МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ Российский патент 2011 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано в системах автоматического измерения и контроля, а также в измерительно-вычислительных комплексах на базе микроЭВМ.

Известен многоканальный измеритель временных интервалов (см. авторское свидетельство СССР №1213465 от 15.05.84, «Многоканальный измеритель временных интервалов», В.В.Будашов, В.А.Новичихин и О.В.Лебедев, опубликовано 23.02.86, Бюл. №7), содержащий счетчик времени, запоминающее устройство, регистр, n элементов И, элемент ИЛИ, дешифратор, счетчик адресов, коммутатор, генератор импульсов и многовходовый элемент И. Выходы запоминающего устройства соединены с входами регистра, а информационные входы - с выходами счетчика времени. S-входы RS-триггеров подключены к шинам стоп-импульсов соответствующих измерительных каналов, а R-входы объединены и подключены к шине «Запуск», R-входам счетчика времени и счетчика адресов и входу запуска генератора импульсов. Прямые выходы RS-триггеров подключены к входам многовходового элемента И, выход которого подключен к шине окончания измерения, а инверсные выходы RS-триггеров соединены с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам дешифратора и входам коммутатора, а выходы через элемент ИЛИ подключены к входу записи запоминающего устройства, адресные входы которого соединены с входами дешифратора и выходами счетчика адресов, счетный вход которого подключен к первому выходу генератора импульсов, второй выход которого подключен к счетному входу счетчика времени. Выход коммутатора соединен с управляющим входом регистра.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности измерения длительности входных импульсов и возможности непрерывного многократного измерения временных интервалов в течение длительного времени.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является многоканальный измеритель временных интервалов (см. авторское свидетельство СССР №1257601 от 25.12.84, «Многоканальный измеритель временных интервалов в сериях импульсов», Ю.А.Марков, В.Н.Титов, опубликовано 15.09.86, Бюл. №34), который выбран в качестве прототипа. Устройство содержит счетчик времени, два счетчика, коммутатор, запоминающее устройство, два RS-триггера, п триггеров приема информации, два элемента И и элемент ИЛИ. Информационные входы запоминающего устройства соединены с выходами счетчика времени. R-входы триггеров приема информации соединены с соответствующими входными шинами измерителя. S-входы триггеров приема информации объединены, соединены с S-входом первого RS-триггера, входом сброса счетчика времени, первым входом элемента ИЛИ и подключены к шине опорных импульсов. Выходы триггеров приема информации подключены к информационным входам коммутатора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И. Второй вход элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика времени и с шиной временных импульсов. R-вход первого RS-триггера соединен со счетным входом первого счетчика и подключен к выходу переноса счетчика времени. Прямой выход первого RS-триггера соединен с управляющим входом счетчика времени и с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу второго RS-триггера, а выход - к входу выбора запоминающего устройства и входу разрешения записи второго счетчика. Счетный вход второго счетчика соединен с шиной тактовых импульсов и вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом записи запоминающего устройства, первая группа адресных входов которого соединена с выходами первого счетчика. Вторая группа адресных входов запоминающего устройства соединена с адресными входами коммутатора и выходами второго счетчика, выход переполнения которого подключен к R-входу второго RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности измерения длительности входных импульсов. Необходимость непрерывного многократного измерения в течение длительного времени требует использования в данном устройстве запоминающего устройства большой емкости, что затрудняет реализацию измерителя на базе одной микросхемы ПЛИС. Кроме того, информацию, накопленную в запоминающем устройстве, можно переслать в микроЭВМ только после завершения процесса измерения. При длительных процессах измерения (часы, сутки) это представляет собой неудобство, так как не позволяет отображать на дисплее микроЭВМ оперативной информации о ходе и промежуточных результатах измерения.

Решаемой технической задачей является создание многоканального измерителя временных интервалов с расширенными функциональными возможностями.

Достигаемым техническим результатом являются возможность измерения длительности входных импульсов и возможность оперативной передачи информации в микроЭВМ в процессе измерения, что позволяет увеличивать время измерения без увеличения схемных затрат.

