Устройство для измерения средней длительности временных интервалов Советский патент 1989 года по МПК G04F10/04 

ел

о

О)

NU

00

СО

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения средней длительности временных интервалов. Цель изобретения - повышение быстродействия путем совмещения во времени процессов измерения и вычисления. Устройство для измерения средней длительности временных интервалов содержит генератор 1 импульсов, формирователь 2 импульсов, селектор 3, синхронизатор 4 пуска, вход 5 устройства, блок 6 управления, делитель 7 частоты. Для достижения цели в устройство введены первый 8 и второй 9 суммирующие счетчики, вычитающий счетчик 10, причем делитель 7 частоты выполнен управляемым. Селектор 3 содержит RS= триггер 13, элемент 2И-НЕ 14 и элемент 2ИЛИ-НЕ 15. Блок 6 управления содержит первый 16, второй 17, третий 18 триггеры, счетчик 19, элемент ИЛИ 20. Вариант делителя 7 частоты содержит регистр 21, элемент И-НЕ 22, вычитающий счетчик 23, элемент задержки 24. Введение новых элементов и новых связей между элементами устройства позволяет достичь цель изобретения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фи2.1

3150

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения средней длительности временных интервалов.

Целью изобретения является повышение быстродействия работы устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения средней длительности временных интерна- лов; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство для измерения средней длительности временных интервалов содержит генератор 1 импульсов, фор- мирователь 2 импульсов, селектор 3, синхронизатор 4 пуска, вход 5 устройства, блок 6 управления, делитель 7 частоты, первый 8 и второй 9 щие счетчики, вычитающий счетчик

10, выход 11 устройства, вход 12 сброс устройства.

Селектор 3 содержит RS-триггер 13, элемент 2И-НЕ 14 и элемент 2ИЛИ-НЕ

16,второй 17 и третий 18 триггеры, счетчик 19 и элемент ИЛИ 20.

Делитель 7 частоты может быть выполнен на регистре 21, элементе И-НЕ 22, вычитающем счетчика 23 и элементе 24 задержки.

Вход 5 Пуск устройства является входом синхронизатора 4 пуска, а его счетный вход, соединенный с первым входом селектора 3, соединен с выходом формирователя 2, первый вход блока 6 соединен с выходом синхронизатора 4 пуска, счетный вход депителя 7 соединен с первым выходом селектора 3, второй вход которого соединен с первым выходом блока 6 управления, а третий вход - с выходом генератора 1 импульсов. Первые входы счетчиков 8 и 9 соединены с вторым выходом блока 6 управления, выход счетчика 10 соединен со вторым входом блока 6 управления, третий выход которого соедине с управляющим входом делителя 7 частоты, выход которого является выхо- дом 11 устройства. Группа информационных входов соединена с группой выхдов счетчика В, счетный вход которог соединен с вторым выходом селектора 3, первый выход которого соединен со счетным входом счетчика 10, группа информационных входов которого соединена с группой выходов счетчика 9.

5 0 5 0 5

0

Счетный вход последнего соединен с третьим выходом селектора 3, второй выход которого соединен с входом V (Занесение) счетчика 10, третий вход - с третьим входом блока 6 управления, четвертый вход которого, соединенный с R-входом синхронизатора 4 пуска, с четвертым входом селектора 3, с объединенными установочными входами счетчика 10 и делителя 7, является входом 12 Сброс устройства .

В селекторе 3 первый и второй входы триггера 13 являются первым и четвертым входами селектора, третий вход триггера 13 объединен с первыми входами элементов 2ИЛИ-НЕ 15 и 2И-НЕ

14и является третьим входом селектора. Второй вход элемента 2ИЛИ-НЕ

15является вторым входом селектора, первым, вторым и третьим выходами которого являются соответственно выход элемента 2ИЛИ-НЕ 1,5, выход триггера 13, объединенный с вторым входом элемента 2И-НЕ 14, и выход элемента

2И-НЕ 14.

