Измеритель временных интервалов Советский патент 1986 года по МПК G04F10/04 

17 (18), элементы И-НЕ 9 (10), 13(14) и 19(20); блоки 21 и 22 точного измерения, каждый из которых содержит триггеры 23 (24), преобразователь 25 (26) масштаба времени, элемент И 27 (28) и счетчик 29 (30); микро- ЭВМ 31,,элемент 32 запрета, формирователи 33-35 импульсов, элемент НЕ 36, блок 37 формирования эталонных интервалов, содержащий элемент И 38,

1

Изобр етение относится к радиоизмерениям и может быть использо1вано для .измерения временных параметров импульсных сигналов в измерительной и вычислительной технике, автоматике и приборостроении.

Цель Изобретения - повышение точности измерения временных интервалов

На фиг.1 приведена структурная схма изм ерителя временных интервалов; на фиг.2 - временные диаграммы работ измерителя соответственно в режиме калибровки и в режиме измерения.

Измеритель временных интервалов содержит генератор 1 счетных им- пульсов следующих с периодом , блок 2 грубого измерения, содержащий элемент И 3 и счетчик 4 грубого измерения, блоки 5, 6 устранения неоднозначности, каждый из которых со держит триггер 7 (8), элемент И-НЕ 9 (10), триггер 11 (12), элемент И-НЕ 13 (14), элемент И 15 ( 1б), триггер (18) и элемент И-НЕ 19(20 блоки 21,22 точного измерения, каж- ЛЫЙ из которых содержит триггеры 23 (24), преобразователь 25 (26) масштаба времени, элемент И 27(28) и счетчик 29 (30); микроэвм 31, элемент 32 запрета, формирователи 33, 34 и 35 импульсов, элемент НЕ 36, лок 37 формирования эталонных интервалов, содержащий, элемент И 38, делитель 39 частоты, триггер 40, элемент И 41, умножитель 42 частоты и сЧетчики 43, А4; элементы ИЛИ 45, 46.

Выход генератора 1 подключен к первым входам элемента И 3, микро- ЭВМ 31, элементов И 27,28,38, эле-

л-

делитель 39 частоты, триггер 40, элемент И 41, умножитель 42 частоты и счетчики 43, 44; элементы ИЛИ 45, 46. Микроэвм 31 осуществляет коррекцию результатов измерения отрезка времени между интервальным и выделен ным счетным импульсами и выдает ис-; комое значение временного интервала,, что обеспечивает повышение точности измерения. 4 з-п. ф-Лы, 2 ил.

5

в.

еты

. ): 35

40

20

25

ментов И-НЕ 19,20, к вторым входам . элементов И-НЕ 9, Ш и входу умножителя 42 частоты, выход которого сое- динен с первым входом элемента И 41, второй вход которого подключен к выходу триггера 40, а выход - к входу счетчика 43, входы разрядов.которого соединены с выходами разрядов счетчика 44, счетный вход которого соединен с выходом счетчика 43, R -входом триггера 40, и вторыми входами злемен- тов ИЛИ 45, 46, первые входы которых подключены соответственно к выходам формирова г-.лей 34 и 35 соответственно, первые входы которых объединены и соединены с выходом элемента НЕ 36, вход которого подключен к первым входам элементов И-НЕ 13, 14, второму входу элемента И 38 и выходу микро- ЭВМ 31, второй, третий, четвертый и ;Пятый входы которой соединены с выходами соответственно счетчика 4, счетчика 29, счетчика 30 и формирователя 33 импульсов, вход которого подключен к выходу элемента 32 запрета, . первый вход которого соединен с выходом преобразователя 25 и вторьм входом элемента И 27, выход которого соединен с входом счетчика 29, второй вход элемента 32 запрета подключен к выходу преобразователя 26 и второму .входу элемента И 28, выход которого подключен к входу счетчика . 30, выход элемента ИЛИ 45 подключен . к Л -входам триггеров 7 и 23,5-входы триггеров. 7 и 8 объединены и подключены к С -входу триггера 40 и выходу делителя 39, вход которого соединен с выходом элемента И 38, выход элемента ИЛИ 46 подключен к S -вхо-

