DE2002429B2 - Schaltung zum messen der frequenz bzw. periodendauer eines pulses - Google Patents

Description

Bekannte Geräte für die Frequenz- bzw. Periodendauermessung zählen Eingangsimpulse unbekannter iⁿ Wiederholfrequenz während Zeiüntervallen, die durch die bekannte Wiederholfrequenz von Bezugsimpulsen festgelegt ist, und gelangen so zu einer Anzeige der Frequenz der Eingangsimpulse. Solche Geräte sind gewöhnlich auch in der Lage, Bezugsimpulse während eines Zeitintervalls zu zählen, des durch die Wiederholfrequenz der Eingangsimpulse festgelegt ist, so daß eine Anzeige der Periodendauer der Eingangsimpulse erhalten wird. Die Periodenmessimg ergibt gewöhnlich eine größere Auflösung als die Frequenzmessung, weil die Wiederholfrequenz der Bezugsimpulse so gewählt werden kann, daß sie für alle im Meßbereich liegenden Werte der Wiederholfrequenz der Eingangsimpulse etwa an der oberen Grenze der Zählgeschwindigkeit des Zählers liegt. Nachteilig ist dabei jedoch, daß nicht die Frequenz, sondern die Periodendauei angezeigt wird. Soll diese Periodenanzeige in eine Frequenzanzeige umgewandelt werden, ist eine Rechnung erforderlich.

Aus IEEE Transactions on Nuclear Science, Februar 1967, Nr. 1, Seite 233 bis 240 ist eine Zähleinrichtung bekannt, die zwei aufeinanderfolgende Impulsreihen zählt, die Zählwerte logarithmiert und durch eine Differenzbildung der Logarithmen im Ergebnis den Quotienten der beiden Zählwerte bildet. Abgesehen davon, daß diese Zähleinrichtung sehr kompliziert ist, eignet sie sich nicht für Frequenzmessungen, da nicht gleichzeitig Meß- und Bezugsimpulse gezählt werden können.

Der im Anspruch 1 dargelegten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Messen der 6» Frequenz bzw. Periodendauer eines Pulses zu schaffen, mit der eine direkte Frequenzanzeige bei gleichzeitig hohem Auflösungsvermögen möglich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines üblichen Zählers, mit dem die Penodendauer bzw. Frequenz eines Eingangspulses gemessen werden kann,

Fig. 2 ein Blockschallbild einer erfindungsgemäßen Schaltung und

Fig. 3 ein Zeitfolgediaeramm für einige in der Schaltung gemäß F i g. 2 auftretende Signale.

In F ip 1 ist eine vereinfachte Schaltungsanordnung mit zwei /ahlern 9 und II, einem Tor 13 und einem Betriebsarten-Wählschalter 15 dargestellt. Schaltungen dieser Art sind bekannt. Der Zähler 9 kann aus einer oder mehreren Dekadenzähleinheiten aufgebaut sein, von denen jede Gruppen von zehn angelegten Impulsen zählt und dann ein Übertragssignal an die nächste Zähleinheit liefert. Jede Dekadenzähleinheit setzt also die Wiederholfrequenz des an sie angelegten Pulses um den Faktor zehn herab. Ordnet man jeder Zähleinheit einen Stellenwert in der Anzeige zu, lassen sich die Zählwerte unmittelbar in Einern, Zehnern, Hundertern und Tausenden, usw. anzeigen.

Zu zählende Impulse können dem Zähler 9 ein vorgegebenes Zählintervall lang zugeführt werden. Das Tor 13 steuert die Zuführung von Impulsen zum Zähler 9 entsprechend der Betriebsart, die durch den Schalter 15 ausgewählt worden ist. In der Betriebsart Frequenzmessung Ieitei der Schalter 15 in der dargestellten Stellung unbekannte Signale von einer Quelle 17 zum Zähler 9 über das Tor 13 während eines Zeitintervalls, das durch das Bezugssignal von der Quelle 19 und den Zähler 11 festgelegt ist. Der Zähler 11 weist gewöhnlich einen oder mehrere Dekadenteiler auf, von denen jeder ein Ausgangssignal zur Weitergabe an einen folgenden Teiler liefen:, wenn zehn Impulse angelegt worden sind. Auf diese Weise leitet das Tor 13 das unbekannte Signal von der Quelle 17 zum Zähler 9 ein Zeitintervall lang, das dezimal mit der Frequenz der Bezugssignale von Quelle 19 in Beziehung steht. Wenn dieses Meßintervall zu einer Zeitsekunde in Beziehung steht, kann die Anzeige, die dem Zähler 9 zugeordnet ist, auf diese Weise eine direkte Anzeige der Frequenz in Hertz des unbekannten Signals von der Quelle 17 liefern.

