Устройство для измерения временных интервалов Советский патент 1983 года по МПК G04F10/04 

рого управляющих счетчиков, третий выход второго распределителя импульсов соединен с четвертЕ-лм входом сумматора, второй выход которого подключен к третьему входу первого распределителя импульсов. Четвертый выход второго распределителя импульсов подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и к вычитающему входу первого управляющего счетчика, С-вход которого соединен с R-входом второго управляющего счетчика, вторыми входами второго элемента И и третьего триггера и с выходом пятого элемента И, первый вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора и вторыми входами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых соединены и объеднинеы с выходом второго триггера и вторыгл входом пятого элемента И, третий вход которого подключен к первому выходу третьего триггера, второй вход которого соадинен с -feTBepTbiiviii ЕХОДЭМИ третьего и етвертого элементов И, выход третьс- го элемента И подключен к второму пятого элемента ИЛИ и суммирующему входу второго управляющего счетчика, вычитающий вход Которого подключа-н к третьему входу второго элемента ИЛИ и пятому выходу второго распределителя импульсов, шестой которого соединен с вторыми входами третьего элемента ИЛИ и четвертого регистра, второй вход устройства подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу второго управляюй;его триггера, а второй вход соединен с третьим входом устройства, вторым входом первого триггера, третьим входом пятого элемента ИЛИ, R-входом первого счетчика и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму (ВХОДУ первого управляющего триггера.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащее элемент НЕ, два управляющих триггера, X выходы которых соединены с входами соответствукщих старт-стопных генераторов, выходы которых подключены к первому и второму входам фазового дискриминатора, отл,ичающеес я тем, что, с целью повьаиения точности и расширения диапазона измерений временных интервалов, в него введены два счетчика, три трнггера, сумматор, пять элементов И, два эле-. мента И-НЁ, два распределителя импульсов, шесть элементов ИЛИ, коммутатор, блок сравнения, четыре регистра и два управляющих счетчика, причем выход первого генератора подключен к счетному входу первого счетчика, выход второго генератора соединен со счетным входом второго счетчика и первыми входами первого и второго распределителей импульсов, первый выход второго счетчика подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен через первый элемент ИЛИ с входом первого управляющего триггера и вторым входом первого распределителя импульсов, первый выход которого подключен к первым входам коммутатора, первого и второго регистров, сумматора и первого триггера, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, второй выход первого распределителя импульсов подключен через второй эле мент ИЛИ ко второму входу суиматора и непосредственно ко второму входу второго регистра,- третий выход первого распределителя импульсов подключен к первому входу третьего регистра и через третий элемент ИЛИ к первому входу второго управляющего триггера, выход первого счетчика подключен через второй элемент И к третьему входу сумматора, второму входу кокиутатора и второму входу первого регистра, выход которого соединен с третьим входом коммутатора выход которого соединен с четвертым входом сумматора, а четвертый, пятый и июстой входы подключены соответственно к первому выходу второго распределителя импульсов, второму выходу второго распределителя импульсов и к выходу третьего регистра, второй вход которого подключен к первому выходу сумматора и первому входу чет.вертого регистра, первый вход устройства соединен с nepBfcw входом четвертого элемента ИЛИ,S -входом первого счетчика и первыми входами второго и третьего OD триггеров и пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к R-входу второго счетчика, второй выход которого соединен с В-входом первого управляющего счетчика и первым входом, блока сравнения, второй вход которого подСО ключен к выходу второго регистра, а выход соединен непосредственно с первым входом третьего элемента И и через элемент НЕ с первым входом четвер того элемента И, выход которого подключен к вторым входам второго триггера и первого элемента ИЛИ и к второму входу второго распределителя импульсов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И-НЕ, входы которых подключены к выходам соответственно первого и вто

