Измеритель временных интервалов Советский патент 1983 года по МПК G04F10/04 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и предназначё о для измерения временных интервалов и характеристик переходного процесса установления частоты: длительности монотонной его части, общей его длительности и количества переходов периода через его установившееся значение, и может быть использовано для построения математических моделей исследуемых систем с помощью цифровых вычислительных машин во многих областях науки .и техники, например, в нейрофизиологии. Известен измеритель времени переходного процесса установления частоты, содержащий формирователи сигналов, ключи, реверсивный счетчик, триггер, устройства усреднения, элемент сравнения, цифровые часы, источник регулируемого опор ного напряжения, блок управления, регист ратор til. Этот измеритель имеет низкую точность измерения времени установления частоты, определяемую используемым в нем методе усреднения широтно-модулированных импульсов в постоянное напряжение, а для уменьшения вероятностной ошибки требует применения многократно повторяющихся циклов измерения с последующим усреднением, и позволяет определить время переходного процесса установления частоты только при монотонном изменении частоты, что существенно ограничивает области применения указанного измерителя. Известен измеритель времени переходного процесса, содержащий ключ, счетчик, устройство индикации, формирователь мерных интервалов, устройство регулируемой задержки 2 . К недостаткам указанного измерителя относятся трудность выбора длительности задержки и мерных интервалов, обусловленная неравномерностью изменения периода и приводящая к большим погрешностям измерения времени переходного процесса установления ч.и тоты, невозможность определения других хпрактеристик переходного процесса установления частоты, низкая производительность Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преоб разователь временных интер лов в цифровой код, содержащий генератор калиброванной частоты, элементы совпадения, счетчики , запоминающее устройств триггеры, усилитель-формирователь, линии задержки СЗ . Указанный измеритель не позволяет определить установившееся значение периода, характер его изменений-и харак теристйки переходного процесса установления частоты. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возмо ности определения установившегося знач ния периода, характера его изменений, и характеристик переходного процесса установления частоты. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель временных интервалов, содержащий усилитель-формирователь, вы ход которого через первую линию задерж ки подключен к первым входам первого Второго элементов совпадения и непосредственно - к входу триггера управления, генератор импульсов соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов совпадения, выходы которых соединены со счетными входами соответственно первого и второго счетчиков, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам запоминающего устройства, первый выход триггера управления подключен к вторым Ьходам первого и третьего элементов совпадения, второй выход триггера управ ления соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов совпадения выход первого элемента совпадения соединен с первым установочным входом запоминающего устройства непосредственно и через вторую линию задержки с установочным входом второго счетчика, выход второго элемента совпадения подключен к второму установочному входу запоминающего устройства непосредственно и через третью линию задерж ки - к установочному входу первого счетчика, введены триггеры запуска, счи тьюания и блокировки, три элемента совпадения, три счетчика, одновибратор, три регистра, два блока сравнения кодов, блок формирования кодов, делитель частоты на два и три элемента ИЛИ, причем выход усилителя-формирователя под ключей к входам триггеров запуска и считьгоания, выходы которьк соответственно соединены с входом генератора импульсов и первым входом пятого элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - со счетным входом третьего счетчика, выход которого подклк чен к информационному входу первого регистра, вход записи которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго элементов совпадения, соответственно, первый, второй и третий выходы запоминающего устройства соединены с первыми входами соответственно первого блока сравнения кодов, блока формирования кодов и второго блока сравнения кодов, первый и второй выходы блока формирования кодов подключены к вторым входам первого и второго блоков сравнения кодов со- ответственно, первые выходы которых соединены с первым и вторым входами соответственно второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу щестого элемента совпадения, входу записи второго регистра и входу делителя частоты на два, выход которого соединен со счетным входом четвертого счетчика и установочным входом пятого счетчика, счетный вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ и входу триггера блокировки, выход которого соединен с вторым входом шестого элемента совпадения, выход которого подключен к входу записи третьего регистра, информационный вход которого подключен к информационному входу второго регистра и выходу первого регистра, вторые выходы первого и второго блоков сравнения кодов соединены с первым и вторым входами соответственно третьего элемента ИЛИ, третий выход блока формирования кодов соединен с. первым входом седьмого элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика, а выход - с входом одновибратора, выход которого подключен к первому входу блока формирования кодов. На чертеже представлена функциональная схема измерителя. Измеритель содержит усилитель-формирователь- 1, генератор 2 импульсов, элементы 3-9 совпадения, триггер 10 управления, триггер 11 запуска, триггер 12 считывания, триггер 13 блокировки, линии 14-16 задержки, счетчик 17-21, запоминающее устройство 22, одновибратор 23, регистры 24-26, блоки 27 и 28 сравнения кодов, блок 29 формирования кодов, делитель ЗО частоты на два, элементы ИЛИ 31-33, Измеритель работает следующим обра зом. Перед началом работы по цепи установки О (не показана) триггеры 1013, счетчики 17-21, регистры 24-26, запоминакяиее устройство 22 и блок 29 формирования кодов внешним управляющим устройством устанавливаются в исходное состояние. При этом на выходах т риггеров 11 и 12 устанавливается низкий (запрещающий) уровень напряжения, а на выходе триггера 13 высокий (разрешающий) уровень, на пер вом выходе триггера 10 низкий уровень а на его втором выходе - высокий, на выходах счетчиков 17-21, регистров 24-26, в памяти запоминающего устройства 22 и блока 29 формирования ко дов, - кулевой код. Генератор 2, работающий в ждущем режиме, находится в заторможенном состоянии. Первый усиленный и сформированный в усилителе-формирователе 1 импулЬ)С частоты переходного процесса исследуемой системы, поступающей по шине Вход, опрокидывает триггеры 10-12 в противоположитка состояние. На выходах триггеров 11 и 12 появляется высокий уровень напряжения, на первом выходе триггера 10 - вьюокий уровень, а на его втором выходе низкий. Высоки уровень с выхода триггера 11 запускае генератор 2 импульсов. Импульсы генератора 2 проходят через элементы 3 и совпадения и подсчитываются соответственно, счетчиками 17 и 19, ,: Второй импульс .усилителя -формирова теля 1 опрокидьюает триггер 1О в исходное состояние, элемент 3 совпадения запирается и импульсы генератора 2 прекращают поступление на вход счетчика 17 и начинают прохождение через элемент 4 совпадения, подсчитываясь счетчиком 18, Этим же импульсом усилителя-формирователя 1, задержанным в линии 14 и прошедшим через элемент 6 совпадения, код с выхода счетчика 17 переписывается в первую группу яче ек памяти запоминающего устройства 22 выходной код которых с его первого вы хода поступает затем на первый вход блока 27 сравнения кодов. Этот код опр деляет текущее значение первого периоисследуемой частоты. Второй им в«-Тх, пульс усилителя-формирователя 1 с выхода элемента 6 совпадения через элемент 31 ИЛИ переписывает код с выхода счетчика 19NTj(. в регистр 24, Ука Л занным импульсом, задержанным в линии 16, счетчик 17 устанавливается а в О,- . Третий импульс усилителя-формирователя 1 вновь опрокидьгаает триггер 10 . в противоположное исходному состояние, импульсы генератора вновь подсчитыва- ются счетчиком 17, код счетчика 18 переписывается во вторую группу ${Ч0ек памяти запоминающего устройства 22, Текущее значение второго периода Тл со-. .2-- ответствует коду NT,, с выхода второй группы ячеек памяти запоминающего устройства 22, передаваемое с третьего выхода запоминающего устройства 22 на первый вход блока 28 сравнения кодов. Третий импульс усилителя-формирователя 1,. кроме того, пе- реписьтает код NTp( из первой группы ячеек памяти запоминающего устройства 22 в его буферную память, выходной код которой является предшествующим коду МТ„ (текущему) и с второго выхода х запоминающего устройства 22 проходит через блок 29 формирования кодов на вторые входы блоков 27 и 28 сравнения кодов. Тем же импульсом с выхода счетчика 19 в регистр 24 переписыва- ется суммарный код M NT.. ц-ЫТ,, X., Х2 При поступлении очередного импульса усилителя- формирователя 1 на вход триг-, гера 1C; последний каждый раз изменяет свое состояние и импульсы ждущего генератора 2 подсчитываются пооче- / редно счетчиками 17 нечетных и 18 четных серий счетных импульсов, с выхода которых поочередно фиксируется код текущего значения периода NT сорт «J . .. ветственно в первой и второй группах ячеек памяти запоминающего устройства 22, а в его буферной памяти - код предшествующего текущему значению периода NT). Счетчик 19 непрерывно попсчитывает импульсы ждущего генератора 2, а в регистр 24 переписьтается от импульса к импульсу усилителя-формирователя 1 ступенчатое прирящение кода с выхода счетчика ЮЦМТ.. который поступает на