Цифровой измеритель временных интервалов Советский патент 1984 года по МПК G04F10/04 

ннка питания, третий выход связан с вторыми входами первого и второго делителей частоты, второго и третьего дополнительных счетчиков, третьим входом первого дополнительного счетчика и с вторым входом счетчика пересчета, четвертый выход блока

управления соединен с третьим входом второго делителя частоты, выход источника питания исследуемого цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом последнего, а выход источника опорного уровня соединен с вторым входом сумматора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения времени установлени цифроаналоговых преобразователей. Известны измерители временных ин тёрвалов, основанные на методе последовательного счета и содержащие последовательно соединенные генератор счетных импульсов, схему И и счетчик, причем второй выход схемы И подключен к выходу триггера, входы которого подключены к входным шинам Стоп и Старт измерителя f Недостатком известного измерителя является невысокая точность измерения коротких временных интервалов. Наиболее бJ.изким к предлагаемому является цифровой измеритель временных интервалов между фронтами периодически повторяющихся импульсов, содержащий последовательно соединенные генератор счетных импульсов, элемент И, счетчик пересчета и выходной счетчик, причем второй вход элемента И подключен к выходу триггера, входами соединенного с шинами Старт и Стоп измерителя., а шина Стоп дополнительно подключена к входу счетчика усреднения по ) , выход которого соединен, с третьим входом элемента И, второй выход счетчика усреднения по N связан G входом схемы обнуления, выход которойссоединен с вторьоми входами счетчика пересчета и выходного счетчика, исследуемый цифроаналоговый преобразователь 2j . Недостатком указанного измерителя является то, что он измеряет нремениые интервалы между фронтами импульсов и тем самым не позволяет изменят уровни отсчета конца (стоп) временного интервсша. Это приводит к боль11ЮЙ погрешности измерения времени установления цифроаналогового преобразователя. Время установления цифроаналоговых преобразователей измеряется между уровнем,соответствующим половине амплитуды импульса запуска м определенным уровнем выходного сиг мала цифроаналогового преобразовате ля, например, отличающимся от установившегося значения на половину младшего разряда. Следовательно известный измеритель будет включать отсчет измерения (старт) в нужное время, а выключать измерение (стоп) временного интервала, когда появится фронт выходного импульса, что приведет к значительной погрешности измерения т.е. будет измеряться время задержки, а на время установления цифроакалогового преобразователя. Цель изобретения - увеличение точнйсти измерения и расширение функциональных возможностей измерителя. Поставленная цель достигается тем, что цифровой измеритель временных интервалов, содержащий последовательно соединенные генератор счетных импульсов, элемент И, счетчик пересчета и выходной счетчик, второй вход элемента И подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с первым входом счетчика усреднения по N измерениям, выход KOTOjxjro соединен с третьим входом элемента И, причем вторые входы счетчика пересчета и вы5:одного счетчика соединены между собой, а также исследуемый цифроаналоговый преобразователь, снабжен двумя делителями частоты, ждущим мультивибратором, двумя дополнительными элементами И, элементом НЕ, тремя дополнительными счетчиками, коммутатором, цифроаналоговым преобразователем, сумматором, блоком управления, источниками питания исследуемого цифроаналогового преобразователя и опорного уровня, блоком сравнения, формирователем импульса Старт и генератором запускающих импульсов, выход которого подключен к первым входам первого и второго делителей частоты, выход первого делителя подключен к входу фориирователя импульса Старт, первому входу исследуемого цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого через сумматор подключен к выходу цифроаналогового преобразовате а выход подключен к первому входу первого дополнительного элемента И, входу элемента НЕ и первому входу триггера, к второму входу которого подключен выход формирователя импульса Старт, при этом выход второго делителя частоты через ждущий мультивибратор подключен к второму входу первого и первому входу второго дополнительных элементов И, третий и второй входы которых объединены и подключены к первому выходу блока управления, первому входу коммутатора, второму входу счетчика усреднения по N измерениям и входу источника опорного уровня, третий вход второго дополнительного элемента И связан с выходом элемента Н а выход его соединен с первыми входами первого и второго дополнительных счетчиков, второй вход первого дополнительного счетчика связан с выходом первого дополнительного эле мента И и первым входом третьего дополнительного счетчика, а выход его соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к выходу третьего дополнительного счетчика, а выход подключе к входу цифроаналогового преобразов теля, выход второго дополнительного счетчика соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу счетчика ус реднения по N измерениям, второй вы ход блока управления соединен с входом источника питания, третий выход с вторыми входами первого и второго делителей частоты, второго и третьего дополнительных счетчиков третьим входом первого дополнительного счетчика и с вторым входом счетчика пересчета, четвертый выход блока управления соединен с .