31241

ам триггеров 8 и 24, И. -входы тригеров 23, 24 подключены к выходам лементов И-НЕ 19,- 20 соответствено, второй вход элемента И-НЕ 19 одключен к выходу триггера 17 и второму входу элемента И 3, третий вход которого соединен с инверсным выходом триггера 18, С -вход которого подключен к выходу элемента И 16, первый вход ко.торого подключен к вы- to ходу элемента И-НЕ 14, а второй вход соединен с выходом элемента И-НЕ 10 с входом триггера 12, вторые входы формирователей 34 и 35 подключены соответственно к шинам Старт и Стоп «|; импульсов.

В качестве микроЭВМ 31 может быть использован контролер программиру б- мый универсальней КПУ Электроника К1-20.

В исходном состоянии все счетчики установлены в нуль. Триггеры 7, 8, 17 и 18, 40; держат в закрытом состоянии соответственно элементы 9, 10, 3 и 19, 20, 41, триггеры 11, 12 25 установлены в нуль, элементы К 27 и 28, управляемые соответственно преобразователями 25 и 26, закрыты, а г элемент 32 закрыт. На j) -входы триггеров 7, 8, 11, 12, 17 и 18 постоян- но подан уровень логической .

В режиме калибровки осуществляется линейная аппроксимация функции- преобразования Т (t) преобразователей 25 и 26 масштаба времени отрез- 35 ков t и tp (фиг.2) путем определ - ния к одов Т (tj) функции преобразования в точках эталонных интервалов

20

Ч п ,2,3,4,

число точек аппроксимации функции преобразования; ,3,4.... - число, показывающее деление периода на рав-. ные части), которые заносятся в память микроэвм 31, После грубого из-. 5 мерения временного интервала tp. N- Zo и отрезков времени tj и t на этапе коррекции с помощью микро- ЭВМ сравниваются коды значений Т (ty) ,

TC (t ) функций преобразования с ко- 50

( (j

дами Т, () значений в его памяти.

выявляются два ближайших кода , для tj и I n , TV(LH) для из условия Tjii TjCt,). Isfi,f и 55

fi, Р (р) 4 TF(VH после чрго

осуществляется коррек11Ия отрезков

ti tf и вычисление конечного резуль

to «|;

5

5

0

Q

5

1854

тата измерения временного интервала tf по формулам

.. ;11гШ -) - « - -liji i

ts, - tf , где t,- t, .Uill5 .,„„„

значений i-ro и i+1-го эталонных ин-, тервалов;

Т; , Т- . - коды значений функtr tfV

ции преобразования в точках эталонных интервалов t и t ;

Т, , Тр - коды значений функции преобразования отрезков tj, t ;

t, ,t - коды скорректированных значений времени tj, t .

Процесс калибровки начинается с момента подачи от микроЭВМ 31 сигнала (фиг.26) через элемент НЕ 36 на формирователи 34 и 35, запрещающего прохождение соответственно Старт и импульсов 5 и f на элементы ИЛИ 45 и 46, И-НЕ 13 и 14 и элемент И 38, открывая его, в результате чего счетные импульсы (фиг.2а) с генератора I будут проходить на делитель 39 (фиг.2в). .Первый импульс с делителя 39 (фиг.2г) устанавливает, триггер 40 в единичное состояние, сигнал с которого (фиг.2д) открывает элемент И 41. Сигнал с делителя 39 также поступает на -вход триггеров 7 и 8. Элемент И 41 пропускает импульсы (фкг.2 е), следующие с периодом to /п, с умножителя 42 на вход счетчика 43 (фиг.2 ж). Как только в счетчике 43 число импульсов станет равным A+l, где А - код счетчика 44, поступающий с его И1 юрма- ционных выходов на управляющие входы счетчика 43, счетчик 43 вьграбатывает импульс (фиг.2 а), который устанавливает триггер 40 в нулевое состояние , в результате чего закрывается элемент И 41, а счетчик 44 - в состояние на единицу большего предащуще- го. Импульс (фиг.2 з) со счетчика 43 через элементы ИЛИ 45 и 46 переключает триггеры 23 и 24, формирующие начало интервалов дпительностью t и 4. .;- ..

