СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразованию временных интервалов, и может быть использовано в автоматике, вычислительной технике и телеметрических системах.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения временных интервалов по а.с. N 1196802, кл. G O4 1 F 10/04, 1985, предусматривающий формирование эталонной последовательности, заполнение импульсами этой последовательности измеряемого временного интервала, подсчет этих импульсов, уложившихся на измеряемом интервале, и анализ состояния этой последовательности в момент начала и окончания измеряемого интервала, выделение при анализе события, заключающегося в том, что состояние импульсной последовательности соответствует логической единице, вычитании из результата подсчета импульсов эталонной последовательности величины, равной половине количества выделенных событий.

Данный способ имеет ограниченную область применения, т.к. для преобразования последовательности из нескольких временных интервалов он должен быть применен соответствующее количество раз для каждого временного интервала.

Цель изобретения расширение области применения за счет упрощения алгоритма преобразования случайной последовательности интервалов при сохранении высокой точности преобразования и повышения ценности информации результатов преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе цифрового преобразования временных интервалов, представляющем формирование эталонной импульсной последовательности, заполнении импульсами этой последовательности преобразуемых временных интервалов, подсчете импульсов, уложившихся на преобразуемом интервале, дополнительно задают результаты подсчета по заданным критериям, идентифицируют по результатам анализа факт отсутствия входной последовательности, каждым сигналом входной последовательности организуют запись результатов подсчета с последующим заданием начального кода для операции "подсчет", фиксируют факт поступления сигнала входной последовательности, подсчитывают количество входных временных интервалов.

Операция "задают" заключается в предварительном введении нормы величины (максимум/минимум) временных интервалов между сигналами входной последовательности и установке ожидаемого в ней количества сигналов.

Операция "анализируют" заключается в постоянном подсчете импульсов эталонной и входной последовательностей и сравнении результатов с заданными значениями при формировании сигнала о результатах сравнения.

Операция "идентифицируют" заключается в запоминании результата анализа и блокировании операции "запись результатов".

Операция "организуют" заключается в определении фазы эталонной последовательности, с которой совпал момент поступления сигнала входной последовательности, модуляции фазы эталонной последовательности по полученным результатам, формировании импульсов считывания по телу результатов подсчета с последующим заданием начального кода операции подсчет.

Операция "фиксируют факт поступления сигнала входной последовательности" заключается в стирании результатов анализа и разрешения записи данных подсчета в процессе выполнения задания начального кода.

Операция "задают критерии оценки входной последовательности" необходима и достаточна для идентификации отклонений (количество и предельная величина) в преобразуемой последовательности временных интервалов. Ключом-идентификатором в данном случае является начальный код при считывании и место в последовательности в виде номера входного сигнала в случае его потери или превышения допустимой величины. Следовательно, исключается вероятность регистрации результатов искаженной информации и расширяются функциональные возможности при повышении достоверности информации за счет изменения задач программными средствами.

Операция "анализируют результаты подсчета по заданным критериям" необходима для определения окончания входной последовательности временных интервалов, выявления отклонений (количество и предельная величина) и достаточна для расширения функциональных возможностей при повышении достоверности информации за счет обнаружения отклонений в преобразуемой последовательности в случае, например, пропадания импульса или поступления дополнительного.

Операция "идентифицируют по результатам анализа факт отсутствия входной последовательности" необходима и достаточна для упрощения алгоритма способа за счет снятия необходимости выполнения таких входных операций, как начало/конец, при повышении надежности работы при подаче на вход случайной последовательности временных интервалов, превышающих допустимую норму, т.к. исключается считывание начального кода и операция "подсчет" обеспечивает поддержание в исходном состоянии.

Операция "организуют запись каждым сигналом входной последовательности результатов подсчета" необходима и достаточна для достижения погрешности преобразования +0,5 Тэ при наличии одной операции "подсчет" без искажения результатов преобразования и пропуска сигналов эталонной последовательности за счет модуляции ее фазы, что расширяет область применения при сокращении объема данных.

