Способ для измерения частоты и устройство для его осуществления

Союз СоветсникСоциапистичеснииРеспублик ОЛ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 01,02.80 (21) 2851129/18-21 с присоединением заявки РЙ -6 О 1 В 23/10 Гееударстаавый комитет СССР(088.8) Дата опубликования описания 23.11.81 4) СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯнике звестен спо измерени еднеи часто лючающийс том, что формир импульсов, перэталонному врепоследов ательност ния которой раве тервалу, подсчить ряемой частотной иод следоваменному ин вают число импу по следов ательнос о интервала и ф в изм ти за времяиксируютизмерения каждого эталонн ек Недостатком спо ешность измерени по- сигба является больш быстроизменяющи палов,Наиболее близким является способ изм ющийся в том, что ность импульсов, сдв но входной последо временной интервал по техннческои сущ сти ерения частоты, заклформируют последоинутую по фазе относвательности на эталои непрерывно подсчиразности входной иностей импульсов. вательтельа тыва ют чистй импульсо нутой последовател Изобретение относится к измерительной тех числовои эквивалент предыдуще входной частоты на время изме щем эталонном интервале (13. 2Устройство, реализующее способ, содержитреверсивным счетчик, регистр сдвига, блок сдвига совпадающих импульсов и генератор опор.ной частоты, причем входная клемма устрой.ства подключена к первому входу блока сдви 5га совпадающих импульсов и к информацион.ному входу регистра сдвига, выход которогоподключен ко второму входу блока сдвигасовпадающих импульсов, третий вход которогоОсоединен со сдвиговым входом регистра сдвига и подключен к выходу генератора опорнойчастоты (21.Однако этот способ и устройство для егореализации имеют ограниченную точность пре 5,образования в цифровой эквивалент входнойфункции из-эа наличия динамической погрешности оспеднения,Целью изобретения является уменьшение ди.намической погоешности осреднения.Поставленная цель достигается том, что вспособе измерения частоты, заключающемсяв формировании последовательности импульсов,сдвинутой по фазе относительно входной последовательности импульсов на эталонный временной3 8837 интервал, и в непрерывном подсчете числа импуль. сов разности входной и сдвинутой последовательностей, формируют вторую дополнительную последовательность импульсов с частотой, равной алгебраической сумме частот входной и половине разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов, подсчитывают число импульсов дополнительной последовательности импульсов за время, равное эталонному сдвигу по фазе, а затем полученное число импульсов негрерьтвно 30 корректируют числом импульсов разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов с учетом знака приращеши входной частоты,1 79 четвертого элемента И и нулевым выходом вто рого триггера, соответствующий вход которого соединен через элемент задержки с первым вхо. дом четвертого элемента ИЛИ, пусковой клеммой устройства и сбросовым входом реверсивного счетчика, счетный вход которого подклю. чен к выходу третьего элемента ИЛИ, а знаковые входы "Сложение" и "Вычитание" подключены соответственно к единичному и нулевому выходам третьего триггера знака, единичный вход которого подключен к выходу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым входом второго элемента И и подключен ко второму выходу первого блока вы. читания импульсов, третий выход которого подключен ко второму входу третьего элемента И и второму входу пятого элемента И, выход ко. торого подключен к нулевому входу третьего триггера знака. На фиг. 1 изображен временной график, поясняющий способ для измереши частоты; .нафиг. 2 - блок. схема устройства, реализующегоэтот способ,Сущность способа заключается в следующем.Получают последовательность импульсов счастотой Гх (т - Т), сдвинутую по фазе на величину= Т эталонного интервала времени относительно входной последовательности импульсов с частотой Х(1).После пуска в течение времен Т имеетсятолько входная последовательность импульсов1 у(т). 1 ерез время Т формируется вторая последовательность импульсов Х (т - Т), сдвинутаяпо фазе на велиппу Т относительно входной.