Преобразователь интервалов времени в цифровой код Советский патент 1986 года по МПК H03M1/50 

интервал между которыми запоминается импульсами частотой F от генератора 1 импульсов. Определяется положение импульса К мелдду двумя импульсами серии С. С этой-целью счетчик 6 подсчитывает число импульсов F на двух интервалах, времени от заднего фронта импульса С, появившегося перед импульсом К, до переднего фронта импульса К (число Q) и от заднего фрон- ;та этого импульса до переднего фрон- та импульса С, появившегося после

ИзобретеЕтие относится к измерительной технике.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональна схема преобразователя интервалов времени в цифровой код; на фиг. 2 - временная диаграмма сигналов, выдаваемых преобразователем линейных перемещений на входы преобразователя интервалов времени в цифровой код; на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая принцип действия преобразо- вателя; на фиг. 4 - функциональная схема блока управления преобразователя; на фиг. 5 - функциональная схема блока ввода данных преобразователя; на фиг, 6 - временная диаграмма работы блока ввода данных преобразователя; на фиг. 7 - схема алгоритма работы микропроцессора преобразователя .

Преобразователь интервалов времени Б цифровой код (фиг. 1) состоит из генератора 1 импульсов, элементов И 2-5, счетчиков 6 и 7 импульсов триггера 8, блоков 9-11 ключей, регистров 12-14, коммутатора 15, блока 16 ввода данных, микропроцессора 1 7 с интерфейсом 18, блока 19 управления, кнопки 20, выхода 21 генератора 1, вькода 22 элемента И 2, выходов 23 счетчика 7, выходов 24 счетчика 6, выходов 25 - 27 блоков 9 11, выходов 28 - 30 регистров 12- 14 выходов 31 коммутатора 15, входов 32 ,и 33 коммутатора 15, выхода 34 блока 16, входа 35 блока 16, выхода 36

импульса К (число Р), положение имQпульса К определяется отношением .

Счетчик 7 подсчитывает число импульсов С от первого, coвпaдaюп eгo с импульсом Н по времени, до последнего, предшествующего импульсу К. ffaKponpo- цессор 17 определяет результат преобразования по формуле: (R-1+),

где L - линейное перемещение М- масштабный коэффициент, 2з.п. ф-лы,7ил. .

2

триггера 8, входа 37 элемента И 3, зькода 38 элемента И 3, входа 39 элемента И 4, выхода 40 элемента И 4, входа 41 элемента И 5, выхода 42 элемента И 5, выходов 43 - 50 блока 19. Блок 19 (фиг. 4) состоит из элементов ИЛИ 51-55, инверторов 56 и 57, одновибраторов 58-60, элемента 61 задержки, элементов И 62 и 63, триггеров 64-66, реле 67 с размьгкающимися контактами 68, входа 69 элемента ИЛИ 54, выхода 70 блока 61, входа 71 одновибратора 58, резисторов 72 - 74 .

Блок 16 Сфиг. 5) состоит из элементов 75 и 76 задержки, элемента И 77, элемента И-НЕ 78, элемента И.ЛИ 79 и счетчика 80 импульсов. ; Устройство работает следуюп11им об|раз6м.

На вход преобразователя интервалов времени в цифровой код (фиг. 2) поступают три сигнала: начальный им- пульс Н, серия импульсов с -и конечный импульс к . Первый импульс серии С и начальный импульс И совпадают по времени. Из-за непостоянства скорости вращения движения преобразователя линейного перемещения интервалы между импульсами серии С могут быть неравномерными.Момент выдачи конечного импульса зависит от величины линейного перемещения и от скорости вращения двигателя в преобразователе линейных перемещений.

Изобретение уменыиает влияние скорости указанного двигателя на погрешность преобразования. Принцип преобразования поясняет фиг. 3.

