DE2735785A1

DE2735785A1 - Verfahren zur frequenzmessung unter verwendung digitaler schaltungsmittel

Info

Publication number: DE2735785A1
Application number: DE19772735785
Authority: DE
Inventors: Claus Jochemczyk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: JOCHEMCZYK, CLAUS, 1000 BERLIN, DE
Priority date: 1977-08-09
Filing date: 1977-08-09
Publication date: 1979-02-22

Description

Verfahren zur Frequenzmessung unter
Verwendung digitaler Schaltungsmittel Zusammenfassung Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, das zur Frequenzmessung unter Verwendung digitaler Schaltungsmittel dient. Das Verfahren beruht auf der Verwendung eines Schieberegisters, dessen Dateneingang Triggerimpulse der zu messenden Frequenz und dessen Takteingang eine Taktimpulsfolge zugeführt wird.
Die Taktimpulsfolge hat eine Frequenz, die mindestens gleich der zu messenden Frequenz ist. Von mindestens zwei je einer Schieberegisterzelle zugeordneten Ausgängen des Schieberegisters wird ein analoges oder digitales Kriterium abgeleitet. Die jeweilige Größe des Kriteriums wird mittels einer in einer Frequenzeinheit geeichten Anzeigevorrichtung als arithmetischer Mittelwert der zu messenden Frequenz angezeigt.
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es sind schon Verfahren zur digitalen Frequenzmessung bekannt (Borucki/Dittmann, Digitale Meßtechnik", 2. Aufl., Springer-Verlag, 1971, Seite 98 ff.), bei denen in der Regel zwei elektronische Zähler zur Anwendung kommen. Während ein Zähler zur Bildung der Zeitbasis dient, zählt der andere Zähler die Zahl der während der Meßdauer auftretenden Impulse der zu messenden Frequenz.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß es eine exakte und einfache Möglichkeit zur kontinuierlichen Mittelwertanzeige der zu messenden Frequenz bietet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Schieberegister je gefüllte Schieberegisterzelle einen Strom bestimmter Größe liefert und wenn die das Kriterium bildende Summe der Ströme mit einem in der Frequenzeinheit geeichten Strommesser gemessen und angezeigt wird. Bei einem Verfahren mit den zuletzt genannten Merkmalen erhält man eine besonders einfache Möglichkeit zur analogen Anzeige und Speicherung des arithmetischen Mittelwerts der zu messenden Frequenz.
Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung an Hand zweier Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Frequenzmessung mit analoger Anzeige und in Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Frequenzmessung mit digitaler Anzeige.
Beschreibung der Erfindung Eine Einrichtung zur Messung des arithmetischen Mittelwertes einer Frequenz hat nach dem Blockschaltbild in Fig. 1 einen Eingang 10 zum Zuführen einer sich mit der zu messenden Frequenz zum periodisch ändernden Spannung 11. In einem mit dem Eingang 10 verbundenen Pulsformer 12, das ist vorzugsweise ein Schmitt-Trigger, wird aus der periodischen Spannung 11 eine Folge von frequenzproportionalen Triggerimpulsen 13 gebildet. Die Triggerimpulse 13 werden einem Dateneingang 14 eines Schieberegisters 15 mit n Registerzellen 16 zugeführt.
Das Schieberegister 15 hat einen Takteingang 17, der mit einem Taktgenerator 18, das ist vorzugsweise ein Oszillator, der eine Folge von Rechteckimpulsen der Frequenz fT abgibt, verbunden ist.
Jede Registerzelle 16 hat je einen Ausgang 19, der über je einen Widerstand 20 mit einem ersten Anschluß eines alle Ausgängen bzw.
allen Widerständen gemeinsamen Strommessers 21 verburden ist. ner zweite Anschluß des Strommessers liegt auf einem festen Bezugspotential, das ist vorzugsweise das Massepotential.
Zur Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist folgendes zu sagen. Ausgangspunkt für die Messung des arithmetischen Mittelwertes der zu messenden Frequenz zum ist die Beziehung In dieser Beziehung bezeichnen faM den arithmetischen Mittelwert der zu messenden Frequenz, ngef die Zahl der gefüllten Registerzellen 16, nges die Summe aller Registerzellen, fT die Frequenz des Taktgenerators 18 und einen Quantisierungsfehler. Unter einer gefüllten Registerzelle 16 wird in diesem Zusammenhang eine Registerzelle verstanden, die durch einen Triggerimpuls 13 belegt worden ist.
Die gefüllten Registerzellen geben an ihrem Ausgang 19 zum Beispiel ein H-(high)Signal ab, während die nicht gefüllten Registerzellen ein L-(low)Signal abgeben. Die H-Signale entsprechen einem bestimmten Potential, das einen Stromfluß über den betreffenden Widerstand 20 und den Strommesser 21 nach Masse verursacht. Sind alle Registerzellen 16 gefüllt, dann fließt durch jeden der Widerstände 20 ein Strom, und der Strommesser 21 zeigt einen maximalen Summenstrom an, der der Frequenz fT bzw. fM proportional ist. Ist die zu messende Frequenz fM beispielsweise halb so groß wie die Taktfrequenz fT, so ist nur die Hälfte der Registerzellen gefüllt, und der Strommesser 21 zeigt den halben Maximalwert an. Die durch den Strommesser 21 erfolgende analoge Messung ist eine kontinuierliche Mittelwertmessung, das heißt, es wird dauernd der augenblickliche arithmetische Mittelwert der zu messenden Frequenz während einer bestimmten Zeit, der sogenannten Mittelwertbildungszeit, angezeigt.
