Способ измерения длительности периодических импульсов Советский патент 1988 года по МПК G04F10/04 

Вкад

СО

;о о ел

|) 05

.)

1139

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения длительности коротких периодически повторяющихся прямоугольных импульсов.

Цель изобретения - повышение точности измерения длительности периодических импульсов и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы формирования временных интервалов для определения длительности периодических импульсов; на фиг.З временные диаграммы работы устройст

ва, реализующего способ.

Сущность способа заключается в следующем.

Из последовательности измеряемых периодических импульсов длительностью О ц, следующих с периодом Т (фиг. 2 а), образуют путем инвертирования инверсную последовательность измеряемых импульсов (фиг. 2ь). Такую же инверсную последовательность формируют из импульсов опорной частоты длительностью 1 и периодом Т

(фиг. 26), близкой к частоте f

а --

Т..

измеряемых сигналов (фиг. 2 г). Путем сравнения во времени (операция логического перемножения) последовательностей импульсов опорной частоты с измеряемой последовательностью импульсов формируют последовательность пачек импульсов совпадения (фиг.2и). Затем операцией логического перемножения формируют последовательности импульсов совпадения, сравнивая во времени последовательности импульсов опорной частоты с инверсной последовательностью измеряемых импульсов (фиг. 2е) и инверсную последовательность опорной частоты с последовательностью измеряемых импульсов (фиг. 2). Далее выделяют временные интервалы, соответствующие пачкам центральных импульсов совпадения, т .е. импульсов, которые полностью вложены один в другой. Так как при использовании способа измерения периодических импульсов имеется вероятность того, что длительность измеряемого сигнала t может быть больше ил меньше длительности опорной частоты 1 , то предусмотрено использование двух идентичных каналов для формиро

вания этих временных интервалов. Для этого на логические элементы, предto

15

20

25

30

35

40

45

50

назначенные для формирования этих интервалов, в первом канале подают последовательности импульсов опорной частоты и импульсов совпадения (фиг. 2е), а во втором измерительном канале последовательности импульсов измеряемых сигналов (фиг. 2сг) и импульсов совпадений (фиг. 2 а). Центральные импульсы пачек в первом ка-, нале вьделяют путем определения импульсов опорной частоты, которые при сравнении во времени (операция логического перемножения) с последовательностью на фиг. 2е не имеют совпадений. Этому логическому состоянию соответствует временной интервал с нулевым уровнем сигнала на фиг. 2 ж . Формирование временного интервала, соответствующего пачке центральных импульсов во втором канале (фиг. 2 v), осуществляется идентично путем логического перемножения последовательностей импульсов измеряе1 1х сигналов (фиг. 2q) и импульсов совпадений на фиг, 29.

Для формирования временного интервала, соответствующего пачке совпадений измеряемой последовательности, импульсов и последовательности импульсов опорной частоты, осуществляют логическое перемножение последовательностей импульсов измеряемых сигналов (фиг. 2с() и импульсов совпадений на фиг. 2и.

Затем вьделяют моменты взаимного перехода передних фронтов импульсов измеряемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной частоты. Эти моменты формируют по передним фронтам временных интервалов, соответствующих началу пачек центральных импульсов (фиг. ж, j). Моменты взаимного перехода задних фронтов импульсов измеряемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной частоты вьщеляют по передним фронтам первых импульсов в пачках совпадений (фиг. 2и). По моментам указанных взаимных переходов формируют мерные временные интервалы, по которым определяют значение 7 (фиг. 2k).

На диаграмме фиг. 2к показаны сформированные временные интервалы, границы которых соответствуют моменту перехода заднего фронта импульса

измеряемой последовательности относительно переднего фронта импульса опорной частоты. После этого осуществляется подсчет количества импульсов опорной частоты Ы„, заполнивших данный временной интервал. Из этой диаграммы (фиг. 2k) очевидно следующее соотношение для определения длительности импульса ц:

а„- N„41,

(1)

где /)Т IT;; - TJ ----- .

