Цифровой измеритель скважности прямоугольных импульсов

(51)5 6 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(71) Ленинградский электротехнический институт им, В,И.Ульянова (Ленина)(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКВАЖНОСТИ ПРЯМОУГОЛЬНЪХ ИМПУЛЬСОВ57) Изобретение касается электрорадиоизмерений и может быть применено в системах контроля и автоматическогоуправления. Целью изобретения является 2повышение точности измерений, Цифровой измеритель скважности прямоугольных импульсов содержит генератор 1 опорной частоты, элементы И 2 - 3, элемент И 6, элемент НЕ 8, счетчик 9, управляемый делитель 10 частоты, дополнительный счетчик 11, линию 25 задержки, формирователи 26 и 28 импульсов, Введение элементов И 4 - 5, триггера 7, дешифратора 12 нуля, элементов ИЛИ 13 и 14, элементов И 15 - 17, блока 18 управления, делителя 19, элемента ИЛИ 20, регистра 21, счетчика 22 дробной части, блока 23 памяти, счетчика 24 целой части и элементов И 27 и 29 позволило формировать значение и дробной части величины скважности. 4 ил.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к применению электроизмерительной техники и может быть использовано в системах контроля и автоматического управления,Известно устройство для измерения скважности прямоугольных импульсов, содержащее генератор эталонных импульсов, три ключа, делитель частоты следования импульсов, три триггера, делитель частоты на два, логический элемент И, логический элемент НЕ и счетчик импульсов.Недостатком этого устройства является низкая точность,Известно также устройство для измерения скважности прямоугольных импульсов, содержащее генератор эталонной частоты, три ключа, два триггера, делитель, устройство выделения заднего фронта импульсов и счетчик импульсов,Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой измеритель скважности прямоугольных импульсов, содержащий генератор импульсов эталонной частоты, первый и второй ключи, управляемый делитель частоты следования импульсов и счетчик импульсов, дополнительные ключи и счетчик импульсов, а также два формирователя импульсов, линию задержки и логический элемент НЕ, входная шина соединена с первым входом первого ключа, а выход генератора импульсов эталонной частоты соединен с первым входом второго ключа и вторым входом первого ключа, выход которого через дополнительный счетчик импульсов и дополнительный ключ подключен к управляющему дходу делителя частоты следования импульсов, а выход второго ключа через делитель частоты следования импульсов подключен к счетному входу основного счетчика импульсов, при этом входная шина подключена к входу логического элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу второго ключа, к входу линии задержки и входу первого формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу дополнительного ключа и к установочному входу основного счетчика импульсов, а выход линии задержки через второй формирователь импульсов подключен к установочному входу дополнительного счетчика.Выходной код М 2 устройства определяется выражениемЮ +10 =О,Т - т Ргде Т - период входного сигнала;х - длительность импульса; Р - число значащих цифр после запятой в выходном коде й 2,При частоте опорного генератора 1 о = 10 Гцбдля Т=10 с, т =510 с, К=1 о г /10 Р, максимальное значение Р = 2, при этом К=5, а О =200,00. Для повышения точности, например, в 10 раз, надо либо увеличить 1 о в 10 раз, что часто ограничено быстродействием используемых микросхем, либо увеличить количество измеряемых периодов и в десять раз (и = 10),Таким образом, недостатком устройства является ограниченная точность измерения,Целью изобретения является повышение точности,Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель скважности прямоугольных импульсов, содержащий счетчик, дополнительный счетчик, управляемый делитель частоты, генератор опорной частоты, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И (ключей), третий элемент И (дополнительный ключ), первый вход которого является входом устройства, первый элемент НЕ, линию задержки и первый и второй формирователи импульсов, дополнительно введены триггер, счетный вход которого соединен с третьим входом четвертого элемента И, выходом третьего элемента И и входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом десятого элемента И и третьим выходом пятого элемента И, первый и второй выходы триггера подключены соответственно к первым входам четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены с выходом генератора опорной частоты, выход четвертого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход которого подключен к установочным входам управляемого делителя частоты и дополнительного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ и первым входом девятого элемента И, а кодовый выход - с входом дешифратора нуля, выход которого подключен к первому входу блока управления, к установочному входу делителя и через первый вход третьего элемента ИЛИ к командному входу дополнительного счетчика, выход девятого элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, к выходу второго элемента И подключен делитель, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, и второй вход второго элемента ИЛИ, к третьему входу которого подключен выход пятого элемента И, а выход второго элемента ИЛИ подключен ксчетному входу управляемого делителя час- следовательно, и точность измерения вытоты, выход которого соединен с первыми ше.