Die Mittelwertbildungszeit ergibt sich aus der Beziehung: worin nges der Summe der Registerzellen 16 und fT der Frequenz des Taktgenerators 18 entspricht.
Eine in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie 22 angedeutete Leitungsverbindung zwischen dem letzten Ausgang des Schieberegisters 15 und einem Stopp-Eingang 23 des Taktgenerators 18 ist bei der vorstehend beschriebenen Messung durch einen geöffneten Schalter 24 unterbrochen. Wird der Schalter 24 geschlossen, so kann man den angezeigten Frequenzwert beliebig lange speichern, weil dann das Schieberegister 15 infolge des stillgesetzten Taktoszillators in seiner letzten Stellung verharrt.
Die Schaltung läßt sich auch in der Weise abändern, daß mit dem Schließen des Schalters 24 gleichzeitig ein Löschimpuls auf das Schieberegister gegeben wird, so daß nur ein Meßzyklus stattfindet und das Ergebnis dieses Zyklus gespeichert wird.
Eine Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des arithmetischen Mittelwertes einer Frequenz nach Fig. 2 hat einen Eingang 23 zum Zuführen einer Spannung mit der zu messenden Frequenz fM. Mit dem Eingang 23 ist ein Pulsformer 24 verbunden. Von einem Ausgang 25 des Pulsformers 24 führt eine erste Verbindung zu einem Dateneingang 26 eines Schieberegisters 27 mit n Registerzellen 28.
Ein Takteingang 29 des Schieberegisters 27 ist mit einem ersten Ausgang 30 eines Taktgenerators 31 verbunden. Ein zweiter Ausgang 32 des Taktgenerators steht mit einem Takteingang 33 eines elektronischen Vorwärts-Rückwärtszähler 34 in Verbindung. Ein der ersten Registerzelle des Schieberegisters 27 zugeordneter Ausgang 35 ist mit einem ersten Zähleingang 36 zum Vorwärtszählen und ein der letzten Registerzelle zugeordneter Ausgang 37 mit einem zweiten Zähleingang 38 zum Rückwärtszählen verbunden. An Ausgänge 39 des Vorwärts-Rückwärtszählers 34 schließt sich ein kombinierter Speicher und Decodierer 40 an, der eine Anzeigevorrichtung 41, das ist zum Beispiel ein 7-Segment-Anzeigedisplay, ansteuert. Von dem Ausgang 25 des Pulsformers 24 führt eine weitere Verbindung über einen Frequenzteiler 42 an einen Takteingang 43 des kombinierten Speichers und Decodierers 40.
Die Einrichtung nach dem vorstehend beschriebenen Schaltbild arbeitet folgendermaßen. Der Pulsformer 24 bildet aus der am Eingang 23 liegenden Spannung mit der zu messenden Frequenz eine Folge von Triggerimpulsen, die dem Dateneingang des Schieberegisters 27 zugeführt werden. Jeder in die erste Registerzelle des Schieberegisters 27 eingegebene Triggerimpuls wird von dem Vorwärts-Rückwärtszähler 34 vorwärts gezählt, während gleichzeitig die die letzte Registerzelle des Schieberegisters verlassenden Impulse von dem Vorwärts-Rückwärtszähler rückwärts gezählt werden.
Die von dem Vorwärts-Rückwärtszähler jeweils festgestellte Differenz entspricht dann immer der Summe der gefüllten Registerzellen 28. Diese Summe wird in codierter Form zwischengspeichert und derart decodiert, daß damit die Anzeigevorrichtung angesteuert werden kann. Der Speicher wird von den Triggerimpulsen des Pulsformers 24 gesetzt, so daß das Zählergebnis immer dann in den Speicher übernommen wird, wenn ein neuer Triggerimpuls erscheint.
Der Taktgenerator 31 hat deshalb zwei Ausgänge 30, 32, weil einmal eine Folgefrequenz fT1 benötigt wird, die mindestens gleich der zu messenden Frequenz ist (erster Ausgang 30), und weil zum anderen für den Vorwärts-Rückwärtszähler 34 eine zweite Folgefrequenz fT2 benötigt wird, die zur Normierung des Anzeigewertes auf die gewünschte Anzeige-Einheit, unabhängig von Schieberegisterlänge und Taktfrequenz, dient.
Der Frequenzteiler 42 dient zur Bestimmung der Speicher- bzw.
Anzeigezeit, damit zum Beispiel bei hohen Meßfrequenzen f nicht M mit jedem Triggerimpuls (jeder Periode) der Anzeigewert wechselt, sondern nur mit jedem x-ten.
Der kombinierte Speicher und Decodierer 40 bewirkt durch eine Zwischenspeicherung des Zählergebnisses des Vorwärts-Rückwärtszählers eine flatterfreie Anzeige des arithmetischen Mittelwertes der unter Umständen schwankenden Frequenz fM.
Im übrigen gelten für die Meßeinrichtung nach Fig. 2 die gleichen Beziehungen wie bei der Einrichtung nach Fig. 1.
Auch bei der Einrichtung nach Fig. 2 kann zusätzlich ein Schalter vorgesehen sein, der ebenso wie der Schalter 24 in Fig. 1 in einer Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang der letzten Speicherzelle 37 und einem Stopp-Eingang des Taktgenerators 31 liegt. Bei geschlossenem Schalter kann dann auch in diesem Fall an die Stelle der kontinuierlichen Anzeige des arithmetischen Mittelwertes der zu messenden Frequenz eine Daueranzeige treten oder nach einem Löschen des Systems das Ergebnis eines einzelnen Meßzyklus gespeichert und angezeigt werden.