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для измерения временных интервалов . Известно устройство для измерения временных интервалов,содержащее триг гер, перестраиваемый генератор, опор ный генератор, два счетчика, два бло ка сравнения, блок управления, арифметический вьтчислитель, блок операти ной памяти, блок очередности, блок подстройки частоты и четыре регистра. Определение моментов времени, а следовательно, и временных интервалов производится в этом устройстве при помощи вычисления момента измене ния частоты перестраиваемого генератора, который совпадает по времени с входным сигналом, по отношению к известной частоте и фазе этого генератора до и после прихода входного сигнала . Однако точность устройства такого типа определяется стабильностью частоты перестраиваемого генератора по отношению к частоте опорного генератора и реализация его требует больших аппаратурных затрат. Наиболее близок к предлагаемому измеритель временных интервалов, содержащий два генератора ударного возбуждения, фазовый детектор, ив- дикатор, инвертор, два управляющих элемента, причем входы устройства со единены с входами генераторов ударно го воэбужления, выходы которых связа Ньз с входами фазового детектора, выход последнего соединен с входом индикатора, входом одного управляющего элемента и через инвертор с входом другого управлягойтего элемента, выходы управляющих элементов соответственно соединены с входом генерато- , ров ударного возбуждения , Однако данный измеритель позволяет измерять только малые интервалы В земени с необходимой точностью. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений временных интервалов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения временных интервалов, содержащее элеМ5:нт НЕ, два управляющих триггера, выходы которых соединены с входами ссютветствующих старт-стопных генераторов, выходы которых подключены к |Первому и второму входам фазового дискриминатора, введены два счетчика три триггера, сумматор, пять элементов И, два элемента И-НЕ распределителя импульсов, шесть элементов ИЛИ, коммутатор, блок сравнения, четыре регистра и два управляющих счетчика, причем выход первого генератора подключен к счетному входу первого счетчика, выход второго генератора соединен со счетным входом второго счетчика и первыми входами первого и второго распределителей импульсов, первый выход второго счетчика подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен через пер вый элемент ИЛИ с входом первого управляющего триггера и вторым входом первого распределителя импульсов, пе вый выход которого подключен к первым входам коммутатора, первого и второго регистров, сумматора и перво го триггера, выход которого соединен со вторьм входом первого элемента И, второй выход первого распределителя импульсов подключен через второй элемент ИЛИ ко второму входу сумматора я непосредственно ко второму входу второго регистра, т|С)етий выхЮд первого распределителя импульсов подключен к первому входу третьего регистра и через третий элемент ИЛИ к первому входу второго управлякяцего триггера, выход первого счетчика подключен через второй элемент И к третьет«у входу сумматора, второму ВХОДУ коммутатора и второму входу первого регистра, выход которого соединен с третьим входом коида утатора, выход которого соединен с четвертьм входом сумматора, а четвертый, пятый и шестрй входы подключены соответственно к первому выходу;второго распределителя импульсов, второму вы ходу второго распределителя импульсов и выходу третьего регистра, вто рой вход, которого подключен к первом - выходу суммаФора и первому входу чет вертого регистра, первый вход устрой ства соединен с первым входом четвер того элемента ИЛИ,5 -входом первого счетчика и перВ1Д4и входами второго и третьего триггеров и пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к fi -входу второго счетчика, второй выход которого соединен с,1)-йходом первого управляющего счетчика и первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу вто рого регистра, а выход соединен непосредственно с первым входом третьего элемента И и через элемент НЕ с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен ко вторьм входам второго триггера и первого элемента ИЛИ и ко второму входу второго распределителя импульсов,-третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами пер вого и второго элементов И-НЕ, входы которых подключены к выходам соответ ственно первого и второго управляющих счетчиков, третий выход второго распределителя импульсов соединен с четвертым входом сумматора, второй выход которого подключен к третьему входу первого распределителя импульсов, четвертый выход второго распределителя импульсов, подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ и вычитающему входу пврвЬго управляющего счетчика, С-вход которого соедв иен с jR -входом второго управляющего счетчика, вторыми входами второго элемента И и третьего триггера и выходом пятого элемента И, первый вход которого соединен с выходом фазового дискрш инатора и вторыми входами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых объединены и соединены с выходом второго триггера и вторь входсмл пятого элемента И, третий вход которого подключен к пертвому ВЕЛходу третьего триггера, второй вход которого соединен с четвертыми входами третьего и четвертого элементов И, выход третьего элемента И подключен ко второму входу пятого элемента ИЛИ и суммирующему входу второго управлякйцего счетчитка, вычитающий вход которого подключен к третьему входу второго элемента ИЛИ. и пятому выходу второго распределителя импульсов,шестой выход которого соединен со вторьми входами третьего элемента ИЛИ и четвертого регистра, второй вход устройства подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко второму входу второго управлякицего триггера, а второй вход соединен с третьим входом устройства, BTopiM