Цифровой измеритель частоты

(с.)( ("Ки(хГс)1 и ГиГГ ск их е (: Г:ул к с( Ь О 1 й 23/00огулесггг,л к)иггт130)ее Ги 1 Гке и;м , Гк 1 ссе ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ 21) 4488200/21(56) Авторское свидетельство СССРГФ 930150, кл. С 01 Б 23/00, 1980.Андронов К,А. и Снитко Ь,Н. Об из(ерении частоты по переходам напряжения через нулевой уровень. Радиотехника, т. 29.1974, с, 76-79,(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТО ГЫ 57) Изобретение о) нг)ги) ся к радиоизмерениям, а именно к измерениям частот;гдрИзобретение относится к радиоизмере.ниям и может бь(ь сцпльэовдно для измерения частоты гар(лониеских элекри (ескихсигналов,Цель иэобрете(ия погыцее точностиизмерения чдсготы сигнглов с неизвестнойначальной фазои,11 д фиг, 1 пиведсчд блок-схема ус(ройствд; на фиг, 2 - бцк-схема синхронизатора; на фиг. 3 - поягнения к алгоритмуработы измерителя частоты,Цифровой излеритель чдстОты содержит синхрониэдтог) 1 первый регистр 2,первый счетчик 3, второй регистр 4, ключ 5,накапливающий сумматор 6, делитель 7, умножитель 8, второй счетчк 9, третий регистр 10, квадратор 11, рдсцределигель 12,формирователь 13 нуль-пересечений, элемент 14 задержки и элемент 15 памяти, вход16 устройства, инфорлационный вход 17,управляющий вход 18, вход 19 синхронизатора, выход 20, выход 21 синхронизациисчитывания,5 Ц пн 1684710 А 1 монических электрических синдло( Цель изобретения повышение точности измерения частоты сигналов с неизвег, ной ндчдль нои фазой, Поставленная цель досгидегся тем, что в известный цифровой измеритель частоты введены первый - третий регигтры, формирователь импульсов нуль-пересечений, синхронизатор, ключ, элемент эадерж - ки, квадратор, блок памяти, распределитель и по-новому организованы связи между элелентдми устройства, за счет чео появляется возможность более точного излерения периода частоть) при примерно равном дццдрдтурном объеме 3 ил Синхронизатор 1 (фиг 2) содержит первый и второй триггеры 22 и 23, формирователь 24 импульсов, элемент 25 задержки, распределитель 26 импульсов енердтор 27 импульсов.Второй регистр 2, первый сче) чик 3, второй регистр 4, накацливаюоий сумматор 6. делитель 7 и умножитель 8 последовательно соедине ы. Также последовательно соединены орлирователь 13 нул-пересечений, ключ 5, элемент задержки 14. Выход квддраторд 11 соединен со втор л входом делителя 7, Второй вход умножигеля 8 соединен с вьходом элемента 15 пдмяти Измерительный сигнал подается на вход 16 формирователя 13 нуль-пересечений. Нд информационный вход 17 и на упрдвляоций (,хг(д 18 первого регистра памяти 2 от )пешне дццдрдтуры в виде параллельного кодаоддетя исло-уставкд, заддощее дллтел,нос) , измерительного интервала и сигнал записи устдвки соответственно. На вход 19 сихрцнизатора 1 от внешней аппаратуры цогту( дот пуско т, и НДКДЦЛ(В. )-;1) СУх.1 Д) ОД 6, Д ЭДУК Свх)до)1 пред др;1)г;льнауста(цвкг(ерв)- 10 сч)чика 3.р 0111 г)11,0 д .и нэ он из (1. фз;)1 ,1",11,)Е, у Г,.В ",З 1:, )1 ГХ(Э)Э( рд;ПГ(;РЛ(е;я 2 )-е)1)ерый вы .Пд синхроИзгТорЭ 1 СО)ЭДИ.Н СО ВХОДОМ Г) Г)5 МОГО С (З)1:3и рвого счет икд 3. 1 ятый выход с).НхрониЗЭТОГ)сз 1 СГР 1(Р 11 С )УЦ.(13 ЛКЭ)1(И( ВХОДО 1клго д 13. Пес)э"1 ль)ход синг О(из;3)с)р;Г ОЕИГ 1) С 31(ГГ 111С(ХГЭГ 1(И:(с 1(И )31 в: ) с) у(,)0 с с) . Г ;11111 )/С 1) ),1 )1( )В,Д СНХРОЦЗД)Р.;:Дцс, ( С О/10;1з.)