Устройство для измерения разности частот импульсов

/02, 1981,МЕРЕНИЯ РАЗНОСдназначено длявания частот.овышение быстро ункциональйство содерФйГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Опытное производстческое предприятие "Урматика"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗТИ ЧАСТОТ ИМПУЛЬСОВ,измерения рассогласоЦель изобретения - пдействия и расширение фных возможностей. Устр жит генератор 1 опорной частоты, формирователь 2 синхроимпульсов, блок 3 синхронизации, одновибраторы 4, 5, элементы 6, 7 И, элемент 8 ИЛИ, реверсивный счетчик 9, счетчики 10, 11, 12, элемент И 13, элемент 14 ИЛИ, триггеры 15, 16, элемент 17 ИЛИ, усреднители 18, 19, сумматор 20, кнопку 21. Повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей достигается за счет введения реверсивного счетчика 9, формирователя 2 синхроимпульсов одновибраторов 4,5, триггера 16, усреднителей 18, 19, сумматора 20, при этом обеспечивается бессбойная работа,вызванная одновременным поступлением сравниваемых частот Г и Г при сле- дуецих их соотношениях: Е0,5 Г,( Е 0,5 Г, . 3 ил,Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для изме" рения рассогласования частот.Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональ ных возможностей путем выполнения измерений с запаздыванием не более одного периода входной частоты при любых значениях входных частот, исключения сбоев, вызванных одновременО ным поступлением в устройство импульсов обеих сравниваемых частот и формирования выходного сигнала знака разности сравниваемых частот,15 25 На фиг, 1 приведена структурная схема устройства для измерения разности частот; на фиг, 2 - диаграмма, поясняющая работу устройства;на фиг. 3 - схема усреднителей.20Устройство для измерения разности частот импульсов содержит генера- ор 1 опорной частоты, формирователь 2 синхроимпульсов, блок 3 синхронизации, одновибраторы 4 и 5, элементы И 6 и 7, элемент ИЛИ 8, реверсивный счетчик 9, счетчики 10 - 12 импульсов, элемент И 13, элемент ИЛИ 14, триггеры 15 и 16, элемент ИЛИ 17, усреднители 18 и 19. сумматор 20 и кнопку 21. Выход генератора 1 опорной частоты подключен к входу формирователя 2 синхроимпульсов, выходы формирователя 2 подключены к первому и второму входам блока 3 синхронизации, первый вы 35 ход которого соединен с вторыми входами элементов И 6 и 7, второй выход - с входом одновибратора 4, выход которого соединен с входом одновибра 40 тора 5 и первым входом элемента ИДИ 8, выходы элементов И 6 и 7 подключены к счетным входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 9, управляющий вход которого соединен с выхо 45 дом одновибратора 5 и с 8-входом триггера 15, вход установки "0" реверсивного счетчика 9 подключен к вы-" ходу элемента И 13, второму входу элемента ИЛИ 8 и установочному входусчетчика 11, выходы реверсивного50 счетчика 9 подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ 14 и входу параллельного ввода счетчика 12, выход старшего разряда - к второму входу элемента И 13, счетный вход счетчика 12 соединен с выходом счетчика 10, установочный вход - с выходом элемента ИЛИ 8 и тактовым входом триггера 16, а выходы - к соответствующимвходам элемента ИЛИ 17, выход которого соединен с установочным входом счетчика 10 и первым входом усреднителя 18, счетный вход счетчика 10 и 11подключены к первому и второму выходам формирователя 2 соответственно,выход счетчика 11 соединен с входомусреднителя 19 и подключен к входуустановки в "0" счетчика 11, первыйвход элемента И 6 соединен с первымвыходом триггера 15 и первым входомэлемента И 13, первый вход элемента И 7 подключен к второму выходутриггера 15 и информационному входутриггера 16, выходы устреднителей 18и 19 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 20,кнопка 21 подключена к входу сбросреверсивного счетчика 9, счетчиков 1012, третий и четвертый входы блока 3синхронизации являются входами устройства, выходы триггера 16 являютсяпервым выходом устройства, выходытриггера 16 являются первым выходомустройства, а выход сумматора 20 -с вторым выходом устройства, причемпервый выход устройства подключенк второму входу усреднителя 18, наинформационные входы реверсивногосчетчика 9 задают число М, равноесоотношению масштабов входных частот.Для простоты реализации целесообразно число М выбирать из ряда 10;100; 1000 и т.д,Усреднитель 18 содержит реверсивный генератор 22 тока, ключ 23,фильтр 24. Усреднитель 19 аналогиченусреднителю 18, но в нем генератортока нереверсивный.Устройство для измерения разностичастот импульсов работает следующимобразом.