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

Boro и второго блоков разрешения соединены с счетными входами соответственно первого и второго пересчетных блоков.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий генератор тактовой последовательности, первый выход которого подключен к первому входу синхронизатора, старт-стоповый триггер, первый вход которого подключен к шине.,старт-импульсов, входной триггер, первый блок -разрешения, два пёресчетных блока, первый формирователь импульсов, преобразователь время - сьмплитуда, выход которого через усилитель подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй блок разрешения, элемент ИЛИ, второй и третий формирователи импульсов, два коммутатора, блок сложения - вычитания и блок формирования команд, причем второй выход генератора тактовой последовательности подключен к входам первого блока разрешения и второго формирователя импульсов, управляющий вход ко ворого соединен с выходом элемента ИЛИ, первым Входе первого формирователя импульсов и управляющим входом третьпиттт- f-.1 MSJiilMKT.i I i a54rfftiTX4 ibHtBfeM i-jf:-i-,, его формирователя импул,ьсов, вход которого подключен к третьему выходу генератора тактовой последовательности и входу второго блока разрешения, управляющий-вход которого соединен с вторым входом синхронизатора, управляющим входом первого блока разрешения и выходом стартстопового триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, входу преобразователя время - амплитуда и второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока формирования команд, а информационные выходы подключены к первой группе входов блока сложения - вычитания, вторая .«Л группа входов которого соединена с выходами первого коммутатора, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами разрядов первого и второго пересчетного блоков соответственно, установочные входы которых объединены и подключены к шине старт-импульсов, первому ВХОДУ элемента ИЛИ, первому входу входного триггера и установочному со со о входу блока формирования команд, выходы которого подключены к третьей группе входов блока,сложения - вычитания, второй вход блока формиро 4 вания команд, соединен с шиной стопимпульсов, вторым входом элемента ИЛИ I riJt.Il , и вторым входом входного триггера -I выход которого подключен к запре1Гге-1, щающему входу старт-стопового тригге Р- |. ра, выходы второго и третьего формирователей импульсов подключены соответственно к первому и торому входам второго коммутатора,.третий вход которого соединен с входом первого коммутатора и выходом синхронизатора, выход второго коммутатора подключен к второму входу первого формирователя импульсов, выходы пер

Изобретение относится К измери тельной технике иможет быть исполь зовано для измерения временных инт валов быстропротекающих и быстроповторяющихся процессов, а также в системах автоматического регулирования. Известно устройство, позволяюще измерять с высокой точностью времен менные интервалы, содержащее старто вый триггер, генератор тактов( час тоты, временной экспандер,дискримина тор, схему разрешения, пересчетное устройство и схему переполнения Cl Однако известное устройство об. ладает низким быстродействием пре образования временного интервала ме ду импульсами старт и стоп в цифровой код и -низкой точностью. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является время-цифрово 1 преобразователь, в котором используется преобразование вида время - амплитуда - код, содержащий соединенные последовательно генератор тактовой частоты, синхронизатор, два преобразователя время.- цифра и электронную вычислительную машину. Каждый из преобразователей, имеющих один общий вхо соединенный с выходом синхронизатора, а на другой вход которых поступают соответственно сигналы Стоп и Стоп 2, соответствующие началу И концу измеряемого временного интервала, состоит из синхронизатора, к одному из выходов которого подклю чены соединенные последовательно схема запрета и первая пересчетная . схема, которая осуществляет счет целого количества импульсов тактовой частоты, соответствующего измеряемому интервалу, а к второму выхо ду подключены соединенные последовательно время-амплитудный преобразователь, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, вторая пересче ная схема, в которую записывается число, пропорциональное величине временной добавки измеряемого интер вала, не учтенной в первой пересчет ной схеме С2. Однако известное устройство изме рения временных интервалов не позволяет точно измерять временные характеристики быстроповторяющихся процессов, а реализация его является (СЛОЖНОЙ технической задачей. Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель временных интервалов, содержащий генератор тактовой последовательности, первый выход которого подключен к первому входу .синхронизатора, старт-стоповый триггер, первый вход которого подключен к шине старт-импульсов, входной триггер, первый блок разрешения, два пересчетных блока, первый формирователь импульсов, преобразователь время - амплитуда, выход которого через усилитель подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, введены второй блок , разрешения, элемент ИЛИ, второй и третий формирователи импульсов, два коммутатора, блок сложения - вычитания и блок формирования команд, причем второй йыход генератора тактовой последовательности подключен к входам первого блока разрешения и второго формирователя импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, первым входом первого формирователя импульсов и управляющим входом третьего формирователя импульсов, вход которого подключен к третьему выходу генератора тактовой последовательности и входу второго блока разрешения, управляющий вход которого соединен с вторым входом синхронизатора, управляющим входом первого блока разрешения, и выходом старт-стопового триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, входу преобразователя время - амплитуда и второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока формирования команд, а информационные выходы подключены к первой группе входов блока сложения - вычитания, вторая группа входов которого соединена с выходами первого коммутатора, первая и вторая группы входов которого соединены с выходами разрядов первого и второго пересчетного блоков соответственно, установочные входы которых объединены и подключены к шине старт-импульсов, первому входу элемента ИЛИ, первому входу входного триггера и установочному входу блока формирования команд, выходы которого подключены к третьей группе входов блока сложения .- вычитания второй вход блока формирования команд соединен с шиной Стоп-импульсов вторым входомэлемента ИЛИ и вторым входом входного триггера, выход которого подключен к запрещающему входу старт-стопового триггера, выходы второго и третьего формирователей импульсов подключены соответственно к первому и второму входам второго коммутатора, третий вход которого соединен с входом первого коммутатора и выходом синхронизатора, выход второго коммутатора подключен к второму входу первого формирователя импульсов , выходы первого и второго блоков разрешения соединены с счетными входами соответственно первого и второго пересчетных блоков.

