Устройство для вычисления отношения временных интервалов Советский патент 1984 года по МПК G06G7/16 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может найти применение в информационно-измерительных системах при обработке информации, представленной во время-импульсной форме.

Известно устройство для вычисления отношения временных интервалов, содержащее генератор импульсов, элементы И, ИЛИ и НЕ, одновибратор, счетчики и блок сравнения кодов L1,

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная ошибками, возникающими при вычислении отношения временных интервалов, смещенных друг относительно друга по временной оси.

Известно также устройство для вычисления отношения временных интервапо.в, содержащее генератор импульсов, элементы И и ИЛИ, одновибраторы триггер, делитель частоты, счетчики и блок сравнения кодов L21.

Недостатком данного устройства также является пониженная точность вычислений из-за ошибок, возникающих при вычислении отношения временных интервалов, частично совпадающих друг с другом. 1

Наиболее близким к изобретению

является устройство для вычисления отношения временных интервалов, со держащее элемент ИЛИ и первый элемент И, подключенный первым входом к шине ввода делителя и к первому входу первого триггера, вторым входом к выходу генератора импульсов и к первому входу второго элемента И, а выходом - к счетному входу первого счетчика, соединенного выходами с первой группой входов блока сравнения кодов, подключенного второй группой входов к выходам второго счетчика, а выходом - к входу обнуления второго счетчика, соединенного счетным входом с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого триггера, причем первый вход третьего элемента И соединен с шиной ввода делимого, выходы третьего счетчика являются выходами устройства, а счетный вход третьего счетчика подключен к выходу элемента ИЛИ, соединенного первым входом с выходом блока сравнения кодов, а вторым входом - с выходом одновибратора, подключенного входом к прямому выходу первого триггера,

1045373

соединенного вторым р холот с выходом третьего элемента И, no/iKnRiMeHHorxj вторым входом через формир1 ватель импульсов к шине ввода делителя, 5 а третий вход второго элемента И

соединен с шиной ввода делимого 3J, Недостатком известного устройства -является пониженная точность вычислений, обусловленная погрешностью,

10 возникающей в случае, когда больший временной интервал (делимое) опережает меньший временной интервал (делитель) .

Целью изобретения является повышение точности вычислений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления отношения временных интервалов, содержащее элемент ИЛИ и первый элемент И, подключенный первым входом к шине ввода делителя и к первому входу первого триггера, вторым входом - к выходу генератора импульсов и к первому входу второго элемента И, а выходом - к счетному входу первого счетчика, соединенного выходами с первой группой входов блока сравнения кодов, подключенного второй группой входов к выходам второго

счетчика, а выходом - к входу обнуления второго счетчика, соединенного счетным входом с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого

триггера, причем первый вход третьего элемента И соединен с шиной ввода делимого, а выходы третьего счетчика являются выходами устройства, введены реверсивный счетчик, второй

триггер, четвертый и пятый элементы И и дешифратор нуля, подключенньш входами к выходам реверсивного счет гика и к выходу второго триггера, а выходом - к второму входу первого

триггера и к первому входу второго триггера, соединенного вторым входом с шиной ввода делимого и с первым входом элемента ИЛИ, а выходом - с первым входом четвертого элемента И,