Поступающий с делителя 39 импульс (фиг.2 г) на С-входы триггеров 7 и 8 переключает их (фиг.2 и), в результате чего открываются элементы

И-НЕ 9 и 10, через которые первые прошедшие импульсы (фиг.2 к) с генератора 1 переключают триггеры 11 и 12 в состояние (фиг.2 л), при котором сигналы с выходов элементов И-НЕ 13 и 14 (фиг.2 м) открывают эле менты И 15 и 16. Соответственно последующий импульс с генератора I, про шедший через элементы И-НЕ 9 и 10, И 15 и 16, переключает триггеры 17 и 18 в состояния, при которых сиг- налы с выходов триггеров (фиг.2 о) открывают элементы И-НЕ 19 и 20 и закрывают (фиг.2 п) элемент И 3. .Пер выми импульсами с генератора 1, прошедшими через элементы И-НЕ 19 и 20 (фиг.2 р), триггеры 23 и 24 переключаются в исходное состояние, заканчивая формирование интервалов дпительностью tj и tp.

Импульсы дпительностью tj и t,, сформированные триггерами 23 и 24 (фиг.2с), преобразовываются в К раз преобразователями 25 и 26 и заполняются счетными импульсами с генератора 1, прошедшими через элементы И 27 и 28. Число импульсов на интервалах длительностью Ktj и Ktp фиксируются счетчиками 29 и 30 емкостью ЗК. По окончании действия импульсов Kt иKtp закрываются элементы И 27 и 28, а через элемент 32 запрета и формирователь 33 импульса в микроЭВМ 31 поступает импульс (фиг.2 т) обеспечивающий перепись результатов измерений из счетчиков 4,29 и 30 в микро ЗВМ 31 и установку в исходное состояние триггеров 7, 8, 11, 12, 17,, 18, .23, 24 и 40, а также счетчиков 4, 29 и 30. :

С приходом следующего импульса с делителя 39 частоты переключаются триггеры 7, 8 и 40, при этом сигнал с последне го открывает элемент И 41 , который пропускает импульсы с умножителя 42 на счетчик 43. После того как в счетчике 43 код станет равным А+1 (), поступающему по шинам управления со счетчика 44, он в ыработа ет импульс (фиг,2з), Который установит триггер .40 в нулевое состояние а счетчик 44 - в состояние на единицу больше предыдущего, а также, пройдя через элементы ИЛИ 45 и 46, переключит триггеры 23 и 24. СформированТо

ные импульсы t, - 5 п

и t - Гс

преобF п разовываются в fc, раз преобразователя10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ми 25 и 26, а счетчики 29 и 30 зафиксируют количество импульсов, прошедших через элементы И 27 и 28 за интервалы времени длительностью

K(t, - ) и К (t - -). По окон- п п .

чании преобразований через элемент 32 запрета и формирователь 33 в микро- ЭВМ 31 поступает импульс, обеспечива - пций перепись результатов измерений из счетчиков 4, 29 и 30 в память мик- роЭВМ 31 и установку в исходное состояние триггеров 7, 8, 11, 12, 17, 18, 23, 24 и 40, а также счетчиков 4, 29 и 30. Продесс калибровки будет продолжаться до тех пор, пока состояние счетчика 44 не станет равным 2п. По окончании калибровки нулевым, потенциалом, приходящим с микроЭВМ 31 через элемент НЕ 36, открываются формирователи 34 и 35 интервальных импульсов, и через элементы И-НЕ 13 и 14 - элементы И 15 и 16, после чего измеритель временных интервалов готов к измерению временных интервалов , ограниченных Старт и Стоп импульсами.