о и

Подставляя в вьфажение (1) значение Т, получают

N„ 11, - TJ N, .1.(2)

о и

Из свойств метода совпадений известно, что если время измерений

берется равным периоду разностной

т - т

частоты Т j-, (т.е. периоду

СИ

следования пакетов совпадений), то между fjj и f имеет место следующее соотношение:

N,fo

Nofu,

где N и N у - количество .периодов

частот fjj и

f между

пакетами совпадений. С учетом этого выражение (2) можно преобразовать следующим образом:

f.-

NO I

|No - N,|

N,

Поскольку для метода совпадений за интервал Т количество импульсов обеих частот „ и fj, отличается на единицу (диаграммы на фиг, 2), то iNg- Nyl 1, а окончательное выражение для

Су имеет вид

Nn/IN - 1 I f

о

NM 1.

где N N

Процесс измерения длительности периодических импульсов заключается в формировании двух временных интер- валов Т периода следования пачек центральных импульсов и Т длительности от начала пачки совпадений импульсов измеряемой и опорной последовательностей до начала пачки центральных импульсов (фиг. 2jt, и, к) и определении искомого значения f согласно следующему вьфажению:

N

(NT- 1) N,

(5)

10

15

2)

20

25

30

35

3)40

45

50

- 55 где Np - цифровой эквивалент извест- ного и заданного значения f,

Таким образом, в качестве границ получаемых временных интервалов используются моменты взаимных переходов относительно друг друга соответствующих задних-передних и передних- передних фронтов импульсов указанных последовательностей. Эти временные интервалы (Т и Т) заполняют опорной частотой и по числу периодов Т на этих интервалах и цифровом эквиваленте N|. определяют значение длительности импульса.

При этом погрешность квантования временных интервалов Т„ и Т., последовательностью импульсов опорной частоты ц уменьшается до величины меньшей, чем лТ, а погрешность от нестабильности J практически исключается, поскольку результат измерения от значения f не зависит. Кроме того, при определении мерных временных интервалов Т„ и Т исключается операция формирования остроконечных импульсов соответствующих передним и задним фронтам импульсов измеряемой и опорной частот, которая вносила погрешность в известном способе,

Устройство для измерения длительности периодических импульсов (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов опорной частоты, делитель 2 частоты с переменным коэффициентом деления, инвертор 3, элемент И 4, инвертор 5, элементы И 6 и 7, формирователь 8 пачки импульсов совпадений, каналы 9 и 10 совпадений, каждый из которых содержит формирователи 11 и 12 коротких импульсов, элементы И 13 и 14 RS-триггеры 15 и 16, элемент И 17 RS-триггер 18, формирователи 19 и 20 коротких импульсов, RS-триггер 21, формирователь 22 коротких импульсов, элемент И 23, RS-триггер 24, элементы И 25 и 26, формирователь 27 коротких импульсов, триггер 28 со счетным входом, элемент И 29, счетчики 30 и 31 импульсов, формирователи 32

51390596

33 коротких импульсов, RS-триггеры 4 и 35, микропроцессор 36.

Выход генератора 1 соединен с вхоисо до до ро дидо со И хо

дом делителя 2 частоты, первый выход которого соединен с первыми входами элементов И 4, 7, 23 и 26, с вторым входом канала 9 совпадений, через инвертор 5 с первым входом элемента И 6 второй выход делителя 2 соединен с входом управления микропроцессора 36 третий выход делителя 2 частоты соединен с входом управления формирователя 8, вход которого соединен с выходом элемента И 7, второй вход кото рого соединен с вторым входом канала 10 совпадений, с вторым входом эЛе- мента И 6, с входной шиной „ и через инвертор 3 с вторым входом элемента И 4, выход которого соединен с первым входом канала 9, выход которого соединен с первым входом элемента И 17, второй вход которого соединен с выходом канала 10, первый вход которого соединен с выходом элемента И 6, выход формирователя 8 соединен с входами формирователей 19 и 20, шина Пуск соединена с S-входом триггера 18, R-вход которого соединен с R-входами триггеров 24, 34 и 35, выходом микропроцессора 36 и вы ходом формирователя 33, вход которого соединен с выходом триггера 28 и через формирователь 32 - с S-входом триггера 35, выход которого соединен с вторым входом элемента И 25, выход которого соединен с счетным входом счетчика 30, выходы которого соединены с первыми входами микропроцессора 36, вторые входы которого соединены с выходами счетчика 31, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 26, второй вход которого соединен с выходом триггера 34,8-вхо которого соединен с выходом элемента И 29, первый вход которого соединен с выходом триггера 24, S-вход которо .го соединен со счетным входом триггера 28 и выходом элемента И 23, первый вход которого через формирова- 22 соединен с выходом триггера 21, S-вход которого через формирова- тель 27 соединен с выходом элемента .И 17, выходы формирователя 20 соединен с R-входом триггера 21, выход триггера 18 соединен с вторьм входом элемента И 23, выход формирователя 19 соединен с вторым входом элемента И 29.

