Цифровой частотомер

(22) Заявлено 11.12,80 (21) 3214348/18-21 (51) М. Кл. с ярнсоединением заявки Рй С 01 й 23/00 3 Ьаударетюаык аматет СССР аф делам взааретениа и открытки(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСтотОИВ Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано при цифровом измерениичастоты и при преобразовании частотыв код.5 Известны устройства измерения частоты, реализующие резонансный метод, метод заряда и разряда конденсатора, гетеродинный метод, методы сравнения с частотой другого источника и метод дискретного счета. Устройства по последнему методу, основанному на подсчете числа импульсов за эталонный интервал времени, содержат генератор, 15 элементы И, триггеры, счетчики, фор.мирователи 1 1.Однако такие устройства сложны по составу и имеют недостаточное быстродействие, гоИзвестно устройство для цифрового измерения частоты, содержащее формирователь импульсов, блок управления, кварцевый генератор, счетчик результата, выходами соединенный с индикатором 2 ,Однако указанное устройство в силуспецифики реализации метода дискретного счета позволяет получить значение частоты только по окончании единичного (эталонного) интервала време-ни, что снижает и ограничивает быст-родействие.Цель изобретения - повышение быстродействия.Поставленная цель достигается тем,что в цифровой частотомер, содержащийФормирователь импульсов, блок управления, индикатор, кварцевый генератор,два счетчика результата, выходы которых соединены с соответствующими входами индикатора, а вход первого формирователя подключен к входной шине,введены четыре элемента И, три триггера, блок умножения, блок ввода кода, коммутатор, блок вентилей, второйформирователь, два вспомогательныхсчетчика, причем выход первого фор 3 93818 мирователя соединен с первыми .входами первого и второго элементов И, к вторым входам которых подключены соответственно выход третьего триггера и выход первого триггера, первый вход третьего элемента И, а выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к.5-входу первого триггера, С-входу второго триг" гера и первому входу коммутатора, 16 второй вход которого подключен к 5-входу третьего триггера и первому входу блока управления, первый и вто. рой выходы коммутатора соединены соответственно с входами первого и 1 ю второго счетчиков результата, выходы которых подключены к соответствующим входам блока умножения, второй вход которого соединен с вторым .выходом блока управления, а третьи входы блока умножения подключены к соответствующим выходам второго вспомогательного счетчика, выходы блока умножения подсоединены к соответствующим первым входам блока вычитания, в вторые входы которого подключены к соответствующим входам блока ввода кода, а выходы блока вычитания соединены с соответствующими первыми входами блока вентилей, второй вход которого подключен к третьему входу блока управления и входу блока ввода кода, выходы блока вентилей подключены к соответствующим первым входам первого вспомогательного счетчика, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выходс входом блока управлений и с В=входом первого триггера, при этом й-вход третьего триггера подключен к выходу второго Формирователя, вход которого подключен к первому выходу второго триггера, второй выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу кварцевого генератора, а выход .чет" вертого элемента И подключен к входу второго вспомогательного счетчика, второй выход кварцевого генератора50 соединен с вторым входом третьего элемента И. На чертеже приведена функциональная схема цифрового частотомера,Цифровой частотомер содержит пер- М вый формирователь 1 импульсов, второй формирователь 2 импульсов, первый, второй, третий, четвертый зле 4менты И 3-6, второй, первый, третий триггеры 7, 8 и 9, коммутатор 1 О, первый и второй счетчики 11 и 12 результата, индикатор 13, блок 14 умножения, блок 15 управления, блок 16 ввода кода, блок 17 вычитания, блок 18 вентилей, первого и второго вспомогательных счетчиков 19 и 20 и кварцевого генератора 21.Устройство работает следующим образом.Для измерения частоты известным устройством с точностью до 1 Гц необходима длительность эталонного временного интервала (Тэт), равная 1 с. Этот интервал используется нерационально, так как 0,1 Тзт используется для получения информации о всех значащих цифрах результата кроме последней, а для получения информации о последнем знаке результата требуется затратить 0,9 Тзт. Предлагаемое устройство позволяет получить результат существенно быстрее,Рассмотрим алгоритм работы устройства на цифровом примере.Допустим, что Г = 16949 Гц, тогда период Т = - = 59,000531 мкс.ЕхЗа интервал времени, равный 0,1 с, на второй счетчик 12 результата через второй элемент И 4 и коммутатор 1 О поступит число импульсов й= 10 /59 =1694,9 = 1694 импульса. Так как им-, пульсы поступают на старшие разряды, то последней значащей цифрой результата будет нуль, т.