Цифровой измеритель частоты

(23) Приоритет -1 В 23 10 Гасударстеенный немнтет СССР не делам yзобретеннй и етнуытнйпублик Дат бликования оп 25.04.80 Авторы зобретени(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ тех Изобретение относится к измерительнои нике и может быть испочьзовано в информационно-измерительных системах, аппаратуре управления производственными процессами, спецаппаратуре для автоматического измерения5 частоты в широких пределах.Известные частотомеры недостаточно удобны в эксплуатации, так как в наличии имеются сменные блоки для расширения диапазона измеряемых частот, требуется много времени для.10 измерения частоты, что не позволяет вести процесс измерения автоматически, в реальном масштабе времени, из-за непостоянства погрешности измерения по диапазону частот. Из известных измерителей частоты наиболее15 близким по технической сущности к изобретению является цифровой измеритель частоть 1, содержа. ший управляемый (вручную) делитель частоты, блок формирования и управления, в-декадный20 счетчик с элементами логики между декадами, счетчик результата, п 1 я.декадный счетчик с .элементами логики между декадами, блок управляемых (автоматически) ключей, элемент задержки, делитель частоты и генератор тактовых импульсов. Этот цифровой измерительчастоты обладает лучшими метрологическимихарактеристиками по сравнению с известнымиприборами аналогичного назначения, однакоон является не полностью автоматическим, точ.нее - не адаптивным прибором в силу того,что управление делителем частоты осуществляется вручную (с помощью оператора, которыйустанавливает вручную коэффициент деления,исходя из предварительного знания диапазонаизмеряемой частоты), однако, на практикетакая возможность не всегда имеется; крометого, пересчет временного интервала в частотуосуществляется на основе использования деся.тичных счетчйков параллельно. последовательнымспособом; параллельно по декадам (многократ.ная перепись цифрового кода производитсяодновременно из каждой декады), но содержимое каждой декады извлекается последователь.но путем подачи на каждую декаду пачки из10 импульсов. Идеальным принципом многократ.ной переписи числа из одного счетчика (мень.щей емкости) в другой счетчик (большей ем.72952 Экости) является принцип, обеспечивающий одноразовую перепись за один импульс.Целью изобретения является повьппение быстродействия при сохранении постоянной точности измерений во всем диапазоне измеряемых частот и повышение надежности.Это достигается тем, что в известный цифровой измеритель частоты, содержащий управляемый делитель частоты, вход которого подключен к входной шине устройства, а выход - к первому входу блока формирования и управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом в-разрядного счетчика импульсов и первым входом счетчика результата, генератор тактовых импульсов, вы. ход которого соединен с первым входом клю. ча, времязадающий счетчик, выход к. торого соединен со вторым входом блока формирова. ния и управления, введены блок управления и грубого измерения частоты, п.разрядный сумматор и п-элементов динамической памяти, причем входы блока управления и грубого измерения частоты подключены к входпой шине устройства, управляющий вход управляемого делителя частоты соединен с выходом блока управления и грубого измерения частоты и вторым входом счетчика результата, третий вхог которого соединен с выходом ключа и управляющими входами элементов динамической памяти, информационные входы которых подключены к выходам соответствующих разрядов сумматора, выходы гп-разрядного счетчика импульсов соединены с первыми входами разрядов сумматора, ко вторым входам которых подключены выходы соответствующих элементов динамической памяти, вход времяэадающего счетчика подключен к выходу последнего разряда сумматора, третий и второй входы бло ка формирования и управления соединены соот. ветственно с первым и вторым входами ключа, третий вход которого подключен к третьему выходу блока формирования и управления.На фиг. 1 представдена функциональная схема цифрового измерителя частоты; на фиг.2 . зависимость погрешности измерения от измеряемой частоты; на фиг, 3, - зависимость по. грешности измерения от частоты тактового генератора.Цифровой измеритель частоты см, фиг.1) включает управляемый делитель частоты 1, блок формирования и управления 2, т разрядный счетчик импульсов 3, генератор тактовых импульсов 4, ключ 5, гл-разрядный сумматор б, времяэадающий счетчик 7, е-элементов динамической памяти 8, счетчик результата 9, блок управления и грубого измерения частоты 10.Устройство работает следунпцим образом, Приходящий на вход устройства (цифрового измерителя частоты) сигнал с неизвестной Ех 2 4частотой поступает одновременно на управляемый делитель частоты и блок 10 управления и грубо. го измерения частоты. В блоке 10 с точностью до поддиапаэонов, верхняя частота каждого из которых превышает нижнюю, например в десять раз, производится автоматическое опре. деление частоты эа время, не превышающее пе. риода этой частоты. По оконщнии процесса грубого измерения частоты в блоке 10 вырабаты. вается управляющее напряженйе (код), обеспечивающее установку такого значения коэффици. ента деления делителя 1, при котором значение измеряемой частоты будет находиться всегда в одном и том же заранее выбранном под. диапазоне. Одновременно с помощью этого управляющего напряжения кода также автоматически устанавливается запятая на цифровом индикаторе счетчика. 9 результата измерения.