Операция "задание начального кода" необходима и достаточна для повышения ценности информации результатов преобразования за счет исключения избыточности при сокращении объема данных. Последнее играет существенную роль в случае превышения временными интервалами минимальной величины преобразования, определяемой начальным кодом.

Операция "фиксируют факт поступления сигнала входной последовательности" необходима и достаточна для исключения избыточных результатов о факте и моменте начала первого временного интервала как информации с нулевой ценностью: максимальной ценностью обладает его окончание как факт начала последующего.

Таким образом, совокупность введенных операций и их последовательность обеспечивают достижение поставленной цели расширение области применения за счет упрощения алгоритма преобразования случайной последовательности интервалов при сохранении высокой точности преобразования и повышения ценности информации результатов преобразования.

Для осуществления данного способа используется преобразователь временных интервалов, содержащий счетчик, входную и выходную шины, выход управляемого N-фазного генератора импульсов эталонной последовательности связан с выходной шиной через последовательное соединение первого элемента И, первого счетчика, порта, а через последовательное соединение D-триггера, адаптивного формирователя импульсов по фронту, второго элемента И подключен к управляющему входу порта, причем входная шина связана с D-входом и счетным входом D-триггера, а через последовательное соединение формирователя импульсов по фронту и формирователя импульсов по спаду с обнуляющими входами первого счетчика и триггера, кроме того, выход первого счетчика через первый блок сравнения подключен к другому входу второго элемента И, а программирующая шина К подключена к первому и второму блокам сравнения, вход управления генератора подключен к другому выходу триггера.

Введение управляемого N-фазного генератора необходимо и достаточно для снижения тактовой частоты преобразования при сохранении погрешности и объема данных, что достигается за счет формирования импульсов с фазой, определяемой начальным моментом преобразования.

Введение адаптивного формирователя импульсов по фронту входного сигнала необходимо и достаточно для снижения погрешности преобразования формирования сигнала считывания результатов преобразования, определяемого фазой эталонной последовательности импульсов, что достигается соответствующим изменением длительности формируемого сигнала.

Введение формирователя импульса по спаду входного сигнала необходимо и достаточно для сокращения избыточности данных, что достигается преобразованием временных интервалов между соседними сигналами в едином цикле на основе одного счетчика импульсов, устанавливаемого в нулевое состояние каждым входным сигналом.

Введение D-триггера в совокупности с другими элементами необходимо и достаточно для проведения анализа о совпадении входного сигнала с фазой эталонной последовательности импульсов и формирования результата, являющегося основанием модуляции фазы и формируемой длительности сигнала считывания данных.

Введение триггера необходимо и достаточно для упрощения алгоритма преобразователя исключением внешних сигналов начало/конец за счет фиксации факта превышения максимальной величины входного сигнала, идентифицирующего факт окончания входной последовательности сигналов, что может быть идентифицировано по факту превышения их количества.

Введение порта необходимо и достаточно для согласования скорости асинхронного считывания входных сигналов с пропускной способностью сопрягаемой системы за счет сохранения данных до поступления последующего входного сигнала при малом времени записи в порт, т.е. расширяется область возможного применения.

Введение первого блока сравнения необходимо и достаточно для выделения момента окончания серии входных сигналов, т.е. момента превышения заданного предела преобразуемого интервала, что исключает необходимость внешних идентификаторов конец/начало. Кроме того, он обеспечивает без схемно-конструкторских изменений возможность проводить выборку временных интервалов определенной величины из входной последовательности, что исключает вероятность регистрации искаженной информации в случае каких-либо причин, исказивших интервал, и расширяет область применения преобразователя.

Введение второго блока сравнения в совокупности со вторым счетчиком необходимо и достаточно для идентификации окончания входной серии импульсов по заданному критерию: количество импульсов. Последнее позволяет провести оценку наличия лишних импульсов во входной серии.

