Цифровой фазометр-частотомер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 14 1)4 В. 25/О ПРИ ТЕНИЯ АНИЕ И ТВУ КОМУ СВИДЕТ(57) Изобретениеционно-преобразотельной техникезовано при созданизмерительных пр ОМЕТР-ЧАСТОТОМЕР относится к информ ательной и измериможет быть исполь ии комбинированных боров и функционал геры 6 и 8, содержсумматор СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯГКНТ СССР 4236615/24-2125.03.8707.04.89, Бюл.У 13Б.А.Кудряшов и В,В.Макаров621317.77(088.8)Авторское свидетельство СС199, кл. С 01 Б. 25/08, 197торское свидетельство СССР496, кл. 6 01 В. 25/08, 197 1Изобретение относится к информационно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано при создании комбинированных измерительных приборов и функциональных преобразователей для одновременного измерения периода, временного сдвига, частоты и разности фаз периодических сигналов.Цель изобретения " повышение быстродействия.На фиг. приведена функциональная схема цифрового фазометра-частотомера; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Фазометр-частотомер состоит из измерителя 1 временных интервалов, содержащего счетчик 2, регистры 3 и 4, формирователь 5 импульсов и триг 7, накапливающего сумматораащего замкнутые в кольцо9 и регистр 10, генератора .: ных преобразователей для одновременного измерения периода, временногосдвига, частоты и ра ти фаз периодических сигналов. од и временной сдвиг измеряются путем заполнения соответствующих временных интервалов тактовой частотой опорногогенератора. Полученные в результатеэтого цифровые коды заносятся в регистры и преобразуются с помошью счетчика, накапливающего сумматора и сумматора в коды частоты и разностьфаз. Повышение быстродействия достигается за счет циклической работыустройства по тактовой частоте опорного генератора. 2 ил. 2 С:11 тактовой частоты, элемента 12запрета, элемента 13 совпадения,блока 14 инверторов, сумматора 15,счетчика 16 и регистров 17 и 18.Измерительный и опорный входы измерителя 1 подключены к источникамизмеряемого и опорного сигналов соответственно, а тактовый вход к выходу фффффгенератора 11, который также подклю- ф.фчен через элемент 12 запрета к входу фЬсинхронизации сумматора 8 и счетному Я)входу счетчика 16, выход периодаизмерителя 1 подключен к информационному входу сумматора 8, выход сдвига через блок 14 к первому входу сумматора 15, а выход установки черезэлемент совпадения 13 - к входамустановки счетчика 16 и сумматора 8,информационный выход которого подключен к второму входу сумматора 15,а выход переноса - к запрещающемувходу элемента 12 запрета, второмувхцу элемента 13 совпадения и входусинхронизации регистра 17, информационный вход которого подключен квыходу счетчика. 16 и информаци"5онному входу регистра 18, входомсинхронизации подключенного к выходупереноса сумматора 15, выходы же регистров 17 и 18 являются выходамифазометра-частотомера, по частотеи разности Фаз соответственно, приэтом счетный вход счетчика 2 и входысинхронизации триггеров 6 и 7 подключены к тактовому входу измерителя 1,а информационные входы триггеров6 и 7 к измерительному и опорномувходам соответственно, выход триггера 6 подключен через Формирователь 5к выходу установки измерителя 1 ивходу установки счетчика 2 и непосредственно к входу синхронизациирегистра 3, который выходом подклю. чен к выходу периода измерителя 1, аинформационным входом - к выходусчетчика 2 и информационному входу 25регистра 4, подключенного входомсинхронизации к выходу триггера 7,а выходом к выходу сдвига измерите-,ля 1,На Фиг.1 и 2 приняты следующиеусловные обозначения; Б- измеряемыйсигнал, У - опорный сигнал, Ц г "сигнал на выходе генератора 11, Б, -код на выходе счетчика 2, Б - кодна информационном выходе сумматора 8,Мз - код на выходе счетчика 16, Р .сигнал переноса сумматора 8, Р-сигнал переноса сумматора 15, Йткод периода на выходе регистра 3,И - код временного сдвига между40сигналами П и У на выходе регистра4, Ж - код частоты на выходе регистра 17, 0 - код фазового сдвига навыходе регистра 18, У- сигнал навыходе формирователя 5, 45Цифровой фазометр-частотомерработает следующим образом,Сначала рассмотрим процесс измерения периода Т сигнала Уи его временного сдвига Ф относительно сигнала 11 . Измерение производитсяпутем заполнения этих временных интервалов импульсами стабильной частоты Е . При поступлении на вход изме"рите я 1 переднего фронта сигнала П 5йа выходе Формирователя 5 вырабатывадтся узкий импульс 0 у устанавливаю .щий счетчик 2 в нулевое состояниеЙ,О 1 = О, После этого на выходе счет чика 2 формируется линейно нарастающий .код М,Гп 3 = п После прихода переднего фронта сигнала П на выходе триггера 7 формируется положительный перепад, записывающий в регистр 4 число Б, равное числу и, импульсов генератора 11, прошедших на вход счетчика 2 за время 2; Бл = Нил =и = 7 Г. (2) Бт = Нп 1 = и= ТГ,(3) Одновременно на выходе Формирователя5 Формируется следующий импульс 11счетчик 2 обнуляется и цикл работыизмерителя 1 повторяется,Импульс установки П., проходячерез элемент 13 совпадения, устанав.