NO175228B

NO175228B -

Info

Publication number: NO175228B
Application number: NO884349A
Authority: NO
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1994-06-06
Also published as: AR241336A1; EP0309921B1; BR8804973A; DE3860385D1; AU2297288A; AU591614B2; NO175228C; ATE55189T1; EP0309921A1; NO884349L; NO884349D0

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til bestemmelse av frekvensen av et samplet, periodisk, symmetrisk første signal i henhold til innledningen av krav 1 samt anordning til gjennomføring av fremgangsmåten. The invention relates to a method for determining the frequency of a sampled, periodic, symmetrical first signal according to the preamble of claim 1 and a device for carrying out the method.

Fra boken "Grundlagen der Elektrischen Messtechnik", Richter, WEB Verlag Technik, Berlin, 1985, sidene 272-274 er det allerede kjent en fremgangsmåte til å bestemme frekvensen av et samplet, periodisk signal, ved hvilken det benyttes en samplingtakt hvis verdi utgjør minst det dobbelte av frekvensen til signalet. From the book "Grundlagen der Elektrischen Messtechnik", Richter, WEB Verlag Technik, Berlin, 1985, pages 272-274, a method for determining the frequency of a sampled, periodic signal is already known, in which a sampling rate is used whose value is at least twice the frequency of the signal.

Fra FR-PS nr. 2 158 720 og US-PS nr. 4 288 664 er det dessuten kjent å utlede en digital, binær fortegnspulsfølge fra et periodisk signal ved sampling. From FR-PS No. 2 158 720 and US-PS No. 4 288 664 it is also known to derive a digital, binary sign pulse sequence from a periodic signal by sampling.

Ved tidskontinuerlige signaler kan frekvensen bestemmes indirekte via en pulstelling mellom nullgjennomganger i et periodetidsrom ved hjelp av en høyfrekvent, kvartsregulert puls. Ved tidsdiskrete signaler lar derimot tidspunktet for nullgjennomgang seg bare bestemme med betydelig innsats ved hjelp av interpolasjon. In the case of time-continuous signals, the frequency can be determined indirectly via a pulse count between zero crossings in a periodic time space using a high-frequency, quartz-regulated pulse. In the case of time-discrete signals, on the other hand, the time for zero crossing can only be determined with considerable effort by means of interpolation.

Hensikten med oppfinnelsen er å angi en enklere fremgangsmåte til å bestemme et tidsdiskret signals frekvens. The purpose of the invention is to specify a simpler method for determining the frequency of a time-discrete signal.

Ut i fra en fremgangsmåte av den i innledningen omtalte art blir denne hensikt oppnådd i henhold til oppfinnelsen ved Based on a method of the kind mentioned in the introduction, this purpose is achieved according to the invention by

- at det av det første signal utedes en digital, binær fortegnspulsfølge, - that a digital, binary sign pulse sequence is extracted from the first signal,

- at det er sørget for en måletakt med en definert målepulsvarighet, - that provision has been made for a measurement beat with a defined measurement pulse duration,

- at det første signal med samplingtakten under målepulsvarigheten omformes serielt-parallelt, - at det i det ved den serie-parallelle omforming dannede parallelle annet signal identifiseres et område som ligger mellom to heltallige verdier av frekvensforholdet L <=><f>ab/<f>s, - at det i det annet signal identifiseres fortegnssammenligningsmønstre samt derfra avvikende unntaksfortegn, - that the first signal with the sampling rate during the measurement pulse duration is serial-parallel transformed, - that in the parallel second signal formed by the series-parallel transformation, an area is identified that lies between two integer values of the frequency ratio L <=><f>ab/< f>s, - that sign comparison patterns are identified in the second signal as well as exception signs deviating from them,

- at unntaksfortegnene telles under målepulsvarigheten, - that the exception signs are counted during the measurement pulse duration,

