоти у діапазоні від низьких до надвисоких частот. Цифровий частотомір містить вхідний формувач, D-тригер, два логічних елементи І, генератор зразкової частоти, два лічильники, блок обчислення та управління, що виконаний з можливістю задання значення похибки квантування, і дільник частоти. Додатково введений логічний елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО, вихід якого під'єднаний до першого входу другого логічного елемента І, другий вхід цього елемента під'єднаний до виходу генератора зразкової частоти і входу дільника частоти. Перший вхід логічного елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО з'єднаний з виходом D-тригера, першим входом першого логічного елемента І і входом перемикання напрямку підрахунку імпульсів другого лічильника. Другий вхід логічного елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО з'єднаний з виходом дільника частоти і D-входом D-тригера, а С-вхід D-тригера з'єднаний з другим входом першого логічного елемента І і безпосередньо або опосередковано з виходом вхідного формувача, вхід якого є входом пристрою. Виходи першого і другого логічних елементів І під'єднані до входів першого і другого лічильників відповідно, виходи двох лічильників з'єднані зі входами блока обчислення та управління, вихід якого під'єднаний до генератора зразкової частоти і дільника частоти. Також додатково введені послідовно з'єднані два дільники на 10 і мультиплексор, який виконаний з можливістю приймати послідовність імпульсів з виходу вхідного формувача, які подаються на вхід "0" мультиплексора і вхід першого дільника, та послідовність імпульсів з виходу першого дільника, які подаються на вхід "1" мультиплексора і вхід другого дільника, та послідовність імпульсів з виходу другого дільника, які подаються на вхід "2" мультиплексора, який виконаний з можливістю подавати на адресні входи мультиплексора сигнал вибору коефіцієнта ділення вхідної послідовності імпульсів з блока обчислення та управління, причому вихід мультиплексора з'єднаний з С-входом D-тригера і входом першого логічного елемента І. Технічний результат: виконання адаптивної зміни тактової частоти зразкового генератора залежно від умов вимірювання і зменшення методичної похибки вимірювання частоти.

Description

тригера і входом першого логічного елемента І. Технічний результат: виконання адаптивної зміни тактової частоти зразкового генератора залежно від умов вимірювання і зменшення методичної похибки вимірювання частоти. бі нн: дея ва ЖК о т ЕВ Я нн З

Фіг.

Винахід належить до контрольно-вимірювальної техніки та може бути використаний для вимірювання частоти у діапазоні від низьких до надвисоких частот.

Відомий цифровий частотомір 1), до складу якого входить порт прийому вхідного сигналу, який перетворює вхідний сигнал в послідовність імпульсів, перший лічильник, забезпечений першим регістром читання, порт прийому імпульсу вимірювального періоду і першу схему синхронізації, через яку вихід порту прийому імпульсу вимірювального періоду з'єднаний із входом управління першим регістром читання, генератор зразкової частоти, формуючий зразкові імпульси, другий лічильник, забезпечений другим регістром читання, засіб обробки і індикації, а також інвертор і другу схему синхронізації, при цьому порт прийому вхідного сигналу з'єднаний через другу схему синхронізації з тактовим входом першого лічильника, генератор зразкової частоти з'єднаний: з тактовим входом другого лічильника, з тактовим входом другої схеми синхронізації і через інвертор з тактовим входом першої схеми синхронізації, вхід управління другим регістром читання з'єднаний з виходом першої схеми синхронізації, а виходи кожного лічильника з'єднані через регістри читання лічильників із засобом обробки і індикації.

Схеми синхронізації виконані таким чином, що у відповідь на кожний вхідний імпульс формують вихідний імпульс, фронт якого співпадає з переднім фронтом імпульсів, які подаються на їх тактові входи.

Суттєвим недоліком такого частотоміра є велика методична похибка вимірювання частоти і обмежений діапазон вимірювання частоти.

При цьому верхня межа Ехітах цього діапазону визначається за формулою:

Ехтах-«0,5Т0, (1) а нижня межа Ехтіп діапазону вимірювання частоти цього пристрою визначається за наступною формулою:

Ехтіп 21/(бд"Тц), (2) де о - зразкова тактова частота, бд - відносна похибка вимірювання частоти,

Тц - час, необхідний для вимірювання частоти з заданою похибкою.