В блоке 6 управления первым, вторым, четвертым и третьим входами блока управления являются первые входы соответственно триггеров 16-18 и счетчика 19, первым и третьим выходами - соответственно первый и второй выходы триггера 17, а вторым выходом выход элемента ИЛИ 20, первый вход которого соединен с выходом триггера 18, а второй вход, объединенньш с вторым входом триггера 18, соединен с вторым выходом счетчика 19, первый выход которого соединен с вторым входом триггера 17, третий выход - с вторым входом триггера 16, выход которого соединен с вторым входом счетчика 19. 1

В делителе 7 частоты выход счетчика 23, объединенньш с первым входом элемента И-НЕ 22, является выходом делителя 7, управляющим, счетным и установочным входами которого являются соответственно вход регистра 21, объединенный через элемент 24 задержки с вторым входом элемента И-НЕ 22, счетный вход счетчика 23 и R-вход счетчика 23. Группой информационных входов делителя являются входы регистра 21, выходы которого соединены с информационными входами счетчика

515

23, вход Занесение которого соединен с выходом элемента И-НЕ 22.

Синхронизатор 4 может быть выполнен на триггере типа D, причем устанавливается в 1 по входу S, а сбрасывается в О по входу С (D-ВХОД соединен с логическим О) от перепада 1-0. Срабатьшание D-триггера по счетному входу от перепада 1-0 достп- гается, например, подключением к счетному входу С элемента НЕ (не показан) .

В вычитающих счетчиках 10 и 23 (двоичные реверсивные счетчики с па- раллельным заносом) вход 11 необходимо соединить с логическим О устройства, организуя этим режим вычитания В этих счетчиках в режиме вычитания (в момент нахождения в них ненулево- го кода) на выходе Перенос потенциал 1 и потенциал О (в момент нахождения в них нулевого кода). Поэтому в счетчике 10 выход Перенос соединен с R-входом триггера 17 че- рез элемент НЕ (фиг. 1). Этим обеспечивается сброс триггера 17 в момент перехода счетчика 10 через О,

На фиг. 2 приведены следуюпще обозначения; а- сигнал на выходе форми- рователя 2; 5- сигнал на входе 12 Сброс устройства; в - сигнал на выходе триггера 18 г- сигнал на входе 5; - сигнал на выходе синхроШ1зато- тора 4; е - сигнал на выходе тригге- ра 16i ж - сигнал на выходе элемента 2И-НЕ 14, J- сигнал на выходе элемента ИЛИ 20 и- эпюра, пока- зьшающая нарастание кода счетчика 8; k - сигнал на выходе триггера 17 л - сигнал на выходе элемента И.Г1И-НЕ 15; сигнал на выходе счетчика 10 Н - сигнал на выходе 11 устройства; п - эпюра, показьшающая нарастание кода счетчика 9.

Устройство работает следукнцим образом.

За время измерения вычисляются сумма длительностей и число временных интервалов, приходящих с выхода формирователя 2. В момент начала всех измере ий, начиная с второго, информация о предьщущих измерениях поступает в вычислительный блок (вьшапнен- ный в виде вычитающего счетчика 10 и зшравляемого делителя 7 частоты) и устройство, не прекращая процесс текущего измepe ия, вьпшсляет среднюю длительность временных интервалов.

36

пришедших с формирователя 2 за .время предьдущего измерения. При этом в первом измерении результат предыдущего измерения не вычисляется. Время измерения задается импульсами Пуск, приходящими с входа 5 устройства (фиг. 2 7) на S-вход синхронизатора 4 пуска. Синхронизатор 4 устанавливается в состояние 1 от импульса Пуск и сбрасывается в О от заднего фронта временного интервала (перепад 1-0), поступающего с фop D poвaтeля 2. Благодаря этому за время измерения (определяемое двумя следующими один за другим перепадами 0-1 потенциала на выходе синх1 о- низатора 4 (фиг. 2j) в устройстве не происходит потери полезной информации .