- at telleresultatet lagres, - that the counting result is saved,

- at antallet av de mellom påfølgende unntaksfortegn opptredende samplingverdier fastsettes flere ganger etter hverandre og det midlere antall av samplingverdier bestemmes derav, - at frekvensforholdet L for det identifiserte område og det bestemte midlere antall av samplingverdier fastslås, og - at frekvensen fs til det første signal fastslås fra frekvensforholdet L og samplingfrekvensen fabt og angis. - that the number of sampling values occurring between consecutive exception signs is determined several times in succession and the average number of sampling values is determined from this, - that the frequency ratio L for the identified area and the determined average number of sampling values is determined, and - that the frequency fs of the first signal is determined from the frequency ratio L and the sampling frequency fabt and is indicated.

Oppfinnelsen beror på den erkjennelse at ved sampling av en sinusformet tidsfunksjon med en sampel frekvens fat)t- lar forholdet L mellom sampelfrekvensen fa]ot og signalfrekvensen fs og dermed signalfrekvensen f seg utlede av sampelverdienes fortegnsfølge ved oppfyllelse av sampelteoremet, mens det på grunn av sinusfunksjonens periodisitet alltid fås et periodisk mønster i fortegnsfølgen. Dette er vist på fig. la,lb, 2a,2b samt 3. Fig. la og lb gjelder for det tilfelle at fabt = m-f , idet m er heltallig. Fig. la viser for tilfellet m = 4 den sinus-funksjon u s(t) som skal samples, sampeIverdiene og deres fortegn VZ. Fig. lb viser det samme for m = 5. Hvert motsatt fortegn VZ kan opptre i den forbindelse, når den første sampelforbindelse ikke som vist tas kort etter den positive, men etter den negative nullgjennomgang. Begge fortegnfølger er periodiske. Fig. 2a og 2b viser eksempler for fabt = L-fs med L = P/Q» idet p og q er heltallige og uten felles divisor. Fig. 2a viser ved siden av sinusfunksjonen u s (t) og sampel-verdiene fortegnsfølgen for fa^t = 2,5-fg med p = 5 og q = 2. De av en sirkel omgitte fortegn VZ er utvalgte fortegn AVZ som riktignok dukker opp periodisk, men ikke passer inn i et grunnmønster som vist på fig. la eller fig. lb. Det må forstås at p er antallet sampelverdier fra et utvalgt fortegn til et annet. Fig. 2b viser f ortegnf ølgen for faj3t = 3,5-f med p = 7 og q = 2. At de viste utvalgte fortegn faktisk er slike, fremgår senere tydelig av fig. 4. Fig. 3 viser for eksempelet i henhold til fig. 2b den skritt-vise forskyvning av sampeltidspunktet i forhold til sinusfunksjonen us(t) og dermed dannelsen av utvalgte fortegn etter n = 7 sampelverdier. The invention is based on the realization that when sampling a sinusoidal time function with a sample frequency fat)t, the ratio L between the sample frequency fa]ot and the signal frequency fs and thus the signal frequency f can be derived from the sign sequence of the sample values when the sample theorem is fulfilled, while due to the periodicity of the sine function always results in a periodic pattern in the sequence of signs. This is shown in fig. la,lb, 2a,2b and 3. Fig. la and lb apply to the case that fabt = m-f , where m is an integer. Fig. la shows for the case m = 4 the sine function u s(t) to be sampled, the sample values and their sign VZ. Fig. 1b shows the same for m = 5. Each opposite sign VZ can appear in that connection, when the first sample connection is not, as shown, taken shortly after the positive, but after the negative zero crossing. Both sign sequences are periodic. Fig. 2a and 2b show examples for fabt = L-fs with L = P/Q», where p and q are integers and without a common divisor. Fig. 2a shows next to the sine function u s (t) and the sample values the sequence of signs for fa^t = 2.5-fg with p = 5 and q = 2. The signs VZ surrounded by a circle are selected signs AVZ which do indeed appear up periodically, but does not fit into a basic pattern as shown in fig. 1a or fig. lb. It must be understood that p is the number of sample values from one selected sign to another. Fig. 2b shows the f signf sequence for faj3t = 3.5-f with p = 7 and q = 2. That the selected signs shown are in fact such, becomes clear later on in fig. 4. Fig. 3 shows the example according to fig. 2b the step-wise displacement of the sample time in relation to the sine function us(t) and thus the formation of selected signs after n = 7 sample values.

