Цифровой измеритель периода

СОВХОЗ СОВГ 1 СКИХ СО ИА ЛИС 1 ИЧЕ СКИХ РЕ СГ 1 УВЛИК А 1)5 6 01 В 23/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКО.М 1 одственное обьединен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬЗТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ЦИФРО вкине свидетельство СССРл, 0 01 Я 23/00, 1986.ВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРИ(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при создании высокоточных измерителей периода электрических сигналов. Цифровой измеритель содержит формирователи импульсов 1 и 3, делитель частоты 2, логические элементы И 4, 8 и 10, генератор импульсов 5, логический элемент НЕ 6, ВЯ-триггеры 7, 14, 17 и 20, линию задержки 9, счетчик импульсов, выходной регистр 12, логические элементы ИЛИ 13, 15, 16, 18 и 19, 1 ил,Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при создании высокоточных измерителей периода электрических сигналов,Наиболее близким к изобретению является цифровой измеритель периода, содержащий формирователь импульсов, и делителей частоты, многоканальный формирователь времени измерения, электронные ключи, линию задержки, генератор эталонной частоты, и - 1 блоков задержки импульса, .Недостатком известного устройства является большой обьем аппаратных затрат при увеличении числа каналов и, что может быть вызвано требованием малой погрешности измерения при большом уровне шумов на входе формирователя импульсов,При этом с ростом числаканалов и значительную сложность будет вызывать построение линии .задержки известного устройства и ужесточаются требования к счетчику ймпульсов в связи со значительным снижением длительности импульса, формируемого генератором эталонной частоты, и увеличением частоты счета импульсов.,Кроме того, оперативное изменение числа периодов усреднения п требует дополнительных аппаратных затрат.Рассмотрим работу известного устройства 1-й, 2-й, З-й, 4-й каналы - интервалы .времени, формируемые многоканальным формирователем 7.в каждом,из каналов (для рассмотрения принимается, что устройство содержит и .= 4 канала, при этом а = 5);К 1, К 2, , К 7, К 8, , К 14 - колйчество импульсов генератора эталонной частоты, т 1 роходящее соОтветствен.но за первый, второй, четырнадцатый периоды измеряемого сигнала;КА, КВ, КС - интервалы времени, характеризующие длительности различных фаз измерения периода входного сигнала, выраженные в количествЕ импульсов генера- тора эталонной частоты;Тус - длительность цикла одного измерения.Из временной диаграммы вйдно, что суммарное число импульсов в счетчике Кп известного устройства составитКп = К 1+ 2 К 2 + ЗКЗ+ 4 К 4+ 4 К 5++ЗК 6+ 2 К 7+ К 8.(1)Это же число импульсов можно записать ввиде .Кп = КА "КБ+ КС. (2)При этом КА=, К;,(3) КВ =и К;,(4) 10 где - номер периода измеряемого сигнала15 Тус = и 1+ и - 1 (6) КпТэв и(7) 35 где Т - . период генератора эталонной частоты;т - количество периодов усреднениявходного сигнала в одном канале;и - количество параллельных каналов 40 измерения.Цель изобретения - упрощение измерителя.Для этого в измеритель, содержащийформирователь ймпульсов, делитель чаСто ты, первый-и второй логические элементы И,ЯЗ-триггер, линию задержки, счетчик импульсов, генератор эталонной частоты илогический элемент ИЛИ, дополнительно введены второй формирователь импульСов, 50 третий логический элемент И, второй, третий, четвертый и пятый логические элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый ЯЯ-триггеры, логический элемент НЕ и выходной регистр; при этом вход измеряемой 55 частоты, являющийся первым входом устройства, подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого через последовательно соединенные делитель частоты и второй формирователь импульсов подключен к первому входу третьего логичеПо существу формулы 2-5 являются математической моделью работы известного 20 устройства,Анализ работы известного устройствапоказывает, что необязательно иметь и физических каналов измерения, разнесенных на один период измеряемой частоты каж дый, Достаточно непрерывно измерять Длительность каждого периода измеряемого сигнала и затем значения этих длительностей обработать по формулам 2-5. При этом средний период измеряемого сигнала Тп 30 можно определить по формулеского элемента И, выход которого соединен со входом установки единицы первого Р 5- триггера, единичный выход которого подключен ко второму входу первого логического элемента И.