третьим входом второго делителя частоты, выход источника питания исследуемог цифроаналогового преобразователя со динен с вторым входом последнего, а выход источника опорного уровня соединен с вторьам входом сумматора. На фиг.1 представлена структурна схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы на выходах основных блоков. Устройство состоит из генератора 1 (фиг.1) счетных импульсов, первого и второго дели-телей 2 и 3 частоты, исследуемого цифроаналогового преобразователя 4, блока 5 сравнени формирователя 6 импульса Старт, счетчика 7 усреднения по N измерениям, счетчика 8 пересчета, выход ного счетчика 9, дополнительных счетчиков 10-12, триггера 13, элементов И 14-16, блока 17 управления генератора 18 запускающих импульсов сумматора 19,источника 20 опорного уровня источника 21- питания исследуемого цифроаналогового преобразователя, коммутатора 22, цифроаналоговo o преобразователя 23, ждущего мультивибратора 24.и элемента НЕ 25. Устройство работает следующим образом. После подключения исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 и поступления импульса запуска измерения блок 17 управления вырабатывает напряжение на втором своем выходе (фиг. 2а) поступающее на источник 21 питания, который, в свою очередь, подключает к исследуемому циф.роаналоговому преобразователю 4 напряжение питания. Блок 17 управления вырабатывает импульс на третьем выходе (фиг. 26), обнуляющий счетчик 8 пересчета, выходной счетчик 9 и счетчики 10-12, а также вырабатывает управляющее напряжение на первом выходе (фиг. 2в) , выключающее источник 20 опорного уровня, выключающее и обнуляющее счетчик 7 усреднения по W изг-эрениям, включающее элементы И 15 и 16, а также коммутатор 22 таким образом, чтобы к его выходам подключались кодовые выходы счетчика 10.. На четвертом выходе блок 17. управления вырабатывает импульс, производящий предварительную установку делителя 3 частоты на выбранное оператором-положение. На выходе счетчика 7 при этом отсутствует управляющее напряжение, закрывающее элемент И 14. Этими переключениями обеспечивается сброс показаний предыдущего измерения и включение режима установки отсчета Стоп, соответствующего концу измерения времени установления. . Процесс установки уровня отсчета Стоп происходит следующим образом. Импульс генератора 1 счетны.; импульсов делится .по частоте в первом делителе 2 частоты и вычодным импульсом делителя -2 частоты выключает исследуемый цифроаналоговый преобразователь 4. Следовательно выход..ое напряжение исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 изменяется от максимального До минимального значения (фиг. 2д). Сигнал генератора 1, кроме того, поступает на второй делитель 3 частоты, имеющий тот же коэффициент деления что и делитель 2 частоты. Импульс на выходе делителя 3 частоты запаздывает по отношению к импульсу на выходе делителя 2 частоты на m периодов частоты генератора 1 счетных импульсов. Величину m определяет оператор предварительной установкой второго делителя 3 частоты. Величину.f77 оператор может выбирать в пределах от О до Ч- , где И - коэффициент деления делителей 2 и 3 частоты, а тем самым менять временную задержку импульса на выходе делителя 3 частоты от О до i: , где I, - период повторения счетных импульсов. Импульсы с выхода второго делителя 3 поступают на ждущий мультивибратор 2. Короткий импульс с выхода ждущего мультивибратора полается на входы элементов И 15 и 16. На выходе элемента И 15 импульс появится толь ко тогда, хогда в этот момент време ни из блока 5 сравнения на третий вход этого элемента подается напряжение разрешения. Блок 5 сравнения подключен таким образом, что когда выходное напряжение исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 меньше выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 23, им вырабатывается управляющее напряжекие. Следовательно в момент, соответствующий уровню отсчета Стбп элемент И 15 открыт и на его выходе появляется импульс. Этот импульс поступает на счетчики 10 и 11. Изменившийся выходной код счетчика10 проходит через коммутатор 22 и поступает на цифроаналоговый преобразо ватель 23. Изменившийся код счетчика 10 изменяет выходное напряжение преобразователя 23, которое через сумматор 19 подается на блок 5 сравнения. Это повторяется до тех пор, пока не произойдет сравнения напряжений цифроаналоговых преобразователей 4 и 23, В этом случае элемент И 15 закроется, элемент И 16, подключенный к выходу блока 