Betraktninger over opptredener av utvalgte fortegn AVZ ga at det for en matematisk bestemmelse er hensiktsmessig for forholdet L å benytte flere områder B1-B5 osv., som på fig. 4 er vist i fem over hverandre anordnede felt. Fra spalte 1 kan områdebetegnelsen B sees, i spalte 2 er forholdet L angitt i hvert felt ovenfor verdiområdet. Derunder befinner seg de forekommende fortegnfølger med grenseverdiene for området (så vidt disse has) og en utvalgt middelverdi. I spalte 3 has verdiene Logi spalte 4 verdiene n som angir tidsavstanden for de utvalgte fortegnpulser AVZ som multipla av T Considerations of appearances of selected signs AVZ gave that for a mathematical determination it is appropriate for the ratio L to use several areas B1-B5 etc., as in fig. 4 is shown in five fields arranged one above the other. From column 1 the area designation B can be seen, in column 2 the ratio L is indicated in each field above the value range. Underneath are the occurring sequences of signs with the limit values for the area (if these exist) and a selected mean value. In column 3 the values Logi column 4 have the values n which indicate the time interval for the selected sign pulses AVZ as multiples of T

abt * abt *

Med hensyn til periodene for fortegnpulsfølgene gjelder: With regard to the periods for the sign pulse sequences:

I området Bl faller n sampelverdier i n-1 halvperioder av signalet u (t) In the area Bl, n sample values fall in n-1 half-periods of the signal u (t)

I området B2 faller n sampelverdier i n + 1 kvartperioder av signalet u s(t). Som fig. 3 viser, vandrer sampeIverdiene for hver sampelverdi forbi Tg/4 med dt4. In the area B2, n sample values fall in n + 1 quarter periods of the signal u s(t). As fig. 3 shows, the sample values for each sample value wander past Tg/4 by dt4.

I området B3 faller n sampelverdier i n - 1 kvartperioder av signalet u (t) In the area B3, n sample values fall in n - 1 quarter periods of the signal u (t)

S S

På samme måte og vis lar seg for områdene B4 og B5 og ytter-ligere områder utlede relasjoner mellom n og In the same way, for the areas B4 and B5 and further areas, relations between n and

Setter man i ligningene betegnet (1) til (3) osv. L for T /T K1_, så kommer man til følgende ligninger for beregning If you put in the equations denoted (1) to (3) etc. L for T /T K1_, then you arrive at the following equations for calculation

S cLD L S cLD L

av n of n

Fig. 5 viser antallet av sampelverdier n, fra hvilke det fås et utvalgt fortegn AVZ, som funksjon av forholdet L. Forholdet L < 2 er som følge av sampelteoremet et forbudt område, i hvilket en entydig tilordning av fortegnpulsfølgen VZ til signalfrekvensen f sikke er mulig. Videre kan frekvens-bestemmelser for like verdier av L osv. ikke gjennomføres, da det her ikke dannes noen utvalgt fortegnpuls AVZ. Fig. 5 shows the number of sample values n, from which a selected sign AVZ is obtained, as a function of the ratio L. The ratio L < 2 is, as a result of the sample theorem, a forbidden area, in which an unambiguous assignment of the sign pulse sequence VZ to the signal frequency f is certain possible. Furthermore, frequency determinations for equal values of L etc. cannot be carried out, as no selected sign pulse AVZ is formed here.