Второй вход "Пуск" устройства соединен с входом установки единицы второго ВЯ-триггера, единичный выход которого соединен с вторым входом третьего логического элемента И, а вход сброса второго ЙЯ-триггера соединен с выходом первого логического элемента ИЛИ, первый вход которого является третьим входом "Стоп" устройства, а второй вход подключен к четвертому входу "Сброс" устройства и одновременно объединен с вторыми входами второго, третьего, четвертого и пятого логических элементов ИЛИ.Первый вход первого логического элемента И подсоединен к выходу логического элемента НЕ, вход которого обьединен с первым входом второго логического элемента И и подключен к генератору эталонной частоты.Выход первого логического элемента Иподключен к линии задержки, первый выход которой подключен к первому входу третьего логического элемента ИЛИ, второй выход - к второму входу выходного регистра, третий выход - к объединенному первому входу четвертого логического элемента ИЛИ и входу установки единицы четвертого ВЯ- триггера, четвертый выход подключен к объединенным первому входу второго логическогоэлемента ИЛИ и входуустановки единицы третьего Й 8-триггера,Выход третьего ВЯ.триггера подключенко второму входу второго логического элемента И, выход которого подключен к первому входу счетчика импульсов, выходы которого соединены с первыми входами выходного регистра, выходы которого соединены с первыми выходами кода периода устройства.В ыход четвертого логического элемента ИЛИ подключен ко второму входу счетчика импульсов.Пятый вход сброса готовности устройства подключен к первому входу пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу сброса четвертого КЯ-триггера, единичный выход которого соединен с вторым выходом готовности устройства.Действительно, в предлагаемом устройстве рост числа каналов и не приводит к увеличению аппаратных затрат, г.к, он учитывается только в формулах 3, 4, 5 и 7, в соответствии с которыми работает предлагаемое устройство. При этом изменение числа периодов усреднения щ также не ока 55 Импульс с выхода логического элемента И 4 усганавливает ВБ-триггер 7 в единичноесостояние, разрешая прохождение сигнала через логический элемент И 8. В моментФвремени между двумя импульсами с генератора 5 эталонной частоты сигнал с логиче 5101520253035 4045 50 зывает влияния на аппаратное построение предлагаемого устройс гва.Кроме того, рост числа каналов и не приводит к росту частоты и уменьшению длительности импульсов генератора эталонной частоты и не ужесточает требования к построению линии задержки и счетчика импульсов.На чертеже дана структурная схема предлагаемого устройства.Цифровой измеритель периода содержит формирователь 1, делитель частоты 2, формирователь импульса 3, логические элементы И 4, 8 и 10, генератор 5 эталонной частоты, логический элемент НЕ 6, РЯ-триггеры 7, 14, 17 и 20, линию задержки 9, счетчик импульсов 11, выходной регистр 12, логические элементы ИЛИ 13, 15, 16, 18 и 19.Устройство работает следующим образомНачальный сброс устройства осуществляется по пятому входу сброса, При этом 85-триггеры 7, 14 и 17 устанавливаются в состояния, запрещающие прохождение импульсов через логические элементы И 8, 1 Ьи 4 соответственно. На выходе ЙЯ-триггера 20 отсутствует сигнал готовности.Входной сигнал, период которого подлежит измерению, поступает на вхбд формирователя 1, осуществляющегопреобразование входного сигнала в последовательность прямоугольных импульсов, Преобразование осуществляется в моменты перехода смеси сигнала и шума через порог срабатывания формирователя 1.