5 сравнения, чере элемент НЕ 25 откроется. Следователь но импульс ждущего мультивибратора 24 пройдет через элемент И 16 и пос тупит ка вход счетчика 12 и на вход обнуления счетчика 10. Процесс изме рения опорного уровня будет повторяться заново М раз, где М - емкость счетчика 12. После М измерения выход ной импульс счетчика 12 (фиг. 2г) поступает на первый вход блока 17;«. управления. При этом на первом выход блока 17 управления (фиг. 2в) выклю чается управляющее напряжение, вклю чается источник 20 опорного уровня, счетчик 7 усреднения по N , выключаю ся элементы И 15 и 16, а коммутатор 22 переключается таким образом, что бы на его выход поступил код с выхода счетчика 11. Если емкость счетчи ка li в М раз больше емкости счетчик 10 и к коммутатору 22 подключены старшие разряды счетчика 11, то код которым управляется цифроаналоговый преобразователь 23, будет равен усредненному за М измерений значению опорного уровня. В сумматоре 19 к опорному уровню, выработанному цифроанс1логовым преобразователем 23, добавляется уровень отсчета (фиг.2ё1, например, равный половине младшего разряда исследуемого цифроаналогового преобразователя 4, Суммарное напряжение подается на вход блока Ь сравнения. На выходе счетчика 7 появляется управляющее напряжение (фиг.2и), поступающее на элемент И 14. На этом цикл установки уровня отсчета заканчивается и начинается измерение времени установления. Запускающий импульс с выхода первого делителя 2 частоты поступает на формирователь 6 импульса Старт который при достижении запускающим импульсом половины амплитуды, вырабатывает импульс (фиг. 2ж), опрокидывающий триггер 13 (фиг. 2з), который в свою очередь отк алвает элемент И 14 и импульсы генератора 18 запус- . кающи:: импульсов поступают на счетчик 8 пересчета (фиг.2к). При достижении мгновенным значением выходного напряжения исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 выставленного уровня отсчета, блок 5 сравнения вырабатывает импульс, возвращающий триггер .13 в исходное положение (фиг. 2з), при этом поступление квантующих импульсов в счетчик 8 пересчета прекращается. Кроме того,импульс с выхода блока 5 сравнения поступает на счетчик 7 усреднения по N измерениям. При поступлении нового импульса запуска из первого делителя частоты 2 цикл измерения будет повторяться до тех пор, пока на выходе счетчика 7 усреднения noW измбгрениям, будет присутствовать управляющее напряжение.. После поступления с выхода блока 5 сравнения в счетчик 7 N импульсов, где N - емкость счетчика 7, управляющее напряжение на выходе счетчика 7 выключаетгся (фиг. 2и) закрывая элемент И 14 и поступая на второй вход блока 17 управления, который в свою очередь выключает управляющее напряжение на втором своем выходе. Это напряжение выключает источник 21 питания, снимая питание с исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 (фиг. 2а). Процесс измерения на этом заканчивается. При соответствующем выборе коэффициента счета счетчика 8 пересчета в зависимости от выбранной емкости N счетчика 7 усреднения и периода повторения сигнала генератора 18 запускающих импульсов код выходного счетчика 9, последовательно подключенного к выходу счетчика 8 пересчета (фиг. 2л), будет равен измеряемому времени установления исследуемого цифроаналогового преобразователя 4. Блок 17 собран на ждущих мультивибраторах, обеспечивающих требуемые задержки управляющих импульсов, и триггерах, обеспечивающих длительности этих импульсов (длительности режимов измерения . Комму татор 22 собран на микросхемах (например, 155ЛР1) и подключает на выход один из двух цифровых сигналов. Применение дополнительных элемен тов: двух делителей частоты, ждущего мультивибратора, двух элементов И и НЕ, трех счетчиков, коммутатора цифроаналогового преобразователя, сумматора, блока управления, источни ков питания ЦАП и опорного уровня, блока сравнения, формирователя импульса Старт, и генерато а запускаюшлх импульсов позволяет расширить функциональные возможнос|ти предлагаемого измерителя по сравнению с известнымутак как останов изм ерения можно производить не по фронту импульса, а по любому его уровню, выбирая величину этого уров иг.1 ня относительно установившегося уровня, либо меняя tecтoпoлoжeниc измерения мгновенного значения путем начальной установки второго делителя частоты. Изменяя начаигьную установку второго делителя частоты, цифровым измерителем временных интервалов можно измерять мгновенные значения исследуемых сигналов. Применение перечисленных элементов позволяет увеличить точность измерений, по сравнению с известным, так как при этом более точно производится установка уровней останова измерения. Кроме того, усреднение результата измерения опорного уровня позволяет в vlf раз уменьшить погрешность установки опорного уровня, что особенно важно при измерении времени установления цифроаналоговых преобразователей.

Ul7ft ixoffZ

fi7gbfxoe2

UfjSbixoffI .

S

9

ЛЛЛЛЛГ1ЛЛЛЛЛ

AAA

i M

6

u,

43

ППППППППППП

1 2 3 N

I/O

JU

л