е. счетчик в целом покажет число М = 16940. Длительность периода Т при этом измеряется счетчиком 12 путем заполнения интервала Т импульсами образцовой частоты, Формируемой кварцевым генератором 21 (например, частотой следования 1 ИГц). Полученный результат первого измерения вторым счетчиком 12 И в блоке 14 умножения умножается на длительность периода Т = 59 мкс, в результате чего на выходе блока 14 образуется код, соответствующий 999460 мкс, Поскольку единичный измерительный интервал содержит 10 мкс, то для второго измерения из410 вычитают,999460 мкс в блоке 17 вычитания. Полученная разность 540 мкс определяет длительность второго измерительного интервала. Числоимпульсов Й, укладывающихся в этот,временной интервал и поступающих напервый счетчик 11 : К = 540/59 =93818 из приведенного цифрового примера,за первый временной интервал Т 4= 0,1 Тэт на второй счетчик 12 проходит число импульсов, соответствующее всем значащим цифрам результата 5кроме последней, а за второй временной интервал Т,Тэт - 0,1 Тэтпроходит количество импульсов, соответствующее последней значащей цифререзультата. Очевидно, максимальная цдлительность второго временного интервала Т не превышает длительности 10 периодов входной измеряемой последовательности; что при самой низкой. частоте (случай, когда частотавыражена .двухзначным числом) не превышает О, Тэт. Таким образом, напроцесс подсчета затрачивается время не более 0,2 Тэт. Как показываетциФровой пример, предложенный частотомер позволяет существенно повыситьбыстродействие по сравнению с известными частотомерами.Предложенный частотомер работаетследующим образом. 25В исходном состоянии первый и второй счетчики 11 и 12 и первый.и второй вспомогательные счетчики 19 и 20обнулены, первый триггер 8 находитсяв состоянии, когда на его выходе от- зосутствует потенциал, он отсутствуети на управляющем выходе .второго триггера 7, связанным с четвертым элементом 6. Кварцевый генератор 21 Формирует стабильную последовательностьимпульсов, Остальные устройства иэлементы готовы к работе. Измеряемаячастота подается на вход первогоформирователя 1, с выхода которогона первый и второй элементы 3 и 4 поступают короткие импульсы с частотойГ. Блок 15 управления начинает процесс измерения с соответствующегосигнала запуска, который может вырабатываться либо в самом блоке 15либо поступать на него извне,После прихода сигнала запуска наблок 15 в нем Формируется сигнал,который поступает на блок 16 вводакода и блок 18 вентилей, в результате которого блок 16 ввода кода выра.батывает код времени, равный О, Тэт.Этот код через блок 17 вычитания(на второй вход которого подаетсяс блока 14 умножения код, равный55нулю) и открываемый блок 18 вентилей поступает на первый вспомогательный счетчик 19, где записываетсяв дополнительном коде. После этого 6сигналом с другого выхода блока 15 управления третий триггер 9 устанав" ливается в состояние, когда на его выходе появляется высокий потенциал, а коммутатор 1 О готовится передать сигналы со своего входа на второй счетчик 12. Первым же, после сигнала запуска, импульсом с первого Формирователя 1 через первый элемент И 3 опрокидываются первый триггер 8 и второй триггер 7 Первый триггер 8 поддерживает открытым второй элемент И 4 в течение О,1 Тэт, привязанным началом к одному из импульсов входной исследуемой последовательности, На вход второго счетчика 12 результата в течение 0,1 Тэт поступают (через второй элемент И 4 и коммутатор 10) импульсы с первого формирователя 1. С приходом второго импульса частоты Е второй триггер 7 переходит в первоначальное состояние, обеспечив Формирование разрешающего потенциала длительностью, равной периоду Тх. Одновременно с переходом второго триггера 7 в начальное состояние второй формирователь 2 вырабатывает сигнал, опрокидывающий третий триггер 9 в нулевое состояние, Первый элемент Н 3 закрывается. На время, равное периоду исследуемой частоты, четввртый элемент И 6 открывается и через него ча второй вспомогательный счетчик 20 считывающего периода Т поступают импульсы эталонной частоты с кварцевого генератора 21. Импульсы с кварцевого генератора 21 проходят через третий элемент И 5 на вычитающий вход первого вспомогательного генератора 21, проходят через третий элемент И 5 на вычитающий вход первого вспомогательного счетчика 19 и не изменяют его состояния. По окончании временного интервала Т во втором вспомогательном счетчике 20 записывается код, соответствующий длительности периода частоты Г , а по окончании интервала 0,1 Тэт во втором счетчике 12 записывается код числа десятков значащих цифр результата. В этот момент сигналом с выхода первого вспомогательного счетчика 19 