ц ге Г ) рд0 и в(О/ э 1 1(а ;1(ОГ,и;Р,о с:ЧЕГЧКД ", РГ 5)й У)1:1/, Г 11,11)ХГ)л синхр)ни:;:)(Г 1;);)) ) н ); );) ) ц), )11)ино( ) 1)тгГ)0 О Г,а ),;) ,1)1 1)ч 1),;11 )ЛС)5 и) е/)12 001.: 1111)111)) )е 1 Г 1 в 10 Р 1(м и) ) хо,),1. с КГэО 111 здтГ 3 ,тГ)е) 1( в 1:,О/1 11.)э ц г Д)1) Р)1 с вых,с)111)10)(.10 Эр 1) ГСр;),3 у)11 чляс)1(1,1 вхос)л 1Г) 3 с и Гэ е Д е /1 и т (1, 1,;, 11 ев ы;1 1 1 т 0 Р Г) 11 в,1 х (. .д 1 которо 0 влчгся сог 1 РТ:венн(э пер.ВЬМ И ЧЕТВСР Т) И В(Ь(с ГДЗЛ(И С(НХРОНИЗД(.;Р,.1, вы;ОД первотр(ггерд 22 являесл г)1 тым выходом синхро 1 затора 1, а инверс.ный выхо/ цсрго о тр)ггора 22, черезПОС/)ЕДОВатг)ЬЦ(Э СОСДРННЫЕ Г)ОРИГЭО)Дтель 2 с 1 игул с( в и зл.л(с)т 25 здержкисоединен с ш.с ты Г) ыходм 1 Нх ранзатора 1, выход ген(ТГ)дцрд 27 1/шульсов соедине со входо)1 рд-пределтсля 26импульсов; ) )д, 2 Г - Пирина полосы чдстог помехи,, );)1) г) Ц)/1101;)1 и ИЗ)(г 5,).) И 1;) В;О1).7 цеГ 13010 ГэеГиг(Гэд 2 цд.)Р 1 в 1351; мнОГОраз ГяднОГО двои 1 но 0 кпдд цоддРтся числОустдвкд, равное ( 0,5,/3), где.1 Г , с(Л(,Е ЧИСЛО 10(,У3 ) 111 1 Х 1)с)КЭПЛИВ 310Г)(его суимдторд Г 3;1 ержднн,)м импульсо) нуль-пересе(.и) ПГ)ступившим ндтд говь(й входд).д 1)(и 1 эщго сумматораЧОРЕЗ ЭЛЕМЕНТ 11 ЗДДЕРЖКИ, ВЬПОЛНЯЕтСЯ) Сложение вное)ь пос(п 1)в)его числа с Гэднеенакопленной суммой, Одновременно имьс нуль-цересечения через распреели 12 постуцдРт нд вход пГэямого счетар эварсивного счетчикд 9. Этот счагИк под 50 г.тывдет число импульсов нуль-цересече)ий. Распределитель 12 управляется.1 гналом с третьего вь(хода синхронизатоГ)л. Рдэота элементов 3, 4, 5, 6, 9, 12, 14измерителя с приходом очередных импуль.: 3 н/(ь"неэсечений пов)ОГ)я) гс 1 Описан1)ым ыше 1)Гэдзол(о тех цюр, г)ока незакончится первач половина измерите/ьного интервала, Р этот момен) показания счет 1)кэ 3 становятся равными О, и на его.:хода иере осд (т.е. первом в"оде синхро 131/ О(1 П- ) низдторд) почв)яется имцульс "-тим импульсогл п тр)3 и ресиср 10 эдписыиде 1 ся показание ворого сетчикд 9 - число нуль цереое ений, редпиэовавшихся нд О)ови не изгеритепьноо интервала (дгное М/2) 5 Одцоерегле 4 о в синхрониздторе 1 под воздгйствием имгульсд, поступившего нд первый уцрдвпяОци", вход выполняются церекп 0 еги, и логцче; кй уроде ь Гзндлд нд его третьсм е ходе измснпетгя, )д 10 второй половине ;зг ): гг. ьнсго Гэрвэла расс)ределитап 12 пода., цмг;лесе нуль-пересеч ний д вход обрдгно очетд второго сче гч;ка 0.Евэ,пг)это )1, Г)о,кпочснн.йвходу 15третьео регистра 1 г), возеодиг испо (/2) в к)ДОд Г, В Деп 1 Рп, 7 еГо)е ГЯ Доле ние числа (Г)/2) .3 с,уку, накоцпзну 0 к даннс)му моме у;,р ,еи в гухпдтог б Р, умцожителе 8 г)ззчьдт дел.ил у;.1 но, да)- 20 ся нд костс , чиспен 0 1)денуОдк Г)по часОГО 3)Оопения сетКд 3, ",.0 сдт 3 храни)ся в зпс,.Ол)е 15 пдгятц. Реэупьа уможеция годдется д )ыход 20 зг;Г)Г)- ля, Работа изглер епя ;э;,ГоГ)й попосине 25 измерителыого игср)дд по.оп:)егся как описао Г:,ыве Сдждым новым ц;.пульсом нуль-срес е 31 и Гс .эд ни ;О)сГО счетчика 9 улень 3:3 о)с Указаный счетчик прскрдц;еэ орис;пь ый .,)3;)п в 30 моме г рееств;3 с;одержимоо с е чика чи.