Таким образом, совокупность введенных элементов и связей обеспечивает достижение поставленной цели расширение области применения за счет упрощения алгоритма преобразования случайной последовательности интервалов при сохранении высокой точности преобразования и повышении ценности информации результатов преобразования.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие алгоритм способа, на фиг. 2 преобразователь последовательности временных интервалов.

Рассмотрим взаимосвязь и последовательность выполнения операций способа.

Исходное состояние совокупности операций определяется фактом отсутствия изменений входной последовательности. В данном состоянии формируют эталонную последовательность импульсов и заполняют ими временной интервал для выполнения операции "подсчет" (фиг. 1. Сч, I.f). Операция "анализируют результаты счета" выполняется постоянно, формируя данные для операции "сравнивают с имеющейся нормой допустимой величины временного интервала". В связи с тем что величина интервала в данный момент адекватна бесконечности, результаты анализа идентифицируются как отсутствие входной последовательности. Составной частью данной операции является запоминание факта отсутствия сигналов входной последовательности, одной из задач которой является блокирование операции "запись результатов". Операцией "задают критерии оценки входной последовательности" определяют ожидаемые характеристики входной последовательности по предельной величине временного интервала и количеству импульсов.

Первый сигнал входной последовательности является основанием для операции "организуют запись". В процессе выполнения этой операции формируют сигнал с длительностью, достаточной для достоверной записи результатов подсчета импульсов эталонной последовательности и определяемой их фазой: при фазе 0 II, т. е. после рабочего фронта длительность формируется минимально-необходимой величины, в момент фазы II 2II модулируют фазу эталонной последовательности и увеличивают длительность на величину, достаточную для окончания переходных процессов. По окончании данной операции задают начальный код для операции "подсчет", а также фиксируют факт поступления первого входного сигнала, которая исключала запись результатов подсчета в момент поступления первого входного сигнала. В результате данной операции аннулируются результаты операции "идентифицируют".

Каждым входным сигналом данный алгоритм повторяется, дополняясь выполнением операции "организуют запись", т.е. реализуется регистрация двоичного цифрового кода о величине входного временного интервала.

Преобразователь (фиг.2) содержит управляемый N-фазный генератор 1 эталонной частоты, блок сравнения 2, первый элемент И-НЕ 3, первый счетчик 4, порт 5, формирователь импульсов по спаду входного сигнала 6, второй элемент И-НЕ 7, управляемый формирователь импульсов по фронту входного сигнала 8, D-триггер 9, второй триггер 10, второй счетчик 4, порт 5, формирователь импульсов по спаду входного сигнала 6, второй элемент И-НЕ 7, формирователь импульсов по фронту сигнала 8, D-триггер 9, триггер 10, второй счетчик 11, вторую схему сравнения 12, входную шину ВХ, выходную шину ВЫХ, программирующую шину К.

Выход генератора импульсов 1 эталонной последовательности связан с выходной шиной ВЫХ через последовательное соединение первого элемента И 3, первого счетчика 4, порта 5, а через последовательное соединение D-триггера 9, формирователя 8 импульсов по фронту, второго элемента И 7, подключен к управляющему входу порта 5, причем входная шина Вх связана с D-входом и счетным входом D-триггера 9, а через последовательное соединение формирователя 8 импульсов по фронту и формирователя 6 импульсов по спаду с обнуляющим входом первого счетчика 4 и первым входом триггера 10, кроме того, выход первого счетчика 4 через последовательное соединение первого блока сравнения 2 и триггера 10 подключен к другому входу второго элемента И-НЕ 7, а программирующая шина К подключена к первому и второму блокам сравнения 2, 12, вход управления генератора 1 подключен к другому выходу триггера 10, который через последовательное соединение второго счетчика 11 и второго блока сравнения 12 подключен к своему третьему входу, а другой вход второго счетчика 11 связан с входной шиной Вх.