Frekvensbestemmelsen blir desto mer nøyaktig jo oftere antallet sampelverdier n suksessivt fastsettes og bestemmes i tilknytning til en middelverdi av n. Er det kjent at den frekvens som skal finnes, ligger innenfor et bestemt område Bl-B5, blir områdebestemmelsen overflødig. The frequency determination becomes all the more accurate the more often the number of sample values n is successively determined and determined in connection with a mean value of n. If it is known that the frequency to be found lies within a specific range Bl-B5, the range determination becomes redundant.

En anordning til gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved A device for carrying out the method according to the invention is characterized by

- at det er anordnet en OG-port hvis første inngang er forbundet med en inngang for fortegnspulsene og annen inngang med en inngang for måletakten, - at det er anordnet et skiftregister for seriell-parallell-omforming, hvis serielle inngang er forbundet med utgangen på OG-porten og taktinngang med en inngang for samplingtakten, - at det er anordnet gjenkjenningsvindu-innstillingsinnretning hvor innganger er forbundet med de parallelle utganger på skiftregisteret, - at det er anordnet to unntaksfortegn-gjenkjenningsinnretninger hvis første innganger er forbundet med utgangene på gjenkjenningsvindu-innstillingsinnretningen, - at det er anordnet en første ELLER-port hvis første inngang er forbundet med utgangen på den første unntaksfortegnsgjenkjenningsinnretning og annen inngang med utgangen på den annen unntaksfortegngjenkjenningsinnretning, - at det er anordnet en områdegjenkjenningsinnretning hvis inngang er forbundet med utgangen på OG-porten, hvis første utganger for et sammenligningsmønster er forbundet med de andre innganger på den første unntaksfortegngjenkjen- - that an AND gate is arranged whose first input is connected to an input for the sign pulses and another input with an input for the measuring clock, - that a shift register is arranged for serial-parallel conversion, whose serial input is connected to the output of The AND gate and clock input with an input for the sampling clock, - that there is a recognition window setting device where inputs are connected to the parallel outputs of the shift register, - that two exception sign recognition devices are arranged whose first inputs are connected to the outputs of the recognition window setting device , - that a first OR gate is arranged whose first input is connected to the output of the first exception sign recognition device and second input to the output of the second exception sign recognition device, - that an area recognition device is arranged whose input is connected to the output of the AND gate, whose first outputs for a comparison gs pattern is connected to the other inputs on the first exception sign recognizer

ningsinnretning, hvis andre utganger for det inverterte sammenligningsmønster er forbundet med de andre innganger på den annen unntaksfortegngjenkjenningsinnretning og tredje utganger med en kontrollinngang på gjenkjenningsvindu-innstillingsinnretningen, - at det er anordnet en inverter hvis inngang er forbundet med inngangen for måletakten, - at det er anordnet en annen ELLER-port hvis første inngang er forbundet med utgangen på inverteren og annen inngang med en inngang for tilbakestillingspulser, ning device, whose second outputs for the inverted comparison pattern are connected to the other inputs of the second exception sign recognition device and third outputs with a control input of the recognition window setting device, - that an inverter is arranged whose input is connected to the input for the measurement clock, - that it is arranged another OR gate whose first input is connected to the output of the inverter and second input with an input for reset pulses,

- at det er anordnet en teller hvis første inngang er forbundet med utgangen på - that a counter is arranged whose first input is connected to the output on

den første ELLER-port og tilbakeinnstillingsinngang med utgangen på den annen ELLER-port, - at det er anordnet flankestyrte D-vipper hvis første innganger er forbundet med utgangene på telleren, andre innganger med fjerde utganger på områdegjen-kjenningsinnretningen, taktinnganger med utgangen på inverteren og tilbakestillingsinnganger med inngangen for tilbakestillingspulser, og - at det er anordnet en omkoder hvis innganger er forbundet med utgangene på D-vippene og utganger avgir en binær kode for en sifferindikasjon. the first OR gate and reset input with the output of the second OR gate, - that edge-controlled D flip-flops are arranged whose first inputs are connected to the outputs of the counter, second inputs with fourth outputs of the area recognition device, clock inputs with the output of the inverter and reset inputs with the input for reset pulses, and - that a encoder is provided whose inputs are connected to the outputs of the D flip-flops and whose outputs emit a binary code for a digit indication.