входом первого триггера, третьим входом пятого элемента ИЛИ,R -входе первого счетчика и вторым входом четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко вторетяу входу первого управляющего триггера. Н0 фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг .2 и 3-электрическая функциональная схема первого и второго распределителей импульсов. Устройство содержит управляющие триггеры 1 и 2, отарт-стопные генераторы 3 и 4, фанзовый дискриминатор 5, в который входят триггер 6 и формирователь 7, элементы ИЛИ 8-11, счетчики 12 и 13, триггеры I4-16,элемента И 17-21, элементы ИЛИ 22 и 23, элементы И-НЕ 24 и 25, элемент НЕ 26, блок 27 сравнения, сумматор 28, состоящий из регистров 29 и 30 и комбинационного блока 31, коммутатор 32, управляющие счетчики 33 и 34 регистры 35-38, а также распределители 39 и 40 импульсов. Распределитель 39 импульсов (фиг. 2) содержит регистр 41 сдвига, элементы И 42-45, элемент И-НЕ 46 и элемент НЕ 47. Распределитель 40 импульсов (фиг. 3) содержит регистр 48 сдвига, элементы И 49-56, элементы И-НЕ 57 к 58 и элементы ИЛИ 59 и 60. кроме того, устройство имеет входы 61-63. Период генератора 4 больше периода нератора 3, т.е. (де Tj,период генератора 4; Т - период генератора 3). коэффициент пропорциональности между периодами генераторов определяется посредством подсчета за определенный временной интервал числа полных периодов генератора 3 ,и 4 из р енства ,, СО где р - количество периодов генерато ров 4 за определенный времен ной интервал; N - количество периодов генерато ра 3 за тот же временной интервал. Отсюда Т . (1+сО т. где di- дробная часть коэффнцинта пр порциональности. Генератор 3 йачинает колебания с /начала измеряемого временного интер вала, а генератор 4 - с конца времен ного интервала, если до момента совпадения их фаз, который определяется как первый случай попадания переднего фронта генератора 4 под действие положительного потенциала генератора 3, генератор 3 успел совершить К пол ных колебаний, а генератор 4 - И пол ных колебаний. Тогда величина време ного интервала определяется с точно стью cL в долях периода Т генератора 3 K-M-Hd X - К-И-(й()(, где X - величина временного интерва в долях периода Т генерато ра 3, Учитывая, что после первого совпадения фаз двух генераторов произо дет второе и третье совпадение, рас читывают на какую величину переместится фаза генератора 4 по отношени к фазе генератора 3 от одного совпа дения фазы до другого . ,-T(q, (4) Подставляя в равенство (4) равен ство (2) получают T(Ttci)(--T(q,t)fbT MAW fi - , где р - часть периода Т, генератора 3, на которую переместится фаза генератора 4 за интервал времени межд двумя совпадениями фаз генераторов 3и 4; С, - количество полных периодов 4от одного момента совпадения фаз до двух генераторов до второго тако го момента. После первого момента пападания переднего фронта генератора 4 под д ствие положительного потенциала генератора 3 подсчитывают количество перио;:(ов генератора 4 между последу щими такими моментами. Если число периодов генератора 4 равно , то икл считываю полным и количество таких циклов подсчитыг-зают до цикла, котором булет (С|.-1) период. Пусть таких циклов просчитаноQ , то измеряемый интервал определяется с точностью |1 причем ) l(-vi-(n-i)a-dfisxsK-vi-CcI-i)f (7) Устройство вычисляет нижнюю границу измеренного временного интер- вала и точность в№1исления, т.е. i.. и-1)-(и-1)(11-.Я){Ъ По формуле (8) производится расчет Т временного интервала в долях периода Т . Предлагаемое устройство работает т t- следующим образом. Перед началом измерения временных интервалов устройство по входу 63 запускается на расчет величин tii./i д- которые являются /ИСХОДНЫГ.1И данными для расчета временного интервала. Сигналом на входе 63 сбрасываются в счетчики 12 и 13. Устанавливается в триггер 16, который открывает элемент И 20 по первому входу, а также устанавливаются в триггеры 1 и 2, которые запускают генераторы 3 и 4. Импульсами с генераторов 3 и 4 заполняют соответственно счетчики 12 и 13, причем на счетчике 13 просчитывается число по формуле (2)-; а на счетчике 13 число р. Коэффициент пересчета счетчика выбирают равиыг/1 2с (с 1,2,3...). Тогда деление на р сводится к перемещению запятой на с разрядов влево. Как только счетчик 13 отсчитает р периодов генератора 4, сигнал переполнения через элементы И 20 и ИЛИ 9 сбрасывает триггер 1 и останавливает генератор 3, Этим же сигналом через элемент И 20 запускается распределитель 39 импульсов, К(Эторый работает на частоте генератсзра 4. Первый игчтгульс распределителя сбрасывает в триггер 16 и разрешает запись дробной части счетчика 12, что соответствует величине в фсзрмуле (2), через коммутатор 32 в регистр 30 суг-1матора 28 и в регистр 38, сбрасывает регистр 29 сумматора 28 и счетчик 36. На втором выходе ргюпределителя 39 формируется серия импульсов на суглнирование содержимого регистров 29 и 30 сумматора 28 до тех пор, пока в целой части регистPel 29 не получится . Импульсы со второго выхода распределителя 39 поступают также на счетный вход регистра 36. Такой режим работы распределителя 39 обеспечивается подачей младшего разряда целой части регистра 29 через элемент 47 на элемент И 44, на котором формируется серия выходных импульсов распределителя по второму выходу, а элемент И-НЕ 46 перекрывает через элемент 49слвиговые импульсы на регистр 41, что обеспечивает работу распределителя 39 только по одному выходу. Как только младший разряд целой части регистра 29 установится в 1 импульсы на втором выходе распределителя прекра- 5 щаются и формируется сигнал на третьем выходе распределителя 39. В регистре 36 по окончании серии импульсов с второго выхода распределителя 39 накопится число С). По сигналу с tO третьего выхода распределителя 39 дробная часть регистра 29 перепишется в регистр 37. Этот же сигнал через элемент ИЛИ 11 перебродит триггер