Вместо заполнения импульсами всего преобразуемого временного интервала, как это происходит в известном преобразователе, в данном случае заполняется каждый интервал между соседними импульсами серии С . Однако, подсчитанные при этом числа импульсов не используются, если не появился

импульс

к

15

20

Если на указанном интервале появился импульс К , то числа импульсов, поместившихся между соседними импуль саш С и между импульсом С, предшествующим К , и импульсом К , используются при преобразовании. Интервал между соседними импульсами С очень мал и за это время скорость двигателя не может существенно наметаться. Этот интервал в крупном масштабе показан на фиг. 3. Необходимо определить положение импульса .между двумя импульсами серии С . С этой целью подсчитывается число импульсов F , частота которых значительно вьппе частоты серии d на двух интервалах времени: от заднего фронта импульса , появившегося перед импульсом к , до переднего фронта импульса К (число Q) и от заднего фронта этого импульса С до переднего фронта импульса С , появившегося после импульса к (число р). Поскольку счет ведется от одной и той же начальной точки, то для опреде- 33 ления чисел Q и Р достаточно одного счетчика 6. Положение импульсаk эа30

дается как

отношение ,

40

Второй счетчик необходим для подсчета числа импульсов С от первого, совпадаюп ;его с импульсокИ по времени, до последнего, предшествующего импульсу К . Результат преобразования интервалов времени между импуль- вЗ сами || и К определяется, выражением:

(R-U),

где L - линейное перемеп ение;

М - масштабньш коэффициент, необ-50 ходимый для перевода результата преобразования в стандартные .единицы Длины. Таким образом, благодаря использоQ «55

ванию отношения - абсолютное значение

частоты импульсов F не имеет большого значения. Генератор этих импуль 0

15

20

3

0

0

З

0

5

сов может быть некварцевым. Прямой счет импульсов С исключает влияние неодинаковости интервалов между ними. Оба эти фактора обеспечивают снижение погрешности преобразования . Например , если преобразование производится во время раскрутки двигателя после включения, то интервалы между импуль- сам-1 С будут все время сокращаться. Однако это не повлияет на счет импульсов С. За время между двумя импульсами С изменение скорости двиГа- мало. Поэтому погрешность из-за непостоянства частоты импульсов С бу- .ет очень малой.

Работа преобразователя происходит следующим образом (фиг. 1, 4, 5).

При включении питания электронные элементы приходят в работоспособное состояние раньше, чем Сработает и разомкнет контакты 68 реле 67. Благодаря этому через контакты 68 положительный потенциал, соответствующий единице, поступает с делителя напряжения, образованного резисторами 73 и 74, на входы элементов ИЛИ 51-55. При этом выходные сигналы элементов ИЛИ 51, 52 и 54 устанавливают триггеры 8, 64-66 в нулевое состояние. Сигнал 45 с третьего выхода блока 19 сбрасывает счетчики 7 и 80. Сигнал 49 с седьмого выхода блока 19 сбрасывает счетчик 6. Сигнал 50 с выхода блока 19 становится равным нулю и запрещает прохождение импульсов С н н через элементы И 4 и 5. Сигнал 48 с выхода блока 19 запрещает прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2,

После включения преобразователя в микропроцессоре 17 производится пуск программы (фиг. 7). Микропроцессор с помощью интерфейса 18 начин ает проверять условие Требованне-Б 1, т.е. ждет, пока сигнал на выходе 34 блока 16 перейдет на высокий уровень.

При нажатии кнопки 20 триггер 8 переходит в единичное состояние. Его сигнал 36 разрешает прохождение через элемент И 3 следующего сигнала Н . Поступив на вход 37, этот сигнал проходит через элемент 3 на его выход 38 и устанавливает в блоке 19 триггер 64 в единичное положение. Сигнал 50 на выходе блока 19 принимает единичное значение и разрешает прохождение импульсов С и k через элементы 4 и 5. С выхода 40 импульсы.с поступают на счетный вход счетчика 7, где производится их счет„ Кроме того, импульсы € поступают на вход 40 блока 19.