Для компенсации динамической погрешностиосреднения в предлагаемом способе сначала формируют последовательность импульсов с часто.тойХд . - . Мх(с) = Х(т) - Г(т - Т),равной текуцему приращению, частоты входнойпоследовательности импульсов относительносдвинутой, Затем формируют дополнительнуюпоследовательность импульсов с частотойд,=к- -+ Яравной алгебраической сумме входной частотыи половины разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов. Подсчитываютчисло импульсов второй дополштельной после.довательности за время эталонного временногоинтервала Т, за который образуется числовойэквивалент постоянной части выходного кода ТР=фю "Ц й-тац."ф. с Й(т"Р) Как видим, числовои эквивалент постояшюй части выходного кода компенсируют числом имПоставленная цель достигается также тем, что в устройство для измерения частотысодержащее реверсивый счетщк, регистр сдвига,блок сдвига совпадающих импульсов и генератор опорной частоты, выход которого под.ключен к сдяиговому входу регистра сдвига"2 Ои первому входу блока сдвига совпадающихимпульсов, второй вход которого подключенк входной клемме устройства, а третий вход -к выходу регистра сдвига, информационныйвход которого подключен к входной клеммеустройства, введены два блока вычиташя импуль сов, второй блок сдвига совпадающих импульсов, трп триггера, формирователь эталонноговременного интервала, пять элементов И,четыреэлемента ИЛИ и элемент задержки, причем выходы первого блока совпадения импульсов подключены к псрвому и второму входам первогоблока вычитания импульсов, информационныйвыход которого подключен к первому входупервого элемспта И и к счетному входу перво.го триггера, выход которого подключен к пер 35вому входу второго блока сдвига совпадающихимпульсов, второй вход которого соединен свходной клеммой устройства, третий вход подключен к выходу генератора опорной частоты,а два выхода подключены к двум входам второ 40го блока вычиташ,я импульсов и соответственнопервого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, вы.ход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого под. ф ключен к выходу третьего элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго блока вычитания импульсов, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу четвер. того элемента И, выход которого подключен 56 к первому входу третьего элемента ИЛИ, вто. рой вход которого подключен к выходу первого элемента И, соединенного вторым входом с первым входом пятого элемента И и едирич. ным выходом второго триггера, соответству ющий вход которого подключен к выходу фор мирователя эталонного временного интервала, соединенного своим входом со вторым входом883779 6довательности импульсов, На выходе блока 3т образуется модуль непрерывной разности им.пульсов входных последовательностей, Блок 3вычитания импульсов может быть выполнен, нат 5 пример, из триггера с раздельными входаьщ,выходы которого подключены к элементам И,вторые входы которых соединены с входамитриггера, В зависимости от знака приращениявходной частоты на.выходах блока 3 формиру 0 ется сигнал Яп 9 .Мх(т). Импульсы с выходаблока 3 делятся на два в триггере 8 со счетным входом, с выхода которого на вход блока 6 сдвига совпадающих импульсов поступаютЬ5 импульсы с частотои 1: - Е - , В блоке 6Гимпульсы входной частоты ХХ(т) и импульсыпоследовательности, следующие с частотой 1синхронизируются импульсами генератора 7 исдв 11 Таются на полпериода частоты 10, С выхо.20дов блока 6 импульсы этих последовательностей пос;упают на входы элементов ИЛИ 17и блока 4 вычитания импульсов. В элементеИЛИ 17 импульсы этих последовательностей сум.25мируются и на выходе его образуется последовательность импульсов с частотойх(,Х Устройство работает следующим образом..