Wenn der Schalter 15 auf die Betriebsart PERIODE gestellt, ist (gestrichelt dargestellte Schaltstellung), zählt der Zähler 9 Bezugssignale von der Quelle 17 ein Zeitintervall lang, das durch das unbekannte Signal von Quelle 17 festgelegt ist. Das Zeitintervall, in dem das Tor 13 leitet, wird durch die Dekadenteilung von dem Zähler 11 durch die Frequenz des unbekannten Signals von Quelle 17 festgelegt. Die Anzeige, die dem Zähler 9 zugeordnet ist, liefert damit eine direkte Anzeige der Anzahl von Bezugssignalen von der Quelle 19, die während des unbekanntem Zeitintervalls gezählt wurden, und diese Anzeige stellt damit die mittlere Periode zwischen den unbekannten Signalen von der Quelle 17 dar. Um die gewünschte Information über die Frequenz des unbekannten Signals von Quelle 17 zu erhalten, muß jedoch mit der direkten Anzeige eine Rechnung durchgeführt werden, die den Kehrwert der Periodenanzeige bildet.

In Fig.2 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, nämlich ein Zähler 21, der so angeordnet ist, daß er die unbekannten Eingangssignale N_x zählt, und ein Zähler 23, der so angeordnet ist, daß er die Bezugssignale N_c von einem Bezugspulsgenerator 25 zählt. Beide Zähler 21 und 23 werden gleichzeitig praktisch identische Zählintervalle lang offen gesteuert. Das Zählintervall für die beiden Zähler wird durch Tore 27, 29 gesteuert, die in die entsprechenden Eingangsleitungen zu den Zählern 21,

23 geschaltet sind, wobei die Tore 27, 29 ein Torsignal gemäß F i g. 3c erhalten, das von einem Asynchron-Synchron-Konverter 31 geliefert wird. Dieser Konvei ter 31 nimmt von einer Steuerung 33 ein asynchrones Bereitschaftssignal (Fig. 3b), das eine Länge oder Dauer hat, die ungefähr das gewünschte Zählintervall darstellt. Dieses ungefähre Zähiintervall wird durch die Steuerung 33 als das Intervall von M Wiederholungen des Bezugssignals N₁,. unterset/i durch den Zähler 23, festgelegt. Im allgemeinen sind uie Torsignale (F i g. 3b) '■ nicht mit den unbekannten Eingangssignalen (Fig. 3a) synchronisiert, und sind deshalb in der Praxis vielfach zur Steuerung der Tore 27, 29 ungeeignet, wenn eine hohe Meßgenauigkeit gefordert wird. Der Konverter 31 kann übliche getaktete Flipflops enthalten, die einen Torimpuls mit Vorder- und Rückflanke gemäß F i g. 3 erzeugen, der mit dem Auftreten von unbekannten Eingangssignalen N_x synchronisiert ist. Die Tore 27, 29 werden damit für die Periode des tatsächlichen Zählintervalls (Fig. 3c) geöffnet, dessen Dauer gleich ^o einer ganzen Zahl von Impulsen des unbekannten Signals N_x ist. Der Zähler 21 zählt damit eine ganze Zahl von Wiederholungen des unbekannten Signals N_x während des tatsächlichen Zählintervalls (F i g. 3c), und der Zähler 23 zählt die Anzahl von Wiederholungen des Bezugssignals vom Taktgeber 25 während des gleichen Zählintervalls.

Am Ende der tatsächlichen Zählperiode, F i g. Jc sperrt die Steuerung 33 die Tore 27 und 29, so daß die Zähler 21, 23 am Weiterzählen gehindert werden. Die Signalzählwerte in den Zählern 21, 23 werden über Überiragungsgaüer 32,34 an Schieberegister 35 bi:w. 37 übertragen, sobald ein Übertragungsbefehl (F i g. 3e) von der Steuerung 33 an die Übertragungsgattcr 32, 34 gelegt wird. Jedes der Schieberegister 35, 37 erreicht einen Betriebszustand, der der Zählung entspricht, die von dem zugehörigen Zähler 21 bzw. 23 dahin übertragen wurde. Die Betriebszustände der Schieberegister 35, 37 weisen üblicherweise mehrere Daienbits oder Logikzustände auf, von denen jeder oder von a° denen Gruppen, ausgewählte Ziffern der an sie übertragenen Zählungen darstellen. Selbstverständlich können die einzelnen Ziffernstufen der Zähler 21, 23 auch direkt als Schieberegisterstufen dienen.