0

с

В каналах 9 и 10 совпадений первый и второй входы канала соединены с соответствующими входами элемента И 13, выход которого соединен с R-входом триггера 15 и S-входом триггера 16, R-вход которого соединен с выходом элемента И 14, первый вход которого соединен с выходом триггера 15, Sвход которого соединен с выходом формирователя 11, вход которого соединен с вторым входом канала 9 и входом формирователя 12, выход которого соединен с вторым входом элемента И 14, выход триггера 16 является выходом канала.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов опорной частоты вьфабатывает последовательность импульсов частотой Е рСона может быть кратна какой-то эталонной частоте), которая подается на делитель 2 частоты с переменным коэффициентом 5 деления, коэффициент которого выбирается таким, чтобы получаемая на выходе делителя частота f (фиг. 3&) незначительно отличалась от измеряе

мой частоты fy (фиг. За).

С выхода делителя 2 последовательность импульсов поступает на элемент И 7, на который поступает последовательность импульсов измеряемых сигналов. На выходе элемента И 7 формируются пачки совпадений (фиг.3 в ), которые поступают на вход формирователя 8 пачки импульсов совпадений на выходе которого образуются протяженные прямоугольные импульсы длительностей Тц, Т ,... .соответственно (фиг, 3 г). Формирователь 8 пред

ставляет собой однотактный ждущий мультивибратор, период релаксации которого выбирается несколько больше периода опорной частоты и,устанавливается сигналом с делителя 2 в зависимости от выбранного коэффициента деления делителя и частоты f. В этом случае с приходом первого импульса пакета формирователь 8 переходит из состояния О в состояние 1 и удерживается в этом состоянии до конца пакета совпадений. С выхода делителя 2 последовательность импульсов опорной частоты f.„ подается на вто- рой вход элемента И 4, на первый

вход которого, через ин вертор 3 пос- тупает последовательность импульсов измеряемой частоты. На выходе злемен

7

та И А формируется последовательность импульсов совпадений (фиг.З,) в которой отсутствуют импульсы, соответствующие центральным импульсам пачек, получаемых на выходе инвертора 7. Одновременно с делителя 2 импульсы опорной частоты через инвертор 5 поступают на первый вход элемента И 6, на второй вход которого поступает последовательность измеряемых импульсов. На выходе элемента И 6 формируется непрерывная последовательность имггульсов совпадений (фиг. Зе), поскольку согласно вре139

менной диаграмме

-С,

Далее последовательность импульсов совпадений с выхода элемента И 4 (фиг. 3) поступает на первый вход канала 9 совпадений, на второй вход которого подается последовательность импульсов опорной частоты f. Второй вход канала 9 совпадений связан с входами формирователей 11 и 12 коротких импульсов и с одним из входов элемента И 13, второй вход которого соединен с первым входом этого канала. Формирователь 11 формирует короткие импульсы, соответствующие передним фронтам импульсов опорной частоты (фиг. 3), которые подаются на S-вход триггера 15, и по приходу каждого из этих импульсов устанавливает его в единичное состояние. Если в течение времени на входе элемента И 13 появляется импульс последовательности совпадений (фиг. 3(), то передним фронтом этог о импульса с выхода элемента И 13 триггер 15 по R-входу перебрасывается в нулевое состояние еще до окончания импульса Сд . Этот же импульс с выхода элемента И 13 подается на S-вход триггера 16 и устанавливает его в единичное состояние. Поскольку для случая, когда за время V на выходе элемента И 13 имеется импульс из последовательности совпадений из фиг. 3 « и триггер 15 перебрасывается в состояние О раньше, чем появляется короткий импульс заднего фронта (фиг. 3 у) с выхода формирователя 12, то элемент И 14 на время поступления импульса с формирователя 12 закрыт и сброс триггера 16 по R-входу не осуществляется .Единичное состояние триггера 16 удерживается (подтверждается) каждый раз, когда в течение очередного импульса длительностью 1о

6

905968

(на вход элемента Н 13 поступает импульс последовательности на фиг.3. Если же за время очередной импульс совпадений на вход элемента И 13 не поступает (эта ситуация соответствует моменту формирования центральных импульсов пачек совпадений на выходе элемента И 7), то триггер 15 по