подключенного вторым входом к прямому выходу первого триггера, а выходом - к первом входу пятого элемента И и к второму входу элемента ИЛИ, соединенного выходом с третьим входом второго элемента И, причем пятый элемент И подключен вторым входом генератора импульсов и к второму входу третьего элемента И, а выходом - к вычитающему входу реверсивного счетчика, соединенного сумми Рующим входом с выходом третьего эле мента И, третий вход которого подклю чен к инверсному выходу первого триг гера, а выход блока сравнения кодов соединен со счетным входом третьего счетчика. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для вычисления отношения временных интервалов; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы его работы при различном временном положении интервалов делимого и делителя относительно друг друга. Устройство для вьшисления отношения временных интервалов содержит первый элемент И 1, шину 2 ввода делителя, генератор 3 импульсов, первый счетчик 4, блок 5 сравнения кодов, второй и третий счетчики 6 и 7, второй элемент И 8, первый триггер 9, элемент ИЛИ 10, третий элемент И 11, второй триггер 12, шину 13 вво да делимого, четвертый элемент И 14, реверсивный счетчик 15, пятый элемент И 16 и дешифратор 17 нуля. Элемент И 1 подключен первым-вхо дом к шине 2 ввода делителя и к первому входу триггера 9, вторым входом - к выходу генератора 3 и к пер вому входу элемента И 8, а выходом к счетному входу счетчика 4. Выходы счетчика соединены с первой группой входов блока 5 сравнения кодов, подключенного второй группой входов к выходам счетчика 6, а выходом - к входу обнуления счетчика 6 и к счетному входу счетчика 7, выходы которо го являются выходами устройства, Счетчик 6 соединен счетным входом с выходом элемента И 8, подключенного вторым входом к прямому выходу триггера 9. Дешифратор 17 (который может быть выполнен, например, на элементе ИЛИ-НЕ 18 и элементе И-НЕ 19) сое динен входами с выходами реверсивно го счетчика 15 и выходом триггера 12, а зьосодом - с вторым входом триг гера 9 и с первым входом триггера 12 Триггер 12 подключен вторым входом к шине 13 ввода делимого, первому входу элемента И 11 и к первому входу элемента ИЛИ 10, а выходом - к первому входу элемента И-НЕ 19, подключенного вторым входом к прямому выходу триггера 9, а выходом - к первом/ входу элемента И 16 и к второму входу элемента liTlH 10, соединенного выходом с третьим входом элемента И 8. Элемент И 16 подключен вторым входом к выходу генератора 3 и к второму входу элемента И 11, а выходом - к вычитающеьгу входу счетчика 13, сум дарую1ций вход счетчика 15 соединен с выходом элемента И 11, подключенного третьим входом к инверсному выходу триггера 9. Устройство работает следующим образом. На шину 2 ввода делителя подается импульс с длительностью соответствующей меньшему временному интервалу Т1 (фиг. 2CI-1; 2S-1, 26-1; За-Г, 35-1; Зв-1), а на шину 13 ввода делимого импульс с длительностью, соответствующей большему временному интервалу Т2 (фиг. 2о(-2; 2Б-2; 2Б-2; За-2; 36-2; Зв-2), причем временное положение одного и fflyльca относительно другого - произвольно: больший временной интервал Т2 может опережать меньший временной интервал Т1 (фиг. 2а, 5, в ), совпадать с ним (случай, когда начало одного интервала совпадает с началом другого, (фиг. 3«) и отставать от него (фиг, 36, в ). Импульсы высокой (образцовой) частоты с выхода генератора 3 проходят через элемент И 1,в течение меньшего временного интервала Т1 на счетчик 4 (фиг. 2а-6; 25-6; 2в-6; 3&-6, Зв-6), содержимое N которого линейно увеличивается по мере его заполнения и в момент времени, соответствующий окончанию указанного интервала, становится равным TT fg , где ЕО - частота импульсов генератора 3. Это значение кода в дальнейшем сохраняется неизменным в счетчике 4 в течение всего времени измерения (фиг. 2c(-iq; 25-10; 2в-10; 3ct-10; 35-10; 38-10). Вариант 1. Больший временной интервал 12 опережает меньший Т1 и не совпадает с ним (фиг. 2ci). В исходный момент времени триггеры 9 и 1 2 обнулены и на их прямых выходах - потенциал низкого уровня (фиг. Эй-1; 2а-5), а на инверсном выходе триггера 9 - потенциал высокого уровня (фиг. 2о1-4). В момент времени, соответствуюш ш началу большего временного интервала Т2, импульсы с вьгходов генератора 3 через S открытый элемент И 11 проходят на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 (фиг. ), содержимое которого линейно увеличивается по мере его заполнения и в момент времени, соответствующий окончанию ука занного временного интервала, становится равным N Tjfp . В этот же момент времени триггер 12 (задним фронтом импульса с длительностью, соответствующей временному интервалу Т2, (фиг. 2а-2), устанавливается в единичное положение, при котором потенциал на его выходе изменяется до уровня логической 1 (фиг. 2а-5 и, поступая на первьА вход элемен,та И 14, подготавливает его. В течение временного интервала Т1 импульсами генератора 3 через элемент И 1 заполняется счетчик А (фиг, 2а-6). В момент времени, соот ветствующий окончанию указанного временного интервала, триггер 9 (фиг. 2с1-1) устанавливается в полоПри этом открывается элемент И 1А (фиг. 2о-8) и высокий потенциал с его