Блок формирования и управления 2 обеспечива. ет выработку стартовых истоповых импульсов, заполнение интервала между стартовыми и сто. новыми импульсами с частотой генератора так. товых импульсов 4 осуществляет формирование напряжения, обеспечивающего индикацию результата измерения .и длительность индикации.С блока 2 на счетчик 3 поступает пачка импульсов, число которых равной= )где Тх - период входного сигнала;То - период генератора 4 тактовых импульсов;К - коэффициент деления делителя 1 частоты.Зги Й импульсов запоминаются в счетчике 3, После измерения периода неизвестной частоты Г: в ., начинается процесс преобразования Тх втхРх путем подачи с блока 2 положительного перепада напряжения на ключ 5,Это напряжение формируется иэ стопового импульса, определяющего конец измеряемого временного интервала Тх, С подачей с блока 2 на ключ 5 по.ложительного импульса последний "открывается", обеспечивая прохождение на его выход тактовых импульсов с генератора 4, Каждым импульсом с выхода ключа 5 обеспечивается одноразовая перепись кода числа из счетчика 3 в счетчик 7. Одновременно импульсы с выхода ключа 5 поступают на счетчик результата 9. Импульсом переполнения счетчика 7 ключ 5 размыкается. Одновременноимпульс переполнения поступает на блок 2 для формирования напряжения, обеспечивающего индикацию результата измереОдноразовая перепись содержимого счетчика 3 в счетчик 7 одним импульсом осуществляется эа счет подключения к выходу каждого разряда гп.разрядного счетчика3 последователь.725но соединенных сумматора и элемента динамической памяги, выход которого соединен со вторым входом сумматора. При этом второй выход первого разряда сумматора соединен с третьим входом сумматора второго разряда, второй выход которого соединен с третьим входом сумматора третьего разряда и т.д. Второй выход сумматора последнего (пз-го) разряда подключен ко входу времязадающего счетчика, 0Основная случайная погрешность предлагаемого цифрового измерителя частоты, обеспечивающего измерение периода и пересчет его в частоту, во всем диапазоне измеряемых частот равна(Рх гохгде М - общая емкость гп-разрядного сумматора и и-разрядного счетчика 7; 20Е - измеряемая частота, поделенная вК раз;К - значение коэффициента деления управляемого делителя частоты, зависящееот значения Ех ( чем выше Ех, тем 25 больше значение К) .Исходя из приведенной формулы на чертеже (см, фиг. 2) представлен график зависимости величины погрешности Ь от значения измеряемой частоты при различных значениях 30 частоты генератора тактовой (опорной) частоты Ро, времени наблюдения и емкости М.Как видно из графика (см. фиг. 2) величина погрешности уменьшается с ростом Ех ( на фиг. 2 эта зависимость соответствует 35 пунктирным линиям - 1) при измерении час. тоты классическим способом (заполнением калиброванного временного интервала импуль. сами измеряемой частоты Ех). На фиг. 2 линии, обозначенные точкой-тире.11, иллюстрируют,40 что с ростом измеряемой величины Рх погрещ ность измерения О увеличивается, если измерение Ех осуществляют путем измерения периода Тх с последующим пересчетом Тх в Ех.Сплошные кривые - П 1, нанесенные на фиг. 2, характеризуют изменение величины погрешности б при адаптивном измерении Ех, то есть предлагаемым цифровым измерителем частоты.Таким образом, одно из важных достоинств предложенного цифрового измерителя частоты заключается в сохранении постоянства погрешности измерения в широком диапазоне измеря. емых частот Е. Кроме того, прел;нзэеизый пифровой измеритель частоты про т по кон струкции и обеспечивает высокую то шость лри малом времени изменения и возможность выбора наилучших значений Го и М из условия минимальной погрегцности измерения. Па фиг. 3 приведена зависимость величины случай. ной погрешности измерения от частоты тактового генератора и суммарной емкости счетчи. ков М.Формула изобретенияцифровой измеритель частоты, содержащий управляемый делитель частоты, вход которого подключен к входной шине устройства, а выход - к первому входу блока формирования й управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом т-рззрядного счетчика импульсов и первым входом счетчика результата, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом ключа, времязадаюпгий счетчик, выход которого соединен со вторым входом блока формирования и управления, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении постоянной точности измерений во всем диапазоне измеряемых частот и повышения надежности, в него введены блок управления и грубого измерения частоты, пз-разрядный сумматор и пз-элементов динамической ,памяти, причем входы блока управления и грубого измерения частоты подключены к вход. ной шине устройства, управляющий вход управля. емого делителя частоты соединен с выходом бло. ка управления и грубого измерения частоты и вторым входом счетчика результата, третий вход которого соединен с выходом ключа и управляющими входами элементов динамической памяти информашонные вхоль которых подключены к выходам соответствующих разрядов сумматора выходы гл-разрядного счетчика импульсов соединены с первыми входами разрядов сумматора, ко вторым входам которых подключены выходы соответствующих элементов динамической памяти, вход времязалгющего счетчика подключен к выходу последнего разряда сумматора, третий и второй входы блока формирования и управления соединены соответственно с первым и вторым входами ключа, третий вход которого подключен к третьему выходу блока формирования и управления.729522 70 оставитель Л, Плетневаехред М.Петко дактор А. Морозов рректор:М. По 5/39 Тираж 1019 ЦНИИПИ Государственного комитета С ю делам изобретении и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4одписное иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4