С приходом стартового S импульса, проходящего через формирователь 34 и элемент ИШ 45, переключаются : триггер 23, формирующий начало интервала длительностью t,.и триггер 7, откры- элемент И-НЕ 9. Первый счет- ный импульс, прошедший через элементы 9 и 15, переключает триггер 17, разрешающий прохождение счетных импульсов с генератора 1 через элементы И 3 и И-НЕ 19 соответственно на сче тчик 4 и триггер 23. Последний переключается прошедшим счетным импульсом в исходное состояние, в результате чего заканчивается формирование отрезка tj, ограниченного стартовым и счетным импульсами. Преобразованный в К. раз преобразователем 25 отрезок времени tr заполняется счетными импульсами, следующими с генератора 1 через злемент И 27, которые фиксируются счетчиком 29 емкостью 3jC. Аналогично, с приходом стопового римпульса, проходящего через формирователь 35 и элемент ИЛИ 46, происходят процессы по выделению отрезка времени t, с той лишь разницей, что переключение триггера 18 закрывает, элемент И 3, прекращая прохождение счетных импульсов на счетчик 4. Выделенный интервал длительностью tp , преобразуется в К раз преобразователем 26, а затем заполняется счетными импульсами с генератора 1, прошед шими через элемент И 28, которые фик сируются счетчиком 30 емкостью ЗК. По окончании преобразования отрезков, tj и tp с преобразователей 25 26 через, элемент 32 запрета и формирователь 33 разрешения коррекции в микроэвм 31 поступает импульс, обеспечивающий перепись результатов изме

рений из счетчиков 4, 29 и 30 в память микроэвм 31 и установку в исход ное состояние триггеров 7, 8, 11, 12 17 и 18. Затем микроЭВМ 31 осуществляет коррекцию peзyльtaтa измерения отрезка времени между интервальным и выделенным счетным импульсами в ка-, нале стартового и стопового импуль- сов, для этого выбираются по полученным значениям кода измеренного отрезка времени коды двух ближайщих -значений измеренных эталонных интервалов, один из которых меньше, а дру гой больше полученного значения кода, определяет произведение разности полученного значения кода и выбранного меньшего значения кода измеренного эталонного интервала и частного от разности двух выбранных ближайших кодов эталонНы-х интервалов и разности соответствующих значений измеренных этих эталонных интервалов суммирует полученный результат с выбранным меньшим значением кода эталонного .интервала, а также суммирует скорректированное значение результата измерения отрезка времени в ка-

нале стартового импульса с результатом грубого измерения и вычитает из полученного результата скорректированное значение результата изме-. рения отрезка времени в канале, сто- пово.го импульса и выдает искомое значение временного интервала.

Формула изобретения

1. Измеритель временных интерэа- лов, содержащий генератор счетных импульсов, выход которого соединен с первым входом блока грубого измерения и первьв и входами первого и второго блоков точного измерения, о т - личающийся тем, что, с .целью повышения точности измерения, в него введены элемент запрета, три