Для достижения технического результата в многоканальный измеритель временных интервалов, содержащий счетчик времени, счетный вход которого подключен к шине временных импульсов, вход сброса подключен к шине опорных импульсов, а группа выходов подключена к первой группе информационных входов запоминающего устройства, адресная группа входов которого подключена к выходам первого счетчика, второй счетчик, вход которого подключен к шине тактовых импульсов, а выходы соединены с группой адресных входов коммутатора, триггер, вход которого соединен с шиной опорных импульсов, n входных шин, согласно изобретению дополнительно введены второе запоминающее устройство, регистр и входные формирователи, каждый из которых включает в себя счетчик фронтов, счетчик срезов, селектор фронтов и срезов, первый и второй элементы И, первые входы которых подключены к выходам счетчиков фронтов и срезов, соответственно, а вторые входы подключены к счетным входам счетчиков фронтов и срезов и к первому и второму выходам селектора фронтов и срезов, соответственно, информационный вход которого соединен с соответствующей входной шиной, а тактовый вход подключен к шине тактовых импульсов и к входам записи первого и второго запоминающих устройств, входы разрешения которых соединены с выходом коммутатора и со счетным входом первого счетчика, выходы которого подключены к группе адресных входов второго запоминающего устройства и к информационным входам регистра, тактовый вход которого соединен с входом сброса первого счетчика и с шиной опорных импульсов, выходы первого и второго элементов И каждого входного формирователя соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, группа адресных входов которого соединена с вторыми группами информационных входов первого и второго запоминающих устройств, управляющие входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера, соответственно, а первые группы информационных входов объединены, при этом первое и второе запоминающие устройства выполнены в виде двухпортовых ОЗУ, а триггер выполнен в виде счетного триггера, вход которого является счетным входом.

Указанная совокупность признаков позволяет расширить функциональные возможности многоканального измерителя временных интервалов за счет введения входных формирователей, формирующих короткие импульсы, совпадающие с фронтом и срезом входного импульса, что позволило фиксировать не только время фронта, но и среза входных импульсов. Введение второго запоминающего устройства, регистра и выполнение запоминающих устройств в виде двухпортовых ОЗУ позволило осуществлять оперативную передачу информации в микроЭВМ в процессе измерения и уменьшить объем памяти запоминающих устройств до уровня, необходимого для фиксации информации только в одном цикле измерения.

На чертеже приведена схема многоканального измерителя временных интервалов.

Многоканальный измеритель временных интервалов содержит счетчик 1 времени, счетный вход которого подключен к шине 2 временных импульсов, вход сброса подключен к шине 3 опорных импульсов, а группа выходов подключена к первой группе информационных входов запоминающего устройства 4, адресная группа входов которого подключена к выходам первого счетчика 5, второй счетчик 6, вход которого подключен к шине 7 тактовых импульсов, а выходы соединены с группой адресных входов коммутатора 8, триггер 9, вход которого соединен с шиной 3 опорных импульсов, n входных шин 10.1…10.n, второе запоминающее устройство 11, регистр 12 и входные формирователи 13.1…13.n, каждый из которых включает в себя счетчик 14 фронтов, счетчик 15 срезов, селектор 16 фронтов и срезов, первый 17 и второй 18 элементы И, первые входы которых подключены к выходам счетчиков фронтов 14 и срезов 15, соответственно, а вторые входы подключены к счетным входам счетчиков фронтов 14 и срезов 15 и к первому и второму выходам селектора 16 фронтов и срезов, соответственно, информационный вход которого соединен с соответствующей входной шиной 10.i, а тактовый вход подключен к шине 7 тактовых импульсов и к входам записи первого 4 и второго 11 запоминающих устройств, входы разрешения которых соединены с выходом коммутатора 8 и со счетным входом первого счетчика 5, выходы которого подключены к группе адресных входов второго запоминающего устройства 11 и к информационным входам регистра 12, тактовый вход которого соединен с входом сброса первого счетчика 5 и с шиной 3 опорных импульсов. Выходы первого 17 и второго 18 элементов И каждого входного формирователя 13.1…13.n соединены с соответствующими информационными входами коммутатора 8, группа адресных входов которого соединена с вторыми группами информационных входов первого 4 и второго 11 запоминающих устройств, управляющие входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера 9, соответственно, а первые группы информационных входов объединены. Первое 4 и второе 11 запоминающие устройства выполнены в виде двухпортовых ОЗУ. Порты, приведенные на чертеже слева (DI, Адр., WE,WR) являются портами записи, а порты чтения, приведенные справа (DO, Адр., RD), вместе с выходами регистра 12 и триггера 9 доступны для микроЭВМ. Триггер 9 выполнен в виде счетного триггера, вход которого является счетным входом.