Прямоугольные импульсы с выхода формирователя 1 поступают на вход делителя частоты 2, с выхода которого поделенная в 1 раз входная частота поступает на вход формирователя импульсов 3, Формирователь импульсов 3 по одному из перепадов сигнала с делителя частоты 2 формирует короткие импульсы, длительность которыхдолжна быть меньше двукратной величинывремени задержки между соседними выводами линии задержки 9,Эти импульсы поступают на вход логического элемента И 4, закрытого запрещающим потенциалом с выхода ВЯ-триггера 17,Сигнал "Пуск" с второго входа устройства устанавливает РЯ-триггер 17 в единичное состояние, разрешая прохождение импульсов через логический элемент И 4 на входустановки единицы КЯ-триггера 7ского элемента НЕ 6 проходит логический элемент И 8 и поступает на линию задержки 9.Величина времени задержки между выводами двух соседних каналов линии задержки 9 составляет 1. Время задержкиизменяется от О для первого канала до 3для четвертого канала, Значение т выбирается больше времени окончания переходных процессов в счетчике импульсов 11, ноне менее чем в 5 раз меньше периода следования импульсов с генератора 5.Сигнал с первого вывода линии задержки 9 через логический элемент ИЛИ 13 сбрасывает ВЯ-триггер 14 (при пуске работыустройства подтверждает сброшенное состояниее этого триггера), запрещая и рохождение импульсов с генератора эталоннойчастоты 5 через логический элемент И 10 навход счетчика импульсов 11.Сигнал с второго вывода линии задержки Я переписывает содержимое счетчика импульсов 11 в выходной регистр 12,Сигнал с третьего вывода линии задержки 9 через логический элемент ИЛИ 15сбрасывает счетчик импульсов 11, подготавливая его к счету длительности следующегопериода поделенной входной частоты, и устанавливает ВЯ-триггер 20 в единичное со стояние, формируя сигнал готовности навтором выходе устройства.Сигнал с четвертого вывода линии задержки 9 через логический элемент ИЛИ 18сбрасывает ВЯ-триггер 7 и устанавливает вединицу РЯ-триггер 14, разрешая счет импульсов с генератора эталонной частоты 5счетчиком импульсов 11 через логическийэлемент И 10.При этом процесс счета длительностипериода поделенной входной частоты продолжается вновь.Из приведенного описания видно, чтопри пуске устройства первое считывание состояния счетчика импульсов 11 будет содержать нули и в дальнейшей обработке неучаствует,Останов работы устройства осуществляется сигналом с третьего входа "Стоп"устройства через логический элемент ИЛИ16 путем сброса БЯ-триггера 17, запрещаяпрохождение сигналов через логическийэлемент И 4.Обработка кодов, характеризующихдлительности периодов поделенной входной частоты, по формулам 3, 4, 5 и 7 осуществляется вычислительным устройством,которое не влияет на работу предлагаемогоустройства, может не входить в его состав ипоэтому здесь не рассматривается. В качестве вычислительного устройства может, на пример, быть использована ЭВМ, управля;ющая работой информационно-измеритель.ной системы, в состав которой можетвходить предлагаемое устройство и для ко 5 торой расчет периода входного сигнала может быть одной из многих функций,По сигналу готовности на втором выходе устройства вычислитель считывает код Свыходного регистра 12, эквивалентный дли 10 тельности периода входной частоты, и формирует на пятом входе устройства сигналсброса готовности,Рассмотрим назначение делителя частоты 2, При,большой частоте входного сиг 15 нала требуется большое быстродействиевычислителя, т, к. расчет необходимо и роводить для каждого периода измеряемого сигнала либо иметь определенный объемсвободной памяти для записи кодов перио 20 дов с целью их последующей обработки.Для снижения требуемого. быстродействия вычислителя вводится делитель частоты2, который понижает частоту формирбваниясигналов готовности, Тогда период форми 25 рования сигналов готовности составит х Т Тг --(9),30 где Т, - период входного измеряемого сигнала;1 - коэффициент деления частоты дели теля 2.При этом временной сдвиг между -ыми 35 1+ каналами составит период входной частоты, Такой разнос увеличит помехоустойчивость предлагаемого устройства (помеха на входе формирователя 1, превышающая по длительности период входного сигнала, 40 исказит длительность в одном из и каналОви не затронет последующий), но и увеличйт погрешность преобразования за счет сокращения числа усредняемых перйодов т при заданной длительности цикла одного усред нения Тус либо потребует увеличения длительности Тус.