Цифровой частотомер

ОП ИСАЙ И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социапистических Республик(51)м, Кл. С 01 В 23/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения В, В. Дюняшев Харьковский институт радиоэлектроники(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР Изобретение относится к радио- измерительной технике, предназначено для измерения среднего значения частоты и может быть использовано в информационно-измерительной технике. 5Известны цифровые частотомеры, использующие счетно-импульсный метод измерения, К ним относится цифровой частотомер с непосредственным отсчетом частоты, содержащий формирова тель импульсов измеряемой частоты, генератор импульсов стандартной частоты, ключ и счетчик импульсов Ь 3Однако этот частотомер имеет узкий диапазон измерения частот. Кроме 35 того, результат измерения обратно- пропорционален измеряемой частоте, и для определения искомого значения частоты необходимо вычислительное устройство. 20 Из известных цифровых частотомеров такого принципа действия наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой частото 25 мер с подсчетом числа периодов измеряемой частоты 2).Укаэанный частотомер состоит из последовательно соединенных генератора стандартной частоты, формировате ля имтульсов стандартной частоты, делителя, триггера со счетным входом управляющего ключом, второй вход кото. рого соединен с формирователем импульсов измеряемой частоты, и счетчика импульсов.К недостаткам такого частотомера относится то, что он имеет значительную погрешность измерения, обусловленную погрешностью квантования.Погрешность квантования может быть уменьшена эа .счет увеличения времени измерения, т.е. быстродействие частотомера ограничивается требуемой точностью измерения.Целью изобретения является повышение точности.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор, первый формирователь, делитель, триггер, ключ и счетчик, а также второй формирователь, выход которого соединен со вторым входом ключа, дополнительно введены и параллельно соединенных каналов измерений, блок сравнения, два элемента ИЛИ и реверсивный счетчик, входы которого соответственно подключены к выходам счетчика и элементов ИЛИ, входы которых соединены с первыми и вторыми выходами блока сравнения, первая группа входов которого подключена к разрядным выходам счетчика, а вторая группа входов подключена к разрядным выходам о -каналов измерений, первые и вторые входы каждого канала 5 измерений соединены с выходом первого формирователя, третьи входы соединены с выходом второго формирователя, а четвертые и пятые входы первого канала измерений подключены к вы- Ы ходам триггера, при этом четвертые и пятые входы каждого последующего канала измерений подключены. к перво- и второму выходам предыдущего канала, а также тем, что каждый канал 15 измерений состоит иэ последовательно соединенных триггера, первого ключа и счетчика и второго и третьего ключей, выходы которых соединены со входами триггера. 20На фиг. 1 приведена структурная электрическая блок-схема цифрового частотомера, , на фиг. 2 -. временные диаграммы его работы.ЦиФровой частотомер содержит генератор 1, первый 2 и второй 3 формирователи, делитель 4, триггер 5, ключ 6, счетчик 7 и ц -каналов измерений 8:1 -; 8=о, каждый из которых состоит из первых 9=1 -; 9=и и вторых 10=1 10:п ключей, триггеров 11=1 ф 11=Ь, ЗО третьих ключей 12=1 в ; 12=0 и счетчиков 13=.1 в ; 13=Н , а также блок сравнения 14, первый и второй элементы ИЛИ 15 и 16 и реверсивный счетчик 17. В счетчиках 13=1 в ; 13=0 каждого 35 канала измерений использованы триггеры 18:1 в ; 18 щП и 19:1 -; 19= со счетными входами, а в блоке сравнения использован, например, набор логических элементов И 20-27. 40Цифровой частотомер работает следующим образом.При поступлении на его вход напряжения измеряемой частоты У формирователь 3 преобразует входное напряже ние в последовательность импульсов с периодом повторения Т-Ц 2 (Фиг. 2 а). С выхода генератора 1 стайдартной частоты поступает напряжение некоторой стандартной частоты ": . на вход щ формирователя 2 импульсов. С выхода формирователя 2 последовательность импульсов с периодом повторения ТОРЦУ (фиг. 26) поступает на вход делителя 4. Первым импульсом, арюедшим с выхода делителя 4, опрокидывается в единичное состояние триггер 5 со счетным входом (фиг 2 в 2 .гУ Это приводит к открыванию ключа 6, и импульсы измеряемой частотю начйнают подсчитываться счетчиком 7 69 (фиг. 2 д). С выхода формирователя 2 последовательность импульсов аосту" пает также на вход ключей 10=110 Я 7 и 12 а 1 -; 12 а. Вторые входы ключей первого канала соединены соответст венно с единичным и нулевым выхода-.ми триггера 5. Поэтому после переброса триггера 5 в состояние "1"ближайший по времени импульс стандартной частоты поступает черезключ 10-1 на вход триггера 11-1.Переброс последнего приводит к открыванию ключа 9-1, и импульсы измеряемой частоты начинают подсчитыватьсясчетчиком 13-1 (фиг, 2 е, 2 в),К выходам триггера 11-1 (соответственно к единичному и нулевому)подключены также ключи 10-2 и 12-2,поэтому после переброса этого триггера в состояние "1" ближайший по времени импульс стандартной частоты поступает через ключ 10-2 на вход установки "1" триггера 11-2. Импульсы измеряемой частоты через открывшийся ключ9-2 начинают поступать на вход счетчика 13-2.