УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1997 года по МПК G04F10/04 

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике, автоматике, измерительной технике и может быть использовано для определения положения и характеристик импульсов в сериях импульсов с повышенной точностью в радиолокации, телевизионной и измерительной технике, биомедицинских исследованиях, при вводе информации в компьютер, при обработке высокоинформативных сигналов в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей измерителя за счет определения и хранения информации о длительностях и положениях фронтов и середин каждого из идущих вподряд импульсов относительно одного опорного импульса.

Цель достигается тем, что универсальный измеритель положения импульсов, содержащий первую входную шины 9 и третий счетчик 6, выходы которого соединены с адресными входами оперативного запоминающего устройства 7, выходы которого являются выходами измерителя 11, вторая входная шина 10 которого соединена с установочным входом R первого счетчика 10, счетный вход C которого соединен с выходом генератора 1 и тактовым входом C оперативного запоминающего устройства, первая группа n+1 информационных входов которого соединена с выходами второго счетчика 5, счетный вход C которого соединен с выходом элемента И 4, первый вход которого соединен с входом записи L второго счетчика, отличающийся тем, что введена кодовая шина 8 и узел управления 2, информационные входы которого соединены с кодовой шиной 8 измерителя, первая входная шина которого 9 соединена с сигнальный входом узла управления 2, кодовая выходная шина которого соединена со второй группой m информационных входов оперативного запоминающего устройства 7, первый выход узла управления соединен со счетным сходом третьего счетчика 6, второй выход с первым входом элемента И 4, второй вход которого соединен с выходом генератора 1, третий выход узла управления соединен с установочным входом R второго счетчика, старшие информационные разряды 2 n+1 которого соединены с выходом первого счетчика 3, а на младший информационный разряд 1 подан сигнал постоянного логического уровня.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена структурная схема универсального измерителя положения импульсов, где 1 генератор; 2 узел управления; 3 первый счетчик; 4 - элемент И; 5 второй счетчик; 6 третий счетчик; 7 -оперативное запоминающее устройство; 8 кодовая шина измерителя; 9 первая входная шина измерителя; 10 вторая входная шина измерителя; 11 выход измерителя.

На фиг. 2 приведена таблица функционирования узла управления, где А - активный логический уровень; H пассивный логический уровень; И короткий импульс; нет измеряемого импульса; передний фронт измеряемого импульса; задний фронт измеряемого импульса.

На фиг. 3, 4 приведена временная диаграмма работы измерителя в четырех режимах, где V₁₀ опорный импульс; O1. Oi -входные измеряемые импульсы, подаваемые на первую входную шину измерителя; t_iп - промежуток времени от опорного до переднего фронта i-го входного импульса; t_i3 промежуток времени от опорного до заднего фронта i -го входного импульса; t_ic промежуток времени от опорного до середины i-го входного импульса; Δt_i длительность i -го входного импульса; t текущее время; Δt текущая длительность; t_С текущее положение середины импульса; ft текущее содержимое второго счетчика в режиме определения положения фронтов импульсов; fΔt текущее содержимое второго счетчика в режиме определения длительностей импульсов; ft_С текущее содержимое второго счетчика в режиме определения положения середин импульсов; ft_iп найденное положение переднего фронта i-го импульса; ft₃ найденное положение заднего фронта i-го импульса; fΔt_i найденное значение длительности i -го импульса; ft_iC найденное положение середины i-го импульса; П - код переднего фронта импульса; З код заднего фронта импульса; Д код длительности импульса; С код середины импульса; V8 сигнал на кодовой шине измерителя; V9 сигнал на первой шине измерителя; V10 сигнал на второй шине измерителя; V11 содержимое оперативного запоминающего устройства; Сч2 - содержимое второго счетчика; УУ1 -сигналы на первом выходе узла управления; УУ2 сигнал на кодовой выходной шине узла управления; УУ3, УУ4 сигналы на втором и третьем выходах узла управления, соответственно.