При наличии резервов по быстродействию или обьему памяти вычислительного устройства делитель частоты 2 может не 50 использоваться.В результате введения делителя частоты 2 расчетные формулы примут следующий вид.1). При сохранении заданного количест ва периодов усреднения щ;(11) 5 Тус = п 1 + (и - 1) ф(12) 2). При сохранении заданной длительности цикла одного усреднения Тус справедливы формулы 9 и 10, на значение в будет определяться следующим образом,гп О = гп - (и - 1) ф (13) 15 П 1 ОП 1(14) Значение периода входного измеряемого сигнала можно определить по формуле Кп Тэ Тп О.(15) 30116) щ.(и Таким образом. предполагаемое устройства позволяет уменьшить в и раз составляющие погрешности, обусловленные как дискретностью генератора эталонной частоты, так и наличием шумов на входе формирователя 1, что с) щественно повышает точность измерителя без увеличения аппаратных затрат с ростом числа и 40 параллельных каналов, Кроме того, произошло упрощение устройства за счет исключения сложного в реализации узла мнагоотводной линии задержки и быстродействующего счетчика импульсов. 45 ф ар мула,из об р е те н и я Цифровой измеритель периода, содержащий формирователь импульсоа, делитель 50 частоты, линию задержки, генератор эталонной частоты, логический элемент ИЛИ, счетчик импульсов, ВЗ-триггер. первый и второй логические элементы И, при этомвход формирователя импульсов является первым входом измеряемой частоты измерителя, а его выход соединен со входом делителя частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения измерителя, в него введены второй формирователь импульсов. 25. Значения а, а и должны подбираться так, чтобы деление в формулах 11 и 14 проводилось без остатка. Кроме то,.о, должно выполняться неравенство третий логический элемент И, второй, третий, четвертый и пятый логические элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый ВБ-триггеры, логический элемент НЕ и выходной регистр, при этом выход делителя частоты через формирователь импульсов подключен к первому входутретьего логического элемента И, выход которого соединен с входом установки единицы первого ВЯ- триггера, единичный выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И, второй вход пуска измерителя соединен с входом установки единицы второго ВЯ-триггера, единичный выход которого соединен с вторым входом тпетьего логическога элемента И, а вход сброса второго ВЯ-триггера соединен с выходом первого логического элемента ИЛИ, первый вход которого является третьим входом "Стоп" измерителя, а второй вход подключен к четвертому входу "Сброс" измерителя и одновременно обьединен с вторыми входами второго, третьего, четвертого и пятого логических элементов ИЛИ, соответственно, первый вход первого логического элемента И подсоединен к генератору эталонной частоты через логический элемент НЕ, выход генератора эталонной частоты одновременно подсоединен к первому входу второго логического элемента И, выход первого логического элемента И подсоединен к линии задержки, первый выход которой подсоединен к первому входу третьего логического элемента ИЛИ, второй выходлинии задержки подключен к второму входу выходного регистра, третий выход линии задержки подсоединен к объединенным первому входу четвертого логического элемента ИЛИ и входу установки единицы четвертого ВЯ-триггера, четвертый выход линии задержки подключен к объединенным первому входу второго логического элемента ИЛИ и входу установки единицы третьего ВЯ-триггера, выход которого подключен к второму входу второго логическогоэлемента И, выход второго логического элемента И подключен к первому счетному входу счетчика импульсов, выходы которого соединены с первыми входами выходного регистра, выходы которого являются первыми входами кода периода измерителя, выход четвертого логического элемента ИЛИ подключен к второму входу "Сброс" счетчика импульсов, пятый вход сброса готовности измерителя подключен к первому входу пятого логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу сброса четвертого ВЯ-триггера, при этом его единичный выходФявляется вторым выходом готовности измерителя,