Измеритель повторяющихся интервалов времени Советский патент 1984 года по МПК G04F10/04 

Г 7 JITL Изобретение относится к импульсно технике и может быть использовано дл построения цифровьк измерителей повторяющихся интервалов времени. По основному авт. св. № 970307 известен измеритель повторяющихся интервалов времени, содержащий форми рователь, выход которого связан с сигнальным входом D -триггера, генератор сдвига стробирующих импульсов, вход которого соединен с одним из входов формирователя, а выход подклю чен к генератору стробирукнцих импуль сов, выход генератора строб-импульсов подключен к входу синхронизации О -триггера, выход которого соединен с одним из входов элемента совпа дения, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход элемента совпадения подключен к счетчику l . В таком измерителе точность измерения и минимальный измеряемый интер вал зависят от быстродействия формирователя, на выходе которого получают прямоугольный импульс с длительностью, равной измеряемому интервалу Обычно время реакции формирователя на сигналы начала и конца интервала отличаются. В результате передний |и задний фронты импульса на выходе формируются с разной задержкой, а это в свою очередь приводит к тому, что эффективная длительность импульса (оп ределяемая уровнем срабатывания D триггера) отличается от длительности измеряемого интервала. Конечное быстродействие фopмиpoвateля определяет и минимально возможную длительность импульса, который может сформировать данный формирователь, и, следовательно, минимальный измеряемый интервал времени. Цель изобретения - повьппение точности измерений и расширение диапазо на измеряемых временных интервалов. Поставленная цель достигается тем, что в измеритель повторяющихся Интервалов времени, содержащий форми рователь, выход которого связан с сигнальным входом D -триггера, генератор двига cJpoбиpyющиx импуль сов , вход которого соединен с входом формирователя, а выход через генератор стробирующих импульсов подключен к входу синхронизации D -триггера, выход которого через элемент совпадения подключен к входу счетчика. при этом второй вход элемента совпадения соединен с выходом генератора счетных импульсов, введен дополнительный D -триггер, сигнальный вход которого соединен с дополнительным выходом формирователя, вход синхронизации дополнительного D -триггера соединен с выходом генератора стробирующих импульсов, а выход дополнительного D -триггера подключен к дополнительному входу элемента совпадения . На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя; на фиг. 2 и 3 временные диаграммы, поясняющие его работу. Измеритель содержит формирователь 1 (фиг. 1), один выход которого соединен с сигнальным входом D -триггера 2, а другой выход - с сигнальным входом дополнительного Б -триггера 3, генератор 4 сдвига стробируЮ1цих импульсов, (строб-импульсов), связанный с генератором 5 стробимпульсов. Вход генератора 4 сдвига строб-импульсов подключен к одному из входов формирователя. Выход генератора 5 строб-импульсов соединен с входами синхронизации D -триггеров 2 и 3. Выход t) -триггера 2 подключен к одному из входов элемента 6 совпадения, второй вход которого соединен с выходом D -триггера 3, а третий вход элемента 6 совпадения соединен с выходом генератора 7 счетных импульсов. Выход элемента 6 совпадения подключен к входу счетчика 8. Устройство работает следующим образом. Сигналы начала и конца измеряемого интервала (фиг. 2а, б) поступают на соответствующие входы формирователя 1, который представляет собой двухканальный расширитель импульсов (это могут быть, например, два кипп-реле). На выходах формирователя 1 получают расширенные импульсы (фиг. 2в, г), передние фронты которых соответствуют началу и концу измеряемого интервала. Длительность импульсов на выходе формирователя должны быть не меньше минимальной длительности, необходимой для срабатывания D -триггеров 2 и 3. Сигнал начала измеряемого интервала поступает также на вход генератора 4 сдвига строб-импульсов, который вырабатывает сигнал, автоматически 3110 сдвигаемый во времени относительно периодически повторяющегося входного сигнала на шаг считывания. Сигнал с выхода генератора 4 сдвига стробимпульсов запускает генератор 5 бтроб-импульсов, формирующий стробимпульсы с крутым фронтом (фиг. 28), временное положение которого определяется сигналом с генератора 4 сдвига строб-импульсов,. Расширенные импульсы с выходов формирователя 1 поступают на сигнальные входы D -триггеров 2 и 3, причем на вход дополнительного D -триггера 3 подается расширенный импульс, cooTветствующий концу измеряемого интерв ла. На входы синхронизации D -триггеров 2 и 3 поступают строб-импульсы (фиг. 2 S) с выхода генератора 5 строб-импульсов. Уровни сигналов на выходах D -триггеров принимают знач ния уровней сигналов на их сигнальны входах в момент прохождения фронта строб-импульса. Таким образом, пока на сигнальном входе D -триггера сохраняется тот или.иной уровень сигнала, он будет сохраняться и на выходе D -триггера, когда же перед приходом очередного строб-импульса уровень сигнала на сигнальном входе 13 -триггера изменит ся, то по прохождении фронта стробимпульса изменится уровень сигнала и на выходе D -триггера. В результате последовательного сдвига строб-импульса (фиг. 25 ) относительно периодически повторяющихся расширенных импульсов (фиг. 2Ь,2 на выходах D -триггеров 2 и 3 образуются прямоугольные импульсы (фиг. ;2 е ,), эквивалентные по длительнос ти импульсам с выходов формирователя 1 (фиг. 2Ь ,1 ), но в новом масштабе времени. Коэффициент преобразования масштаба времени определяется как где Т - период повторения стробимпульсов ; bt - шаг считывания. Поскольку синхронизация О -тригге ров осуществляется от одного генератора строб-импульсов, между выходными сигналами D -триггеров сохраняет ся жесткая временная связь, соответствующая временной связи сигналов на их входах. В результате интервал между передними фронтами импульсов на выходах D -триггеров (фиг. 2 в , ) в новом масштабе времени соответствует интервалу между передними фронтами импульсов на выходах формирователя, который определяется измеряемым интервалом. Сигналы с выходов D -триггеров 2 и 3 (фиг. 26,:) поступают соответственно на первый и второй входы элемента 6 совпадения, который в данном случае может быть выполнен в виде электронного ключа, открываемого передним фронтом сигнала на его первом входе и закрываемого передним фронтом сигнала на его втором входе (это может быть, например, триггер с разделительньо4И входами, сигнал с выхода которого управляет работой схемы И). Элемент 6 совпадения пропускает на счетчик 8 сигнал (фиг. 2 ) с выхода генератора 7 счетных импульсов, приходящий на третий вход элемента 6 совпадения. Количество счетных импульсов, прошедших через элемент 6 совпадения, (фиг. 2п) подсчитывается счетчиком 8, который для снижения погрешности измерения может осуществлять усреднение измеряемого интервала за некоторое постоянное время измерения. По числу подсчитанных импульсов определяется величина измеряемого интервала. Когда время измерения может быть увеличено вдвое или максимальный измеряемой .интервал не превышает половины периода его повторения, элемент совпадения можно выполнить более просто - в виде трехвходовой схемы И. В первом случае формирователь 1 может быть выполнен в виде двух счетных триггеров, во втором случае в виде двух кипп-реле, длительность импульсов на выходах которых не меньше максимального измеряемого интервала и не больше половины периода повторения измеряемого интервала. Работа устройства в этих случаях в основном аналогична и происходит следующим образом. Как описано выше, сигналы начала и конца измеряемого интервала (фиг. 3 0, S) поступают на соответствующие вхоДы формирователя 1, который выполней, например, в виде двух кипп-реле На выходах формирователя 1 получают расширенные импульсы (фиг. 3 Ь , ), длительность которых больше измеряемого интервала, но меньше половины периода его повторения.