В исходньп момент времени на вход Сброс приходи импульс (фиг. 26), который устанавливает счетчики 8, 9, 10, 23, синхронизатор 4, триггер 17 в состояьше О, а триггер 18 - в 1. Затем первый импульс Пуск с входа 5 подготавливает устройство к работе. В момент действия импульса Сброс (фиг. 2) на вход 12 триггер 13 заблокирован по входу R и на выходе элемента 14 появляется потенциал высокого ровня (фиг. 2). После сняти - блокировки триггер 13 (в момент прихс- да на вход U импульса с выхода рователя 2) открывает элемент 14 (фиг. 2ж) и на выходе его появляет-.я пачка импульсов, число п, коч орьг.х равно

т П| ---, i 1,2,...,N,

где Т,; - д. гительность неизрестного

временного И1гтервала; Т с - период следования импульсо

на выходе генератора 1, т.е. пропорционально длительности исследуемого временного интериааа.

Первое измерение начинается в момент прихода импульса Пуск на вход 5 (фиг. 2г) . В этот момент синхронизатор 4 устанавливается в ). Это состояние продолжается до тох пор, пока на счетном входе синхронизатора 4 не возникнет перепад поте11циала 1-0 (приход заднего фронта импулы:а с выхода ,я-1 еля 2), тогда син- xpohii3aTop устанавливается в состояние О и на его выходе гюзникает пе- ( впах: потенциала 0-1 (фиг. 2д) . В

этот момент триггер 16 устанавливается в 1 (на его входе потенциал 1) и счетчик 19 разблокируется. На выходах его появляются сдвин%тые один от- носительно другого по времени импульсы: вначале на первом выходе, затем на втором и на третьем. Импульс с первого выхода устанавливает триггер 17 в 1 (в первом измерении он сразу же сбрасывается в состояние О). Импульс с второго выхода сбрасывает триггер 18 в О (фиг. 2 б), разблокируя этим счетчики 8 и 9 (по входам R). Благодаря тому, что счетчики 8 и 9 в исходный момент заблокированы, при занесении нулевого кода из счетчика 9 в счетчик 10 на выходе его остается уровень 1 (фиг. 2м), триггер 17 остается в состоянии О и вычис- ления результата предьдущего измерения не происходит. В нулевом Ьостоя- нии вычитающих счетчиков 10 и 23 на их выходах Перенос состояние О, поэтому для установки триггера 17 в О в моменты нахождения счетчика 10 в нулевом состоянии необходимо на выходе Перенос счетчика 10 поставить :.лемент НЕ (фиг. 1).

Импульс с третьего выхода счетчи- 10 сбрас1:1пает триггер 16 в О {фиг. 2е). Триггер 16 находится в сос гоят« 1 в течение времени, равного нескольким периодам Т частоты reHepai opa 1, т.е. в промежуток време I M между приходами двух следующих одн { за другим временных интервалов (фиг. 2 ч, между 5-м и 6-м И1ггервала- мй). Поэтому описанные управляющие опера ц и не приводят к потере полез- иой информации и все временные интер- уалы, приходящие с выхода формирователя 2 за время измерения, измеряются

Дальнейшая работа происходит следующим образом. С выхода элемента 14 на пход счетчика 9 поступают пачки из п импульсов, которые суммируются в счетчике 9. Одновременно счетчик 8 подсчитывает число этих пачек. При зтом, поскольку триггер

17 находится в нулевом состоянии и на его выходе (Q) - высокий потенгш ал, то счетчик 10 (по входу V) находится в режиме пара- шельного занесения и в нем после прихода очередной пачки п оказывается число

п

+ п +

+ п

N

так как Т,, cnj.

0 5

о Q

5

0

П (Т,-ь Т,,- ... + Т),

о

где Т)(, - первый анализируемый временной интервал; Т, - второй анализируемый временной интервал; Т - N-й анализируемый временной

интервал.

Это число пропорционально сумме средних длительностей, пришедших за время измерения временных интервалов.

