Цифровой фазометр

(5) 4 С 25 0 БРЕТЕНИ ДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИ Н А 8 ТОРСКОМЪГ(56) Авторское свидетельство СССР У 1045155, кл. С 01 К 25/00, 1983.3 (54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР по авт. св. У 1045155, отличающийс я тем, что, с целью расширения, функциональных возможностей путем обеспечения и измерения частоты входного сигнала, в него введены шифратор кода секунды и синхронизатор, причем вход управления шифратора ко" да секунды соединен с первым входомсинхронизатора и с шестым выходомблока управления, выходы шифраторакода секунды соединены с входамиблока объединения, который снабжентретьей группой входов; второй итретий входы синхронизатора соединены соответственно с пятым и седьмымвыходами блока управления, четвертыйвход синхронизатора соединен с выходом знакового разряда сумматора,первый выход синхронизатора соединен с четвертым входом блока управления, второй и третий выходы синхронизатора соединены соответственно с входами первого и второго регистров сдвига, четвертый выход синхронизатора соединен с входом второго регистра сдвига.5 Кроме этого, синхронизатор 17 состоит из ключа 18, формирователя 19 сигналов сдвига вправо, формирователя 20 сдвига влево, реверсивного счетчика 21 импульсов,дешифратора 22, 40 первой схемы ИЛИ 23 и второй схемы ИЛИ 24.При этом входы фазометра через Формирователь 1 подключены к входу блока управления. Генератор 15 под ключен к входу синхронизатора 17 и через последовательно включенные ключ 10, счетчик 11, регистр 12 сдвига к второй группе входов сумматора 8, а также через ключ 3, счет чик 4, блок 5 вентилей, блок 6 объединения, регистр 7 к первой группе входов того же сумматора 8. Блок 2 управления подключен выходами к вторым входам ключей 3 и 10, блоку 5 55 вентилей, шифратору 16 кода секунды, блоку 9 вентилей, синхронизатору 17 и своими входами подключен к пер 1 1188Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано как для измерения фазовых сдвигов, так и частоты исследуемых сигналов при высокой точности изме рений и быстродействии устройства и является дополнительным к авт,св, В 1045155.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей. ОЭто достигается за счет высокоточного определения частоты сигнала за один измеряемый период путем сравнения измеренного периода сигнала с выбранной мерой времени в виде кода числа И, соответствующей секунде.На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.Цифровой Фазометр состоит из Фор мирователя 1, первый и второй входы которого подключены соответственно к первой и второй входным шинам устройства, блока 2 управления, первого электронного ключа .3, первого счет чика 4 импульсов, первого блока 5 ,вентилей, блока 6 объединения, регистра 7, сумматора 8, второго блока 9 вентилей, второго электронного клю. ча 10, второго счетчика 11 импульсов.З 0 первого регистра 12 сдвига, второго регистра 13 сдвига, блока 14 регистрации, генератора 15 импульсов, шифратора 16 кода секунды, синхронизатора 17.35 669вому и второму выходам синхронизатора, Знаковый регистр сумматора 8 соединен с входом регистра 13 сдвига и первым выходом синхронизатора 17, третий выход которого подключен к второму входу регистра 13 сдвига, подключенного выходами к блоку 14регистрации. Четвертый и пятый выходы синхронизатора соединены соответственно с управляющими входами регистра 12Информационные выходы сумматора 8 через блок 8 вентилей подключены к третьим входам блока 6 объединения, вторые входы которого соединены с информационными выходами шифратора 16 кода секунды.Устройство измеряет (за один пе- РиоД) фазовый сДвиг Чк межДУ ДвУмЯ синусоидальными сигналами или частоту Р одного из них в зависимости от положения ключа 18 и работает следующим образом.