информационные входы регистров 25 и 26/ Блоки 27 и 28 сравнения поочередна сравнивают коды соответственно с первого и третьего выходов эапоминакьшего устройства 22 текущего значения периода NT; с кодами предшествующих текущему значений периода NiTy , передаваемых через блок 29 формирования кодов с второго выхода запоминающего устройства 22. При их совпадении в одном из блоков 27 или 28 сравнения кодов, на первом выходе одного из них появляется импульс, проходящий через элемент ИЛИ 32 на счетный вход счетчика 2О и на его выходе появляется коя О счетчик 20 - двухразрядный. При повторном совпадении Nt и NT . i i-1 на выходе счетчика 20 появляется код 10,. высокий уровень с выхода его вто рого разряда по шине Стоп поступает на внешнее управляющее устройство (не показано), которое прерывает поступлени эталонной частоты на вход исследуемой системы, прекращая в ней переходный процесс. Повторное совпадение NTv. с МТ. происходит, когда/Nl. - -л.ч,. коду установившегося значения периода. Тем же высоким уровнем через открыты элемент 8 совпадения запускается одновибратор 23. Когда установившееся знач ние гпериода Т неизвестно, в блоке 29 формирования кодов на третьем выходе оператор устанавливает вьюокий уровень, подготавливая исследуемую систему к повторному запуску переходного процесса, а измеритель - к автоматическому режиму работы. Импульсс второго выхода одновибратора 23 переписывает из буферной памяти запоминающего устройства 22 в оперативную память блока 29 формирования кодов по.второму входу код NT.c,T Импульс с первого выхода одновибратора 23, соответствующий заданному фронту его импульса.с второго выхода, по шине Запуск поступает во внешнее управляющее устройство, подго.тавливая его к формированию импульса установки в О триггеров 10-13, счетчиков 17-21, регистров 24-26, памяти запоминающего устройства 22 (за исклю чением памяти блока 29 формирования кодов) и к повторному запуску переходного процесса. На этом завершается цикл определения установившегося значения периода 1 008 Пикл определения характеристик переходного процесса установления частоты осуществляется аналогично предшествутощему шаслу, но в этом случае -блок 29 формирования кодов формирует дополнительно коды (кроме кода установивше-гося значения периода) предельных откло нений периода от установившегося значения ,9 Tj(CT .1 Тус-г . При этом его первый вход блокируется.,а на его третьем выходе устанавливается i низкий уровень, предотвращающий повтор ный запуск одновибраторй 23. При необходимости величина предельных отклонений периода программным путем может быть изменена в блоке 29 формирования кодов. В отличие от предшествующего цикла, в случае совпадения кодов текущего значения с кодами предельных отклонений периода на вторых выходах одного- из блоков 27 или 26 сравнения кодов появляются импульсы записи, проходящие через элемент ИЛИ 33 на один вход элемента 9 совпадения, на вход-делителя 30 частоты на два и на вход записи регистра 26. В исходном состоянии на выходе триггера 13 блокировки появляется ысокий уровень и элемент 9 совпадения, открывается. Первый импульс совпадения кода текущего значения периода с нижним предельным его отклонением записывает в регистр 2 5 суммарный код с выхода ре гистра 24, соответствующий длительноети монотонной части переходного процесса:.( , при Шу 1 1 где п- количество периодов Т. до : первого совпадения кода NTj( сМТ„. Первый импульс совпадения кода текущего значения с кодом установившегося значения периода с выходов блоков 27 или 28 сравнения кодов устанавливает счетчик 20 в состояние 01 и опрокидывает триггер 13, блокируя поступление на вход записи регистра 25 всех последующих (кроме первого) импульсов совпадения кодов текушего значения и предельных отклонений периода. В регистр 26 записьшается суммарный код с выхода регистра 24, соответствующий общей длительности переходного процесса до последнего совпадения ко9да NTj(. с кодом либо нижнего, либо ве него предельных отклонений NT 11 NT . при N NT..., i Л 1x Hj и .,npH МТ„ rNT- k-J4i. у {-1 J Где m - количество периодов Т до -го совпадения кода NT. с кодом NT( р - количество периодов Ту до К-го совпадения кода NTxс кодом NTg i - количество совпадений кода Ту с кодом NTj, если переходны процесс завершается после да ного совпадения; К - количество совпадений кода NTj(, с кодом NTg, если переходный процесс завершился после указанного совпадения. Обшее количество импульсов совпадения является нечетным, посколькукол чествб совпадений кода NT с кодом i NTg нечетное, а количество совпадений кода NTд с кодом NTQ четное. Делител 30 частоты на два уменьшает общее ко личество импульсов совпадения п два раза. При этом нечетный импульс отбра сывается, а все четные - проходят на счетный вход счетчика 21 и на вход установки в О счетчика 2О. На выходе счетчика 21 фиксируется код,соответствукший количеству переходов исследу емого периода через установившееся зн чение (порядок системы): - обшее количество