Многоканальный измеритель временных интервалов работает следующим образом.

Исходным состоянием счетного триггера 9 является нулевое состояние. Первый опорный импульс сбрасывает в исходное состояние счетчик 1 времени, первый счетчик 5, все счетчики 14 и 15 фронтов и срезов и переключает в единичное состояние триггер 9. В этом состоянии триггер 9 устанавливает первое запоминающее устройство 4 в режим записи, а второе запоминающее устройство 11 - в режим чтения. Момент окончания первого опорного импульса является началом измерения временных интервалов и началом первого цикла измерения. Счетчик 1 времени начинает считать временные импульсы, а второй счетчик 6 - тактовые импульсы. Частота следования тактовых импульсов в 2n раз больше частоты временных импульсов. Таким образом, за интервал времени, расположенный между фронтами соседних временных импульсов, коммутатор 8 успевает опросить выходы всех входных формирователей 13.1…13.n. Если на любом из этих выходов в момент его опроса будет уровень логической «1», то на выходе коммутатора 8 сформируется импульс, который поступит на вход разрешения первого запоминающего устройства 4, и в него через первую группу информационных входов запишется код состояния счетчика 1 времени, а через вторую группу информационных входов - код состояния второго счетчика 6, который является номером информационного входа коммутатора 8. Младший разряд этого кода несет в себе информацию о типе зарегистрированного события (логический «0» - фронт входного импульса, логическая «1» - срез входного импульса), а старшие разряды - это номер входа измерителя, на который поступил данный входной импульс. Код состояния счетчика 1 времени несет в себе информацию о времени, прошедшем с начала цикла измерения до момента регистрации события. Информация о первом зарегистрированном событии будет записана по нулевому адресу запоминающего устройства 4, так как первый счетчик 5 находится в исходном (нулевом) состоянии. По срезу импульса на выходе коммутатора 8 первый счетчик 5 переключится в первое состояние, и информация о следующем зарегистрированном событии запишется в запоминающее устройство 4 по первому адресу и т.д. Таким образом, первый счетчик 5 является счетчиком событий, зарегистрированных за время текущего цикла измерения. В конце цикла измерения вторым опорным импульсом состояние этого счетчика записывается в регистр 12, сбрасываются в исходное состояние счетчик 1 времени, первый счетчик 5, все счетчики 14 и 15 фронтов и срезов и переключается в нулевое состояние триггер 9. В этом состоянии триггер 9 устанавливает первое запоминающее устройство 4 в режим чтения, а второе запоминающее устройство 11 - в режим записи.

Во втором цикле измерения устройство работает так же, как и в первом цикле, но информация записывается во второе запоминающее устройство 11. В это время микроЭВМ считывает состояние триггера 9 и определяет, что информацию нужно считывать с первого запоминающего устройства 4, считывает информацию с регистра 12 и определяет, сколько слов данных нужно считать, начиная с нулевого адреса, и считывает эти данные, если состояние регистра 12 не нулевое. Если состояние регистра 12 нулевое, то это означает, что за время предыдущего цикла измерения не зарегистрировано ни одного события, и считывать информацию с запоминающего устройства 4 нет необходимости. Таким образом, в канал общего пользования микроЭВМ с измерителя временных интервалов поступает необходимый минимум информации, что исключает засорение указанного канала лишней информацией и высвобождает для микроЭВМ время для работы с другими устройствами измерительного комплекса.