первый триггер 8 устанавливается в нулевое состояние, закрывая при этом второй и третий элементы И 4 и 5, а блок 15 управления формирует сигнал, переводящий третий триггер 9 в состояние, при которомТаким образом, за время второго временного интервала, привязанного началом также к одному из импульсов входной исследуемой последовательности, на вход первого счетчика 11 через коммутатор 10, второй элемент И 4 поступает количество импульсов, соответствующее последней значащей цифре результата измерения частоты. б 5 50 формула изобретения 55 ЦиФровой частотомер, содержащий формирователь импульсов, блок управ"на его выходе присутствует высокий потенциал, а коммутатор 10 - к работе с первым счетчиком 11 результата.Коды с выходов первого и второго счетчиков 11 и 12 и второго вспомогательного счетчика 20 поступают в блок 14 умножения, который запускается блоком 15 управления по окончании.временного интервала 0,1 Тэт, С первого и второго счетчиков 11 6 и 12 снимается код числа, в 10 раз больший чем код, записанный во втором счетчике 12, благодаря чему на выходе блока 14 умножения имеется код, соответствующий 0 Т Дальше произ водится работа частотомера во втором временном интервале аналогично опи- о санному выше. Очередным импульсом Е через первый элемент И 3 опрокидывается первый триггер 8, обеспечи вая при этом поступление импульсов частоты Е через второй элемент И 4 и коммутатор 10 на первый счетчик 11, с одной стороны, и поступление импульсов частоты Е от кварцевого 25 генератора 21 через третий элемент И 5 на первый вспомогательный счетчик 19 с другой стороны. Одновременно в этим происходит измерение длительности периода Т аналогично опи- зоЧсанному выше, которое в дальнейшем уже не используется. Первый вспомогательный счетчик 19 постепенно обнуляется импульсами опорной частоты с кварцевого генератора 23, а в момент обнуления происходит обратное опрокидывание первого триггера 8, запирание второго и третьего элементов 4 и 5 и подготовка блоком 15 управления коммутатора 1 О для работы бо со счетчиком 12 и третьего триггера 9 в исходное состояние. Частотомер готов к новому циклу измерений. ления, индикатор, кварцевый генератор, два счетчика результата, выходы которых соединены с соответствующими входами индикатора, а вход первого Формирователя подключен к входной шине, о т л и ц а ю щ и й с ятем, что, с целью увелицения быстродействия, в него введены четыреэлемента И, три триггера, блок умножения, блок ввода кода, коммутатор,блок вентилей, второй Формировательи два вспомогательныхсчетцика, причем выход первого формирователя соединен с первыми входами первого ивторого элементов И,к вторым входамкоторых подключены соответственновыход третьего триггера и выход первого триггера, первый вход третьегоэлемента И, а выходы первого и второго элементов И подключены соответст-.венно к 5-входу первого триггера,С-входу второго триггера и первомувходу коммутатора, второй вход которого подключен к 5-входу третьеготриггера и первому входу блока управления, первый и второй выходы коммутатора соединены, соответственно,с входами первого и .второго счетчиковрезультата, выходы которых подключенык соответствующим входам блока умножения, второй вход которого соединенс вторым выходом блока управления,а третьи входы блока умножения подключены к соответствующим выходамвторого вспомогательного счетчика,выходы блока умножения подключены ксоответствующим первым входам блокавычитания, вторые входы которогоподключены к соответствующим входамблока ввода кода, а выходы блокавычитания соединены с соответствующими первыми входами блока вентилей,второй вход которого подключен ктретьему входу блока управления ивходу блока ввода кода, выходй блокавентилей подключены к соответствующим первым входам первого вспомогательного счетцика, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход - с входом блокауправления и с К-входом первого триггера, при этом Й-вход третьего триггера подключен к выходу второго Формирователя, вход которого подключенк первому выходу второго триггера,второй выход которого соединен с первым входом четвертого элемента И,второй вход которого подключен к первому выходу кварцевого генератора, а938184 Составитель Н. Каплин Техред М, Рейвес Корректор Н, Швыдка ор А зори Заказ 4453/6 венного ком етений и от 5, Раушская оектная,Ужгород ал ППП "Патент выход четвертого элемента И подключен к входу второго вспомогательногосчетчика; второй выход кварцевого .генератора соединен с вторым входомтретьего элемента И,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе Тираж 717 ВНИИПИ Государс по делам изоб035, Москва, Ж 101. Авторское свидетельство СССР11 566195, кл. 6 01 й 23/001977,12. Мирский Г.Я, Радиоэлектронные измерения, М., "Энергия", 1925, с. 216-223. Подписноетета СССРрытийнаб., д. 4