совпадени кодов (МТх . с кодами NT и NTeКаждый импульс совпадения кода NTj. с кодом приходящий на счетный вход счетчика 20 сопровождается четным импульсом совпадения кода NTx с кодами МТц или МТ , приходящими на вход установки счетчика 20 в Oj если переходный процесс не установился. После установления переходного процесса повторный импульс совпаде mraNTj. с переводит счетчик 20 OOI 10 в состояние 10, высокий уровень с выхода его второго разряда останавливает переходный процесс в исследуемой системе. На этом работа измерителя в автоматическом режиме завершена, В ручном режиме работы оператор вручную записывает в оперативную память блока 29 формирования кодов код установившегося i значения периода, если оно заранее известно. Работа измерителя в ручном режиме ничем не от личается от второго цикла определения характеристик переходного процесса установления частоты в автоматическом режиме, В рассмотренном измерителе методическая ошибка измерения временных характеристик переходного процесса установления частоты не превышает длительности счетного периода, что обеспечивается синхронностью первого импульса ждуще го генератора с началом переходного процесса. Измеритель позволяет работать как в ручном, так и в автоматическом режимах, может определить установившееся значение периода, характер его изменений от периода к периоду исследуемой частоты и характеристики переходного процесса установления частоты в цифровой форме. ф. ормулаизобретения Измеритель временных интервалов, содержащий усилитель-формирователь, выход которого через первую линию за- подключен к первым входам первого и второго элементов совпадения соответственно - к входу триггера управления, генератор импульсов соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов совпадения, выходы которых соединены со счетными входами соответственно первого и второго счетчиков, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам запоминающего устройства, первый выход триггера управления подключен к вторым вхо- |дам первого и третьего элементов совпадения, второй выход триггера управления соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов совпадения, выход первого элемента совпадения соединен с первым установочным входом запомина- юшего устройства непосредственно и через .вторую линию задержки - с установочтгым входом второго счетчика, выход второго элемента совпадения полключсн к второму установочному входу запоминающего устройства непосредственно и через третью пинию задержки - к установочному входу первого счетчика, отличающийс я тем, что, с цепью расши|5|ения функ- циональных.возможностей, в него введены триггеры запуска, считьюания и блоки ровки, три элемента совпадения; три счет чика, одновибратор, три регистра, два блока сравнения кодов, блок формироваНИН кодов, делитель частоты на два и три элемента ИЛИ, причем выход усилителя-формирователя подключенк входам триггб|ров запуска и считывания, выходы которых соответственно соединены с входом генератора импульсов и первым входом пятого элемента х;овпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - 6о счетным входом третьего счетчика, выход котороjro подключен к информационному входу первого репютра, вход записи которого сое динен с выходом первого элемента ИЛИ пе вый и второй входЪ которого подключены к выходам первого и второго элементов совпадения соответственно, первый, второй, и третий выходы запоминакядего устройства соединены с первыми входами соответственно первого блока.сравнения кодов, блока формирования кодов и второго блока сравнения кодов, первый и второй выходы блока формирования кодов подключены к вторым входам первого и второго блоков сравнения кодов соотв тственно, первые выходы которых соединены с первым и вторым входа1 п1 соответственно второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу шестого элемента совпадения, входу записи второго регистра и входу делителя частоты на два, выход которого соединен со счетным входом четвер- того счетчика и установочным входом пятого счетчика, счетный вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, и входу триггера блокировки, выход которого соединен с вторым входом шестого элемента совпадения, выход которого подключен к входу записи третьего регистра,информационный вход которого подключен к информационному входу второго регист ра и выходу первого регистра, вторые выходы первого и второго блоков сравнения кодов соединены с первым и вторым входами соответственно третьего элемента ИЛИ, третий выход блока формирования кодов соединен с первым входом седьмого элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом пятого счетчика, а выход - с в ходом одновибратора, выход которого подключен к второму входу блока формирования кодов, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Мз 742829, кл. Н ОЗ К 13/20, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР i № 608260, кл. Н 03 К 13/20, 1974. 3.Авторское свидетельство СССР № 336793, кл. Н 03 К 13/02, 1968.