На чертеже приведена блок-схема измерителя временных интервалов.

Измеритель содержит старт-стоповый триггер 1, первый формирователь 2 импульсов-, первый 3 и. второй 4 блоки разрешения, генератор 5 тактовой последовательности, первый б и второй 7.пересчетные блоки, первый коммутатор 8, блок 9 сложения - вычитания, элемент 10 ИЛИ, второй 11 и третий 12 формирователи импульсов, второйкоммутатор .13, преобразователь 14 время - амплитуда, усилитель 15, аналого-цифровой преобразователь 16, блок 17 -формирования команд, синхронизатор 18 и входной триггер 19.

ОбщЬй принцип работы измерителя состоит в измерении измеряемого интервала с точностью до периода импульсов тактовой частоты путем подачи на вход пересчетных блоков этих импульсов и в дoпoлнитe ьнoм измерении временных отрезков между импульсом Старт и вторьм сосчитанным импульсом тактовой частоты, а также импульсом Стоп и вторым сосчитанным импульсом тактовой частоты. При этом, для изменения используются два независимых канала, на входы которых подаются сдвинутые на половину периода одна относительно другой тактовые последовательности. При последующем выборе одного из каналов это позволяет полностью исключить неопределенность в результате измерения, возникающую при совпадении счетного фронта импульсов тактовой частоты и стартового импульса. Временной интервал tj определяется формулой

S,

гдеТ, длительности первого и второго импульсов на выходе формирователя 2;

Тд - период тактовой последовательнвсти;N - код пересчетного блока. 6. Если стартов1з1й импульс попадает на фронт последовательностей, поступающих на синхронизатор, он случай-; ным образом выберет канал, но в этом случае оба чанала будут достаточно далеки от сбойных ситуаций. Устройство работает следующим образом.

Поступающий на измеритель импульс Старт перебрасывает в единичное состояние триггеры 1 и 19 а также через элемент 10 ИЛи осуществляет запуск формирователя 2. Также этим импульсом обнуляются блоки 6, 7 и 17. Высокий уровень с выхода, триггера 1 дает разрешение на блок 3 и 4, а на вход блоков 6 и 7 начнут поступать импульсы с выходов генератора 5. Импульс Старт через элемент 10 ИЛИ разрешит также работу фОЕМирователей 11 и 12, на другие входа которых поступают те же (соотвёТ9 венно последовательности, что и yejiea блоки 3 и 4 на входы пересчетных;, блоков 6 и 7. При этом, на выходефо1ЛУ1ирователей 11 и 12 сформируются импульсы, которые будут соответс -вовать второму после им- пульса Старт счетнсииу фронту поступающих на их входы тактовых импульсов . Пересчетный блок 7 может как сосчитать импульс с совпадающим счетным фронтом, так и не-сосчитать, т.е. в конечном результате появится неопределенность, избавиться от которой позволяет синхронизатор 1В, на входы которого вместе с высоким : уровнем с выхода триггера 1 поступает тактовая последовательность с : генератора 5. Если положительный фронт импульса с выхода триггера 1 совпадает с высоким уровнем последовательности, поступающей на вход синхронизатора, синхронизатор 18 принимает решение, что наиболее далек от ситуации неопределенности канал, в которллй входят блок 6 и формирователь 11, и подает ija. входы коммутаторов 8 и 13 высокий уровень, что соответствует тому, что на выходы колвдутаторов 8 и 13 под- . ключаются выходы соответственно бло ка 6 и формирователяll. Если бы ; положительный фронт импульса с выхо- да триггера 1 совпал с низким уровнем последовательности, поступающей на вход синхронизатора 18, синхро- низатор принял бы противоположное решение и к выходам коммутаторов 8 и 13 были бы подключены выходы пере- счетного блока 7 и формирователя 12 Если положительный фронт импульса с выхода триггера 1 попадает на фронт последовательности, поступающей на вход синхронизатора 18, уровень на выходе синхронизатора 18 может быть, как низким так и высоким соответственно коммутаторы 8 и 13 могут находиться в любом из двух состояний, но в этом случае оба канала будут далеки от неопределенных .состояний. Отрицательнымфронтом импульса с выхода коммутатора 13 формирователь 2 устанавливает на входе низкий уровень; Таким образом, на его выходе сформировался импульс, длительность которого определяется импульсом Старт и вторым счетным импульсом тактовой последовательности, для которой исключена неопределенность. С выхода формирователя 2 импульс поступает на йреобразователь 14 время - амплитуда, на выходе которого появится уровень, соответствующий длительности входного импульса. Этот уровень усиливается усилителем 15 и поступает на аналогцифровой преобразователь 16, которы преобразует его в двоичный код. Код в дальнейшем поступает в блок 9 сложения - вычитания и там запоминается.