выхода, во-первых, поступает на первый вход элемента И 16 и разрешает поступление импуль сов генератора 3 на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 (фиг. 2а-9 во-вторых, через элемент ИЛИ 10 пос тупает на третий вход элемента И 8, разрешая поступление импульсов гене ратора 3 на счетный вход счетчика 6 Содержимое Ng счетчика 6 линейно увеличивается (фиг. 2oi-10) до тех пор, пока не станет равным N . Мо мент равенства фиксируется блоком 5 сравнения кодов, импульс с выхода которого (фиг. 2а-11), во-первых, сбрасывает в нуль счетчик 6 (показа но пунктирной линией на фиг, 2ci-10) во-вторых, заносится в счетчик 7. Это значит, что в больший временной интервал Т2 уложился ровно один временной интервал Т1. Содержимое счетчика 6 опять начи нает увеличиваться (фиг. 2а-10) и увеличивается до тех пор, пока не станет равным N . Дальнейшая последовательность операций аналогична срабатывает блок 5, импульс с выход которого, указывающий на то, что в больший временной интервал Т2 уложился второй временной интервала Т1 сбрасывает счетчик 6, заносится в счетчик 7 и т.д. 7 Процесс вычислений заканчивается в момент времени, соответствующий обнулению реверсивного счетчика 15 (а это, очевидно, произойдет через время Т2 с момента начала работы реверсивного счетчика в режиме вычитание и начала заполнения счетчика 6). При этом потенциа.п на выходе элемента ИЛИ-НЕ 18 дешифратора 17 нуля (входы элемента И.ПИ-НЕ подключены к единичным выходам триггеров реверсивного счетчика) скачком изменяется до уровня логической 1 (фиг. 2о(-12), а потенциал на выходе элемента И-НЕ 19 этого же дешифратора (входы элемента И-НЕ подключены к прямому выходу триггера 12, на котором имеется высокий потенциал, и к выходу элемента ИЛИ-НЕ, на котором также потенциал только появился) до уровня логического О (фиг. 2ci13). Перепадом потенциала с выхода элемента И-НЕ 19 устанавливаются в Исходное положение оба триггеры (фиг. 2а-3; 2с1-4, 2oi-5) и счетчики 4 и 6 (связь элемента И-НЕ с входами обнуления указанных счетчиков на фиг, 1 не показана). Результат вычисления отношения временных интервалов хранится в счетчике 7 и сбрасывается лишь в начале следующего цикла измерения. Вариант 2. Больший временной интервал Т2 опережает меньший Т1 и частично совпадает с ним (при этом сначала заканчивается больший временной интервал, а затем меньший (фиг. 2 Б). В исходный момент времени триггеры 9 и 12 обнулены, при этом О, при котором на их прямых выходах низкий потенциал (фиг, 25-3; 26-5), а на инверсном выходе триггера 9 высокий потенциал (фиг. 25-4). В момент времени, соответствующий началу большего временного интервала Т2 (фиг. 25-2), импульсы с выхода генератора 3 через открытьй элемент 11 проходят на суммирующий вход реверсивного счетчика 15 (фиг. 2Б-7), содержимое которого линейно увеличивается по мере его заполнения и в момент времени, соответствующий окончанию временного интервала, становится равным N . В этот же момент времени триттер 12 устанавливается в положение 1, при котором потенцугал на его прямом вьгходо (фиг. 2S-5), поступая на первый вход элемента И 1Д, подготавливает его. В течение временного интервала Т1 импульсами генератора 3 через элемент И 1 заполняется счетчик А (фиг. 25-6). В момент,времени, соответствующий окончанию указанного временного интервала (фиг. 26-1), триггер 9 устанавливается в положение 1. При этом срабатывает элемент И 14 (фиг. 2Б-8) и, открывая элементы И 16 и И 8,разрешает поступ ление импульсов генератора 3 на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 (фиг. 2Б-9) и на счетный вход счетчика 6, Содержимое Nj, счетчика 6линейно увеличивается (фиг. 26-10) до тех пор, пока не станем равным N. Дальнейшая последовательность операций аналогична рассмотренной для варианта 1: срабатывает блок 5 сравнения кодов, импульс с выхода которого (фиг. 2Б-11) сбрасывает в. нуль счетчик 6, заносится в счетчик 7результата и т.д. Процесс вычислеНИИ заканчивается в момент времени, соответствующий обнулению реверсив,ного счетчика и срабатыванию дешифратора нуля (фиг. 2S-13). В-ариант 3. Больший временной интервал Т2 опережает меньи ий Т1 и частично совпадает с ним, притом сначала заканчивается меньигий временной интервал, а затем больший (фиг. 2б). В исходный момент времени тригге 9 и 12 находятся в положении О, при котором на их прямых вьпсодах низкий потенциал (фиг. 2в-3, 2в-5), а на инверсном вьтходе триггера 9 высокий потенциал (фиг. 2в-4). В момент времени, соответствующий нач лу большего временного интервала Т2 (фиг. 26-2), импульсы с выхода генератора 3 через открытый элемент И 11 начинают поступать на суммирую щий вход реверсивного счетчика 15 (фиг. 2в-7), содержимое которого ли нейно увеличивается по мере его заполнения. В момент времени, соответ ствуюш 1й окончанию временного интер вала 1, триггер 9 устанавливается в положение 1, разрешающий потенциал с входа элемента И 11 снимаетс и поступление импульсов генератора 3 на реверсивный счетчик прекращает ся, при этом в указанном счетчике фиксируется код Tfo , где Т часть временного интервала Т2 от его начала до момента времени, соответствующего окончанию временного интервала Т1 . Разрешающий потенциал с прямого выхода триггера 9, во-первых, подготавливает элемент И 14, во-вторых, подается на второй вход элемента И 8, а так как на третьем входе этого элемента уже есть разрешающий потенциал (снимается с шины 13 устройства и подается через элемент ИЛИ 10, фиг. 25-3), он открывается и пропускает импульсы генератора 3 на счетный вход счетчика 6. Содержимое Nj счетчика 6 линейно увеличивается (фиг. 2Ь-10) до тех пор, пока не станет равным N (форм11рование в счетчике 4 к этому моменту времени уже закончилось, фиг. 2в-6). Момент равенства фиксируется блоком 5, импульс с выхода которого (фиг. 26-11) сбрасывает счетчик 6, заносится в счетчик 7 и т.