ливает в нулевое состояние счетчик16 и сумматор 8. При этом сигналыпереноса снимаются; Р= О и Р= О,Тем самым запрещается прохождениесигнала Бчерез элемент 13 совпадения и разрешается прохождение импульсов У через элемент 12 запрета навход синхронизации сумматора 8 исчетный вход счетчика 16, На выходесчетчика 16 формируется линейно нарастающий код(4) ЮэСи 3 = п а на выходе сумматора 8= пБ,З)сле прохождения через элемент12 запрета некоторого числа импульсовп на выходе сумматора 15 появляетсясигнал переноса Р= 1. Число пможно определить из соотношенияв-ЬЯ= 2 И 1 п 3и равенства (5)пю= 2(6)т где 2 ю " - коэффициент, обусловленныйсдвигом разрядной сетки между входом и выходом сумматора 8; После прихода переднего Фронта сигналаБна выходе триггера 6 формируетсяположительный перепад, записывающийв регистр 3 число Мт, равное числу пимпульсов генератора 11, прошедших навход счетчика 2 за время Тш - число разрядов входного ивыходного кодов сумматора8;число разрядов сумматора8 (входной код подаетсяна младшие разряды сумматора 8),Положительный перепад, возникающийна выходе переноса сумматора 15, за-,писывает в регистр 18 код ЯлМц = Мп(р 1 = 2т(7) Подставляя в (7) значения Н и Итиз выражений (2) и (3) получают лл .где ч= 2 И -- Фаз о вый сдвигТК моменту появления сигнала пере. - носа Р= 1 на выходе сумматора 8 через элемент 12 запрета пройдет число импульсов п , которое находится из условия возникновения переноса РИ 21 п- = 2, (9) и равенства (5) в следующем виде 21. Г,Тгде 2 = Т - частота сигнала ППоложительный перепад на выходе переноса сумматора 8 записывает в регистр 17 код2Ю = Н п 1 = п = - а. (12)3 Е ЕСледует заметить, что время установления кода на выходе счетчика 16 должно. быть меньше, чем задержка появления сигнала переноса на выходах сумматоров 9 и 15 во избежание записи ложных значений кода в регистры 17 и 18. Это условие легко выполнить, так как задержка переноса складывается из задержек, вносимых регистром 10 и самими сумматорами 9 и 15, а время установления определяется лишь задержкой в самом счетчике 16. Если же при выбранной элементной базе это условие не выполняется, то на входе синхронизации сумматора 8 или на выходах переноса сумматора 8 и сумматора 15 необходимо включить до-. полнительные элементы задержки. После появления сигнала переносапрохождение импульсов П, через элемент 12 запрета прекращается, а наэлемент совпадения 13 подается сигнал,разрешаюший прохождение через нееимпульса установки.После прихода очередного Фронтасигнала П процесс получения кодовИи И иэ кодов И . и Б повторяется,Импульсы установки Ц р, поступающие вовремя процесса преобразования, блокируются сигналом Р= 0 и не нарушаютпроцесса.Таким образом, на выходах Фаэометра-частотомера Формируются коды периода, временного сдвига, частоты иразности Фаз, Пля процесса измерениядостаточно подачи на вход устройстваодного периода измеряемого сигнала.Бремя одного цикла измерения равносумме длительности периода измеряемого сигнала и времени преобразованиякода Мт в код И251 2(13)1Например, при измерении параметровсигнала частоты= 10 Гц с точностью0,1 необходимо иметь ш = 10,= 20, й, = 10 кГц, тогда .220- 01+ - -=02 сц10 0,1т.е, выигрыш в быстродействии по35 сравнению с известным устройством в500 раз,Формула изобретенияЦифровой фаз ометр-частотомер,содержащий генератор тактовой частоты, соединенный с входом первогосчетчика, триггер, первый вход кото",рого подключен к источнику опорного 45 сигнала, второй счетчик, выход которого соединен с входом первого регистра, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй триггер,второй, третий и четвертый регистры,формирователь импульсов, накаплива ющий сумматор, сумматор, блок инверторов, элемент совпадения и элементвапрета, разрешающий вход которогоподключен к выходу генератора такто-,вой частоты, входам синхронизациипервого и второго триггеров и счетному входу первого счетчика, запрещающий вход - к первому входу элемен147148 15 77 та совпадения, выходу переноса старшего разряда накапливаюего сумматора ивходу синхронизации первого регистра,а выход - к счетному входу второгосчетчика и входу синхронизации накапливающего сумматора, вход установки которого подключен к входуустановки второго счетчика и выходуэлемента совпадения, информационныйвход - к выходу второго регистра,а информационный выход - к первомувходу сумматора, второй вход которого в свою очередь подключен через .блок инверторов к выходу третьегорегистра, а выход - непосредственнок входу синхронизации четвертогорегистра, информационный вход которого подключен к информационному входупервого регистра, кроме того, входустановки первого счетчика подключен к выходу формирователя импульсови второму входу элемента совпадения,а выход - к информационным входамвторого и третьего регистров, входсинхронизации второго регистраподключен к входу формирователя импульсов и выходу второго триггера, атретьего регистра - к выходу первоготриггера, информационный вход второготриггера подключен к источнику измеряемого сигнала, при этом выходыпервого, второго, третьего и четвертого регистров являются выходамифазометра-частотомера,1471148 А,Старостинаийнык Корректор В. Романен оста актор Е ехр Заказ 1605/48 Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, 3-35, Рауаская наб., д. 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,30