Вариант управляемого 2-фазного генератора 1 содержит последовательное соединение 2-фазного генератора 1а, триггера 1б, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1в, выход элемента 1в является выходом генератора 1, второй вход элемента 1б является входом управления.

Исходное состояние преобразователя определяется отсутствием сигналов по шине ВХ. На выходе элемента 1в формируется последовательность импульсов с одной из фаз, определяемой случайным состоянием триггера 1б. Импульсы эталонной последовательности генератора 1 поддерживают на выходе D-триггера 9 сигнал, разрешающий формирование счетных импульсов на входе счетчика 4. Это обеспечивает при помощи блока 2 удержание триггера 10 в состоянии, блокирующем передачу элементом 7 сигналов записи в порт 5, обнуляющим счетчик 11 с другого выхода и синхронизирующим генератор 1. Исходное состояние организуется в связи с превышением заданной нормы по шине К' величины преобразуемого временного интервала кодом со счетчика 4, который периодически формируется тактовыми импульсами и превышает заданную норму.

Первый входной сигнал в момент времени Т₀ (фиг.1) Вх запускает формирователь 8, сигнал которого блокируется на элементе 7, а по заднему фронту включается формирователь 6. Импульс с блока 6 устанавливает в исходное состояние счетчик 4 и переключает триггер 10, что снимает блокировку на элементе 7 и прекращает поддержание в исходном состоянии счетчикa 11. Кроме того, он обеспечивает формирование на выходе генератора 1 импульсов тактовой частоты с фазой, реализующей погрешность начала счета в пределах +0 0,5 tr, т. е. ± 0,25 tr. Критерием выполнения данного условия является оценка фазы импульсов с блока 1а в момент времени T_о, реализуемое фактом переключения триггера 10 при помощи элемента 1б и элемента 1в. Критерий формируется следующим образом:
при совпадении момента времени T_о с фазой 0 II импульсов эталонной последовательности на выходе элемента 1а она сохраняется,
при совпадении момента времени T_О с фазой II 2II импульсов эталонной последовательности на выходе элемента 1а она инвертируется,
за 0 фазы принимается рабочий фронт счетчика 4.

Фаза эталонной последовательности импульсов анализируется каждым сигналом по входу ВХ при помощи элемента 9. Результаты анализа используются для ее фазовой модуляции, реализуемой по критерию:
при совпадении момента времени T_i с фазой 0 II импульсов эталонной последовательности на выходе элемента 1а модуляции отсутствует,
при совпадении момента времени T_о с фазой 0 2II импульсов эталонной последовательности на выходе элемента 1а, т.е. перед рабочим фронтом фиг. 1f (моменты времени T1 и T3), рабочий фронт формируется в момент поступления входного сигнала.

Данные критерии реализуются при помощи триггера 9 и элемента 3. При совпадении фазы 0 II триггер 9 не переключается, сохраняя тем самым потенциал логического "0" на входе счетчика и обеспечивая погрешность преобразования в пределах 0 0,5 tr, переключение при совпадении с фазой II 2II формирует на входе счетчика логическую "1", т.е. рабочий фронт, и обеспечивает погрешность преобразования +0 0,5 tr.

Таким образом, адаптивная подстройка фазы рабочего фронта уменьшает погрешность преобразования до величины +0,5 tr.

Влияние времени переходных процессов на достоверность результатов при считывании реализуется увеличением длительности сигнала с блока 8 на входе записи в порт 5 подачей соответствующего потенциала с триггера 9 на формирователь 8. Как следует из фиг. 1 U_s, данный процесс ограничивается рабочим фронтом входной эталонной последовательности при помощи триггера 9, на обнуляющий вход которого поступают импульсы с генератора 1. Рассмотренное построение предполагает запись в порт "по телу".

Использование предлагаемого способа преобразования временных интервалов обеспечивает:
снижение в 2 раза тактовой частоты преобразования при сохранении метрологических характеристик прототипа,
расширение области используемых средств для микроминиатюризации, т.к. способ не содержит сложных действий, что позволяет для технической реализации применять простые и известные решения,
уменьшение объема данных при преобразовании значительного количества временных интервалов, количественная оценка выигрыша определяется отношением величин интервалов в преобразуемой последовательности и может заключаться в пределах 10 100.