Инвертор 57 подает импульсы С на вход одновибратора 58, который по переднему фронту импульса С вырабатывает узкий импульс 5 проходящий через элемент И 63-и элемент ИЛИ 55 на сед мой выход блока 19 и по связи 49 сбрасываюищй счетчик 6, Одновибра- тор 59 срабатывает по заднему фронту импульса С..При этом возникает юзкий импульс, которьш устанавливает в единичное состояние триггер 6 . Сигнал с единичного плеча этого триггера по связи 48 поступает на вход элемента 2 и разрешает прохождение импульсов F от генератора 1 на вход счетчика 6. Сигналы на выходе 48 блока 19 имеют единичное значение от заднего фронта одного импульса С до переднего фронта следующего импульса С, Если в интервале . между двумя импульсами С импульс К не возник, то в конце интервала сигнал на выходе 49 сбрасывает счетчик 6 и по заднему фронту импульса С счет в счетчике 6 возобновляется с нуля, т.е. результат предьщущего счета не используется, Еслр же импульс К появляется, то, пройдя через элемент 5, он по связи 42 поступает в блок 19 и через инвертор 56 попадает на вход одновибратора 60, которьш по переднему фронту импульса К вырабатывает узкий импупъс, Этот импульс поступает на выходы 44 и 46 блока 19, в результате чего открываются блоки 9 и 10 и происходит перенос кода Р, равного числу импульсов С, сосчитанных в счетчике 7, и кода Q числа импульсов F, сосчитан Ных в счетчике 6, соответственно в регистры 12 н 13. Кроме того, короткий импульс с выхода одновибратора 60, возникпшй по переднему фронту импульса К, устанавливает триггер 65 в единичное положение. Сиг-нал с нулевого выхода этого триггера становится отрицательным и запрещает прохождение через элемент И 63 коротких импульсов, возникающих по переднему .фронту импульсов С. Прекращается сброс счетчика 6 по переднему фронту С .

0

5

0

5

0

0

5

0

5

В счетчике 6 продолжается счет импульсов F до появления пер гдиего фронта следующего импульса L- , пришедшего после импульса К . В этот момент короткий импульс, возникиий на выходе одиовибратора 58, проходит через элемент И 62 и элемент ИЛИ 54 и сбрасывает триггер 66. В результате сигнал на выходе 48 блока 19 становится отрицательньм и запрещает прохождение им;аульсов F через элемент И 2 на вход счетчика 6. Одновременно импульс с выхода элемента И 62 поступает на выход 47 блока 19 и от чрывает блок 11. При этом код Р числа импульсов F, уложившихся межр,у двумя последними импyльca ш С , будет перенесен из счетчика 6 в регистр 14. Кроме того, тот же импульс с выхода элемента И 62 задерживается в элементе 61 на время, достаточное для переноса кода в регистр 14, и проходит через элементы ИЛИ 51,52,53 и 55о Сигнал с выхода элемента 51 устанавливает триггер 65 в нулевое положение. Благодаря этому короткий импульс, возникающий по переднему фронту импульса С, снова может проходить через элемент И 63, а прохождение его через элемент И 62 запрещено. Сигнал с выхода элемента 52 сбрасывает триггер 64. В результате сигнал на входе 50 блока 19 принимает нулевое з 1ачение. При этом импульсы С и S не .. могут проходить через элементы И 4 и 5 соответственно. Одновременно сигнал с выхода элемента 52 поступает на выход 43 блока 19, сбрасывает триггер 8 и поступает в блок 16. Низ- кий уровень сигнала с триггера 8 запрещает прохождение импульсов И через элемент И 3,

Сигнал с выхода элемента 53 поступает на выход 45 блока 19 и сбрасывает сче.тчик 7. Сигнал с выхода элемента 55 поступает на выход 49 блока 19 и сбрасывает счетчик 6..

В блоке 16 сигнал с выхода 43 блока 19 поступает (фиг. 5 и 6) на второй вход элемента ИЛИ 79. Возникший при этом на выходе элемента 79 сигнал проходит линию элемента 76 и через время Т , устанавливает счетчик 80 в состояние 01 и, кроме того, поступает на первый вхог; элемента И 77 „ Логический элемент И-НЕ 78. при всех состояниях счетчика. 80,

712

кроме состояния 11, вьщает сигнал вв.сокрго уровня. Поэтому выходной сигнал элемента 79 проходит через элемент 77 на выход 34 блока 16.