д. В момент времени, соответствующий окончанию временного интервала Т2, триггер 12 устанавливается в положение 1 и вызывает срабатывание элемента И 11 (фиг. 2в-8) . Разрешающий потенциал с выхода элемента И 4, во-первых, открывает элемент И 16 (начинается списывание кода , .хранящегося в реверсивном счетчике 15, импульсами генератора 3,(фиг.269) и, во-вторых, поддерживает откры-, тым элемент И 8. Процесс вычислений заканчивается в момент времени, соответствую1чий обнулению реверсивного счетчика и срабатыванию дешифратора 17 нуля (фиг. 2в-12; 25-13). Это произойдет, очевидно, через время Т (с момента срабатывания элемента И 14) или через время Т2 (если считать с момента срабатывания элемента И8). Вариант 4. Начало большего временного интервала Т2 совпадает с началом меньшего (фиг. За). Работа устройства в данном случае (протекает в последовательности, рассмотренной для варианта 3, при этом Т Т1 . Вариант 5. Меньший временной интервал Т1 опережает больший Т2 и частично совпадает с ним (фиг. 3 Б) . В исходньй момент времени триггеры 9 и 12 обнулены. В момент времени, соответствующий началу временно91го интерпала Т1 (фиг. 35-1), сы с выхода генератора 3 через эитемент И 1 шчннают поступать a счетчик А (фиг, 3S-6) „ Р. BPEMGUJH соотнетствуилций началу временного инте.ушала Т2 (фиг. 36-2), открывается элемент И 11 и импульсы генератора 3 1 ачмиают поступать на сумгчирую щий лход реверсивного счетчика 15 (фиг. 35-7), содержимое которого увеличивается до момента времени, со ответствующего окончанию временного интервала Т1 и срабатыванию триггера 9 (фиг. 35-3, ЗБ-4) , При этом в реверсивном счетчике формируется код Т1о, а в счетчике 4 - N Кроме того, в момент времс и, соответствующи окончанию временного интервала Tl, открывается элемент И 8 и начинается заполнение счетчика 6 импульсами генератора 3 (фиг. 36-10). Содержимое N счетчика 6 линейно увеличивается до тех пор, пока не станет paBiHiiM N . Момент равенства фиксируется блоком 5, импульс с выхода которого (фиг, ) сбрасывает счетчик 6, заносится в счетчик 7 и т.д. В момент времени, соответствующий окончанию временного интервала Т2, триггер 12 устанавливается в положение 1 и вызывает срабатывание элемента И 11 (фиг. ЗБ-8). Разрешающий потенциал с выхода элемента И 14 во-первыхS открывает элемент И 1А и элемент И 16 и, во-вторых, поддерживает открытым элемент И 8, Процесс вычислений заканчивается в момент времени, соответствующий обнулению реверсивного счетчика и cp батыванию дешифратора нуля (фиг, 3612; 3&-13), Это пройдет, очевидно, через время Т (с момента срабатывания элемента И 14) или через время Т2 (с момента срабатывания элемента И 8) . Вариант 6, Меньший временной интервал Т1 опережает больший Т2 и не совпадает с ним (фиг. 3 з). В исходный времени триггеры 9 и 12 обнулены. В течение времени Т1 (фиг. 33-1) tmnyjibc с выхода генератора 3, как и прежде, заполняет счетчик 4 через элемент И 1 (фиг, Зб-6). В момент времени, соответствующий окончгяию вpeмc tнoro интервала Т1, устанавливается в пэдолсение 1 триггер 9 (фиг. 3 В-3 J;. ь-А) , а в момент времени, соответст 5ую1ций началу временного интервала Т2 (фиг. Зб-2), открывается элемент И 8, пропуская импульсы генератора 3 на счетный вход счетчика 6. Содержимое N счетчика 6 линейно увсличз вается до тех пор, пока не станет равным N (фиг, Зв-10), Момент равенства фиксируется блоком 3, с выхода которого (фиг, Зь-11) сбрасывает счетчик 6, заносится в счетчик 7 результата и т,д, Особенностью этого варианта является то, что реверсивный счетчик 15 участия в работе устройства фактически не принимает (фиг. 3&-7, 38-9). В момент времени, соответствлтащий окончанию временного интервала 12, устанавливается в положение 1 триггер 12 (фиг, Зь-5), срабатывает элемент И-НЕ 19 де1иифратора 17 нуля и перепадом потенциала с его выхода (фиг. 3&-13) возвращаются в исходное положение оба триггера и счетчики 4 и 6. Учитывая кратковременное появление на выходе элемента И 1А разрешающего потенциала (фиг, Зб-8), нельзя исключить вероятность того, что один из импульсов генератора 3 проскочит через элемент И 16 на вход Вычитание реверсивного счетчика. Поэтому последний сбрасывается в нуль в начале следующего цикла измерения (одновременно со счетчиком 7), Таким образом, и в этом варианте устройство обеспечивает работу счетчика 8 в течение времени Т2 и выдачу результата соответствующего искомому отношению временных интервалов, т.е. предлагаемое устройство по сравнению с известным не имеет ошибок, возникающих в случае, когда больший интервал опережает меньший интервал времени.

