RU2054681C1 - Pulse repetition frequency meter - Google Patents

Abstract

FIELD: test technique. SUBSTANCE: device has reference-frequency generator 1, reference-frequency counter 2, delay element 3, nor gate 4, D flip-flop 5, register 6, shaper 7, AND gate 8, analyzed frequency counter 9, input bus 10. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля параметров окружающей среды для кодирования сигналов с частотных датчиков. The invention relates to measuring technique and can be used in environmental monitoring systems for encoding signals from frequency sensors.

Во многих случаях требуется измерять частоту следования импульсов с различного рода частотных датчиков в широком диапазоне частот, например при контроле температуры, влажности в различных точках. При обеспечении заданной точности измерения время измерения лежит в широком диапазоне от минимального при регистрации высокочастотных импульсов до максимального при низкочастотных импульсов. Например, при точности измерения ≈1% необходимо регистрировать не менее 100 импульсов. Если f_x измеряемая частота равна 10⁵ с^-1, то время регистрации составляет 10^-5 х 100 10^-3 с, а если частота f_x ·c^-1, то время регистрации составит уже ≈ 100 с. Ясно, что для повышения быстродействия устройства необходимо в ходе регистрации учитывать величину измеряемой частоты для уменьшения времени регистрации.In many cases, it is necessary to measure the pulse repetition rate from various kinds of frequency sensors in a wide frequency range, for example, when monitoring temperature, humidity at various points. To ensure a given measurement accuracy, the measurement time lies in a wide range from minimum when registering high-frequency pulses to maximum when low-frequency pulses. For example, with a measurement accuracy of ≈1%, at least 100 pulses must be recorded. If f_{x the} measured frequency is 10⁵ s^-1 , then the registration time is 10^-5 x 100 10^-3 s, and if the frequency f_x · c^-1 , then the registration time will be already ≈ 100 s. It is clear that to increase the speed of the device, it is necessary to take into account the magnitude of the measured frequency during registration to reduce the registration time.

Известно устройство для измерения частоты следования импульсов, содержащее генератор импульсов эталонной частоты, триггер, два селектора, счетчик эталонной частоты, счетчик измеряемой частоты, элементы И-НЕ, ИЛИ, И. Известное устройство обеспечивает постоянное время измерения независимо от величины измеряемой частоты. Поэтому при заданной точности измерения время измерения будет большим в расчете на регистрацию импульсов низкой частоты и, следовательно, для импульсов высокой частоты устройство обладает малым быстродействием. A device for measuring the pulse repetition rate, comprising a pulse generator of a reference frequency, a trigger, two selectors, a counter of a reference frequency, a counter of the measured frequency, AND-NOT, OR, I. elements. The known device provides a constant measurement time regardless of the magnitude of the measured frequency. Therefore, for a given measurement accuracy, the measurement time will be large in counting on the registration of low-frequency pulses and, therefore, for high-frequency pulses, the device has low speed.

Кроме того, известное устройство сложно в исполнении. In addition, the known device is difficult to perform.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для измерения частоты следования импульсов, содержащее генератор, счетчик эталонной частоты, соединенный с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход D-триггера через элемент И соединен со счетчиком измеряемой частоты, второй вход элемента И является входом устройства [2] Это устройство имеет более простую структуру и, следовательно, надежность в работе. The closest technical solution to the proposed one is a device for measuring the pulse repetition rate, comprising a generator, a reference frequency counter connected to the first input of the OR-NOT element, the output of the D-trigger through the And element connected to the counter of the measured frequency, the second input of the And element is the input of the device [2] This device has a simpler structure and, therefore, reliability.

Недостатком устройства [2] является низкое быстродействие при измерении высокой частоты. The disadvantage of the device [2] is the low speed when measuring high frequency.

Цель изобретения повышение быстродействия благодаря учету величины измеряемой частоты. The purpose of the invention is improving performance by taking into account the magnitude of the measured frequency.