На фиг. 5 приведена структурная схема узла управления, где 8 - информационный вход; 9 сигнальный вход; 12 постоянное запоминающее устройство ПЗУ; 13 первый выход узла управления; 14 кодовая выходная шина; 15, 16 второй и третий выходы узла управления.

На фиг. 6 приведена таблица прошивки ПЗУ при использовании положительной логики (1 активный уровень, 0 пассивный уровень), где для информационного входа и кодовой выходной шины узла управления используется по два двоичных разряда.

Устройство работает следующим образом.

На кодовую шину 8 измерителя (фиг. 1) подается код требуемого режима работы. Далее опорный импульс V1O поступает на вторую шину 10 измерителя и устанавливает первый счетчик 3 в исходное состояние. После окончания опорного импульса в счетчике накапливается величина X ft, пропорциональная текущему времени t, с дискретностью, равной l/f, где f частота генератора.

При отсутствии сигнала на первой шине измерителя 9, содержимое первого счетчика 3 со сдвигом на один двоичный разряд в сторону старших разрядов, через второй счетчик 5 записывается по первой группе n+1 информационных входов в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 7 по сигналу от генератора 1, поступающему на тактовый вход ОЗУ. Одновременно по второй группе m информационных входов в ОЗУ производится запись содержимого выходной кодовой шины узла управления 2. Значение этого кода зависит от выбранного режима работы измерителя и внутреннего состояния узла управления. Запись производится в одну и ту же многоразрядную ячейку ОЗУ, т.к. третий счетчик 6 не переключается, его содержимое не меняется, а следовательно, и не меняется адрес ячейки ОЗУ. Таким образом измеритель будет работать до тех пор, пока на первой входной шине 9 не появится сигнал. Далее последовательность работы измерителя зависит от кода, поданного на кодовую шину 8. В первом режиме работы измеряется и запоминается положение переднего и заднего фронтов каждого приходящего на первую входную шину измерителя импульса; во втором режиме работы положение передних фронтов и длительностей импульсов; в третьем режиме положение передних фронтов и середин импульсов; в четвертом режиме - положение середин импульсов. Между двумя очередными импульсами, приходящими на вторую шину 9 измерителя, режим работы измерителя может быть изменен без потери информации о предыдущих измерениях.

Первый режим работы
При выборе этого режима работы измерителя производится измерение положения передних и задних фронтов импульсов. В этом режиме узел управления 2 устанавливает на выходной кодовой шине m код переднего фронта П импульса. С приходом переднего фронта импульса на первую входную шину 9 измерителя (фиг. 3), узел управления 2 формирует на своем первом выходе короткий импульс (фиг. 2, сигнал УУ1), по которому содержимое третьего счетчика 6 изменяется, а соответственно изменяется и адрес ячейки ОЗУ. В старой ячейке ОЗУ сохранился код, соответствующий положению, переднего фронта импульса относительно опорного импульса и равный где обозначение означает ближайшее к N меньшее целое число по основанию k.

После окончания формирования короткого импульса на первом выходе узла управления 2, он переводит измеритель в режим ожидания заднего фронта импульса, одновременно устанавливая на своем кодовом выходе код заднего фронта З. Теперь в многоразрядную ячейку ОЗУ, по импульсам генератора 1 поступающим на тактовый вход ОЗУ, записывается код заднего фронта импульса З по второй группе информационных входов m и текущее содержимое первого счетчика З, поступающего на первую группу информационных входов n+1 ОЗУ через второй счетчик 5.

С приходом заднего фронта импульса (фиг. 3) на первую входную шину 9 измерителя узел управления 2 формирует короткий импульс на своем первом выходе (фиг. 2, сигнал УУ1), по которому содержимое третьего счетчика 6 изменяется, а соответственно изменяется и адрес ячейки ОЗУ. В старой ячейке ОЗУ сохранился код, соответствующий положению заднего фронта импульса относительно опорного импульса и равный .