10

15

20

25

30

35

0

5

0

формирователя импульсов, блок форйи-i рования эталонных интервалов, элемент НЕ, микроэвм, два блока устранения неоднозначности и два элемента ИЛИ, причем выход генератора счетных импульсов соединен с первыми входами обоих блоков устранения неоднозначности и блока формирования эталонных интервалов и микроЭВМ второй вход которой соединен с выходом блока грубого измерения, а тре- т ий и четвертый входы подключены к первым выходам соответственно первого и вт ррого блоков точного измерения, вторые выходы которых подключе- нь1 к инверсному и прямому входам соответственно элемента запрета, выход которого через первый формирователь импульсов соединен с пять1М входом микроэвм, выход которой соединен с вторыми входами обоих блоков устранения неоднозначности и блока формирования эталонных интервалов непосредственно и через элемент НЕ - с первыми входами второго и третьего формирователей импульсов, вторые входы которых соединены соответственно с шинами Старт и Стоп, выходы второго и третьего фо{; ирова- телей импульсов соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых объединены и соединены с первым выходом блока формирования этап лонных интервалов, второй выход которого соединен с третьими входами блоков устранения неоднозначности, выход первого элемента ИЛИ соединен ,с четвертым входом первого блока.устранения неоднозначности и вторым входом первого блока точного измерения, третий вход которого подключен к первому выходу первого блока устранения неоднозначности, второй выход которого соединен с вторым входом блока грубого измерения, выход второго элемента ИЛИ соединен с четвертым входом второго блок-а устранения неоднозначности и вторьт входом второго блока точного измерения, третий вход которого подключен к первому выходу второго блока устранения неоднозначности, второй выход которого подключен к третьему входу блока грубого измерения.

2. Измеритель по п.1, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что каждый блок устранения неоднозначности со

держит три триггера, три элемента И-НЕ и элемент И, «тричем выход первого триггера подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, второй вход которого является первым входом блока и соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, выход которого является первым в4 1ходом блока, а второй вход, подключенный к выходу второго триггера, является вторым выходом блока, второй вход которого соеданен с первым входом третьего элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом третьего триггера а.;выход подключен к neipBowy входу элемента И, второй вход которого подключен к С -входу третьего триггера и выходу первого элемента И-НЕ, а выход элемента И соедниён с О -входом второго триггера, третий и четвертый входы блока соединены соответственно с С- и S -входами первого триг гера, D -входы всех триггеров объеди нень и подключены к шине логичес

кой I.

3. Измеритель по п.1, о т л и - ,ч а ю щ и и с я тем, что блок формирования эталонных интервалов содержит два элемента И, делитель час- таты, триггер, два счетчика и умножитель частоты, первый вход блока подключен к пе рвому входу первого элемент И непосредственно и через умножитель частоты к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, а выход -,со счетным входом первого

0

0

5

0

5

счетчика, входы разрядов которого соединены с выходами разрядов второ- го счетчика., а выход подключен к счетному входу второго счетчика, первому выходу блока и t-входу триггера, б -вход которого соединен с вторым выходом блока и выходом де- лителя частоты, вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом блока. ,

4-. Измеритель по п. 1, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, каждый блок точного измерения содержит триггер, счетчик импульсов, преобразователь масштаба времени и элемент И, причем первый вход блока соединен с первым входом элемента И, второй вход .которого подключен к второму выходу блока и выходу масштабного преобразователя, а выход - к входу счетчика импульсов, выход которого является первым выходом блока, второй и третий входы которого соединены соответственно с S и R, -входами триггера, выход которого подключен к входу преобразователя масштаба времени.

5. Измеритель по п.1, от л и - чающий ся тем, что блок ГРУ бого измерения содержит счетчик им- пульсов и элемент И, первый, второй и третий входы которого являются соответственно, первым, вторым и треты им входами блока, а выход соединен с входом счетчика, выход которого является выходом блока.

Редактор М.Бандура

Составитель Л.Плетнева

Техред о.Сопко Корректор В.Бутяга

Заказ 3486/41Тираж 338 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

Изобретение может быть использовано в измерительной и вычислительной технике, автоматике и приборостроении для измерения временных па- раметров импульсных сигналов. Целью изобретения является повышение точности измерений. Устройство содержит генератор 1 счетных импульсов, блок 2 грубого измерения, содержащий эл-емент И 3 и счетчик 4 грубого измерения, блоки 5 и 6 устране1шя неод нозначности, каждый из которых со-i держит, триггеры 7 (8), 11 (12) и