Таким образом, в интерфейс выдает- ся сигнал Требование-Б 1. Шкропро- цессор 17 обнаруживает выполнение отого условия н присваивает величине А значение 2. Таким образом, заполняется счетчик числа вводимых чи- сел. Под действием сигналов на выходах 32 и 33 блока 12 коммутатор 15 подает на вход 31 код числа Р , содержащийся в регистре 12, в это время микропроцессор выполняет операдии , и проверку условия . Эти операции необходимь для задержки ввода числа на время ем пока код числа подается на вход интерфейса 18 комг- татором 15. При выполне- НИИ условия микропроцессор 17 выдает сигнал Ввод данных на вход 35 блока 16. В этот момент код числа R вводится в 1-шкропроцессор 17 . Сигнал с .входа 35 задерживается в элементе 75 на время L,, по истечении которого он прохо дит через логический элемент ИЛИ 79, переводит счетчик 80 в состояние 10, при котором коммутатора 15 подает на входы 31 код числа О. Тем временем сигнал с выхода элемента 79 проход(1т через элемент 77 на выход 34 блока 16 и в интерфейс 18 Микропроцессора 17 выдается Требование-Б 1. Микропроцессор 17 после ввода кода числа Р проверяет условие и, убедившись, что оно не выполнено, производит операции , т.е. уменьшает содержимое счетчика введенных чисел на 1. После этого микропроцессор 17 снова переходит к проверке выполнения условия ТребоваШ 1е-Б Т, Далее аналогичным образом вводятся ,в микропроцессор коды чисел О и R. После ввода последнего проверка услоВИЯ дает положительный результат и микропроцессор переходит к выполнению вьгчисления величины текущего значения деформации по программе,

соответствующей выражению (R-1+)

.После завершения этой операции микропроцессор 17 вновь переходит к проверке выполнения условия Требова- roie-B--i,, т.е. готов к приему следующих трех кодов чисел и Р. Сигнал Ввод данных, вьщанный и нтерфейсом на вход 35, при вводе

s 0 5 20 25 з

0

5

0

5

718

числа Р Tie может пройти через элемент И 77 на выход 34 блока 16, так как в это время счетчик 80 находится в СОСТОЯНИИ 11, при котором на входе элемента И-НЕ 78 сигнал имеет низкий уровень. Через время t сигнал с выхода элемента 76 переводит счет- 1КК 80 в состояние 00, при котором коммутатор 15 не выдает полезной информа1дии на вход интерфейса 18. Состояние 00 разрешает выдачу на выход следующего сигнала Требова- -1е-Б Г . Текущий сигнал не будет пропущен, так как за время Т, он на входе элемента И 77 уже исчезнет. Таким образом, преобразователь оказывается в состоянии готовности к вы- полненн о следующего преобразования,

Применение предлагаемого преобразователя позволяет существенно уменьшить погрешность, вызываемую непостоянством скорости вращения двигателя преобразователя линейных перемещений с измененияад-1 частоты генератора импульсов F. Погрешность от квантования значительно снижается благодаря , что начальный импульс И совме- iie.H rio времени с первым импульсом серии С, а заполнение интервала вре- меж;ду и шульсом С , пришедшим перед импульсом К , и и fflyльcoм С, пришедшим после импульса К , производится импульсами F, имеющими очень лтальтй период следования.

Ф о Р м у л а изобретен и я1. Преобразователь интервалов времени в цифровой код, содержащий генератор HNmy.rrbcoB, первьпЧ, второй и третий элементы И, первьй и второй счетчики импульсов, триггер, о т л и- чающийся тем, что, с целью .повышекия точности преобразования, в него введены четвертый элемент И, три блока ключей, коммутатор, три регистраS блок ввода данных, микропроцессор с интерфейсом, блок управления и- кнопка с замыкающим контактом, причем выходы первого счетчика импульсов соединены с первы ш входами первого блока ключей, выходы второго счетчика импульсов соединены с первыми вxoдaмIi второго и третьего блоков ключей, выходь первого, второго и третьего блоков ключей соединены соответственно с входами первого, второго и третьего регистров, выходы которых соединены соответственно