входами шестого, седьмого и восьмого эле- На фиг.1 изображена структурная схема ментов И и вторым входом блока управле- предлагаемогоустройства; на фиг,2 - струкния, выход первого элемента И подключен 5 турная схема блока управления; на фиг.З - к второму входу первого элемента ИЛИ, а временные диаграммы работы блока управ- второй вход соединен с первым выходом ления и цифрового измерителя скважности блока управления, вторымвходом девятого прямоугольных импульсов соответственно элемента И и вторым входом седьмого эле- (масштаб в изображении импульсов частот мента И; выход которого подключен к входу 10 1 О, 1 О/а, 1 о/а и так далее не соблюдается регистра, кодовый выход которого соединен из-за ограничения размеров временной дис управляющим входом счетчика дробной аграммы).части скважности, а командный выход - с В устройстве (фиг,1) выход генератора 1 третьим входом блока управления, первый опорной частоты соединен с первыми вховыход триггера через первый формирова дами первого 2 и второго 3 элементов И и тель импульсов соединен с командным вхо- вторыми входами четвертого 4 и пятого 5 дом управляемого делителя частоты, второй элементов И, первый вход третьего элеменвыход триггера соединен с вторым входом та И 6 является входом устройства, а его десятого элемента И, выход которого через выход подключен к счетному входу триггера второй формирователь импульсов соединен 20 7, третьему входу четвертого элемента 4 И с торым входом третьего элемента ИЛИ и входу первого элемента НЕ 8, первый выходи четвертым входом блока управления, вто- триггера 7 соединен с первым входом четрой выход которого подключен к второму вертого элемента И 4, выход которого соевходу второго элемента И и второму входу динен со счетным входом счетчика 9, выход восьмого элемента И, выход которого сое которогоподключенкустановочнымвходам динен со счетным входом счетчика дробной управляемого делителя 10 частоты и дополчасти скважности, кодовый выход которого нительного счетчика 11, кодовый выход косоединен с первым входом блока памяти, торого соединен с входом дешифратора 12 второйвходкоторогоподключен ккодовому нуля, выход которого через первый вход выходу счетчика целой части скважности, 30 третьего элемента ИЛИ 13 подключен к котретий выход блока управления подключен мандному входу дополнительного счетчика к второму входу третьего элемента И и вто, выход пятого элемента И 5 подключен к рому входу шестого элемента И, выход ко- третьему входу второго, элемента ИЛИ 14, торого соединен со счетным входом выход которого соединен со счетным вхосчетчика целой части скважности, четвер дом управляемого делителя 10 ча т тый выхо блока ит ля частоты, выд лока управления подключен к ход которого соединен с первыми входами командному входу блока памяти, а через шестого 15, седьмого 16, восьмого 18 элелинию задержки - к входам установки ис- ментов И и вторым входом блока 18 управходного состояния делителя, счетчика, реги- ления, первый выход которого подключен к стра триггера и счетчиков целой и дробной 40 вторым входам первого 2 и седьмого 16 элементов И, выход второго элемента И 3 соединен с вторым входом второго элементаТрадиционно формирование кода ИЛИ 14 и с входом делителя 19, установочскважности производится путем измерения ный вход которого соединен с выходом дечисла вложений длительности импульса 45 шифратора нуля 12, а выход соединен с тили т /п в длительность одного или и пе- первым входом первого элемента ИЛИ 20,выход которого соединен со счетным вхориодовВ данном случае формируется код, про- дом дополнительного счетчика 11, выход порциональный целому числу вложений ин- первого элемента И 2 соединен с вторым тервала тв периодТ,затем определяется 50 входом первого элемента ИЛИ 20, выход код, пропорциональный разности целого седьмого элемента И 16 соединен с входом числа вложений интервала т в период Т и регистра 21, кодовый выход которого подреального значения скважности, с по- ключен к управляющему входу счетчика 22 мощью которого формируется код дробной дробной части скважности, а командный вычасти скважности. Причем при том же или 55 ход - к третьему входу блока 16 управления меньшем времени измерения и той же точ- второй выход которого соединен с вторыми ности формирования кода целой части входами второго Зи восьмого 17 элементов скважности количество значащих цифр по- И, выход восьмого элемента И 17 соединен сле запятой в коде скважности больше, а со счетным входом счетчика 22 дробной части скважности, выход которого подключенк первому входу блока 23 памяти, выход шестого элемента И 15 соединен со счетным входом счетчика 