После окончания формирования короткого импульса на первом выходе узла управления 2, он возвращает измеритель в исходное состояние. С приходом следующего импульса на первую шину 9 измерителя, последовательность его работы повторяется.

Второй режим работы
При выборе этого режима работы измерителя производится измерение положения передних фронтов и длительностей импульсов. В этом режиме узел управления 2 устанавливает на выходной кодовой шине m код переднего фронта П импульса. С приходом переднего фронта импульса на первую входную шину 9 измерителя (фиг. 4, режим 2), узел управления 2 формирует на своем первом и третьем выходах короткие импульсы (фиг. 2, сигнал УУ1, УУ4), а на втором выходе устанавливает активный уровень сигнала (фиг. 2, сигнал УУ3).

По УУ1 содержимое третьего счетчика 6 изменяется, а соответственно изменяется и адрес ячейки ОЗУ. В старой ячейке ОЗУ сохранился код, соответствующий положению переднего фронта импульса относительно опорного импульса и равный
По УУ4 устанавливается в исходное состояние второй счетчик 5.

По УУ3 запрещается по входу записи L второго счетчика 5 перепись содержимого первого счетчика 3 во второй 5 и одновременно разрешается прохождение тактовых импульсов от генератора 1 на счетный вход С второго счетчика 5 через второй вход элемента И 4. С этого момента содержимое первого 3 и второго 5 счетчиков будет различным.

После окончания формирования коротких импульсов узел управления 2 переводит измеритель в режим счета длительности импульса, одновременно устанавливая на своем кодовом выходе код длительности импульса Д. Теперь в многоразрядную ячейку ОЗУ, по импульсам генератора 1 поступающим на тактовый вход ОЗУ, записывается код длительности импульса Д по второй группе информационных входов m и текущее содержимое второго счетчика 5, поступающего на первую группу информационных входов n+1 ОЗУ.

С приходом заднего фронта импульса (фиг. 4, режим 2) на первую входную шину 9 измерителя узел управления 2 формирует короткий импульс на своем первом выходе (фиг. 2, сигнал УУ1) и снимается активный уровень с третьего выхода (фиг. 2, сигнал УУ3). По УУ1 содержимое третьего счетчика 6 изменяется, а соответственно изменяется и адрес ячейки ОЗУ. В старой ячейке ОЗУ сохранился код, соответствующий длительности импульса и равный По снятию активного уровня УУ3 блокируется, элементом И 4, прохождение импульсов с генератора 1 на счетный вход С второго счетчика 5, одновременно разрешая по входу записи L перепись содержимого с выхода первого счетчика 3 во второй 5. Измеритель возвращается в исходное состояние.

С приходом следующего импульса на первую шину 9 измерителя, последовательность его работы повторяется.

Третий режим работы
При выборе этого режима работы измерителя производится измерение положения передних фронтов и положения середин импульсов. В этом режиме узел управления 2 устанавливает на выходной кодовой шине m код переднего фронта П импульса. С приходом переднего фронта импульса на первую входную шину 9 измерителя (фиг. 4, режим 3), узел управления 2 формирует на своем первом выходе короткий импульс (фиг. 2, сигнал УУ1), а на втором выходе устанавливает активный уровень сигнала (фиг. 2, сигнал УУ3).

По УУ1 содержимое третьего счетчика 6 изменяется, а соответственно изменяется и адрес ячейки ОЗУ. В старой ячейке ОЗУ сохранился код, соответствующий положению переднего фронта импульса относительно опорного импульса и равный
По УУ3 запрещается перепись содержимого первого счетчика 3 во второй 5 по входу записи L второго счетчика 5 и одновременно разрешается прохождение тактовых импульсов от генератора 1 на счетный вход С второго счетчика 5 через второй вход элемента И 4. С этого момента содержимое первого 3 и второго 5 счетчиков будет различным.