Для этого в устройство для измерения частоты следования импульсов, содержащее генератор, счетчик эталонной частоты, соединенный с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход D-триггера через элемент И соединен со счетчиком измеряемой частоты, второй вход элемента И является входом устройства, введен элемент задержки и регистр, причем выход генератора через элемент задержки соединен с С-входом триггера, выход которого соединен с входом управления регистра, разрядные входы которого соединены с соответствующими разрядными выходами счетчика эталонной частоты, вход которого соединен с выходом генератора, выход счетчика измеряемой частоты соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, инверсный выход которого соединен с D-входом триггера. To do this, in a device for measuring the pulse repetition rate, containing a generator, a reference frequency counter connected to the first input of the OR-NOT element, the output of the D-trigger through the And element connected to the counter of the measured frequency, the second input of the And element is the input of the device, a delay element is introduced and a register, the generator output through a delay element connected to the trigger C-input, the output of which is connected to a register control input, the bit inputs of which are connected to the corresponding bit outputs of the etal counter constant frequency input coupled to an output of the generator, the measured frequency output of the counter is connected to a second input of OR-NO element, whose inverted output is connected to the D-input of the flip-flop.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве обеспечено окончание измерения после набора счетчиков измеряемой частоты числа импульсов, составляющего более половины своей емкости, что обеспечивает заданную точность измерения по ближайшему по времени импульсу с генератора эталонной частоты. Поэтому время регистрации имеет оптимальную величину для набора в счетчике числа импульсов, необходимого для обеспечения заданной точности измерения, что повышает быстродействие устройства. Время измерения равно целому числу периодов эталонной частоты. The essence of the invention lies in the fact that in the proposed device, the measurement is completed after a set of counters of the measured frequency of the number of pulses, amounting to more than half of its capacity, which provides a given measurement accuracy for the nearest time pulse from the reference frequency generator. Therefore, the recording time has an optimal value for typing in the counter the number of pulses necessary to ensure a given measurement accuracy, which increases the speed of the device. The measurement time is an integer number of periods of the reference frequency.

На чертеже представлена структурная схема устройства. The drawing shows a structural diagram of a device.

Устройство для измерения частоты следования импульсов содержит генератор 1 эталонной частоты, счетчик 2 эталонной частоты, элемент задержки 3, элемент ИЛИ-НЕ 4, D-триггер 5, регистр 6, формирователь 7, элемент И 8, счетчик 9 измеряемой частоты, входную шину 10. The device for measuring the pulse repetition rate comprises a reference frequency generator 1, a reference frequency counter 2, a delay element 3, an OR-NOT 4 element, a D-trigger 5, a register 6, a shaper 7, an AND 8 element, a measured frequency counter 9, an input bus 10 .

Генератор 1 выполнен по схеме автогенератора с кварцевым резонатором; счетчики 2 и 9 эталонной и измеряемой частоты на МС К555ИЕ10, элемент задержки 3 на основе RC-цепи, элемент ИЛИ-НЕ 4 на МС К 555 ЛЕ1, триггер 5 на МС КМ 555 ТМ2, регистр 6 на МС К 555 ИР22, формирователь 7 на основе резистивного ограничителя тока и резистивного делителя напряжения, элемент И 8 на МС К 555 ЛИ1. The generator 1 is made according to the scheme of an oscillator with a quartz resonator; counters 2 and 9 of the reference and measured frequency on the K555IE10 MS, delay element 3 based on the RC circuit, the OR-NOT 4 element on the K 555 LE1 MS, trigger 5 on the KM 555 TM2 MS, register 6 on the K K 555 IR22, driver 7 based on a resistive current limiter and a resistive voltage divider, element And 8 on the MS K 555 LI1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии счетчики 2 и 9 обнулены (цепи обнуления не показаны). На выходе переполнения счетчика 2 и на выходе старшего разряда счетчика 9 выставлены уровни лог. "0", которые поступают на первый и второй входы элемента ИЛИ-НЕ 4 соответственно. Уровень "1" с выхода элемента ИЛИ-НЕ поступает на D-вход триггера 5. Первоначально триггер 5 обнулен. Уровень лог. "0" с его выхода поступает на первый вход элемента И 8 и запрещает прохождение через его второй вход входных импульсов с шины 10 через формирователь 7 на счетный вход счетчика 9. In the initial state, the counters 2 and 9 are reset (zeroing circuits are not shown). At the output of the overflow of the counter 2 and at the output of the high-order bit of the counter 9, the log levels are set. "0", which go to the first and second inputs of the element OR NOT 4, respectively. The level "1" from the output of the element OR NOT arrives at the D-input of trigger 5. Initially, trigger 5 is reset. Log level "0" from its output goes to the first input of the And 8 element and prevents the passage of input pulses through its second input from the bus 10 through the former 7 to the counting input of the counter 9.