24 целой части скважности, выход которого соединен с вторым входом блока 23 памяти, третий выход блока 5 18 управления соединен с вторыми входами третьего 6 и шестого 15 элементов И, четвертый выход - с командным входом блока 22 памяти и через линию 25 задержки с входами установки исходного состояния 10 счетчика, регистра, делителя, триггера и счетчиков целой и дробной частей скважности, первый выход триггера 7 через первый формирователь 26 импульсов соединен с командным входом управляемого делителя 10 15 частоты, выход первого элемента НЕ 8 соединен с первым входом десятого элемента И 27, второй вход которого подключен к второму выходу триггера 7, а выход через второй формирователь 28 импульсов соеди нен с четвертым входом блока 18 управления и вторым входом третьего элемента ИЛИ 13, второй вход девятого элемента И 29 соединен с первым выходом блока 18 управления. 25Первый вход блока 18 управления (фиг.2) соединен с первым входом одиннадцатого элемента И 30, выход которого соединен с входом сдвига "1" единицы влево ("-1") регистра 31 сдвига, первый выход ко торого является третьим выходом блока управления, второй вход блока 18 управления соединен с первым входом двенадцатого элемента И 32, второй вход которого подключен к второму выходу регистра 31 сдвига 35 "1", который является первым выходом блока 18 управления, третий вход блока 18 управления соединен с первым входом тринадцатого элемента И 33 и входом второго элемента НЕ 34, выход которого под ключен к второму входу одиннадцатого элемента И 30, второй вход тринадцатого элемента И 33 соединен с первым входом блока управления, четвертый вход последнего соединен с третьим входом четвертого 45 элемента ИЛИ 35, выход которого подключен к входу сдвига "1" вправо "+1" регистра 31 сдвига, четвертый выход которого через третий формирователь 36 соединен с четвертым выходом блока управления и второй 50 линией 37 задержки, первый, второй и четвертый входы четвертого элемента ИЛИ 35 соединены с выходами двенадцатого 32 и тринадцатого 33 элементов ИЛИ и выходом второй линии 37 задержки соответственно, 55 третий выход регистра 31 сдвига единицы подключен к второму выходу блока 18 управления.Блок 18 управления работает следующим образом,При включении питания в регистре 31 сдвига единицы устанавливается на его первом выходе "1", т.е. на третьем выходе БУ, на трех остальных "0". При этом измеритель находится в режиме счета Кх, а затем счета йд. По окончании первого периода Тна входе измерителя на четвертый вход блока 18 управления поступает импульс выхода второго формирователя 28. Регистр 31 сдвига единицы переводит "1" со своего первого выхода на второй. Одновременно по команде второго формирователя 28 в дополнительный счетчик 11 записывается код ЙТ . Измеритель переходит к вычислению кода й Ьт 1, который формируется при обнулении всех разрядов управляемого делителя 10 частоты, поступившей на второй вход блока управления, регистр 31 сдвига единицы переводит "1" на свой третий выход и измеритель переходит в режим вычисления кода йсц. Вычисление кода Мо заканчивается при обнулении дополнительного счетчика 11. Импульс с выхода дешифратора нуля через первый вход блока 18 управления и одиннадцатый элемент 30 проходит на вход "-1" регистра 31 сдвига единицы, При этом "1" устанавливается на втором выходе регистра сдвига (первом выходе блока управления),В исходном состоянии в старшем разряде регистра 21 установлен "0". Измеритель переходит в режим определения кода й Лтг (аналогично М Лт), а затем кода Иа 2, Эти внутренние циклы повторяются Ь раз, пока в старшем разряде регистра 21 не появится "1". Тогда после вычисления Иаь при обнулении дополнительного счетчика 11 при наличии "1" на третьем входе блока 18 управления импульс по первому входу проходит через тринадцатый элемент И 33 и четвертый элемент ИЛИ 35 на вход "+1" регистра 31 сдвига единицы, что приводит к появлению импульса на выходе формирователя 36, который переписывает в блок 23 памяти коды целой и дробной части 0 из счетчиков 22 и 24, затем через линию 25 задержки (с временем задержки т) обнуляет счетчики 22, 24 и 9, устанавливает регистр 21, триггер 7 и делитель 19 в исходное состояние, затем через вторую линию 37 задержки (с временем задержки тг т 1) через четвертый элемент ИЛИ 35 переводит "1" с четвертого выхода регистра 31 сдвига единицы на его первый выход (третий выход блока 18 управления), т.е, переходит к следующему измерению О,Счетчик 22 дробной части 0 представляет собой Ь независимых декадных(двоичнодесятичных)счетчиков, все счетные входыВ управляемом делителе 11 частоты формируется код, пропорциональный остаткуйд 2=С о Ь Т о5гдеЬТ 2 =ЬТ 1 10 -По команде дешифратора 12 нуля в дополнительном счетчике 11 записывается кодИт, а блок 18 управления высокий потенциал переносит с второго выхода на первый,открываются первый 2 и седьмой 16 элементы И. В результате происходит формирование кода й ЛТ 2 = ЛТ 2.