Цифровой частотомер

О П И С А Н И Е ги 600469ИЗОБРЕТЕНИЯ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических(22) Заявлено 12.04,76 (21) 2347895 гг 21 л.б 0 с присоединение заявкиосударственный комитет овета Министров СССР(45) Дата опубликования описания 05.07.78) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР Из нике рени вах огрешность квантования 6 обретение относится к импульсной техи может быть использовано для измея среднего значения частоты в устройстинформационно-измерительной техники.Известен цифровой частотомер с непосред ственным отсчетом частоты, содержащий формирователь импульсов измеряемой частоты, генератор импульсов, формирователь импульсов стандартной частоты, ключ и счетных импульсов 11. 10Недостатком указанного частотомера является узкий диапазон измерения частот. Кроме того, результат измерения обратно пропорционален измеряемой частоте, и для определения искомого значения частоты необходи 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 где 1 и - время измерения,7,. - 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 гг 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 гг каналов соединены с входами дополнительного триггера, а вторые входы третьих дополнительных3ключей соединены с выходом второго формирователя; последовательно соединенные блоксравнения, первый элемент ИЛИ, включенныймежду первыми выходами блока сравненияи первым входом реверсивного счетчика, атакже второй элемент ИЛИ, включенныймежду вторыми выходами блока сравнения ивторым входом реверсивного счетчика, третий вход которого соединен с первым выходомосновного счетчика, причем вторые выходыосновного счетчика соединены с первыми входами блока сравнения, а вторые входы последнего соединены с третьими выходами дополнительных счетчиков каждого из и каналов измерения.На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема цифрового частотомера, где показан только один из и каналов измерения;на фиг. 2 - временные диаграммы работыцифрового частотомера,Цифровой частотомер содержит генератор1, первый 2 и второй 3 формирователи, делитель 4, основной триггер 5, основной ключ 6,счетчик 7 и п каналов измерения, каждый изкоторых состоит из первых 8-1 - 8-гг и вторых9-1 - 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 13сравнения, первый 14 и второй 15 элементыИЛИ и реверсивный счетчик 16.В качестве дополнительных счетчиков12-1 - 12-п использованы триггеры 17-1 - 17-пи 18-1 - 18-п со счетными входами, в качествеосновного счетчика 7 - триггеры 19 и 20, Вблоке 13 сравнения использован набор логических элементов И 21 - 28. На вход 29 устройства подается напряжение измеряемой частоты.Работает цифровой частотомер следующимобразом,11 ри поступлении на вход 29 напряженияизмеряемой частоты г. формирователь 3 преобразует входное напряженис в последовательность импульсов с периодом повторения1,= - (см, фиг. 2, а). С выхода генератора 11Ухстандартной частоты поступает напряжениенекоторой стандартной частоты 1 е на входформирователя 2 импульсов стандартной частоты. С выхода формирователя 2 последовательность импульсов с периодом повторения1Т,= - (см. фиг. 2,б) поступает на вход деУолителя 4. Первым импульсом, пришедшим свыхода делителя 4, опрокидывается в единичное состояние основной триггер 5 со счетнымвходом (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 такжена входы дополнительных ключей 8-1 - 8-п и9-1 - 9-и. Вторые входы этих ключей соединсны соответственно с единичным и нулевым 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бО 65 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. Переброс 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. 11 оэтому 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 1, , , полученные на выходе каналов и, разделив сумму на п, получаем усредненное значение частотыУх, Ух, + + Ухи1 ри этом погрешность получаемого результата уменьшается в п раз по сравнению с погрешностью результата однократного измерения.Такое измерение известно, но производимое последовательно во времени, оно требует огромной затраты времени. Время измерения уВЕЛПЧИВЯЕТСЯ В Игизм.ед раЗ, Гдв алием.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 Р а точность измерения увеличивается в рг.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 А,+1. Поэтому в качестве счетчиков 12-1 - 12-и 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-гг и 18-1 - 18-п счетчиков 12-1 - 12-и и триггеров 19 и 20 счетчика 7, являющихся младшими разрядами двоичного числа, производится блоком 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 двоичного5кода, 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 .Использование параллельно включенных каналов измерения выгодно отличает данный цифровой частотомер от известных, так как уменьшается погрешность получаемого результата при незначительном увеличении времени измерения.Формула изобретенияЦифровой 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 п 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 1 О первого и второго дополнительных ключейсвязаны с выходом первого формирователя, а их 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 ключей соединены с выходом второго формирователя; последовательно соединенные блок сравнения, первый элемент И,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 3 О измерения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы. Киев, изд-во Вища школа, з 5 1971, с. 19.2, Цифровые электроизмерительныс пр;:бары, Под ред. Шляндина В. М, М., Эерги" 1972, с. 27.600469 Ваничев то Тираж 1122омитета Совета Министровобретений и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/5 одписпо Заказ 1525/7НПО оставитель В, НазароТехред Л, Гладкова Изд. М 423суда рственного по делам из 13035, Москва,ипография, пр. Сапунова. 2 ектор Л, Денискина