Использование технического решения по данному способу преобразования временных интервалов обеспечивает:
снижение затрат на построение интерфейса, коэффициент которого определяется отношением времени наблюдения к максимальной величине преобразуемого временного интервала.

реализацию предложенного технического решения по микроэлектронной технологии и на существующей элементной базе,
уменьшение объема сопрягаемого ОЗУ, показатель которого определяется отношением времени наблюдения к максимальной величине преобразуемого временного интервала, при этом оценка выигрыша для речевого сигнала показала сокращение объема ОЗУ в 2,5 3 раза в сравнении с применением известных преобразователей.

Использование: в автоматике, вычислительной и медтехнике и телеметрических системах. Сущность изобретения: способ цифрового преобразования временных интервалов заключается в формировании эталонной импульсной последовательности, заполнении импульсами этой последовательности преобразуемых временных интервалов, подсчете импульсов, уложившихся на преобразуемом интервале, задании критериев оценки входной последовательности, анализе результатов подсчета по заданным критериям, идентификации по результатам анализа факта отсутствия входной последовательности, организации каждым сигналом входной последовательности записи результатов подсчета с последующим заданием начального кода для операции "подсчет", фиксации факта поступления сигнала входной последовательности, подсчете количества входных временных интервалов. Cпособ реализован преобразователем временных интервалов, содержащим счетчик, входную и выходную шины, вход управляемого N-фазного генератора импульсов эталонной последовательности связан с выходной шиной через последовательное соединение первого элемента И-НЕ, первого счетчика, порта, а через последовательное соединение D-триггера, адаптивного формирователя импульсов по фронту, второго элемента И-НЕ подключен к управляющему входу порта, причем входная шина связана с D-входом и счетным входом D-триггера, а через последовательное соединение формирователя импульсов по фронту и формирователя импульсов по спаду - с обнуляющими входами первого счетчика и триггера, кроме того, выход первого счетчика через первый блок сравнения подключен к другому входу второго элемента И-НЕ, а программирующая шина К подключена к первому и второму блокам сравнения, вход управления генератора подключен к другому выходу триггера. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ цифрового преобразования временных интервалов, представляющий формирование эталонной импульсной последовательности, заполнение импульсами этой последовательности преобразуемых временных интервалов, подсчет импульсов, уложившихся на преобразуемом интервале, отличающийся тем, что задают критерии оценки преобразуемых временных интервалов, анализируют результаты подсчета по заданным критериям, идентифицируют по результатам анализа факт отсутствия преобразуемых временных интервалов, каждым сигналом преобразуемых временных интервалов организуют запись результатов подсчета с последующим заданием начального кода для операции подсчет, фиксируют факт поступления сигнала преобразуемых временных интервалов, подсчитывают количество входных временных интервалов. 2. Преобразователь временных интервалов, содержащий генератор, cчетчик, входную и выходную шины, отличающийся тем, что выход генератора импульсов эталонной последовательности связан с выходной шиной через последовательное соединение первого элемента И, первого счетчика, порта, а через последовательное соединение D-триггера, формирователя импульсов по фронту, второго элемента И подключен к управляющему входу порта, причем входная шина связана с D-входом и счетным входом D-триггера, а через последовательное соединение формирователя импульсов по фронту и формирователя импульсов по спаду с обнуляющим входом первого счетчика и первым входом триггера, кроме того, выход первого счетчика через последовательное соединение первого блока сравнения и триггера подключен к другому входу второго элемента И, а программирующая шина K подключена к первому и второму блокам сравнения, вход управления генератора подключен к другому выходу триггера, который через последовательное соединение второго счетчика и второго блока сравнения подключен к своему третьему входу, а другой вход второго счетчика связан с входной шиной.