Claims

Ansprüche Verfahren zur Frequenzmessung unter Verwendung digitaler Schaltungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß einem Dateneingang (14) eines Schieberegisters (15) der zu messenden Frequenz (fM) entsprechende Triggerimpulse (13) und einem Takteingang (17) des Schieberegisters eine Taktimpulsfolge zugeführt wird, deren Folgefrequenz (fT) mindestens gleich der zu messenden Frequenz ist, und daß von mindestens zwei je einer Schieberegisterzelle (16) zugeordneten Ausgängen (20) ein dem arithmetischen Mittelwert der zu messenden Frequenz proportiona es analoges oder digitales Kriterium abgeleitet und mittels einer in Frequenzeinheiten geeichten Anzeigevorrichtung (21) angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (15) an dem Ausgang (19) jeder gefüllten Schieberegisterzelle (16) einen bestimmten Gleichstrom abgibt und daß die das Kriterium bildende Summe der Gleichströme mit einem in Einheiten der Frequenz geeichten Strommesser (21) gemessen und angezeigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die erste Schieberegisterzelle des Schieberegisters (27) eingefüllten Triggerimpulse der zu messenden Frequenz (fM) vorwärts und die von der letzten Schieberegisterzelle abgegebenen Impulse rückwärts gezählt werden und daß das Zählergebnis derart digital gespeichert und decodiert wird, daß der arithmetische Mittelwert der zu messenden Frequenz digital angezeigt werden kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung des arithmetischen Mittelwertes der zu messenden Frequenz nach folgender Beziehung geschieht: wobei faM dem arithmetischen Mittelwert, nngef der Zahl der jeweils gefüllten Speicherzellen des Schieberegistens, nges der Zahl der vorhandenen Speicherzellen, fT der Folgefrequenz der Taktimpulsfolge und dem Quantisierungsfehler entspricht.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Schieberegister (15) mit n Registerzellen (16), einem Dateneingang (14), einem Takteingang (17) und mit je einem Ausgang (19) pro Schieberegisterzelle, wobei die Ausgänge über je einen tsiderstand (20) gemeinsam mit einem in Einheiten der Frequenz geeichten ,i messer (21) verbunden sind.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Taktgenerator (18), der eine etwa rechteckförmige Taktsignalspannung an den Takteingang (17) des Schieberegisters (15) abgibt.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch einen elektronischen Vorwärts-Rückwärtszähler (34), dessen erster Zähleingang (36) zum Vorwärtszählen mit dem Ausgang (35) der ersten Registerzelle des Schieberegisters (27), dessen zweiter Zähleingang (38) zum Rückwärtszählen mit dem Ausgang (37) der letzten Registerzelle, dessen Takteingang (29) mit einem zweiten Ausgang (30) eines zwei Ausgänge (30, 32) zum Abgeben zweier verschiedener Taktimpulsfolgen aufweisenden Taktgenerators (31) und dessen Ausgänge (39) über einen kombinierten Speicher-Decoder (40) mit einer digitalen Anzeigevorrichtung (41) verbunden sind.