Первое измерение завершается в момент прихода второго импульса на вход 5. К моменту его прихода в счетчиках 9 и 10 находится код п суммы длительностей временных интервалов, пришедших с формирователя 2 за время первого измерения (т.е. между первым и вторым импульсами, пришедшими на вход 5), а в счетчике 8 - код N числа временных интервалов, пришедших за время измерения. Синхронизатор 4 от импульса, пришедшего с входа 5, устанавливается в 1, а от перепада 1-0, возникшего в момент прихода заднего фронта очередного импульса с выхода формирователя 2, сбрасывается в ноль (фиг. 2 5). В этот момент срабатывает триггер 16 (фиг. 2е) и разблокирует счетчик 19, который формирует три сдвинутых один относительно другого импульса. Первый из них устанавливает триггер 17 в 1, начиная этим процесс вычисления, а второй, сбрасывая счетчики 8 и 9, подготавливает их для второго измерения, которое происходит так же, как и описанное вьше.

Третий импульс сбрасьшает триггер 16 в состояние О.

При этом время измерения определяется моментами срабатывания синхронизатора 4 (фиг. 2) - перепадом 0-1 на его вьсходе. От этих перепадов происходит срабатывание триггера 16, управляющего счетчиком 19. Моменты возникновения перепада (0-1) на выходе ситсронизатора 4 синхронизированы с задними фронтами временных интервалов, поступающих с выхода формирователя 2 (фиг. 2a,(j). Поэтому в устройстве не происходит потери информации, связанной с асинхронным приходом импульса Пуск (фиг. 2а,г).

Второе измерение происходит аналогично первому. Вначале происходит

915

установка триггера 17 (фиг. 2) в 1, при этом процесс параллельного

занесения в счетчик 10 прекращается I

и в нем оказывается код п д ---(Т,,

TO

+Т .. .,) . Одновременно в регистр 21 заносится код N, затем счетчики 8 и 9 сбарсываются и на их входы начинают поступать пачки импульсов ана- логично описанному выше.

Процесс вычисления происходит следующим образом.

После установки триггера 17 в 1 происходит разблокирование элементов 15 (фиг. 2л) и 22. На вход счетчика 10 начинают поступать ижтульсы, уменьшающие его содержимое. Эти импульсы (фиг. 2) поступают одновременно на делитель 7 частоты, в кото- ром установлен коэффициент деления N. Таким образом, на вход делителя 7 поступает пачка с числом импульсов

п ,,-t- T,,H-..., а в нем

установлен коэффициент деления N. В течение вычисления на вькоде делителя 7 оказывается пачка (фиг. 2н) с числом импульсов, равным п ср средней длительности временных интервалов поступивших за время измерения с формирователя 2.

ср

отсюда

т т Т XI Тд г+. . .+T)iN

т.е., зная Т, по числу определяют Т(.р . Например при Т 1 мс, если Пер 10, то 10 мс, остальные измерения происходят аналогично описанному вьш1е.

Управляемый даритель 7 частоты работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 23 находится в О (фиг. 2н) и на его счетный вход им11ульсы не поступают (фиг. 2л), на управляющем входе V Занесение - высокий потенциал (так как триггер 17 в нуле). В момент установ- jKH триггера 17 в 1 в регистр 21 за- письшается код N из счетчика 8. При зтом благодаря элементу 24 задержки, на выходе элемента 22 потенциал О появляется ке сразу после установки триггера 17 в 1, а с задержкой.

5

Q

r 0

о

5

0

5

Q

3310

достаточной дпя уверенной записи информации из регистра 21 в счетчик 23 .| Поэтому в счетчик 23 записывается вначале код N из регистра 21, а затем на его входе V появляется ноль, и счетчик переходит в режим счета. При этом на его счетный вход начинают поступать иътульсы с рыхода элемента 15 (фиг. 2л). Содержимое счетчика 23 линейно убьгоает, и в момент перехода его через ноль на выходе элемента 22 появляется потенциал 1, который опять заносит код N из регистра 21 в счетчик 23. На выходе делителя, являющемся выходом 11 устройства, при этом пояапяется импульс.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока содержимое вычитающего счетчика 10 не дойдет до нуля. В этот момент на его выходе Перенос устанавливается нулевой потенциал, которьш (через элемент НЕ) устанавливает триггер 17 в О (фиг. 2k). На этом вычисление завершается. В процессе вычисления на выходе 11 появляется пачка (фиг. 2н), число им,пульсов в которой равно - 11