Q S-входу импульсом с формирователя 11 перебрасывается в состояние 1 и до конца импульса „ его сохраняет (фиг. Зи). При этом элемент И 14 ot- крыт для импульса заднего фронта с

JC формирователя 12, которым триггер

16 по R-входу переводится в состояние О. В состоянии О триггер 16 находится до тех пор, пока не заканчивается пачка центральньгх импульсов

2Q и не появляется первый после него импульс на выходе элемента И 13 (фиг. 3k,). Этот первый импульс после пачки центральных импульсов появляется только при переходе переднего

25 фронта импульса опорной частоты относительно переднего фронта импульса измеряемой частоты. Передним фрсЛ- том триггер 16 по S-входу снова перебрасывается в единичное состояние (фиг. 3«).

Идентичным образом работает и канал 10 совпадений. Однако поскольку последовательность импульсов совпадений на фиг. 3 является непрерьш- ной ( с,

конечного триггера тоянно сохраняется состояние 1 (фиг. 3л). Сигналы с выходов каналов 9 и 10 совпадений подаются на элемент И 17, который повторяет сигнал с выхода триггера 16 канала 9 совпадений.

В соответствии с (5) по команде Пуск триггер 18 опрокидьшается,разрешая прохождение через элемент И 23 короткого импульса, соответствующего переднему фронту сигнала с выхода элемента И 17. Предварительно этот сигнал проходит через формирователь 27 коротких импульсов, триггер 21 и формирователь 22 коротких импульсов Эта цепочка из трех элементов 27, 21 и 22 необходима для предотвращения сбоя, т.е. поступления повторного ,сигнала на элемент И 23 за время Тц формирования пакета совпадений на

55 элементе И 7 (фиг. 3 в). С этой целью на формирователе 20 формируется ко- роткий импульс заднего фронта пакета, которым триггер 21 блокируется до

30

35

40

45

50

у), то на прямом выходе

в канале 10 пос- II. II

конца пакета совпадений и лишь по окончании пакета переводит его в исходное состояние. Первый по счету импульс (после команды Пуск) с выхода элемента И 23 переводит триггер 28 со Счетным входом в единичное сое- тояние, а второй импульс возвращает его в нулевое состояние. При этом формирователи 32 и 33 коротких им- , пульсов, подключенные к выходу триггера 28, выделяют первый и второй импульсы с формирователя 22 в виде коротких импульсов переднего и заднего

таким образом фиксируется количество импульсов, поступивших за время Т„.

Триггер 18 возвращается в исходное состояние импульсом с формирователя 33, т.е. по приходу второго импульса с элемента И 17. Этот же импульс поступает на микропроцессор 36 разрешая обработку полученных N, N и имеющихся кодов Nj в соответствии с (5).

Структурно микропроцессор состоит из ряда регистров чисел, предназначенных для хранения цифровых эквива

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использоваг но для измерения длительности коротких периодически повторяющихся импульсов прямоугольно формы. Изобретение позволяет повысить точность выполняемых измерений и расширить функциональные возможности устройства, реализующего данный способ. Это . достигается за счет исключения влияния нестабильности длительности импульсов опорной частоты на результаты измерений, а также за счет уменьшения погрешности. Устройство, реализующее предложенный способ, содержит генератор 1 опорной частоты, делитель 2 частоты с переменным коэффициентом деления, инверторы 3 и 5, элементы И 4, 6, 7, 13, 14, 17, 25, 26 и 29, формирователь 8 пачки импульсов совпадений, каналы 9 и 10 совпадений, формирователи коротких импульсов 11, 12, 19, 20, 27, 32 и 33, RS-триггеры 15, 16, 21, 24, 34 и 35, триггеры 18 и 28, счетчики импульсов 30 и 31 и микропроцессор 36. 3 ил. сл

фронтов соответственно. Эти импульсы . лентов f. Выбор цифрового эквиваподаются на информационные входы триггера 35, который по приходу импульса с формирователя опрокидьшается и разрешает прохождение через элемент И 25 импульсов опорной частоты в 20 счетчик 30 (фиг. 3«). Триггер 35 остается в опрокинутом состоянии и запись в счетчик 30 продолжается до тех пор, пока на R-вход триггера 35 не поступает импульс с формирователя 33, Таким образом в счетчике 30 фиксируется количество импульсов, определяющих период следования пачек цен25

лента fp зависит от выбранного дели телем 2 коэффициента деления, о котором делитель 2 сообщает в микропр цессор 36. Кроме этого, микропроцес сор состоит из регистра результата блоков программного обеспечения и управления регистрами, схемами определения знака и вычислительного устройства, обеспечивающего возможность расчета выражения (5).