2 в О и остановит генератор 4. Ра-15 бота устройства по расчетуо, .q, завершена. . 1

Для измерения длительности времен- ного интервала импульс, соответствующий его началу, подается на вход 61,а 20 соответствующий концу,- на вход 62.

Импульс на входе 61 устанавливает в все триггеры счетчика 12 и через, элемент 22 ИЛИ устанавливает в О счетчик 13. Этим же импульсом 25 триггеры 14 и 15 устанавливаются в Ч и открывают элементы И 17-19. Импульсами со входов 61 и 62 через элементы ИЛИ 8 и 10 устанавливаются в триггеры 1 и 2, которые за- ,Q пускают генераторы 3 и 4. Триггер 6 фазового.дискриминатора 5 постоянно

анализирует положение переднего фронта генератора 4 по отношению к положительной полуволне генератора 3.

Как только передний фронт генератора 4 попадает под действие положительной полуволны генератора 3, триггер 6 установится в а формирователь 7 сформирует импульс, соответст вукяций моменту совпадения фаз двух 40 генераторов. При этом в счетчике 12 будет записано число периодов генератора 3 до совпадения фаз (К-1), а в счетчике 13 число периодов гёнератора 4 до совпадения фаз И . Первый 45 импульс, соответствующий совпадению фаз, проходит через элемент И 17, устанавливает триггер 15 в О, открывает элемент И 21 и значение,(К-1) со счетчика 12 переписывается в ре-. JQ гистр 29 сумматора 28, а значение

со счетчика 13 в счетчик 33.