При 0-1 МГц, Тц-0,01 сек., бд-:0,1 95 будемо мати Ехтіп2100 кГц ії Ехтах«500 кГц

Найбільш близьким до запропонованого цифрового частотоміра є пристрій (|2| для вимірювання частоти, який містить вхідний формувач, О-тригер, два логічних елементи Ї, генератор зразкової частоти, два лічильники і дільник частоти, вихід якого під'єднаний до ЮО- входу тригера, вихід якого сполучений зі входами першого і другого логічних елементів І, вихід другого логічного елемента І підключений до другого лічильника, вихід першого логічного елемента І! під'єднаний до першого лічильника, вихід генератора зразкової частоти сполучений зі входом дільника частоти, а С-вхід тригера - з другим входом першого логічного елемента | і виходом вхідного формувача, вхід якого є входом пристрою, а виходи першого і другого лічильників - виходами пристрою, згідно з винаходом введені другий керований дільник частоти та блок обчислення та управління з можливістю задання значення похибки квантування, при цьому вихід задання коефіцієнта ділення блока обчислення та управління під'єднаний до відповідного входу другого дільника частоти, перший вхід якого підключений до виходу генератора тактової частоти і входу першого дільника частоти, вихід другого дільника частоти під'єднаний до другого входу другого логічного елемента І, виходи двох лічильників сполучені зі входами блока обчислення та управління.

Це дозволяє адаптивно задавати потрібну зразкову тактову частоту відповідно до наперед заданої похибки квантування, забезпечуючи безнадлишковість тактової частоти і зменшення споживаної потужності інтегральних мікросхем вимірювача частоти, але даний пристрій має велику методичну похибку вимірювання частоти.

В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для вимірювання частоти, в якому б передбачалась можливість адаптивної зміни тактової частоти зразкового генератора залежно від умов вимірювання і зменшення методичної похибки вимірювання частоти.

Поставлена задача вирішується тим, що цифровий частотомір містить вхідний формувач, О- тригер, два логічних елементи І, генератор зразкової частоти, два лічильники, блок обчислення та управління з можливістю задання значення похибки квантування і дільник частоти, введено, логічний елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО, вихід якого подано на перший вхід другого логічного елемента І, другий вхід цього елемента під'єднаний до виходу генератора зразкової частоти і входу дільника частоти, а перший вхід логічного елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО з'єднаний з виходом Ю-тригера, першим входом першого логічного елемента І і входом перемикання напрямку підрахунку імпульсів другого лічильника, другий вхід логічного елемента ВИКЛЮЧНЕ

АБО з'єднаний з виходом дільника частоти і Ю-входом тригера, а С-вхід тригера - з другим 60 входом першого логічного елемента І і безпосередньо або опосередковано з виходом вхідного формувача, вхід якого є входом пристрою, а виходи першого і другого логічних елементів І під'єднані до входів першого і другого лічильників відповідно, виходи двох лічильників сполучені зі входами блока обчислення та управління, вихід якого під'єднаний до генератора зразкової частоти і дільника для управління вихідною частотою генератора та коефіцієнтом поділу дільника при формуванні зразкового інтервалу часу.

Це дозволяє адаптивно задавати потрібну зразкову тактову частоту відповідно до наперед заданої похибки квантування.

Суть винаходу пояснюють креслення.

На фіг. 1 структурна схема запропонованого частотоміра зображена.

На фіг. 2 часові діаграми вимірювання частоти.

На фіг.3 схема частотоміра з розширеним частотним діапазоном вимірюваних частот.

Запропонований частотомір містить вхідний формувач 1, О-тригер 3, два логічних елементи

І 6,7, генератор зразкової частоти 5, два лічильники 8, 9, причому лічильник 9 - реверсивний, блок обчислення та управління 10, дільник 2 та логічний елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО 4.

Періодичний сигнал, частоту якого потрібно виміряти, подається на вхід вхідного формувача 1, який формує послідовність прямокутних імпульсів з крутими фронтами та зрізами (фіг. 2а).

Сформована імпульсна послідовність подається на тактовий С-вхід Ю-тригера З, Ю-вхід якого стробується з виходу дільника частоти 2, який формує перший часовий інтервал То (фіг. 26).

Одночасно на виході Ю-тригера З формується другий зразковий інтервал часу То" (фіг. 2г), такий, що його фронт відповідає імпульсу послідовності, який з'явився відразу після початку першого зразкового інтервалу, а зріз - імпульсу, який виник відразу після закінчення першого зразкового інтервалу часу. Перший інтервал часу То заповнюється імпульсами вхідної частоти їх (Фіг. 2в) і підраховується лічильником 8. Подані сигнали То ії То' на входи логічного елемента

ВИКЛЮЧНЕ АБО 4 формують на його виході два інтервали часу (фіг. г2д), які заповнюються зразковою частотою їо (фіг. 2е) і подаються на вхід другого лічильника 9 (фіг. 26). Під час першого інтервалу на виході лічильника 9 код буде зменшуватись на число т, під час другого - збільшуватись на число к. Під час формування зразкового інтервалу дільник 2 підраховує М імпульсів зразкової частоти їо (фіг. 2ж) Таким чином більш точно вимірюється перший зразковий інтервал часу вимірювання частоти.

Відповідно до потрібної похибки квантування визначається зразкова тактова частота: то-1АТо"бахі), (3) де То - перший зразковий інтервал часу.