Положительный эффект от использования предлагаемого способа заклю чается в повышении точности результата измерений по сравнению с извес ными измерителями длительности пери дических импульсов.

тральных импульсов Т, (N N,

М„ + 1).

Подсчет количества импульсов за время Тп осуществляется следующим образом. После команды Пуск и прохождения череэ элемент И 23 сигнала, сформированного по переднему фронту первого импульса с элемента И 17, последний поступает на триггер 24, который, устанавливаясь в единичное состояние и с выхода триггера поступая на один из входов элемента И 29, разрешает прохождение через элемент И 29 сигнала, поступающего на второй вход элемента И 29. На второй вход поступает импульс с формирователя 19 коротких импульсов, сформированны по переднему фронту огибающей пачки совпадений центральных импульсов, что соответствует началу временного интервала Т,. С выхода элемента И 29 импульс переднего фронта огибающей печки подается на S-вход триггера ЗА с приходом которого триггер 34 переходит в единичное состояние и разрешает прохождение через элемент И 26 импульсов опорной частоты в счетчик 31. Импульс с выхода формирователя 33 возвращает триггеры 2А и 34 в исходное состояние и элемент И 26 закрывается (фиг. 3м). В счетчике 31

0

5

0

5

0

0

5

5

лента fp зависит от выбранного делителем 2 коэффициента деления, о котором делитель 2 сообщает в микропроцессор 36. Кроме этого, микропроцессор состоит из регистра результата, блоков программного обеспечения и управления регистрами, схемами определения знака и вычислительного устройства, обеспечивающего возможность расчета выражения (5).

Положительный эффект от использования предлагаемого способа заключается в повышении точности результата измерений по сравнению с известными измерителями длительности периодических импульсов.

Повьш1ение точности измерения достигается следующим: уменьшается погрешность измерения У , связанная с исключением при расчете длительности импульса Сд, а также исключается операция формирования последовательностей остроконечных импульсов, соответствующих передним и задним фронтам импульсов исследуемого .сигнала и опорной частоты, которая искажала форму исходных импульсов, участвующих в совпадениях и приводила к не- которьм временным сдвигам, вносившим погрешность в определение тервоначаль- ной длительности импульса.

Расширение функциональных возможностей способа заключается в том, что предлагаемый способ позволяет измерять длительность импульсов

и (, т ty .

Формула изобретения Способ измерения длительности периодических импульсов, основанный на трансформации на низкую частоту временных интервалов, определяющих длительность импульсов путем сравнения во времени последовательностей

импульсов исследуемых сигналов с опорной последовательностью импульсов, выделении пачек полностью совпавших центральных импульсов путем определения моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной частоты и моментов взаимного перехода задних фронтов импульсов этих последовательностей и последующим подсчетом центральных импульсов в пачке совпадений и лмпульсов опорной последовательности от начала первой пачки центральных импульсов до начала следующей за ней второй такой пачки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в пачках совпадений выделяют моменты взаимного перехода

. -Й шНпппппппппппппппппппппг

л п п попппппппппппп п п п п п

п п п п п п п пппплп пяпп п п п п п п п

ипгтгтпппппппппппггппппппппппп.

1П п ПНПППП1П ППППППШЙПШПЛ ППП п П1ПППП1

п I

I п п в

и п п п п п п

IMF nil TL

задних фронтов импульсов исследуемых сигналов относительно передних фронтов импульсов опорной последовательности и моментов взаимного перехода передних фронтов импульсов этих последовательностей, а временные интервалы для определения длительности периодических импульсов формируют путем подсчета импульсов опорной последовательности от момента первого взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемой и опорной последовательностей до момента их второго взаимного перехода и от момента взаимного перехода заднего фронта импульса исследуемой последовательности с передним фронтом импульса опорной последовательности до момента взаимного перехода передних фронтов импульсов исследуемой и опорной последовательностей.

I о п D

II 11 п л л п IL

п п п п п

rOOIJIJLJL

i; тл.

и ч 11 п II п