Пер-

В предлагаемом устройстве по сравнению с известным повышено быстродействие, так как процессы измерения и вычисле ШЯ происходят одновременно, т.е. все измере ия, начиная с второго, происходят oднoвpe ,ш- но с вычислением результата предьщу- Щ Эго измерс1шя. Это позволяет производить процесс измерения непрерывно, и информация при этом не теряется.

Кроме этого, laHeceHiie кода п из счетчика 9 н счетчик 10 в предлагаемом устройстве .может осуществляться со сдвигом, для этого младшую тетраду входов счетчика 10 надо соедирить с общей шиной, первую тетраду выходов счетчика 9 - с второй тетрадой входов счетчика 10, вторую тетраду выходов счетчика 9 - с третьей тетрадой входов счетчика 10 и т.д. Это дает возможность перезап1гсать код п с умножением, например, на 16, что приводит к 11овьш1ению точности при вычислении остатка от деления в делителе 7 частоты.

Формула изобретения 1. УСТРОЙСТВО для измерения сред- и.;й длительности временньпс интерналов, содержащее генератор иьтульсов, формирователь импульсов, селектор, синхронизатор пуска, S-вход которого является входом Пуск устройства, а счетный вход, соединенный с первым входом селектора, соединен с выходом формирователя, блок управления, первый вход которого соединен с выходом синхронизатора пуска, делитель частоты, счетный вход которого соединен с первым выходом селектора, второй вход делителя частоты соединен с первым выходом блока управления, а третий вход - с выходом генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия измерения, введены дополнительно первый и второй суммирукяцие счетчики, вычитающий счетчик, выход которого является вторым входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом делителя частоты, выход которого явлйется

выходом устройства, а группа информа- 25 равления содержит первый, второй и

ционных входов соединена с группой выходов первого суммирукнцего счетчи- |ка, счетный вход которого соединен с вторым выходом селектора, первьй выход которого соединен со счетным вхо дом вычитающего счетчика, группа ин- формационнык входов которого соединена с группой выходов второго суммирующего счетчика, второй вход которого соединен с третьим выходом селектора, второй вход которого соединен с V-входом вычитающего счетчика, третий вход соединен с третьим входом блока управления и с выходом генерат :ч а импульсов, четвертый вход блока управления соединен с R-входом синхронизатора пуска, с четвертым вхдом селектора, с объединенными входами сброса вычитающего счетчика и де

лителя частоты, R-входы первого и второго суммирующих счетчиков объединены и являются вторым входом блока управления.

2ИЛИ-НЕ, первый и второй входы триггера являются первым и четвертым входами селектора, третий вход триггера, объединенный с первыми входами элементов 2ИЛИ-НЕ и 2И-НЕ, является

третьим входом селектора, второй вход элемента 2ИЛИ-НЕ является вторым входом селектора, первым, вторым и третьим выходами которого являются соответственно выход элемента 2ИЛИНЕ, выход триггера, объединенный с вторым входом элемента 2И-НЕ, и выход элемента 2И-НЕ.

5

третий триггеры, счетчик и элемент ИЛИ, первым, вторым, четвертым и третьим входами блока управления являются первые входы соответственно первого, второго, третьего триггеров и счетчика, первым и третьим выходами являются соответственно первый и второй выходы второго триггера, а вторым выходом - выход элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом третьего триггера, а второй вход, объединенный с вторым входом третьего триггера, соединен с вторым выходом счетчика, первый выход которого соединен с вторым входом второго триггера, третий выход соединен с вторым входом первого триггера, выход которого соединен с вторым входом счетчика.

I 1 измерениеi 2 измерение j yusMepenut