Fig. 6 viser denne anordning. Den omfatter en OG-port 1, en inngang 2 for fortegnpulser VZ og utvalgte fortegnpulser AVZ, en inngang 3 for måletakten MT, et skiftregister 4, en inngang 5 for sampeltakten AT, en registreringsvindu-innstillingsinnretning 6, registreringsinnretninger 7 og 8 for utvalgte fortegn, ELLER-porter 9 og 12, en område-registreringsinn-retning 10, en inverter 11, en inngang 13 for tilbakestillingspulser R, en teller 14, flankestyrte D-vipper (låser) 15, en omkoder 16 og en utgang 17 for sifferindikasjon. Fig. 6 shows this device. It comprises an AND gate 1, an input 2 for sign pulses VZ and selected sign pulses AVZ, an input 3 for the measurement clock MT, a shift register 4, an input 5 for the sample clock AT, a registration window setting device 6, registration devices 7 and 8 for selected signs , OR gates 9 and 12, a range register 10, an inverter 11, an input 13 for reset pulses R, a counter 14, edge-controlled D flip-flops (latches) 15, an encoder 16 and an output 17 for digit indication.

Når det på inngangen 3 has en puls av måletakten MT, blir det matet en fortegnpulsfølge fra inngangen 2 over OG-porten 1 med sampeltakten AT på inngangen 5 inn i skiftregisteret 4.-Område-registreringsinnretningen 10, f.eks. en mikroprosessor, gir til registreringsinnretningen 7 for utvalgte fortegn alt etter område et bestemt sammenligningsmønster VM og til registreringsinnretningen 8 for utvalgte fortegn det inverterte sammenligningsmønster VM. Disse sammenlignings-mønstre er vist ytterst til høyre på fig. 4. De har et posisjonstall som avhenger av det aktuelle område. Regi-streringsvindu-innstillingsinnretningen 6 bevirker, styrt av område-registreringsinnretningen 10 over en n-dobbelt ledning, at det bare kommer så mange bit fra skiftregisteret 4 til registreringsinnretningene 7 og 8 for utvalgte fortegn som også sammenligningsmønsteret har. Avgir en av de to registreringsinnretninger 7 og 8 for utvalgte fortegn et registrerings-signal, kommer dette over ELLER-porten 9 til inngangen på telleren 14. Med hver ny negativ puls av måletakten MT, som over inverteren 11 kommer til ELLER-porten 12 og telleren 14, blir denne tilbakestilt. Telleresultatet til telleren 14 blir. avgitt til flankestyrte D-vipper (låser) 15, hvis innhold omformes i omkoderen 16 til signaler for en sifferindikasjon av frekvensen, idet område-registreringsinnretningen 10 angir området. De flankestyrte D-vipper kan med en tilbakestil-lingspuls R tilbakestilles. When there is a pulse of the measuring clock MT on the input 3, a sign pulse sequence is fed from the input 2 over the AND gate 1 with the sample clock AT on the input 5 into the shift register 4.-Area recording device 10, e.g. a microprocessor, gives to the recording device 7 for selected signs depending on the area a specific comparison pattern VM and to the recording device 8 for selected signs the inverted comparison pattern VM. These comparison patterns are shown at the extreme right of fig. 4. They have a position number that depends on the area in question. The registration window setting device 6 causes, controlled by the area registration device 10 over an n-double line, that only as many bits come from the shift register 4 to the registration devices 7 and 8 for selected signs as the comparison pattern also has. If one of the two recording devices 7 and 8 emits a recording signal for selected signs, this comes via the OR gate 9 to the input of the counter 14. With each new negative pulse of the measuring clock MT, which via the inverter 11 comes to the OR gate 12 and counter 14, this is reset. The counting result of the counter 14 becomes. issued to edge-controlled D flip-flops (latches) 15, the contents of which are transformed in the encoder 16 into signals for a numerical indication of the frequency, the range recording device 10 indicating the range. The edge-controlled D flip-flops can be reset with a reset pulse R.