На входы формирователя 1 поступают синусоидальные сигналы П и П, частотой Р. Формирователь 1 преобразует входные синусоидальные сигналы в прямоугольные импульсы, передний фронт которых совпадает с переходами через нуль входных напряжений. Эти импульсы поступают на вход блока 2 управления, который формирует одновременно два прямоугольных импульса, имеющих длительности С,и (,. Длитель лность импульса о, пропорциональна фаэовому сдвигу между входными сигналами. Длительность 3 равна периоду исследуемого напряжения Т (Т = 1/Р)С помощью генератора 15 импульсов и электронных ключей 3 и 10 длительности импульсов с, ипреобразуютл Лся в числоимпульсные коды Б и Н, соответственно. Код И, фиксируется в счетчике 4 импульсов и при измерении частоты не используется. Код Н фиксируется в счетчике 11 импульсов. При этом лгде ь = 1/Е - период частоты кванкатования 2 .Измерение частоты исследуемого напряжения с помощью предлагаемого устройства (за один период) основано на определении количества целых периодов исследуемого напряжения и его дробных частей, которое укладывается во временной базе, равной 1 с. При этом вместо собственно временной базы3 1188 1 с используется ее числовой эквивалент М. Величина М определяется значением частоты генератора 15 импуль-. сов Е ь = М = 2 1 с.Это число М в предлагаемом устройстве формируется в прямом двоичном коде с помощью шифратора 16 кода секунды.Процесс определения частоты иссле дуемого сигнала Р в предлагаемом10 устройстве состоит из трех этапов: определения числа двоичных разрядов и, необходимых для представления целой части значения измеряемой частоты; формирование ш-разрядного двоич ного кода измеряемой частоты (ш - число двоичных разрядов цифровой части данного устройства; фиксация запя-той между целой и дробной частью кода измеренной частоты. 20Текущее число и двоичных разрядов, необходимых для представления целой части, измеряемой частоты, определяется с помощью неравенствап) Зов -ММг что эквивалентно совместному выпол нению неравенств Из последнего выражения следует,в-ачто с погрешностью +2 М , стремяс отп 1Мт О30 Решение этих неравенств осуществляется путем последовательного умножения числа Мт на 2, сравнения этих произведений с числом И, подсчета и фиксации числа и этих сравнений, 35 Эта операция в предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом. Из счетчика 11 импульсов код И-. записывается в регистр 12 сдвига и поступает на входы сумматора 8, ко торый имеет ш двоичных разрядов, не считая знакового. Двоичный код секунды М считывается с шифратора 16 кода секунды, записывается в регистр 7 и поступает на вторые входы сумма тора 8. В последнем формируется разность М - М , знак которой фиксирует ся в знаковом разряде сумматора 8.Если текущая разность М - МтО, то синхронизатор 17 формирует сигнал 50 управления сдвига на один разряд вле. во (в сторону старших разрядов) содержимого регистра 12 сдвига, При.этом код Мт сдвигается на один разряд влево,что эквивалентно умяожению 55 числа .М на 2, а в реверсивный счетчик 21 импульсов, который работает на сложение, поступает один импульс 669 4 После этого в сумматоре 8 формируется знак второй разности ИМ, Еслиэта разность положительна, то содержимое регистра 12 сдвига сдвигаетсяна разряд влево, и в реверсивныйсчетчик 21 импульсов поступает второй импульс. Если сумматор 8 зафиксировал и-ую разность с отрицательным знаком, то содержимое регистрадвига 22, равное 2 М , больше неа.сдвигается влево,. а в реверсивномсчетчике 21 импульсов фиксируетаядвоичный код числа и. Таким образом,приведенная система из двух неравенств решена и соответственно определено число разрядов и, необходимое для представления в данном измерении целой части значения измеряемой частоты. На этом первый этап работы устройства заканчивается. Отметим, что величина и может приниматьзначения О, 1, 2 ш в зависимости от значения величины Мт.