После окончания формирования коротких импульсов узел управления 2 переводит измеритель в режим счета положения середины импульса, одновременно устанавливая на своем кодовом выходе код середины импульса С. Теперь в многоразрядную ячейку ОЗУ, по импульсам генератора 1 поступающим на тактовый вход ОЗУ, записывается код положения середины импульса С по второй группе информационных входов m и текущее содержимое второго счетчика 5, поступающего на первую группу информационных входов n+1 ОЗУ.

С приходом заднего фронта импульса (фиг. 4, режим 3) на первую входную шину 9 измерителя узел управления 2 формирует короткий импульс на своем первом выходе (фиг. 2, сигнал УУ1) и снимается активный уровень с третьего выхода (фиг. 2, сигнал УУ3). По УУ1 содержимое третьего счетчика 6 изменяется, а соответственно изменяется и адрес ячейки ОЗУ. В старой ячейке ОЗУ сохранится код, соответствующий положению середины импульса и равный По снятию активного уровня УУ3 блокируется, элементом И 4, прохождение импульсов с генератора 1 на счетный вход С второго счетчика 5, одновременно разрешая, по входу записи L второго счетчика 5 перепись содержимого с выхода первого счетчика 3 во второй 5. Измеритель возвращается в исходное состояние.

С приходом следующего импульса на первую шину 9 измерителя, последовательность его работы повторяется.

Четвертый режим работы
При выборе этого режима работы измерителя производится измерение положения середин импульсов. В этом режиме узел управления 2 устанавливает на выходной кодовой шине m код положения середины С импульса. С приходом переднего фронта импульса на первую входную шину 9 измерителя фиг. 4, режим 4, узел управления 2 формирует на своем втором выходе активный уровень сигнала (фиг. 2, сигнал УУ3). По УУ3 запрещается перепись содержимого первого счетчика 3 во второй 5, по входу записи L второго счетчика 5, и одновременно разрешается прохождение тактовых импульсов от генератора 1 на счетный вход С второго счетчика 5 через второй вход элемента И 4. С этого момента содержимое первого 3 и второго 5 счетчиков будет различным.

Теперь в многоразрядную ячейку ОЗУ, по импульсам генератора 1, поступающим на тактовый вход ОЗУ, записывается код положения середины импульса С по второй группе информационных входов m и текущее содержимое второго счетчика 5, поступающего на первую группу информационных входов n+1 ОЗУ.

С приходом заднего фронта импульса (фиг. 4, режим 4) на первую входную шину 9 измерителя узел управления 2 формирует короткий импульс на своем первом выходе фиг. 2, сигнал УУ1 и снимается активный уровень со второго выхода (фиг. 2, сигнал УУ3). По УУ1 содержимое третьего счетчика 6 изменяется, а соответственно изменяется и адрес ячейки ОЗУ. В старой ячейке ОЗУ сохранился код, соответствующий положению середины импульса и равный По снятию активного уровня УУ3 блокируется, элементом И 4, прохождение импульсов с генератора 1 на счетный вход С второго счетчика 5, одновременно разрешая по входу записи L перепись содержимого с выхода первого счетчика 3 во второй 5. Измеритель возвращается в исходное состояние.

С приходом следующего импульса на первую шину 9 измерителя, последовательность его работы повторяется.

В качестве генератора 1 может быть использована микросхема 531ЛА3; в качестве первого, второго и третьего счетчиков может быть использованы микросхемы К155ИЕ7; в качестве оперативного запоминающего устройства может быть использована микросхема 155РП1 К155ИР32; в качестве элемента И может быть использована микросхема 531ЛИ1 [2]
Узел управления фиг. 5 может быть выполнен на базе постоянного запоминающего устройства 12, первый и второй адресные входы которого подключены к первому и второму выходам постоянного запоминающего устройства 12 соответственно, третий 8 и четвертый 9 адресные входы постоянного запоминающего устройства 12 являются соответственно информационным и сигнальным входами узла управления 2, первый выход 13, выходная кодовая шина 14, второй 15 и третий 16 выходы которого являются соответственно третьим, четвертым, пятым и шестым выходами постоянного запоминающего устройства, причем для третьего адресного входа 8 и выходной кодовой шины 14 используется по два двоичных разряда.