Kretsens støysikkerhet lar seg høyne ved bruk av sammen-ligningsmønstre VN som omfatter flere utvalgte fortegn AVZ. The noise immunity of the circuit can be increased by using comparison patterns VN which include several selected signs AVZ.

Den beskrevne fremgangsmåte lar seg eksempelvis anvende i tonesperrer for ekkokompensatorer hvor frekvensen til en tone på 2100 Hz + 21 Hz må mottas. Ved en sampelfrekven.s på 8 kHz måles frekvenser mellom 2075 og 2125 Hz i området B2. The described method can be used, for example, in tone blockers for echo compensators where the frequency of a tone of 2100 Hz + 21 Hz must be received. At a sample frequency of 8 kHz, frequencies between 2075 and 2125 Hz are measured in the area B2.

Claims

1. Method for determining the frequency fs of a sampled, periodic, symmetrical, first signal (S1), in which a sampling clock (AT) gives a frequency fat»t whose value is at least twice the frequency fs of this first signal (51 ), characterized by - that a digital, binary signed pulse sequence (VZ) is derived from the first signal (Sl), - that a measuring clock (MT) with a defined measuring pulse duration is provided, - that the first signal (Sl) with the sampling clock (AT) during the measurement pulse duration is serial-parallel transformed, - that in the parallel second signal (52) formed by the series-parallel transformation, an area (B1-B5) is identified which lies between two integer values of the frequency ratio L <=><f >abt/^s'- that in the other signal (S2) sign comparison patterns (VM, VM) are identified as well as exception signs deviating from them (AVZ), - that the exception signs (AVZ) are counted during the measurement pulse duration, - that the counting result is stored, - that the number of those between consecutive exception signs (AVZ) occurring sampling values are determined several times one after the other and the average number (n) of sampling values is determined from this, - that the frequency ratio L for the identified area (B1-B5) and the determined average number (n) of sampling values are determined, and - that the frequency fs of the first signal (S1) is determined from the frequency ratio L and the sampling frequency fabt 0<3 is specified.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that an AND gate (1) is arranged, the first input of which is connected to an input (2) for the sign pulses (VZ) and another input with an input ( 3) for the measurement clock (MT), - that a shift register (4) is arranged for serial-parallel conversion, whose serial input is connected to the output of the AND gate (1) and clock input with an input (5) for the sampling clock ( THAT), m - that there is a recognition window setting device (6) whose inputs are connected to the parallel outputs of the shift register (4), - that there are two exception sign recognition devices (7, 8) whose first inputs are connected to the outputs of the recognition window - the setting device (6), - that a first OR gate (9) is arranged whose first input is connected to the output of the first exception sign recognition device (7) and second input to the output of the second exception sign recognition device (8), - that it is arranged an area recognition device (10) whose input is connected to the output of the AND gate (1), whose first outputs for a comparison pattern (VM) are connected to the second inputs of the first exception sign recognition device (7), whose second outputs for the inverted compare- ning pattern (VM) is connected to the other inputs on the second exception sign recognition direction (8) and third outputs with e n control input on the recognition window setting device (6), - that there is an inverter (11) whose input is connected to the input (3) for the measuring clock (MT), - that there is another OR gate (12) if the first input is connected to the output of the inverter (11) and second input with an input (13) for reset pulses (R), - that a counter (14) is arranged whose first input is connected to the output of the first OR gate (9) and reset input with the output on the second OR gate (12), - that edge-controlled D flip-flops (15) are arranged whose first inputs are connected to the outputs of the counter (14), second inputs with fourth outputs on the area recognition device- gene (10), clock inputs with the output of the inverter (11) and reset inputs with the input (13) for reset pulses (R), and - that a encoder (16) is arranged whose inputs are connected to the outputs of the D flip-flops (15) and outputs (17) output a binary code for one numerical indication.