лу О, Р этот моглет Гиг;)л с .:, о :, хода цсреногд Г)ост,д т и етоск уцрдвляюЦцй Г ХОД Ги хГ ниэдто 3, Таки г 1 Г)"эзог 1 е изглерителе Обесце ;едГся р-Генсео к).,5 ли есгва нуль-пересечеий, пост гпгоцихобработку нд пер )ой и вторгп цоловшшк изгерцтепьноо и 4)ерсд)д сс)01 Гственно, и тегл самьм ис пк)чдося домдпьцые ошибки иэглерении. В Ответ цп упрппяо щий импульс сихрониэатор 1 с зддер ;кой 1 арр подает нд шестой выход иглпульс, что дает иозможност, г:нешней дг)пдрэт, ре зарегистрировать результат измереияТаким обрдэс)г, при работе измерения 45 на выходе 20 непрерывно пригутствует неправильный" результат, эа Г 1 склк) аием момента наличия короткого импульса на выходе 21. В этот гГ)мент енешяя дппэратурарегистрирует г)рдвилыый результат 50 излерения.Синхронизатор 1 работает следуоцим образом В гломент начала измерений на вход синхронизатора поступает импульс, Он обеспечивает установку в "единицу" 55 триггеров 22 и 23, И пульс со входа синхронизатора поступает также нд второй выход (по этому и;лпупьсу в схеме измерителя выопняется подго)овкд к иэмереичм). Первый триггер 22 сохрэняе согтояние до конца измерительного интервал;3и,;п "1" . )ьхода григв;)д 22 (с сетого пл" с да) л тРен 1 е изглпри Гель 30 О нт еред па псддер )кив 3 РТ в Открытом ГОСс);н;и кп 05 и ГмР измерителя. Триггер 23 удержиеэетс. е сосгоянии 1" только нд первй пологи . и мерительного интервала Сигналом Г. выхода этого триггера уцрдппяетгя рдс,ое делитель 26, д также рдспреДРГтел, 2 Р схеме иэглеритепя (туда сигнал посуцдст через третий выход синхрониэдтоод, Рдс рРде.тель 26 на перегд поповиче иэгРри ГРПЬНОГО Ицтввэл;) ОД)Е ЦОтОК ИГУ 3,СГч)Ренерг)тора 27 на первый выход синхронизатора, э на второй половине - на четпергый еьход. Парекпочене )оиггера 23 3)р)исхо- ДИТ Е ЛОМРНПОС Г) Ц ПЕ Ч 1 Ц УЛ . Сд НД ГРР вый вход синхрониздорэ(с входа переос; Ггчетчикд 3 измерителя), Форг" иро. ватель 21 вьс)дбэтьвдет короткий иглпульс по фронту сигнала на инверсном выход триггера 22 (т е. в гломент завершения изглерительного интервала) С необходилой временной задержкои этот импульс через элсгент задержки 25 Г)оступэет на шс стой выход 21 синхронизации считывания. цозео яя внешней аппаратуре здрегистриро. зать результат иэмере ияустройстго реапизуе е дискретном в- де дпго)итл оцени 3;)гия дсготы гармон- ческоо сигнала со спучаинои начальной фдзо 1, набпюддегоо н; фг)ге 4 ормдлььх шумов- (1) 2 (тзср - 1;с. ) ГДЕ С 1 ср, С 2 Ср - СтатИСтИКИ, фОрГИруЕМЬЕ ПОэкспериментальным данным - потокунупь-пересечений (С) измерительного сигндлд согласно алгоритмам 2 Г,х 2 2 Г 4 т 1 ср = - х., .; т 2 ср = д.т,(2)= - "+1 2Величина М представляет собой общее испо зарегистрировднных на измеритель:огл интервале длительностью Т нуль-пересечений измерительного сигнала, асложные преобразования позволяют привести (1) к виду1где т- т- временное расстояние между моментами реализации 1-ых (т.е. "одноименных") нуль-пересечений са первой и второй половинах измерительноо интервала соответственно, Учитывая, что нуль-пересече ция измеряют импульсами тс (товой частоты акт то(3 а) 10 ф - сект 11где т 1 - времена реализации нуль-пересечений, выраженные в числе импульсов тактовой частоты.Фиг. 3 иллострирует методику измерения частоты, реализованную в измерителе, На интервале Т выполняется (й/2) замеров временных расстояний т 1 - т , каждое из которых равно (И/2) периодов иэлерительного сигнала, Ошибки едииичьх замеров измерений усредняются цри сумслировэ.