Medición de la frecuencia de señales con un período largo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Al medir la frecuencia de señales con un período grande, para obtener una alta precisión y la capacidad de rastrear la dinámica del proceso, es necesario calcular la frecuencia a partir del valor del período entre dos señales adyacentes del sensor. El valor de la frecuencia se obtiene dividiendo una determinada constante por el valor actual del período simultáneamente con el proceso de medición, lo cual es importante al estudiar señales con una frecuencia cambiante, como la frecuencia cardíaca. La capacidad de controlar el proceso de arritmia es una característica muy útil.

En [1], se propuso un método de medición basado en el principio de aproximación lineal por partes de la gráfica de la función y=a/x, donde no se produce división sino resta en segmentos de la aproximación de la gráfica, lo que da un valor absoluto significativo. Error de medición. El método propuesto en este artículo le permite realizar directamente la operación de división, obteniendo así una mayor precisión.

El método propuesto se basa en el principio de un contador de capacitancia variable. El diagrama funcional de dicho dispositivo se muestra en la Fig. 1.

Figura 1. Diagrama funcional

La operación de dividir a/x ocurre de la siguiente manera. El contador U2 registra x número de pulsos provenientes del generador G1 durante un período entre dos señales adyacentes del sensor. El registro U4 recuerda este valor mientras dura el conteo. El dispositivo U1 genera una ráfaga de impulsos igual en número al valor a y la transmite al contador U3. Si los códigos en las salidas del contador U3 y el registro U4, donde está escrito el código para el número x, coinciden, aparecerá un breve pulso positivo en la salida del elemento U5, que restablecerá el contador U3. Así, la capacidad del contador vendrá determinada por el código del número x. Este ciclo continuará hasta que finalice la secuencia de pulsos del dispositivo U1. El número de pulsos recibidos en la salida del elemento U5 durante el tiempo de conteo será el valor deseado de a/x.

La tasa de repetición de pulsos se calcula mediante la fórmula F = 60/Tp, donde Tp es el período en segundos entre dos pulsos. El límite inferior de medición está determinado por el valor máximo del período, igual a (2n - 1)*t, donde (2n - 1) es la capacidad máxima del contador y dt es la discreción de la medición del período, igual a 1/fG1. El número de pulsos generados por el dispositivo U1 es 60fG1.

Figura 2. Diagrama esquemático (haga clic para ampliar)

Una de las variantes de la implementación del circuito del método propuesto se muestra en la Fig. 2 con n = 7 y dt = 0,01 s. Consideremos el funcionamiento del dispositivo a Tn=1s.

Cuando se recibe un pulso positivo en la entrada, se genera un pulso negativo corto en la salida del elemento DD1.3, que activará el disparador RS en los elementos DD4.2 y DD4.3, y a través del inversor DD1.4 configurará el contador DD5 a cero. Cuando aparece un nivel alto en la salida DD4.3, el generador en los elementos DD1.1 y DD1.2 comenzará a funcionar y se detendrá la escritura en los registros DD7 y DD8, donde se guardará el valor del período anterior. A una frecuencia de 102,4 Hz, los elementos generadores DD2.1, DD2.2 y DD2.3 este valor es 102.

El generador de series de impulsos funciona de la siguiente manera. Los pulsos del generador en los elementos DD1.1, DD1.2 se suministran a las entradas de los contadores DD3 y DD6. Cuando el contador DD3 alcance el valor 6144, aparecerá un pulso negativo en la salida del elemento DD1.4, que cambiará el disparador RS a su estado original y, a su vez, detendrá el funcionamiento del generador. El tiempo que tarda el contador DD3 en llenarse hasta el valor 6144 determinará el tiempo de conteo.

Así, a la salida del contador DD6 llegará una serie de 6144 pulsos. Cuando el contador alcance el estado 102, en las salidas de todos los elementos DD9 y DD10 (“EXCLUSIVO O”) aparecerá el nivel 0, y en las salidas de los elementos DD11 aparecerá el nivel 1. En la salida del elemento DD2.4 aparecerá un cero lógico Se formará un nivel que pondrá el contador a su estado inicial a través del inversor DD4.4, después de lo cual continuará escribiendo en él. En consecuencia, por 102 pulsos que llegan al contador, se genera un pulso de reinicio y por 6144, 60 de esos pulsos. El funcionamiento de un contador con capacitancia controlada se analiza en detalle en [2].

El límite inferior de medición es 49 pulsos por minuto. El límite superior vendrá determinado por el tiempo de cómputo. Cuando la frecuencia del generador en los elementos DD1.1, DD 1.2 es igual a 120 kHz, el tiempo de conteo es de 0,05 s. La precisión y los límites de la medición dependen de la capacidad de bits del dispositivo y de la discreción de la medición del período, lo que permite que el dispositivo se utilice en una amplia gama de frecuencias.

Para configurar el dispositivo, aplique una señal con una frecuencia de 1 o 0,5 Hz a la entrada y seleccione la resistencia R6 para configurar las lecturas correspondientes del dispositivo indicador. Si, al calcular un dispositivo, es necesario obtener el número de pulsos en una serie descrita por más de dos dígitos binarios, en lugar del elemento DD4.1, deberá utilizar un elemento NAND de entrada múltiple.

Con este método también es posible construir dispositivos para dividir una secuencia de impulsos en otra.

En la versión propuesta del diseño del circuito, los microcircuitos DD9 - DD11 se pueden reemplazar con dos paquetes de microcircuitos K561IP2. Se deben instalar dos o tres condensadores de bloqueo con una capacidad de 0,01 μF en los circuitos de alimentación de los microcircuitos (no se muestran en el diagrama).

Literatura

1. Chekin V. Medición de la frecuencia de señales con un período grande. - Radio, 1990, núm. 6, p. 57-59.
2. Psurtsev V. Contadores con reinicio asíncrono. - Radio, 1984, N° 1, págs. 33, 34.

Autor: I.Kostryukov

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