91

с первыми, вторыми н третьими входами крммутатора, выход которого соединен с первыми входами интерфейса микропроцессора, второй вход которого соединен с первым выходом блока ввода данных, второй и третий выходы которого соединены соответственно с четвертым и. пятым входами коммутатора, первый вход блока ввода данных соединен с выходом интерфейса микро- процессора, а второй вход объединен с первым входом триггера и соединен с первым выходом блока управления, третий вход бложа ввода данных объединен с первым входом первого счет- чика импульсов и соединен с вторым выходом блока управления, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, второго и третьего бло- ков ключей, шестой выход блока управления соединен с первым входом первого элемента И, седьмой выход соединен с первым входом второго счетчика импульсов, восьмой вьпсод соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, первьй и второй входы блока управления соединены соответственно с вьшодами второго и четвертого элементов И, третий вход блока управ пения объединен с вторым входом пер- зого счетчика импульсов и соединен с выходом третьего элемента И, вторы входы второго и третьего элемегзтов И и первый вход четвертого элемента И являются соответствующими входными шинами, второй вход четвертого элемента И соединен с выходом триггера, второй вход которого через замыкающий контакт кнопки соединен с шиной источника питания, при этом выход генератора импульсов соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго счетчика импульсов.

2. Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что блок управления вьшолнен на трех триггерах, пяти элементах ИЛ1, двух элемен тах И, трех одновибратор., двух инверторах, элементе задержки, трех токоограничивающих элементах, вьтол- неиных на резисторах, реле с размыкающими контактами, первый вывод об- мотки реле с размыкаюпщми контактами является общей шиной, а второй вывод объединен с первым выводом первого

7110

оксограничиваюп(его эл€ .мечта, вгорой вывод которого объединен с первым выводом размыкаюпд1х контактов реле и является шиной источника питания, второй вывод размьжающих контактов реле через последовательно соединенные второй и третий резисторы - токо- ограничивающие элементы, соединены с общей шиной, второй вывод второго токоограничива ощего элемента соединен с первыми входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ, вторые входы первого,

второго, третьего и четвертого элементов ЮТИ объединены и соединены с выходом элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ и соединен с выходом первого элемента И, который является пятым вьгходом блока управления, первые входы первого и второго элементов. И объединены и соединены с выходом первого одновибратора, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом первого триггера, второй выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с третьим входом третьего элемента 1ШЙ, выходы второго., третьего и первого элементов ИЛИ являются соответственно вторым., седьмым и первым вь хода1 ад блока управления, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго триггера, второй, вход которого является вторым входом блока управления, а выход - восьмым выходом блока управ- третий и четвертый- выходы которого и выход второго одновибратора объединены и соединены с .первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, входы третьего одно- вибратора и п.ервого инвертора объединены и являются третьим входом блока управления, вькод третьего одно- вибратора соединен с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с вьгходом пятого элемента I-Un., а выход является шестьп-i выходом блока управления, вход второго инвертора напнется первым входом блока управления, а выхо..ц соединен с входом второго одновибратора, выход первого инвертора соединен с входом первого одновибратора.

3, Преобразователь по п. 1, о т- л и чающийся тем, что блок

и123497

ввода данных выполнен на элементах И, ИЛИ, И-НЕ, счетчике импульсов и двух элементах задержки, вход первого элемента задержки является первьт входом блока ввода данных, а вькод со- з единен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым входом блока ввода данных, а выход соединен с входом второго элемента задержки и первым входом элемента И, 10 второй вход которого соединен с вы12

ходом элемента И-НЕ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика импульсов и являются соответственно вторым н третьим выходами блока ввода данных, первый выход которого является выходом элемента И, первый вход счетчика импульсов соединен с выходом второго элемента задержки, а второй вход является третьим входом блока ввода данных.

Изобретение относится к измери- ;тельной технике и позволяет повысить точность преобразования интервалов времени в код. Для этого на элементы И 3 и 5 подаются импульсы начала Н и конца К временного интервала, а на элемент И 4 - серия импульсов С, 8Soff ay/ Tffe§oS ff B&Op-6& /У (Л tsD оа х vi

43

4S

Л

Л

Qflfff H

Редактор К.Волощук

Siue.f

Составитель А.Титов

Техред О.Гортвай Корректор Е.Сирохман

Заказ 2990/58 Тираж 816 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие., г.Ужгород, ул.Проектная, 4