Емкость запоминающих устройств 4 и 11 выбирается исходя из ожидаемого максимального числа k событий, происходящих на каждом входе измерителя в течение одного цикла измерения, и разрядности счетчиков 1 и 6. Адресное пространство каждого запоминающего устройства простирается от 0 до k×n - 1, а емкость счетчиков фронтов 14 и срезов 15 выбирается равной k/2. При переполнении эти счетчики прекращают счет событий и блокируют соответствующие выходы входных формирователей 13.1…13.n. Это предотвращает забивание запоминающего устройства паразитной информацией при возникновении периодической помехи на одном из входов 10.1…10.n задолго до окончания цикла измерения и потерю полезной информации о событиях на остальных входах измерителя. Таким образом, ресурс емкости запоминающего устройства распределяется между входами 10.1…10.n равномерно, что обеспечивает устойчивость измерителя к периодическим помехам на отдельных входах.

Счет циклов измерения микроЭВМ осуществляет программно, поэтому время измерения не ограничено аппаратными возможностями. Также программно вычисляется длительность входных импульсов путем вычитания времени поступления фронта импульса из времени поступления его среза.

Проведено макетирование 32-канального измерителя временных интервалов на макетной плате с микросхемой АРА075 фирмы Actel. Испытания макета измерителя подтвердили работоспособность заявляемого устройства и его практическую ценность.

Изобретение относится к измерительной технике и направлено на обеспечение возможности измерения длительности входных импульсов и возможности оперативной передачи информации в микроЭВМ в процессе измерения, что позволяет увеличивать время измерения без увеличения схемных затрат. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что в многоканальный измеритель временных интервалов включены второе запоминающее устройство, регистр и входные формирователи, каждый из которых включает в себя счетчик фронтов, счетчик срезов, селектор фронтов и срезов, первый и второй элементы И, первые входы которых подключены к выходам счетчиков фронтов и срезов соответственно, а вторые входы подключены к счетным входам счетчиков фронтов и срезов и к первому и второму выходам селектора фронтов и срезов соответственно, информационный вход которого соединен с соответствующей входной шиной, а тактовый вход подключен к шине тактовых импульсов и к входам записи первого и второго запоминающего устройств, входы разрешения которых соединены с выходом коммутатора и со счетным входом первого счетчика, выходы которого подключены к группе адресных входов второго запоминающего устройства и к информационным входам регистра, тактовый вход которого соединен с входом сброса первого счетчика и с шиной опорных импульсов, выходы первого и второго элементов И каждого входного формирователя соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, группа адресных входов которого соединена с вторыми группами информационных входов первого и второго запоминающих устройств, управляющие входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно, а первые группы информационных входов объединены, при этом первое и второе запоминающие устройства выполнены в виде двухпортовых ОЗУ, а триггер выполнен в виде счетного триггера, вход которого является счетным входом. 1 ил.

Многоканальный измеритель временных интервалов, содержащий счетчик времени, счетный вход которого подключен к шине временных импульсов, вход сброса подключен к шине опорных импульсов, а группа выходов подключена к первой группе информационных входов запоминающего устройства, адресная группа входов которого подключена к выходам первого счетчика, второй счетчик, вход которого подключен к шине тактовых импульсов, а выходы соединены с группой адресных входов коммутатора, триггер, вход которого соединен с шиной опорных импульсов, n-входных шин, отличающийся тем, что дополнительно введены второе запоминающее устройство, регистр и входные формирователи, каждый из которых включает в себя счетчик фронтов, счетчик срезов, селектор фронтов и срезов, первый и второй элементы И, первые входы которых подключены к выходам счетчиков фронтов и срезов соответственно, а вторые входы подключены к счетным входам счетчиков фронтов и срезов и к первому и второму выходам селектора фронтов и срезов соответственно, информационный вход которого соединен с соответствующей входной шиной, а тактовый вход подключен к шине тактовых импульсов и к входам записи первого и второго запоминающего устройств, входы разрешения которых соединены с выходом коммутатора и со счетным входом первого счетчика, выходы которого подключены к группе адресных входов второго запоминающего устройства и к информационным входам регистра, тактовый вход которого соединен с входом сброса первого счетчика и с шиной опорных импульсов, выходы первого и второго элементов И каждого входного формирователя соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, группа адресных входов которого соединена с вторыми группами информационных входов первого и второго запоминающих устройств, управляющие входы которых подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно, а первые группы информационных входов объединены, при этом первое и второе запоминающие устройства выполнены в виде двухпортовых ОЗУ, а триггер выполнен в виде счетного триггера, вход которого является счетным входом.