Zur Quotientenbildung werden die Datenbits oder Logikzustände jedes Registers 35, 37 (oder Zählerregisters 21, 23) einem Divisions-Rechenwerk 39 zugeführt, das die durch die Logikzustände in Register 35 dargestellte Zahl (Dividend) durch die durch die Logikzustände im Register 37 dargestellte Zahl (Divisor) teilt. Das Rechenwerk 39 kann mit den Datenbits oder Logikzuständen der Register 35, 37, die

aufeinanderfolgend in ublicHer Weise dem Teiler zugeführt werden, übliche Rechner-Divisionsvorgange ausführen. Der (Quotient der beiden durch die Logikzustände tier Register 35, 37 repräsentierten Zahlen läßt sich damit direkt als Frequenz les Eingangssignal V, anzeigen. Der Quotient kann einer geeigneten An/eigeeinheli 41 zugeführt werden, die eine visuelle Anzeige der Frequenz des Eingangssignals gibt. Diese Anzeigeeinheit 41 kann eine übliche Speicherschaltung aufweisen, ma der eine kontinuierliche Anzeige beibehalten wird, wenn die zugehörige Schaltung abgetrennt worden ist. um einen anderen Meßvorgang in der beschriebenen Weise durchzuführen. Da die zur Division benötigte Zeit üblicherweise weniger als eine Millisekunde beträgt, kann eines der vorhandenen Register 35 oder 37 oder ein Quotienten-Register auch zur Wiedergabespeicherung während der Zeit verwendet werden, in der es zur Rechnung nicht verwendet wird. Wenn Rechnungen häufig sind, kann eine Austastung der Anzeige verwendet werden, um die Verwendung des Spucherregisters zu Rechnerzwecken zu maskieren.

Nachdem die Zählungen in den Zählern 21, 23 an die Register 35 bzw. 37 übertragen worden sind, können die Zähler durch ein Signal auf Leitung 43 on der Steuerung 33 zurückgestellt werden, und die Tore 27, 29 können wieder geöffnet werden, so daß die Zähler 21.23 neue Zählungen der Eingangs- bzw. Bezugssigriale ansammeln können.

Der Betneb der dargestellten Ausführungsform der Erfindung in der beschriebenen Weise gewährleistet damit, daß die gewöhnliche Zweideutigkeit der Zählung um ± 1 auf das Bezugssignal bezogen wird, das eine hohe Frequenz hat, die nahe der Grenze der Zählgeschwindigkeit des Zählers 23 liegt. Dadurch wird für die hohe Messungsauflösung gesorgt, die gewöhnlich mit Periodenzählern erreicht wird, ebenso wie für die direkte Frequenzahlcsung, die üblicherweise mit Frequenzzählern erhalten wird. Die arithmetische Verarbeitung der beiden unabhängigen Zahlungen liefert auch eine Anpassungsfähigkeit in der Auswahl der Meßzeit und die günstige direkte Anzeige der Frequenzen über einen großen Bereich von unbekannten Eingangssignalfrequenzen. Die Erfindung mißt auch impiiKmodulierle Signale oder Signalstöße genau, weil der Asynchron Synchron-Konverter 31 durch die Steuerung 33 beim Fehlen eines Eingangssignals vorbereitet werden kann. Die Messung beginnt dann beim Empfang eines Eingangssignals, und solange die Meßzeit kleiner ist als die Stoßdauer, wird eine genaue Messung erhalten.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Messen der Frequenz bzw. Periodendauer eines Pulses, mit einem Zähler für den zu messenden Puls und einem Zähler für einen Referenzpuls, mit einer eine Torschaltung enthalten den logischen Schaltung zur Ableitung des Frequenz- bzw. Periodenwertes aus den Zählungen sowie mit einer Anzeigevorrichtung, dadurch κ gekennzeichnet, daß je ein Tor (27, 29) für den zu messenden (N_x) und den Referenzpuls (N₁J vorgesehen ist, daß eine Steuereinrichtung (33) für die Tore vorgesehen ist, die den Durchlaß der beiden Pulse zu den Zählern (21, 23) während desselben Zeitintervalls bewirkt, und daß eine Divisionsschaltung (39) vorgesehen ist, die den Quotienten der beiden während des Zeitintervalls ermittelten Zählungen bildet, der als Frequenzmeßv.ert der Anzeigevorrichtung (41) zugeführt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (33) die Tore (27, 29) gleichzeitig und synchron mit dem zu messenden Puls öffnet.