Цифровой частотомер

Цифровой частотомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ц 600469

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.04.76 (21) 2347895/21 с присоединением заявки № (23) Приорптет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (15) Дата опубликования описания 05.07.78

:- х (51) М. Кл. G OIB, 23/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.761 (088.8) (72) Авторы изобретеш1я

В. Е. Тырса, О. И. Антонова и В. В. Дюняшсв

Харьковский институт радиоэлектроники (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения среднего значения частоты в устройствах информационно-измерительной техники.

Известен цифровой частотомер с непосредственным отсчетом частоты, содержащий формирователь импульсов измеряемой частоты, генератор импульсов, формирователь импульсов стандартной частоты, ключ и счетных импульсов (1). 10

Недостатком указанного частотомера является узкий диапазон измерения частот. Кроме того, .результат измерения обратно пропорционален измеряемой частоте, и для определения искомого значения частоты необходи- 15 мо вычислительное устройство.

Из известных цифровых частотомеров наиболее близким по технической сущности является цифровой частотомер с подсчетом числа периодов измеряемой частоты, состоящий из последовательно соединенных генератора стандартной частоты, формирователя импульсов стандартной частоты, делителя, триггера со счетным входом, управляющего ключом, второй вход которого соединен с формирователем импульсов измеряемой частоты и счетчиком импульсов (2).

Недостатком такого частотомера является начительная погрешность измерения, обусловленная погрешностью квантования. 30

Погрешность квантования 6в= Лгде t„— время измерения, t,. — измеряемая частота.

Погрешность квантования может быть уменьшена за счет увеличения времени измерения, Быстродействие частотомера ограничивается требуемой точностью измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Достигается это тем, что в цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор, первый формирователь, делитель, основной триггер, основной ключ и основной счетчик, а также второй формирователь, выход которого соединен со вторым входом основного ключа, дополнительно введены и параллельно соединенных каналов измерения, каждый из которых состоит из двух дополнительных ключей, последовательно соединенных дополнительного триггера, третьего дополнительного ключа и дополнительного счетчика, причем первые входы первого и второго дополнительных ключей соединены с выходом первого формирователя, а нх вторые входы — с первым и вторым выходами основного триггера, выходы первого и второго дополнительных ключей каждого из и каналов соединены с входами дополнительного триггера, а вторые входы третьих дополнительных

600469

3 ключей соединены с выходом второго формирователя; последовательно соединенные блок сравнения, первый элемент ИЛИ, включенный между первыми выходами блока сравнения и первым входом реверсивного счетчика, а также второй элемент ИЛИ, включенный между вторыми выходами блока сравнения и вторым входом реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с первым выходом основного счетчика, причем вторые выходы основного счетчика соединены с первыми входами блока сравнения, а вторые входы последнего соединены с третьими выходами дополнительных счетчиков каждого из п каналов измерения.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема цифрового частотомера, где показан только один из п каналов измерения; на фиг. 2 — временные диаграммы работы цифрового частотомера.

Цифровой частотомер содержит генератор

1, первый 2 и второй 3 формирователи, делитель 4, основной триггер 5, основной ключ 6, счетчик 7 и п каналов измерения, каждый из которых состоит из первых 8-1 — 8-п и вторых

9-1 — 9-и дополнительных ключей, дополнительных триггеров 10-1 — 10-п, третьих дополнительных ключей 11-1 — 11-и и дополнительных счетчиков 12-1 — 12-п, а также блок 13 сравнения, первый 14 и второй 15 элементы

ИЛИ и реверсивный счетчик 16.

В качестве дополнительных счетчиков

1"-1 — 12-п использованы триггеры 17-1 — 17-п и 18-1 — 18-п со счетными входами, в качестве основного счетчика 7 — триггеры 19 и 20, В блоке 13 сравнения использован набор логических элементов И 21 — 28. На вход 29 устройства подается напряжение измеряемой частоты.

Работает цифровой частотомер следующим образом, 11ри поступлении на вход 29 напряжения измеряемой частоты t„. формирователь 3 преобразует входное напряженис в последовательность импульсов с периодом повторения I „= — (см. фиг. 2, а). С выхода генератора 1

fx стандартной частоты поступает напряжение некоторой стандартной частоты tp на вход формирователя 2 импульсов стандартной частоты. С выхода формирователя 2 последовательность импульсов с периодом повторения

Tp= — (см. фиг. 2,б) поступает на вход деfo лителя 4. Первым импульсом, пришедшим с выхода делителя 4, опрокидывается в единичное состояние основной триггер 5 со счетным входом (см. фиг. 2,в,г). Это приводит к открыванию ключа б, и импульсы измеряемой частоты начинают подсчитываться счетчиком 7 (см. фиг. 2,д). С выхода формирователя 2 последовательность импульсов поступает также на входы дополнительных ключей 8-1 — 8-п и

9-1 — 9-п. Вторые входы этих ключей соединсны соответственно с единичным и нулевым

05 выходами триггера 5. Поэтому после переброса триггера 5 в состояние «1» ближайший по времени импульс стандартной частоты поступает через ключи 8-1 — Ь-и на вход триггеров

10-1 — 10-п. Г1ереброс последних приводит к открыванию ключей 11-1 — 11-п, и импульсы измеряемой частоты начинают подсчитываться счетчиками 12-1 — 12-и (см. фиг. 2,е,ж).