ции, Этот алгоритм и реализован в измерителе.Показано, что алгоритм (3) обеспечивает оценивэние эс готы с ошибками, вели ицэ которых лиш; в 4/3 .аза (цо диспсрсии) превышает величиу овибок, достигаемых при оптимальных (т,е. теоретически наибо 30 лее точных цри эаданносл отношении сигнал/помеха) изслерениях.Формула изобретенияЦфровой измеритель частоты. содержащий первый и второй счетчики, нэкапли 35 вающий сумматор, выходная шина которого соединена с цервои входной шиной делите.ля, квадрэтор и улцожитель, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности измерения частоты сигнала с неизвест 40 ной начальной фазой, в него введены первый, второй и третий регистры, синхронизатор, распределитель, формирователь нуль-пересечений, ключ, элемент задержки и элемент памяти, выходная шина которого45 соединена с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом делителя, а выход является информационным выходом устройства, вход которого через формирователь нуль-пересечений50 соединен с входосл ключа, управляющий вход которого соединен с пятым выходом синхронизатораа выход - с входом записи второго регистра и входосл элемента задержки, выход которого соединен с входом записи накапливающего сумматора и вторысл входом распределителя, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора, а первый и второй выходы - соответственно с входами прямого и обратного счета второго счетчика, выходная шина которого соединена через третий регистр и квэдратор с второй входной шиной делителя, вход установки в "0" - с вторым выходом синхронизатора, входом установки в "0" накапливающего сумматора и входом предварительной записи первого счетчика, а выход переноса разряда с вторым входом синхронизатора, цервьв вход которого соединен с выходом переноса разряда первого счетчика и входом записи третьего регистра, первый и четвертый выходы синхронизатора соединены соответственно с входами обратного и прямого счета первого счетчика, выходная шина которого через второй регистр соединена с входной шиной накапливающего сумматора, а входная шина - через первый регистр соединена с информа.сиосньм входом цифрового измерителя ча:тоты, упрэвляс.щий вход которого соединен с входол записи первого регистра, причем синхронизатор содержит псрвый и второй триггеры, формирователь импульсов, элемент задержки, генератор импульсов и распределитель, первый и второй выходы которого являотся соответственно первым и четвертым выходами синхронизатора, первый и второй входы которого соединены соответственно с входами установки в "0" второго и первого триггеров, третий вход - с входами установки в "1" этих триггеров и вторым выходом синхронизатора, третий выход которого соединен с выходом второго триггера и управляющим входом распределителя, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого триггера соединен с пятым выходом синхронизатора, а инверсный его выход через формирователь импульсов и элемент задержки - с шестым выходом синхронизатора, являощимся выходом синхронизации считывания устройства.р В,Сеглян емчи рек 1 ирэж Подпигноенно о комитета по изобретениям и огкры Ъ 0, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 4 при ГК 1-1 Т СССР 1 роизводсвенно-имаясский кгмбинат аэ 3504ВНИИПИ Го