С клеммы 22 устройства преобразуемая последовательность импульсов с частотой 1 Х (т) поступает на вторые входы импульсов и на информационный вход регистра 2 сдвига. Регистр 2 сдвига выполняет роль цифровой ли. нии задержки поступающей на его информационный вход последовательности импульсов, Каждый импульс последовательности ГХ (т), поступаю ций на информационный вход регистра 2, сдвигается импульсами опорной частоты Го, поступающими на сдвигающий вход регистра 2 с выхода генератора 7, На выходе регистра 2 последова. тельность импульсов 1 Х(т) появляется с задерж. кой, равной Т = Мр то, где М р - емкость регистра 2 сдвига; то - период следования импульсов генератора 7. Входная и задержанная последовательности импульсов поступают на входы блока 5, который обеспечивает сдвиг совпадающих во времени импульсов, необходимый для нормальной работы блока 3 выпитания им. пульсов. Блок 5 сдвгпа совпадающих импульсов может быть построен на принципе синхронизации сдвинутыми на полпериода импульсами генератора 7 импульсов, пост;пающих на входы блока 5 последовательностей и может быть выполнен, например, иэ триггера, одновибратора, элементов И и НЕ, С выходов блока 5 на входы блока 3 вычитания импульсов поступают входная 1 Х (т) и задержанная 18 (т - Т) послепульсов, пропорциональным половине прираще ния входной частоты за время Т, т,е. устраняю динамическую погрешность осреднения. И только затем полученный числовой эквив:.лент постоянной части Мх(Т) непрерывно корректирую числом импульсов первой дополнительной после. довательности импульсов с учетом знака приращения входной частоты.Процесс формирования выходного числового эквивалента в предложенном способе иллюстрируеткривая С (фиг, 1). За время Т измене. ние числового эквивалента постоянной части показано величиной И(т), которая в момент/окончания эталонного временного интервала до стигает величины К (т), скомпенсированной по сравнению с известным способом величиной ЬМХГ)1 пропорциональной половине приратцения входной частоты за время Т. Затем выходной числовой эквивалент И(т) изменяется в соответствии с изменением входной частоты,Устройство содержит реверсивньп 1 счетчик 1, регистр 2 сдвига, блоки 3 и 4 вычитания импульсов, блоки 5 и 6 сдвига совпадающих импульсов, генератор 7 опорной частоты, триггеры 8 - 10, формирователь 11 эталошого времен ного интервала, элементы И 12 - 16, элементы ИЛИ 17 - 20 и элемент 21 задержки, входные клеммы 22 и 23. 35 40 45 50 55 В блоке 4 импульсы этих последовательное. тей вычитаются и на выходе блока 4 образуется последовательность импульсов с частотойх4 хВ зависимости от знака приращения входной част 1 эты Япц Мх(т) сигналом с вь;ходов блока 3 открывается элемент И 12 или И 13 и соответствующая последовательность импульсов с частотой 1 з или 1 а через элемент ИЛИ 18 поступает на вход элемента И 15, открытого на время Т, после пуска сигналом с выхода трйггера 10 управления, Импульсы с выхода элемента И 15 через элемент ИЛИ 19 поступа. ют на счетный вход реверсивного счетчика 1. По сигналу "Пуск", поступающему на вход устройства, обнуляется реверсивный счетчик 1, че. рез элемент ИЛИ 20 триггер 9 знака устанав пивается в единичное положение, а счетчик 1 - в режим "Сложение". Через время, необходимое для окончания установки счетчика 1 в нулевое положение, пусковой сигнал через элемент 21 задержки поступает на нулевой вход тригге ра управления, сигналом с соответствующего выхода которого открывается элемент И 5, через который импульсы с выхода элемента ИЛИ 18 поступают. через элемент ИЛИ 19 на счетный вход счетчика 1, где они суммируются, Через, время Т на выходах разрядов счетчика 1 образуется код МХ(т) постоянной части числового эквивалента входной частоты. Благодаря тому,883779 что числовой эквивалент постоянной части выходного кода скомпенсирован числом импульсов, пропорциональным половине приращениявходной частоты за время Т, уменьшается ди.намическая погрешность преобразования, Перед;ним фронтом сигнала с выхода триггера 10 запускается формирователь 11 эталонного временного интервала, на выходе которого формируется импульс через время т = Т, которым триггер 10 устанавливается в единичное положение.При этом сигналом с выхода триггера 10 открывается элемент И 14, через который на счетныйвход счетчика 1 начинают поступать импульсыс частотой Фи полученное значение числовогоэквивалента постоянной части М(Т) в счетчике 1 непрерывно корректируется в зависимостиот прирагцения входной частотьь, Числовоц эквивалент на выходе счств 1 ка 1 будет меняться. Направление изменения числа импульсов в счетчике1 будет устанавливаться в зависимости от знака текущего приращения входной частоты спомощью сигналов с выходов блока 3, устанавливающих триггер 9 знака в соответствующееположение, меняющес направление счета в счет.