Второй импульс с выхода делителя 4 возвращает триггер 5 в первоначальное состояние. Это приводит к закрыванию ключей 6 и

8-1 — 8-п и открыванию ключей 9-1 — 9-п. 11îэтому ближайший по времени импульс стандартной частоты возвратит в первоначальное состояние триггеры 10-1 — 10-п, ключи 11-1—

11-и закрываются. На этом цикл измерения заканчивается.

Таким образом, для повышения точности измерения производятся многократные измерения с последующим усреднением результата. Просуммировав значения частоты j... ..., f» полученные гга выходе каналов и, разй делив сумму на п, получаем усредненное значение частоты

f" - - f-. .+ + fõ,, lх и

11ри этом погрешность получаемого результата уменьшается в )In раз по сравнению с погрешностью результата однократного измерения.

Такое измерение известно, но производимое последовательно во времени, оно требует огромной затраты времени. Время измерения

pÂeëï÷èÂ2ñIñÿ в изыдем. ед раз, где гием. ед вре мя однократного измерения.

В данном устройстве время измерения увеличивается всего лишь на период повторения импульсов стандартной частоты, а при использовании многоканального частотомера время измерения увеличивается незначительно — на гг Fp, а точность измерения увеличивается в ) n.

Предположим, что число импульсов, подсчитанное счетчиком 7, равно А„. Тогда можно сказать, что показания счетчиков 12-1—

12 п отличаются от показаний счетчика 7 на единицу, т. е. равны А„— 1 или A„+1. Поэтому в качестве счетчиков 12-1 — 12-п можно использовать два последовательно соединенных триггера 17-1 — 17-п и 18-1 — 18-п со счетными входами. При этом запоминается не все число, а два младших его разряда. Анализ состояний триггеров 17-1 — 17 п и 18-1 — 18-п счетчиков 12-1 — 12-и и триггеров 19 и 20 счетчика 7, являющихся младшими разрядами двоичного числа, производится элоком 13 после окончания счета в обоих счетчиках.

Для этого используем набор логических элементов И 21 — 24, соединенных с элементом ИЛИ 14 и набор логических элементов И

25 — 28, соединенных с элементом ИЛИ 15.

Входы элементов 21 — 24 соединены с выходами триггеров 17 — 20 так, что при двоичном коде триггеров 19 и 20, меньшем двоичного

600469 гю о

5 кода, и на выходе элемента ИЛИ 14 образуется единица, поступающая на вычитающий вход счетчика 16, а при обратном отношении кодов — единица образуется на выходе элемента ИЛИ 15, соединенном с суммирующим входом счетчика 16.

При переписи содержимого счетчика 7 в счетчик 16 производится последовательный опрос триггеров счетчика 16. Со счетчика 7 импульсы поступают на вход второго триггера счетчика 16, т. е. таким образом в счетчик

16 заносится результат умножения содержимого счетчика 7 на «2». После осуществления суммирования счетчиком 16 результат можно прочитать следующим образом: состояние триггеров счетчика 16, начиная со второго, будут соответствовать целой части полученной суммы, причем состояние второго триггера соответствует младшему разряду целой части двоичного числа. Состояние первого триггера счетчика 16 соответствует старшему. разряду дробной части полученной суммы, т. е. осуществлено деление на 2. В результате проведенных операций получено усредненное значение измеряемой частоты f„.

Использование параллельно включенных каналов измерения выгодно отличает данный цифровой частотомер от известных, так как уменьшается погрешность получаемого результата при незначительном увеличении времени измерения.

Формула изобретения

Цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор, первый формирователь, делитель, основной триггер, основной ключ и основной счетчик, а также второй формирователь, выход которого соединен со вторым входом основного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены и параллельно соединенных каналов измерения, каждый из которых состоит из двух дополнительных ключей, последовательно соединенных дополнительного триггера, третьего дополнительного ключа и дополнительного счетчика, причем первые входы

1п первого и второго дополнительных ключей связаны с выходом первого формирователя, а их вторые входы — с первым и вторым выходами основного триггера, выходы первого и второго дополнительных ключей каждого из п каналов соединены с входами дополнительного триггера, а вторые входы третьих дополнительных ключей соединены с выходом второго формирователя; последовательно соединенные блок сравнения, первый элемент 11. Ы и реверсивный счетчик, а также второй элемент ИЛИ, включенный между вторыми выходами блока сравнения и вторым входом реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с первым выходом основного счетчика, причем вторые выходы основного счетчика соединены с первыми входами блока сравнения, а вторые входы последнего соединены с третьими выходами дополнительных счетчиков каждого из и каналог

ЗО измерения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы. Киев, изд-во «Вища школа», 1971, с. 19.

2, Цифровые электроизмерительныс пр;:ба ры, Под ред. Шляндина В. М, М., «Энерп"

1972, с. 27.

600469

Фиг. 2

Составитель В. Назарова

Техред Л. Гладкова Корректор Л, Денискина

Редактор Н. Ваничева

Типография, пр. Сапунова. 2

Заказ 1525/7 Изд. ¹ 423 Тираж 1122 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5