Крім цього зразкова частота вибирається такою, щоб була мінімум в 10 разів більша, чим вхідна частота їх.

Після цього блок обчислення та управління 10 розраховує невідому частоту їх за формулою: їх-п"ТоДМ-т-К) (4).

Описаний частотомір може виміряти максимальну частоту, яку вирахуємо за формулою 1.

При т0-100 МГц Ехітах«е50 МГц.

Для розширення діапазону вхідних частот між вхідним формувачем 1 і рештою схеми частотоміра введемо додаткові дільники 11, 12 і мультиплексор 13 так, що послідовність імпульсів з виходу вхідного формувача 1 подається на вхід "0" мультиплексора 13 і вхід дільника 11, послідовність імпульсів з виходу дільника 11 подається на вхід "1" мультиплексора 13 ї вхід дільника 12, а послідовність імпульсів з виходу дільника 12 подається на вхід "2" мультиплексора 13. Дільники 11 і 12 мають коефіцієнт поділу 10. Вихід мультиплексора 13 з'єднаний з С-входом тригера З і входом логічного елемента І 6. Сигнал вибору коефіцієнта ділення вхідної послідовності імпульсів подається з блока обчислення та управління 10 на адресні входи А і В мультиплексора 13. Схема частотоміра з розширеним частотним діапазоном вимірюваних частот показана на фіг. 3.

Крім описаного частотоміра, даний спосіб вимірювання частоти легко може бути реалізований на АРМ-мікроконтролерах сімейства 5ІМЗ2(5ТМ), в яких тактова частота генераторів може змінюватись програмно завантаженням у відповідні регістри чисел множення і ділення частоти кварцового генератора. Система тактування і формування еталонної частоти мікросхем 32-розрядних АВМ-мікроконтролерів сімейства 5ТМ32 описана в роботі |З).

Технічний результат, отриманий після впровадження приведених змін - підвищення точності вимірювання частоти сигналу. Так при вимірюванні частоти генератора АОСОУЗА-10,00 МГЦ з короткостроковою стабільністю 5-1079, отримали при ї0-100 МГц, М-10000000, т-10, К-9 і часі вимірювання 1 сек. показання частотоміра їх-10000000,1 МГц і методичну похибку вимірювання частоти 10,

Джерела інформації: 60 1. Патент ВО 2210785 СХ018 23/10.

2. Патент ОА 79849 2018 23/00. 3. О.

Вальпа. "Современнье 32-разряднье АВМ-микроконтроллерьі серии 5ТМЗ32: система тактирования", Современная злектроника, Мо 6, 2013. С. 18-22.

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Цифровий частотомір, що містить вхідний формувач, ЮО-тригер, два логічних елементи |, генератор зразкової частоти, два лічильники, блок обчислення та управління, що виконаний з можливістю задання значення похибки квантування, і дільник частоти, який відрізняється тим, що містить додатково введений логічний елемент ВИКЛЮЧНЕ АБО, вихід якого під'єднаний до першого входу другого логічного елемента І, другий вхід цього елемента під'єднаний до виходу генератора зразкової частоти і входу дільника частоти, а перший вхід логічного елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО з'єднаний з виходом О-тригера, першим входом першого логічного елемента і входом перемикання напрямку підрахунку імпульсів другого лічильника, другий вхід логічного елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО з'єднаний з виходом дільника частоти і О-входом О-тригера, а С- вхід ЮО-тригера з'єднаний з другим входом першого логічного елемента І і безпосередньо або опосередковано з виходом вхідного формувача, вхід якого є входом пристрою, а виходи першого і другого логічних елементів | під'єднані до входів першого і другого лічильників відповідно, виходи двох лічильників з'єднані зі входами блока обчислення та управління, вихід якого під'єднаний до генератора зразкової частоти і дільника частоти.

2. Цифровий частотомір за п. 1, який відрізняється тим, що додатково введені послідовно з'єднані два дільники на 10 і мультиплексор, який виконаний з можливістю приймати послідовність імпульсів з виходу вхідного формувача, які подаються на вхід "0" мультиплексора і вхід першого дільника, та послідовність імпульсів з виходу першого дільника, які подаються на вхід "1" мультиплексора і вхід другого дільника, та послідовність імпульсів з виходу другого дільника, які подаються на вхід "2" мультиплексора, який виконаний з можливістю подавати на адресні входи мультиплексора сигнал вибору коефіцієнта ділення вхідної послідовності імпульсів з блока обчислення та управління, причому вихід мультиплексора з'єднаний з С- входом ЮО-тригера і входом першого логічного елемента І. схуі їх г Е з - У Й Я і ї ! і | і з се Ж фев т й я і Ку у КК КК КК КК КК КАТЮ КК КК ККУ КТК КК КТК КК ТУТ КК Кт

Фіг. 1