В результате последовательного .сдвига строб-импульса (фИ1, 35 ) относительно периодически повторяющихся расширенных импульсов (фиг.ЗЬ ,г) на выходах Ю -триггеров 2 и 3 образуются прямоугольные импульсы (фиг.26 ), эквивалентные по длительности импульсам с выходов формирователя 1 в новом масштабе времени, интервал между передними фронтами которых соответствует измеряемому.

Сигнал с выхода D -триггера 2 (фиг. Зе ) и инверсного вьгхода D триггера 3 (фиг. 3- ) подаются соответственно на первый и второй входы элемента 6 совпадения, который в данном случае выполнен в виде треххддовой схемы И.

Элемент 6 совпадения пропускает на счетчик 8 сигнал (фиг. 3ц ) с выхода генератора 7 счетных импульсов, приходящий на третий нход элемента 6 совпадения, когда на двух первых его входах присутствует уровень 1, что соответствует измеряемому интервалу в новом масштабе времени.

По числу счетных импульсов, прошедших через элемент совпадения и подсчитанных счётчиком 8, определяют величину измеряемого интервала.

Введение дополнительного -триггера позволяет повысить, точность измерения интервалов времени и расширить нижнюю границу диапазона измеряемых временных интервалов по сравнению с прототипом. Это связано с тем что существенно уменьшается погрешность, определяемая конечным быстродействием формирователя.

Так, в случае применения в качестве формирователя триггера в микросхемном исполнении типа К155ТВ1 из широко распространенной 155 серии задержки времени выключения составляет примерно 37 НС, а задержка времени включения примерно Т5 НС. В результате, когда на выходе формирователя хотят получить импульс, равньй измеряемому интервалу, длительность импульса на выходе формирователя отличается от истинного интервала в среднем на 22 НС.

Кроме того, максимальная гарантируемая частота переключения триггера равна 10 МГц и, в силу этого минимальный интервал между включающимися и выключающимися импульсами не может быть больше 50-100 не.

В предлагаемом измерителе измеряемый интервал преобразуется в интер- вал между одноименными фронтами импульсов на выходах двухканального формирователя. При идентичных каналах задержка фронтов одинакова и интервал между фронтами равен измеряемому. Существенно снижается и минимально возможный измеряемый интервал времени, так как формируются импульсы длительности большей, чем минимальный измеряемый интервал. I I I I I I

III I I I I П П П П П П П П П П П П

П П П П П П П П

II I П П П П П П

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОВТОРЯЮЩИХСЯ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ по авт. св. № 970307, отличающийся тем, что, с целью повышення точности измерения и расширения диапазона измеряемых временных интервалов, в него введен дополнительный D -триггер, сигнальный вход которого соединен с дополнительным выходом формирователя, вход синхронизации дополнительного D -триггера соединен с выходом генератора стробирующих импульсов, а выход дополнительного D -триггера подключен к дополнительному входу элемента совпадения. в С1/ 8 О сл

J II нити и

й/г.

- III мм 111 III