Ло аналогичноописанному, Затем в регистре 21 происхо- "5дит сдвиг "1" еще на один разряд, в делителе 19 устанавливается коэффициентделения а = 100, а блок 18 управления выдает разрешающий потенциал на свой второй выход. В результате импульсы с 20управляемого делителя 10 частоты, поступая на вторую десятичную декаду счетчика22 дробной части скважности, формируюттам кодаЬТ 2го 10 ЛТ 1 25И 02- пропорциональный второй цифре после запятой значения дробной части скважности.Этот процесс повторяется Ь раз, где Ь -требуемое значение значащих цифр после 30запятой.По окончании циклов этого процесса регистр 21 со своего старшего ( Ь+1) разрядавыдает команду, по которой блок 18 управления снимает высокий потенциал с второго 35выхода и формирует импульс на четвертомвыходе, по которому коды Иа, Ма 1,Ис 2,.,йаь переписываются в блок 23 памяти, а импульс на выходе линии 25 задержкиприводит все элементы схемы в исходное 40состояние, Блок 18 управления переводитвысокий потенциал на свой третий выход, ипроцесс измерения повторяется,Формула для конечного кода всего устройства имеет вид 45Ио = Иа) + 10 Но + 10 йаа++10 Маь =(О) - дробная часть числа.Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый измеритель скважностипрямоугольных импульсов позволяет повысить точность измерения скважности без существенного увеличения времени измерения,При 1 о=10 Гц, Т =10 с, т= 07510 с у известного устройства при времени измерения Ь = 0,1 с максимальная точность измерения - один знак после запятой, у предлагаемого устройства при т = 0.103 с максимальная точность измерения - четыре знака после запятой. Таким образом, незначительное изменение времени измерения дает повышение точности измерения на три порядка.Формула изобретения Цифровой измеритель скважности прямоугольных импульсов, содержащий счетчик, управляемый делитель частоты, дополнительный счетчик, первый и второй формирователи импульсов, элемент НЕ, линию задержки, генератор опорной частоты, выход которого объединен с первыми входами первого и второго элементов И, а также третий элемент И, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены триггер, делитель, четвертый - десятый элементы И, первый, второй и третий элементы ИЛИ, дешифратор нуля, регистр, блоки памяти и управления, счетчики целой и дробной частей, причем выход генератора опорной частоты объединен с вторыми входами четвертого и пятого элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами триггера соответственно, выход третьего элемента И, первый вход которого является входом измерителя, объединен с счетным входом триггера, третьим входом четвертого элемента И и входом элемента НЕ, выход которого соединен с третьим входом пятого элемента И и через последовательно включенные десятый элемент И и второй формирователь импульсов подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ и четвертому входу блока управления, выход второго элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и через последовательно включенные делитель, первый элемент ИЛИ, девятый элемент И и второй элемент ИЛИ подключен к счетному входу управляемого делителя частоты, выход которого объединен с вторым входом блока управления и первыми входами шестого, седьмого и восьмого элементов И, первый выход блока управления объединен с вторыми входами седьмого, девятого и первого элементов И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй выход блока управления объединен с вторыми входами второго и восьмого элементов И, выход которого подключен к счетному входу счетчикадробной части, третий выход блока управления объединен с вторыми входами третьего и шестого элементов И, выход которого подключен к счетному входу счетчика целой части, четвертый выход блока управления соединен с командным входом блока памяти и через линию задержки подключен к входам установки начального состоянйя регистра, счетчика, делителя, счетчиков дробной и целой частей и триггера, второй выход которого подключен к второму входу десятого элемента И, кодовый выход дополнительного счетчика через дешифратор нуля объединен с первым входом блока управления и первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с командным входом дополнительного счетчика, выход седьмого элемента И соединен с входом регистра, кодовый выход которого подключен к управляющему входу счетчика дробной части, а командный 5 выход - к третьему входу блока управления,первый и второй входыблока памяти. соединены, соответственно, с выходами счетчиков дробной и целой частей, первый выход триггера через первый формирователь им пульсов подключен к командному входу управляемого делителя частоты, а выход четвертого элемента И соединен с счетным входом счетчика, выход которого объединен с установочными входами управляемо го делителя частоты и дополнительногосчетчика,чх Составитель Б,давыдадактор И.Шмакова Техред М.Моргентал Корректор О.Цип Заказ 1173 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, Жоизводственно-издательский комбинат "ПатеобреРаушс Подписноеениям и открытиям при ГКНТ СС ая наб., 4/5 т", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101