На втором этапе устройство определяется в цифровой форме какое целое число периодов Т и какая дробнаячасть его укладывается во временнойбазе, равной 1 с. При этом оно формирует соответствующий двоичный кодчастоты,Для определения разрядных цифр01 ЫяК 0, (где ы; равно О или 1) этого кода данное устройство последовательно формирует ш разяностей: М - 2 И Ы,= ачйа= а а,.; 2 М, Ы,= а,1где Ы; - величина, тождественная знаку текущей а; разности, т.е. еслиа,О то Ы1, в противном случае К О,Отметим, что а 1 ) О и ы, = 1первая значащая цифра кода йзмереннойчастоты. При этом вес этой единицыравен 2. Из приведенных выраженийдля разности а, следует что приЫ;=1 (аО) величина 2 Мт исполь 3.1,зуется для определения разности а;В противном случае используется предыдущая разность. т.е. можно записатьвыражение 8=К (2 к,2 Ы й ж;.2 м ф 2 фа+с "+2 Ы+ 2 Мтщемся к нулю при увеличении числа щ, в числовом эквиваленте временной базы 1 с укладывается 2 +, ,+."., целых числовых эквивалентов пери 5 ода и определенная дробная егоо- в.мчасть 2 + +2. При этомОи 1фосумма членов, стоящих в правой части приведенного выражения, представляет собой численное значение кода 1 О измеренной частоты. Если последовательно запомнить с помощью регистра сдвига величину 0; , то после определения знака щ-й разности в регистре сдвига фиксируется параллельный 15 двоичный код измеренного значения частоты.Предлагаемое устройство выполняет описанные операции следующим образом. После первого сдвига в ре гистре 12 сдвига в сумматоре 8 всегда формируется положительная разность а = И - 2 И ) О. Знак перивой разности М, = 1 формируется в знаковом разряде сумматора 8 и записы вается в первый (младший) разряд регистра 13 сдвига. При этом текущее значение разности записывается в регистр 7. После этого. производится второй сдвиг содержимого регистра 12 ЗО сдвига вйраво, и в сумматоре 8 фор- мируется вторая разность а = а -2 И2 1 т Если вторая разность положительна, то в младший разряд регистра 13 сдвига записывается единица (м = 1). При этом единица, записанная в предыдущем цикле ( М = 1), сдвигается на разряд влево (в сторону старших разрядов),а код второй разности а записывается в регистр 7. Если разность а отрицательна, то в младший разряд регистра 13 сдвига записывается нуль ( К = 0), а в регистре 7 остается прежнее значение разности, т.е. разность а 1, В остальных щциклах устройство функционирует аналогично. После проведения щ циклов в регистре, 13 сдвига фиксируется щ-разрядный двоичный код, цифры М, которого являются значащими цифрами значения частоты исследуемого сигнала.Рассмотрим третий этап работы устройства. В данном устройстве символическая запятая, отделяющая целую и дробную части результата измеряемой частоты, привязана к щ-у разряду регистра 13 сдвига, Это обеспечивает. ся сдвигом содержимого регистра 13 сдвига на и разрядов влево. После этого дробная часть результата измерения всегда будет расположена в щ младших разрядах, а целая часть в и старших разрядах регистра 13 сдвига. Если Рм- максимальное значение измеряемой частоты, то для размещения ее целой части необходимо иметь пщ,двоичных разрядов. Величина и рпределяется с помощью соотношенияи, ) 1 оя Р,Таким образом, регистр 13 сдвига должен иметь щ + пмдвоичных разрядов. Сдвиг кода измеренного значения частоты производится следующим образом. При подаче импульсов сдвига на регистр 13 сдвига его содержимое последовательно сдвигается влево. Одновременно последовательнона единицу уменьшается значение кода и, зафиксированного в реверсивном счетчике 21 импульсов. На третьем этапе этот счетчик работает на вычитание импульсов, Сдвиг содержимого регистра 13 сдвига производится до тех пор, пока текущее содержимое реверсивного счетчика 21 импульсов не станет равным нулю.1188669 Составитель ШубинТехред А.Ач Корректор Й Па Редактор Гулько аказ 6740/4 Тираж 747 НИИПИ Государственно по делам изобретении 035, Москва, Ж, Родписно о комитета СССи открытийушская наб.д Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,илиал