Триггер 15 нулевым выходом закрывает элемент И 17 и открывает элементы И 18 и 19, Каждый последуняций им- 55 пульс фазового.дискриминатора 5 поступает на входы элементов И 18 и 19, которые открываются в зависимости от ВЫХОДНО17О сигнала блока 27 сравнения, на который подаются значения со счет-60 чика 13 и регистра 36. В случае равенства значений с выхода блока 27 сравнения напряжение, соответствующее , открывает элемент 18 И и. импульс с дискриминатора 5 проходит j

через элемент И 18, сбрасывает через элемент ИЛИ 22 сЧетчик 13 и добавляет в управляющий счетчик 34, в котором накапливается число, соответствующее количеству Щ1клов d . В случае неравенства значений счетчика 13 и регистра 36 с выхода блока 27 сравнения снимается напряжение, соответствующее О, и через элемент НЕ 26 открывает элемент 19 И.

Импульс с дискриминатора 5 проходит через элемент И 19усбрасывает триггер 14, через элемент управления останавливает генератор 3 и запускает распределитель 40 импульсов. Распределитель 40 формирует управляюр(ие импульсы для расчета по формуле (8) исходя из того, что К-1) находится в регистре 29 сумматора 28,числоИ в счетчике 33, число d в счетчике 34, сС- в .регистре 38 и fi - в регистре 37 импульсом с первого выхода распределитель 40 вписывает в регистр 30 сумматора 28 через коммутатор 32 число. (1-fci) , причем единица впйсывается -в целую часть, а ist- в дробную. Импульсом с -третьего вьгхода распределителя 40 берется дополнительный код содержимого регистра 30, а импульсгми с четвертого выхода распределителя формируется сумма на регистре 29 столько раз,пока содержимое счетчика 33 не станет равным , при каждом суммировании содержимое счетчика

. Выходы счетчиуменьшается на

ка 33 через элемент И-НЕ 24 соединены с входом распределителя 40 и через элемент И-НЕ 57, ИЛИ 60 и И 49 перекрывают сдвиговые импульсы на регистр 48, поэтому на третьем выходе формируется серия импульсов до измерения потенциала по этому управляющему входу. На сумматоре 28 в регистре 29 формируется Величина (К-1) (И-1) (1-hi) . №.1пульсом со второго выхода распределителя 40 в регистр 30 через коммутатор 32 вписывается величина р. Затем импульсом с третьего выхода распределителя .40 в реИгистре 30 берется дополнительный код величины, С пятого выхода распределителя 40 формируется серия импульсов суммирования на сумматоре 28 и одновременно вычитается из счетчика 34. Данная серия формируется до обнуления счетчика 34. Работа распределителя 40 в данном-случае аналогична работе при суммировании в сумматоре 28, но в этом случае работает элемент И-НЕ 58. После этих управляющих импульсов в регистре 29 формируется величина х по формуле (8) и импульсом с шестого выхода распределителя 40 содержимое регистра 29 переписывается в выходной регистр 35. Раб(5та устройств прекращается. .

Таким образом, применение предлагаемого устройства, основанного на

расширении юниусного способа путем удлинения шкалы нониуса п aiiu-unya не только первого, но и последу;о:и х соэпадений периодов колебаний геиораторов 3 и 4, позволяет псвглсить гочность измерения, не меняя частоты генератора, С помощью вновь введенны счетчиков 12 и 13 определяется коэффициент пропорциональности, а также фиксируется число периодов генераторов- 3 и 4 до совпаде ия их фаз.

ff

зояь-;о;кность и подсчитать с iiOMOiiibH) счсу1-п-;ка 34, триггеров 14,15 :- э;11о.-;ектс5в 18 ,-19 И количество ЦИК.Hofe совпадения. Следовательно, мноi oKратный подс-гет периодов между совпадениями фаз генератора и анализ их HSj сумматоре позволяет проводить измерение временного интервала в долях (более мелкой градации) периода .первого генератора, не изменяя (увеличиьпя) его частоты.

в

46

Ь

45

Фуг.

Я

I

4

JO