чике 1. 82. Устройство для измерения частоты, содержащее реверсивный счетчик, регистр сдвига, блок сдвига совпадающих импульсов и генератор опор: ной частоты, выход которого подключен к сдвнговому входу регистра сдвига и первому входу блока сдвига совпадающих импульсов, второй вход которого подключен к входной клемме устройства, а третий вход - к выходу регистра сдвига, информационный вход которого подключен к входной клемме устройства, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что в него введены два блока вычиташя импульсов, второй блок сдзига совпадающих импульсов, три триггера, форми. рователь эталонного временного интервалапятьэлемептов И, четыре элемента ИЛИ и элементзадержки, причем выходы первого блока совпадения импульсов подключены к первому ивторому вхоцдм первого блока вычитания импульсов, информационньп выход которого под. ключен к первому входу первого элемента Ии к счетному входу первого триггера, выходкоторого подключен к первому входу второгоблока сдвига совпадающих импульсов, второй вход которого соединен с входной клеммой устройства, третий вход подключен к выходугенератора опорной частоты, а два выхода под Благодаря совокушюсти новых операций данного способа и соответствснпо введештым блокам и связям между ними данного устройства по сравнению с известными техническими реше ниями уменьшается динамическая пог 11 ршность осреднения, что позволяет повысить точность измерештя частоты следования импульсов для широкого класса функций изменения входного сигнала во времени.Формула изобретения1. Способ для измерения частоты, заключающийся в том, что формируют последователь.ность импульсов,сдзннутую по фазе относительно входной последовательности импульсов на эталонный временной интервал, и непрерывно под считывают число импульсов разности входной и сдвинутой последовательности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности осреднения, формируют вторую дополнительную последовательность импульсов с частотой, равной алгебраической сумме частот входной и половины разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов, подсчитьгвают число импульсов дополнительной последова. тельности за время, равное эталонному временному интервалу сдвига по фазе, а затем полученноечисло импульсов непрерывно корректируют числом импульссв разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов с учетом знака приращения входной частоты. ключены к двум вхоцам второго блока вычитания импульсов и соответственно первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, первый вход кото рого подключен к выходу второго блока вычитания импульсов, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ; второй входкоторого подключен к выходу первого элемента И, соединенного вторым входом с первым входом пятого элемента И и единичным выхо.дом второго триггера, соответствующии входкоторого подключен к выходу формирователя эталошгого временного интервала, соединенного своим входом со вторым входом четвертогоф элемента И и нулевым выходом второго триггера, соответствующий вход которого соединен через элемент задержки с первым входом четвертого элемента ИЛИ, пусковой клеммой устройства и сбросовым входом реверсивного счет. чика, счетный вход которого подключен к вы. ходу третьего элемента ИЛИ, а знаковые входы "Сложение" и "Вычитание" подключены соответственно к единичному и нулевому выхо. дам третьего триггера знака, единичный вход которого подключен к выходу четвертого элемента ИЛИ второй вход которого соединен со вторым входом второго элемента И и подключен ко второму выходу первого блока вычи883779 тания импульсов, третий выход которого подключен ко второму входу третьего элемента Ии второму входу пятого элемента И, выход ко.торого подключен к нулевому входу -.ретьеготриггера знака,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 101. Новицкий П, В, и др 1 Ьфровье при883779 гщкая 0217/67 Тираж 735 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открыпй333035, Москва, Ж.35, Раушская наб д, 4/5 лиал ППП "Патетп", г, Ужгород, ул. Проектная Составитель В, НовоселовРедактор О. Половка Техред И, Асталош Корректор Н