Фиг.1

t3- fO-;3 -rsu r-ibo«3-a

K

S

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащее элемент ИЛИ и первый элемент И, подключенный первым входом к шине ввода делителя и к первому входу первого триггера, вторым входом к выходу генера:тора импульсов и к первому входу второго элемента И, а выходом - к счетному входу первого счетчикаi соединенного выходами с первой группой входов блока сравнения кодов, подключенного второй группой входов к выходам второго счетчика, а выходом - к входу обнуления второго счетчика, соединенного счетным входом с выходом второго элемента И, второй вход которого по;дключен к прямому выходу первого триггера, причем первый вход третьего элемента И соединен с шиной ввода делимого, а выходы третьего счетчика являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью обеспечения точности вычислений, в него введены реверсивный счетчик, второй триггер, четвертый и пятый элементы И и дешифратор нуля, подключенный входами к выходам реверсивного счетчика и к выходу второго триггера, а выходом - к второму входу первого триггера и к первому входу второго триггера, соединенного вторым входом с шиной ввода делимого и с первым входом элемента § .ИЛИ, а выходом - с первым входом четвертого элемента И, подключенно(Л го вторым входом к прямому выходу первого триггера, а выходом - к первому входу пятого элемента И и к второму входу элемента ИЛИ, соединенного выходом с тр етьим входом второго элемента И, причем пятый элемент И подключен вторым входом к выходу генератора импульсов и к второму входу третьего элемента И, а выхо4: дом - к вычитающему входу реверсивноСП го счетчика, соединенного суммирую00 щим входом с выходом третьего элемента И, третий вход которого подклю чен к инверсному выходу первого триггера, а выход блока сравнения кодов соединен со счетным входом третьего счетчика.