При использовании положительной логики и четырех режимов работы измерителя, таблица прошивки постоянного запоминающего устройства приведена на фиг. 6, при этом информационный вход занимает две адресные шины, а выходная кодовая шина два выхода ПЗУ. Первому из описанных режимов работы измерителя соответствует код 00, второму 01, третьему 10, четвертому 11. Выходному коду переднего фронта импульса П соответствует двоичное число 10; заднему фронту 3 01; длительности Д 00; середине импульса С 11.

Узел управления на ПЗУ работает следующим образом.

При поступлении на информационный вход 8 узла управления кода режима работы измерителя на выходной кодовой шине 14 формируется один из кодов П, 3, Д, С (фиг. 6, строки 1, 7, 13, 19). С приходом импульса на сигнальный вход 9 узла управления (фиг. 6, столбец 5) входов ПЗУ формируются сигналы внутреннего цикла работы узла управления (фиг. 6, столбцы 1, 2) входов и выходов ПЗУ. Если в цикле работы узла управления необходимо сформировать короткий импульс (фиг. 6, строки 2, 5, 8, 11, 14, 17, 22), то осуществляется переход с адреса 00XX1 по адресу 10XX1 и далее по адресу 01XX1 для строк 2, 8, 14 или переход с адреса 01XX0 через адрес 11XX0 к адресу 00XX0 для строк 5, 11, 17, 22. Состояния 00XX0 и 01XX1 являются устойчивыми и из них узел управления может быть выведен только изменением значения в пятом столбце входных сигналов, что соответствует изменению уровня на сигнальном входе 9 узла управления.

В качестве ПЗУ может быть использована микросхема 155РЕЗ.

Таким образом, предлагаемый универсальный измеритель положения импульсов обеспечивает не только определение положения середин импульсов в серии импульсов, но и положение фронтов импульсов и их длительностей.

Источники информации
1. Авт. свид. (Патент) N 01659977, кл. G 04 F 10/04, 1991.

2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. М. Металлургия, 1988.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для определения положения фронтов, середин и длительностей импульсов в сериях импульсов в телевизионной, радиолокационной, биомедицинской аппаратуре и при вводе информации в ЭВМ. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерителя за счет определения и хранения информации о длительностях и положениях фронтов и середин импульсов путем измерения положения фронтов и длительностей импульсов в сериях импульсов, идущих подряд относительно опорного импульса. Устройство содержит элемент И, три счетчика 3, 5, 6, генератор 1, ОЗУ 7, выход которого является выходом устройства. 1 з.п, ф-лы, 6 ил.

1. Универсальный измеритель положения импульсов, содержащий первую входную шину и третий счетчик, выходы которого соединены с адресными входами оперативного запоминающего устройства, выходы которого являются выходами измерителя, вторая входная шина которого соединена с установочным входом первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора и тактовым входом оперативного запоминающего устройства, первая группа информационных входов которого соединена с выходами второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с входом записи второго счетчика, отличающийся тем, что в него введена кодовая шина и узел управления, информационные входы которого соединены с кодовой шиной измерителя, первая входная шина которого соединена с сигнальным входом узла управления, кодовая выходная шина которого соединена с второй группой информационных входов оперативного запоминающего устройства, первый выход узла управления соединен со счетным входом третьего счетчика, второй выход с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора, третий выход узла управления соединен с установочным входом второго счетчика, старшие информационные разряды которого соединены с выходом первого счетчика, а на младший информационный разряд подан сигнал постоянного логического уровня. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что узел управления выполнен на постоянном запоминающем устройстве, первый и второй адресные входы которого подключены к первому и второму выходам постоянного запоминающего устройства соответственно, третий и четвертый адресные входы постоянного запоминающего устройства являются соответственно кодовым и сигнальным входами узла управления, первый выход, кодовая выходная шина, второй и третий выходы которого являются соответственно третьим шестым выходами постоянного запоминающего устройства.