В дальнейшем импульс Стоп через элемент 10 ИЛИ снова осуществляет запуск формирователя 2, а также разрешает работу формирователей 11 и 12. Синхронизатор-18 по импульсу Стоп не работает, поэтому измеритель продолжает работать по ранее выбранной тактовой последовательности. Снова отрицательным фронтом импульс с выхода формирователя 11 через KCMNtya-aTOp 13 сбрасывает формирователем 2, иглпульс с выхода которого н свою очередь своим отрицательным фронтом сбрасывает триггер таг как Стой сбросит триггер IS, который снимает запрет стриггера 1. Низкий уроаень с выхода 1 запрещает дальнейшее прохождение тактовых импульсов через блоки 3 и 4 на вкэдыиересчетнык блоков 6 7. Их счет прекращается Импульс выхода формирователя 2 поступает

преобразователь 14, где -его длильность npeoopasseTCH снова в уронь, который далее усиливается и еобразуется в преобразователе 16 двоичный код, который S дальнейJM снова поступает в блок 9 сложения - вычитания, где над ним производятся соответствующие математические операции. ,Цля импульса Стоп ситуации неопределенности быть не может, так как пересчетныеблоки 6 и 7 продолжают счет независимо от 1рихоДа имггульса Стоп. НеопредеleHHDCTb может возникнуть только 3 двух случаях, т.е. возможны два

варианта формирования импульсов на выходах формирователей 11 и 12, при которых отрицательные фронты сформированных импульсов будут отстоять друг от друга на период тактовой частоты. В любом случае именно отрицательным фронтам этих импульсов определяется остановка счета блоков 6 и 7, поэтому оба варианта учитываются пересчетными :блоками б и 7.

Блок 17 формирования команд работает следующим образом.

После того, как в аналого-цифровом преобразователе 16 заканчивается процесс преобразования, на одном из его выходов появляется импульс записи,который поступает на вход блока 17.. По его приходу на выходе блока 17 формируется команда соответствующая запоминанию информации, поступающей на вход блока 9 с выхода преобразователя 16. По приходу на один из выходов блока 17 импульса Стоп на его выходе формируется команда на сложение кодовой комбинации, поступающей с выхода коммутатора 8 и ранее хранимой. Наконец, по приходу второго импульса записи с выхода преобразователя 16, на выходе блока 17 формируется команда на вычитание из результата, который находился в блоке 9 до этого, двоичной комбинации, поступающе на блок 9 с выхода преобразователя 16. Окончательный результат следующий:

,-1)2%iN2-N3)A,,

где - двоичный код пересчетного

блока;

N , первая и вторая соответственно двоичные кодовые комбинации на выходе преобразователя 16, 2 - число, которым кодируется в преобразователе 16 временной интервал, равный периоду тактовой частоты/ К - коэффициент преобразования, который определяется при калибровке измерителя Калибровка аналогична описанной в известном устройСГг;з. Таким образом, получается число , пропорциональное измеряемому интервалу между шлпульсами Старт и Стоп.

Предлагаемый измеритель позволяе повысить точность измерения временных интервалов, он технологичен, большинство узлов может быть выполнено полностью по интегральной технологии в виде БИС легко сопрягается с ЭВМ. Старт Стоп