Аналогично происходит и отпирание третьих ключей остальных каналов.Второй импульс с выхода делителя 4 возвращают триггер 5 в первоначальное состояние. Это приводит к закрыванию ключей 6 (что прекращает подсчет импульсов Х в счетчике 7) и 10-1 и открыванию ключа 12-1. Поэтому ближайший по времени импульс стандартной частоты возвращает в первоначальное состояние триггер 11-1, ключ 9-1 закрывается и подсчет 1 в счетчике 13-1 прекращается.При поступлении последующих импульсов стандартной частоты закрываются третьи ключи остальных каналов.На этом цикл измерения заканчиваетСяеТаким образом, для повышения точности измерения производятся многократные измерения с последующим усреднением результата.Предположим, что число импульсов, подсчитанное счетчиком 7, равно А, Тогда легко показать, что показания счетчиков 13-"1 "; 13= и отличаются от показания счетчика 7 на единицу, т.е. равны А -1 или А +1. Поэтому в качестве счетчиков 131 -", 13:можно использовать два последовательно соединенных триггера 18=1 ". 18"-н и 191 Ь 19 еЬ со счетными входами. При этом;запоминается не все число Ах. -1 или А +1, а только два двоичнык младших его разрядов. Анализ состсянвй трИГгЕРОв 18 в 1 -; 18= и 19-1 - . 19"й и двух младших двоичных разрядбв счетЧика 7 пройэводится блоком сравнения 4 после окончания счета во всвх счетчиках. Для этого используется, например, набор логических элементов И 20-23, соединенных с элементом ИЛИ 15 и набор логических элементов Й 24-27, соединенных с элементоМ ИЛИ 16. Входы элементов И 20-23 соединены с выходами триггеров 18" 19 и двумя триггерами счетчика 7 таким образом, что при двоичномкоде триггеров счетчика 7, большем двоичного кода триггеров 18, 19, на выходе элемента ИЛИ 15 образуется единица, поступающая на нычитающий вход счетчика 17 а при обратном отношении кодов единица образуется на выходе элемента ИЛИ 16, соенщненном с суммирующим входом счетчика 17. При переписи содержимого счетчика 7 в счетчик 17 производится последовательный опрос триггеров счетчика 7. Со счетчика 7 имоульсы.посту пают соответственно на вход (К+1)-го и т.д. триггеров счетчика 17, т,е. таким образом в него заносится результат умножения содержимого счетчика 7 на-2" (предполагается, чтс 15 счетчики 7 и 17 - двоичные), После осуществления анализа состояния всех счетчиков результат можно прочитать следующим образом: состояние триггеров счетчика 17, начиная с (к+1)-го, будут соответствовать целой части полученной суммы, причем состояние (К +1)-го триггера соответствует младшему разряду целой части двоичного числа, а состояние К -го триггера соответствует старшему разряду дробной части полученной суммы, т.е. осуществлено ее деление на и . В результате проведенных операций получено усредненное значение измеряемой частоты Г.Использование параллельно включеиных каналов измерения выгодно отличает данный цифровой частотомер от известных, так как уменьшает погрешность получаемого результата при незначительном увеличении времени изме- рения. Формула изобретения401. Цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор, первый Формирователь, делитель, триггер, ключ и счетчик, а также нторой формирователь, выход которого соединен со вторым входом ключа, о т л и - ч. а ю щ и й с я тем, что, с целью понышения точности измерения, в него дополнительно введены и параллельно "оединенных каналов измерений, блок сравнения, два элемента ИЛИ и реверсивный счетчик, входы которого соот" нетственно подключены к выходам счетчика и элементов ИЛИ, входы которых соединены соответственно с первыми и вторыми выходами блока сравнения, первая группа входов которого подключена к разрядным выходам счетчика, а вторая группа входов подключена к разрядным выходам о -каналов измерений, первые и вторые входы каждого канала измерений соединены с выходом первого Формирователя, третьи входы соединены с выходом второго Формирователя, а четвертый и пятый входы первого канала измерений подключены к выходам триггера, при этом четвертые и пятые входы каждого последующего канала измерения подключены к первому и нторому выходам предыдуц 1 его канала.2. Частотомер по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждый из 11 каналов измерений состоит иэ последовательно соединенных триггера, первого ключа и счетчика, а также иэ второго и третьего ключей, выходы которых соединены с первым и вторым входом триггера, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходом каждого канала, а разрядные выходы счетчика являютчя разрядными выходами каналов, причем первые входы второго и третьего ключей являются первым и вторым входом каждого канала, второй вход первого ключа является третьим входом канала, а вторые входы второго и третьего ключей являются четвертым и пятым входом каждого канала. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Орнатский П,П. Автоматические измерения и приборы, Киев, фВища школа", 1971, с. 394.2. Ермолов Р.С. ЦиФровые частотомеры, Л., "Энергия", 1973, с. 6.771561 Фиг.1 ктор А. Грицен каз бб 87/ Тираж 1019ИИПИ Государственногопо делам изобретений35, Москва, Ж, Рауш Подписно комитета ССи открытийская наб.,4/ Филиал ППЛ "Патент", г. Ужг ная 4 бганСоставитель В. Муля дактор И. Шубина Техред Ж. Кастелевич