Перед началом работы нажатием кнопки 21 счетчики 9 - 12 сбрасываются в нуль. Последовательность прямоугольных импульсов с выхода опорного генератора 1 подается на вход формирователя 2 синхроимпульсов, который формирует две сдвинутых по фазе нао180 последовательности синхронизирующих импульсов частотой й И с,Е ) поступающих на входы блока 3 синхронизации, на два других входа которого поступают сравниваемые частоты И 1 и Г . Синхроимпульсы последовательностей Еа Гс обеспечивают передачу импульсов входных частот й,3 1228030 4на первый выход узла 3 синхронизации, - -М Е Т -М -- а Е - на второй выход узла 3 со сдвидИ=М-М ЕТ =М -- ,ггом по фазе (исключая одновременное где Тг - текущий период последовательпоступление импульсов двух частот ности ЕД Эна выходы узла 3 синхронизации, что 1 т.е. пропорционально относительноймогло бы привести к сбою в работе разности сравниваемых частот с учетомзнака этой разности.В момент времени й (фиг. 2) одно- После записи в счетчик 12 числа дМвибратор 4 формирует импульс. Выход- на выходе элемента ИЛИ 17 формируетсяной импульс одновибратора 4, прохо сигнал "1" поступающий на вхоЭи ющий на вход усреддя через элемент 8 ИЛИ, поступает нителя 18 и на установочный входна установочный вход счетчика 12, счетчика-делителя 10, разблокируя его,обеспечивая запись в него выходного При этом последовательность синхросигнала реверсивного счетчика 9, и импульсов Ео с выхода формирователя 2на тактовый вход триггера 16, пере синхроимпульсов через счетчик 10,писывая в него содержимое тригге- работающий в режиме делителя частотыра 15. По окончании импульса на вы- поступает на счетный вход счетчика 12,ходе одновибратора 4 по его заднему уменьшая его содержимое от дМ до нуля,фронту одновибратор 5 формирует им- вследствие чего на выходе элеменпульс, который, поступает на устано та ИЛИ 17 формируется сигнал "0", ковочный вход реверсивного счетчика 9, торый блокирует счетчик 10, послеобеспечивая запись в него числа М, чего импульсы на вход счетчика 12 несоответствующего отношению масштабов поступают. По заднему фронту импульсравниваемых частот, и на 8-входе са на выходе одновибратора 4 срабатытриггера 15 - знака числа в реверсиввает одновибратор 5 и процесс измереном "счетчике .9, формируя на выходах ния повторяется.триггера 15 состояние, соответствую- Таким образом, на выходе элеменщее положительному числу, что приво- та ИЛИ 17 формируется импульсная подит к открыванию элемента И 7, после следовательность с частотой следовачего на вычитающий счетный вход счет-ЗО ния Е и длительностью импульсовчика 9 начинают поступать импульсы дИпоследовательности МЕ уменьшаяего содержимое. В момент времениЕ - частота следования синхро(фиг. 2) содержимое счетчика 9 уменьоимпульсов на выходе формирошается до нуля, об этом сигнализирувателяет выходной сигнал элемента ИЛИ 14, К - коэффициент пересчета счеткоторый, поступая на тактовый вход чика 10.триггера 15, переводит его в состоя- К ак видно из выражений (1) и (2),ние, соответствующее отрицательному длительность импульсов на выходе элечислу в счетчике 9, по которому от мента 17 пропорциональна относителькрывается элемент И б, и импульсычнои разности сравниваемых частот.последовательности М Е начинают В случае, если соотношение частотпоступать на суммирующий счетный вход и Е таково, что за период частосчетчика 9.В момен вмомент времени с (фиг. 2) приты Е содержимое реверсивного счетчиФг (фи45 ка 9 и триггера 15. знака изменитсяходит очередной импульс последова- до -М (если Егй 0,5 Е,), что фикси еттельности Е , по которому последоваЕг ), д ируеттельно, как было показано выше, срагф ся элементом И 13 по выхпо выходному сигбатывают одновибраторы 4 и 5,налу элемента И 13 сб а13 сбрасываетсяв нуль счетчик 9, а в счетчик 11По импульсу одновибратора 4 через 5 О (самоблокирующийся в нуль) эаписыва-элемент ИЛИ 8 содержимое реверсивно-ется постоянное число Я. После запиго счетчика 9 переписывается в счет- си числа Я на выходе счетчика 11чик 12, а информация о знаке разнос- устанавливаетея уровень "1". Счетти частот (Е -Е,) с выхода тригге- чик 11 разблокируется и под дейст 55 вием последовательности импульсовЧисло, насчитываемое в реверсивном синхронизации Ес , поступающих на егосчетчике 9 и триггере 15 эа период счетный вход с выхода формироватенизкой частоты Ег ля 2 синхроимпульсов, его содержимое1228030 При отсутствии ймпульса с выходаэлемента ИЛИ 17 ключ 23 открыт и токс выхода генератора тока 22 на входфильтра 24 не поступает.При наличии входного импульсаключ 23 закрывается и импульс тока подлительности, равный входному и соответствующий по знаку состоянию триггера 16 через фильтр 24, поступает10 на вход сумматора 20. Среднее значение тока, поступающего на вход сумматора 20 с выхода измерителя 18ф3, =-, Т,-"15 где 1 - выходной ток реверсивногогт 1генератора 22 тока.Измеритель 19 работает аналогично.Среднее значение тока, поступающегона вход сумматора 20 с выхода измери 20 теля 19,л 2ср=1иС 1 г етгТггде Х - выходной ток нереверсивногтгго генератора 22 тока,При равенстве величин токов генераторов"го =Кгот ( г)где ш - масштабный коэффициент;П - напряжение сумматора 20;30 К - коэффициент передачи сумматора 20. Предлагаемое устройство работаетв трех режимах:35 г. х фК 0,5" ,выход измерителя на естественноеограничение. В первом режиме в работеучаствует только канал измерителя 18, 4 О а во втором - оба канала 18 и 19.