По первому во времени после обнуления счетчиков и триггера импульсу с генератора 1 эталонной частоты, поступающему через элемент задержки 3 на тактовый вход триггера 5, триггер 5 устанавливается в единичное состояние. Уровень лог. "1" поступает на первый вход элемента И 8 и разрешает прохождение входных импульсов на счетчик 9 измеряемой частоты. Счетчик 9 производит счет входных импульсов. Одновременно счетчик 2 производит счет периодов эталонной частоты, т.е. времени измерения. According to the first time after resetting the counters and the trigger, the pulse from the generator 1 of the reference frequency arriving through the delay element 3 to the clock input of the trigger 5, the trigger 5 is set to a single state. Log level "1" goes to the first input of the element And 8 and allows the passage of input pulses to the counter 9 of the measured frequency. The counter 9 counts the input pulses. At the same time, counter 2 counts the periods of the reference frequency, i.e. measurement time.

При наборе счетчиком 9 количества входных импульсов, равного половине его емкости, на выходе старшего разряда появляется уровень лог. "1", который поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 4. С инверсного выхода элемента ИЛИ-НЕ 4 уровень лог. "0" поступает на D-вход триггера 5. По первому после этого импульсу с генератора 1 триггер 5 устанавливается в нулевое состояние. Уровень лог. "0" с выхода триггера 5 поступает на вход элемента И 8 и запрещает прохождение входных импульсов на счетный вход счетчика 9. Одновременно уровень лог. "0" поступает на вход управления защелки регистра 6, в котором производится запись (защелка) кода счетчика 2 на момент окончания регистрации. Таким образом по окончании регистрации в счетчике 9 хранится код сосчитанного числа входных импульсов, а в регистре 6 код времени регистрации. When the counter 9 dials the number of input pulses, equal to half its capacity, the log level appears at the output of the senior bit. "1", which goes to the input of the element OR NOT 4. From the inverse output of the element OR NOT 4 level log. "0" goes to the D-input of trigger 5. On the first after this pulse from generator 1, trigger 5 is set to zero. Log level "0" from the output of trigger 5 goes to the input of AND 8 and prevents the passage of input pulses to the counting input of counter 9. At the same time, the log level. "0" is fed to the control input of the latch of register 6, in which the code (record) of the counter 2 is recorded (latch) at the time of registration completion. Thus, at the end of registration, the counter 9 stores the code of the counted number of input pulses, and the register 6 contains the code for the time of registration.

Время регистрации определяется временным интервалом между моментами установки триггера 5 в состояние "1" и в состояние "0" по фронту импульсов с генератора 1. Следовательно, время регистрации равно целому числу периодов эталонной частоты. The recording time is determined by the time interval between the moments when the trigger 5 is set to state "1" and to state "0" on the front of the pulses from generator 1. Therefore, the recording time is an integer number of periods of the reference frequency.

Счетчик 9 измеряемой частоты производит досчет входных импульсов от момента набора им половины емкости до окончания регистрации по ближайшему импульсу эталонной частоты. Следовательно, счетчик 9 всегда производит счет не менее половины своей емкости, что обеспечивает заданную точность измерения. Элемент задержки 3 необходим для задержки защелки информации в регистре 6 до ее выставления на его информационных входах. The counter 9 of the measured frequency performs the counting of the input pulses from the moment of gaining half of the capacitance by it until the end of registration at the nearest pulse of the reference frequency. Therefore, the counter 9 always produces an account of at least half of its capacity, which ensures a given measurement accuracy. The delay element 3 is necessary to delay the latch of information in the register 6 before it is exposed on its information inputs.

При низкочастотных входных импульсах окончание регистрации происходит по уровню лог. "1" с выхода переполнения счетчика 2 эталонной частоты, поступающему через элемент ИЛИ-НЕ на D-вход триггера 5 в виде уровня лог. "0". With low-frequency input pulses, registration ends at the log level. "1" from the overflow output of counter 2 of the reference frequency, coming through the OR-NOT element to the D-input of trigger 5 in the form of a log level. "0".

В предложенном устройстве измеряемая частота равна отношению числа со считанных входных импульсов, т.е. кода счетчика 9, и времени регистрации, т. е. кода в регистре 6, умноженного на значение периода эталонной частоты, т. е. In the proposed device, the measured frequency is equal to the ratio of the number of read input pulses, i.e. counter code 9, and registration time, i.e., code in register 6, multiplied by the value of the period of the reference frequency, i.e.

f_x=

• f_эт где f_x измеренная частота;
n код счетчика 9;
N код в регистре 6;
f_эт эталонная частота;
Т_изм. время измерения.f_x =

• f_et where f_x measured frequency;
n counter code 9;
N code in register 6;
f_et reference frequency;
T_rev . measurement time.

Предложенное устройство реализует время регистрации, оптимальное для обеспечения заданной точности измерения. Вследствие этого повышается быстродействие устройства. The proposed device implements a registration time that is optimal to ensure a given measurement accuracy. As a result, the performance of the device is improved.

В количественном отношении повышение быстродействия предложенного устройства по сравнению с прототипом может быть проиллюстрированно на следующем примере. In quantitative terms, improving the performance of the proposed device in comparison with the prototype can be illustrated by the following example.

Предположим, необходимо регистрировать импульсы в диапазоне частот от 1 до 10⁵ с^-1 с точностью ≈1% Для нижней границы диапазона частот время регистрации для набора 100 входных импульсов должно быть не менее 100· 1 100 с. В устройстве прототипе частота генератора эталонной частоты и емкость счетчика эталонной частоты должны быть подобраны так, чтобы время измерения было 100 с. При регистрации высокочастотных импульсов время измерения в устройстве-прототипе не меняется.Suppose it is necessary to register pulses in the frequency range from 1 to 10⁵ s^-1 with an accuracy of ≈1%. For the lower boundary of the frequency range, the recording time for a set of 100 input pulses should be at least 100 · 1 100 s. In the prototype device, the frequency of the reference frequency generator and the capacity of the reference frequency counter should be selected so that the measurement time is 100 s. When registering high-frequency pulses, the measurement time in the prototype device does not change.

В предложенном устройстве при регистрации импульсов частотой 10⁵ с^-1 с указанной точностью время измерения составит 10^-5 ·256 2,56· 10^-3 с, так как максимальное число зарегистрированных импульсов не превышает полной емкости двоичного счетчика 9, половина которой должна быть не менее 100 (128) для обеспечения заданной точности измерения (1%).In the proposed device, when registering pulses with a frequency of 10⁵ s^-1 with the specified accuracy, the measurement time will be 10^-5 · 256 2.56 · 10^-3 s, since the maximum number of registered pulses does not exceed the total capacity of the binary counter 9, half of which should be no less than 100 (128) to ensure a given measurement accuracy (1%).

Сравнивая время измерения высокочастотных импульсов в предложенном устройстве и в устройстве-прототипе, видим, что оно в прототипе в ≈10⁴ раз больше и соответственно быстродействие (прототип) в этом случае во столько же раз хуже, чем в предложенном устройстве.Comparing the time of measuring high-frequency pulses in the proposed device and in the prototype device, we see that it is ≈10⁴ times longer in the prototype and, accordingly, the speed (prototype) in this case is as much worse than in the proposed device.

Claims (1)

Translated fromRussian

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ, содержащее генератор, счетчик эталонной частоты, выход переполнения которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход D-триггера через элемент И соединен со счетным входом счетчика измеряемой частоты, второй вход элемента И является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него дополнительно введены элемент задержки и регистр, причем выход генератора через элемент задержки соединен с C-входом триггера, выход которого соединен с входом управления регистра, разрядные входы которого соединены с соответствующими разрядными выходами счетчика эталонной частоты, вход которого соединен с выходом генератора, выход старшего разряда счетчика измеряемой частоты соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, инверсный выход которого соединен с D-входом триггера, информационными выходами устройства являются разрядные выходы счетчика измеряемой частоты и выходы регистра. DEVICE FOR MEASURING FREQUENCY OF FOLLOWING PULSES, containing a generator, a reference frequency counter, an overflow output of which is connected to the first input of the OR-NOT element, the output of the D-trigger through the And element is connected to the counting input of the measured frequency counter, the second input of the And element is the device input, which differs in order to increase the speed of the device, a delay element and a register are additionally introduced into it, and the generator output through the delay element is connected to the trigger C-input, the output of which is connected to the control path of the register, the bit inputs of which are connected to the corresponding bit outputs of the reference frequency counter, the input of which is connected to the generator output, the output of the highest bit of the measured frequency counter is connected to the second input of the OR-NOT element, the inverse output of which is connected to the trigger D-input, information outputs devices are the digital outputs of the counter of the measured frequency and the outputs of the register.