В обоих случаях выходной сигнал (выс ход сумматора 20) пропорционален абсолютной разности сравниваемых .входных частот, т.е. устройство обеспечи вает быстродействующее измерение разности частот следования импульсов,в том числе если одна из частот равнанулю. х-К Преобразуя последнее выражение,получаютК,-Г,с=КМ ---згСигнал на выходе 2 устройства пропорционален абсолютной разности сравниваемых частот с учетом знака разности, формируемого на выходе 1 устройства.Усреднитель 18 (19) работает следующим образом. 3уменьшается с Ц до О, после чегосчетчик 11 самоблокируется, а на еговыходе устанавливается снова уровень "О". Если реверсивный счетчик 9снова достигнет состояния -М, процесс повторится. Таким образом, навыходе счетчика 11 формируется С 4-1,фиг, 2) и импульсов длительностью,-д 0сЦсЧисло импульсов переполнения определяется выражениеми= -- 1,2где и - целое число;й ; частота максимально близкаяЭк йно период ее целое разуклацывается в периоде частоты Г.Когда на выходе элемента И 13 появляется фиксирующий состояние -Мимпульс, который через элемент 8 ИЛИпоступает также на установочный входсчетчика 12, поскольку на информационных Р -входах счетчика 12 во всехразрядах находится уровень "0"канал измерителя (счетчики 10 и 12,элемент ИЛИ 17, усреднитель 18 приЬЫ=-и М) в работе не участвует,В момент времени(фиг. 2), послеприхода очередного импульса частоты Йг, содержимое реверсивного счетчика 9 не достигает -М. В этом случае импульс -М на выходе элемента И 13 не формируется и счетчик 11остается в нуле. По команде с выходаодновибратора 4 содержимое реверсивного счетчика ЬН (см. Фиг. 2) переписывается из реверсивного счетчика 9 в счетчик 12, после чего на выходе элемента ИЛИ 17 аналогично описанному Формируется единичный импульдлительностью 5 ОИспользование предлагаемого устройства позволяет повысить быстродействие измерения разности частот, поскольку измерение может осуществляться за один период входной частоты иобеспечивает работоспособность устройства при любом соотношении входныхчастот, даже если одна из них равнанулю, т.е. имеет более широкие функциональные возможности.1228 7Формула иЗобретения Устройство для измерения разности частот импульсов, содержащее генератор опорной частоты, три счетчика импульсов, три элемента И, три элемента ИЛИ, триггер, при этом выход первого элемента ИЛИ соединен с тактовым входом триггера, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход второ го элемента ИЛИ соединен с установоч. ным входом первого счетчика импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных воз можностей, в него введены реверсивный счетчик, формирователь синхроимпульсов, блок синхронизации, два одновибратора, второй триггер, два усреднителя.и сумматор, при этом вы ход генератора опорной частоты соединен с входом формирователя синхроимпульсов, первый выход которого соединен со счетным входом второго счетчика и первым входом блока синхронизации, а второй выход - со счетным входом третьего счетчика и вторым входом блока синхронизации, первый выход которого соединен с вторыми входами первого и второго элемен- ЗО тов И, выходы которых соединены со счетными входами сложения и вычитания реверсивного счетчика соответственно, второй выход блока синхронизации через последовательно соединенные пер- З 5 вый и второй одновибраторы соединен с установочным входом реверсивного счетчика и Б-входом первого триггера,ОЗО 8первый выходкоторого соединен с первым входом третьего элемента Иа второй выход - с первым входом второго элемента И, и информационным входом второго триггера, тактовый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора, а второй вход - с выходом третьего элемента И, установочным входом третьего счетчика и входом установки1 11в О реверсивного счетчика, входы параллельного ввода первого счетчика поразрядно соединены с входами первого элемента ИЛИ и с выходами реверсивного счетчика, причем выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с вторым входом третьего элемента И, счетный вход первого счетчика соединен с выходом второго счетчика, а выходы - с соответствующими входами третьего элемента ИЛИ, установочный вход второго счетчика подключен к выходу третьего элемента ИЛИ и первому входу первого усреднителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго усреднителя, вход которого соединен с выходом третьего счетчика и его входом установки в "О", третий и четвертый входы блока синхронизации являются первым и вторым входом устройства, а выходы второго триггера и сумматора - первым и вторым выходами устройства, причем первый выход устройства соединен с вторым входом первого усреднителя.1228030 дМ +И ЬЩ дР 8 ыхад рееерсцбнам сяащха У ЬА дЩ дихт аЬюИрвари 4 Заид одгаЙ 4 аааара Хйихаалригера 6 диод геа Я йюЫаеиааа 6 иа 2 аз 2284/46 Тираж 728 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушская н