Цифровой регистратор повторяющихся сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01D9/00 G01D9/02 

г

(Л

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения амплитудных и временных параметров повторяющихся сигналов в широком частотном диапазоне. Поставленная цель - повышение точности измерения - достигается введением в состав устройства компараторов, генератора "быстрого" пилообразного напряжения, источников опорного напряжения, истокового повторителя, мультиплексора, счетчиков, усилителя, триггера, цифроаналогового преобразователя, элементов ИЛИ и ИЛИ-НЕ, усилителя, а также соответствующих связей. 4 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения амплитудных и временных параметров повторяющихся сигналов в широком диапазоне частот.

Цель изобретения - повьпиение точности измерения повторяющихся сигналов.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового регистратора; на фиг. 2 - блок-схема устройства управления; на фиг. 3 - генератор, формирования быстрого пилообразного напряжения,- на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового регистратора..

Структурная схема регистратора приведена (фиг.1) содержит аттенюа- тор 1, устройство выборки и хранения

2,аналого-цифровой преобразователь

3,регистр хранения 4, запоминающее устройство 5, счетчик адреса 6, контрольный цифроаналоговый преобразователь 7, устройство управления 8, первый компаратор 9, счетчик 10, генератор быстрого пилообразного напряжения 11, триггер 12, элемент ИЛИ 13, мультиплексор 14, счетчик кода цифро- аналогового преобразователя 15, цифроаналоговый преобразователь 16, усилитель 17, второй компаратор 18, шину Аналоговый вход 19, шину сигнала Пуск 20, шину сигнала Чтение 21, шину сигнала Сброс 22, цифровой информационный выход регистратора 23, аналоговый информационный выход 24, шину сигнала Готов 25 и шину сигнала Уровень синхронизации 26, причем вход аттенюатора 1 соединен с шиной 19 Аналоговьй вход, а выход с входом устройства выборки и хранения 2 и с неинвертирующим входом первого компаратора 9, выход устройства выборки и хранения

2 подключен к аналоговому входу анаого-цифрового преобразователя 3, упавляющий вход устройства выборки хранения 2 соединен с выходом 2 устройства управления 8, управляющий вход аналого-цифрового преобразователя 3 подключен к выходу 3 устройства управления 8, И14)ормацион- ный выход аналого-цифрового преобразователя 3 заводится на вход данных регистра хранения 4, а управляющий вход последнего соединен с выходом Готовность данных аналого-цифрового преобразователя 3 и одновременно с входом 3 устройства управления 8, а информационный вьтход регистра хранения 4 подключен к входу данных запоминающего устройства 5, адресный вход запоминающего устройства 5 соединен с выходом счетчика адреса 6 и с входом 4 устройства управления 8, счетный вход и вход установки в ноль счетчика адреса 6 соединены с выходами 2 и 5 соответственно устройства управления 8, информационный выход запоминающего устройства 5 соединен одновременно с цифровым входом Контрольного цифроаналогового преобразователя 7 и с шиной 23 Цифровой выход регистратора, выход цифроаналогового преобразователя 7 соединен с шиной 24 Аналоговый выход регистратора, вход управления записью/чтением запоминающего устройства 5 соединен с выходом 4 устройства упрабления 8, инвертирую1Щ1й вход первого компаратора 9 соединен с шиной 26 Уровень синхронизации а его управляющий вход подключен к выходу 1 устройства управления 8, выход компаратора 9 заведен на счет ньй вход счетчика 10, а управляющий вход последнего соединен с выходом мультиплексора 14, вых од счетчика 10 подключен к входу Т устройства управления 8 и к входу 1 генератора быстрого пилообразного напряжения 11, а вход 2 последнего соединен с выходом триггера 12 и одновременно этот же выход триггера 12 соединен со счетным входом счетчика кода цифро- аналогового преобразователя 15, с первым информационным и управляющим входами мультиплексора 14, входы установки в единичное и нулевое состояние триггера 12 соединены, соответственно с выходами 2 и 3 генератора быстрого пилообразного напряжения

11 и одновременно выход 3 последнего соединен с вторьм информационным входом мультиплексора 14, а вьбсод 1

генератора быстрого пилообразного напряжения 11 заведен на неинвертирующий вход второго компаратора 18, инвертирующий вход последнего подключен к выходу усилителя 17, а вход

последнего соединен с выходом цифро- аналогового преобразователя 16, цифровой вход которого скоммутирован с выходом счетчика кода цифроаналогового преобразователя 15, а управляющий

вход последнего соединен с выходом элемента ИЛИ 13, входы элемента РШИ 13 подключены - один к выходу 5 устройства управления 8, а друг ой к выходу переполнения счетчика кода

цифроаналогового преобразователя 15, выход второго компаратора 18 соединен с входом 2 устройства управления 8 и, наконец, входы 5, 6 и 7 устройства управления 8 соединены соответственно с шинами Чтение 21, Пуск , 20 и Сброс 22, а выход 6 устройства управления 8 подключен к шине Готов 25.

Устройство управления 8 (фиг.1) может быть реализовано по схеме, изображенной на фиг. 2, и включает в триггер 27, элемент ИЛИ-НЕ 28, формирователь импульса записи 29j элемент ИЛИ 30, формирователь счетного импульса 31, элемент зад.ержки

32,формирователь импульса Сброс

33,формирователь импульса конца записи 34, регистр конечного адреса 35, элемент сравнения 36, причем вход установки в единичное состояние триггера 27 является входом 6 устройства управления и соединен & шиной 20 Пуск, а вход сброса триггера 27 подключен к выходу формирователя импульса Сброс 33, одновременно выход последнего является выходом 5 устройства управления 8, инверсньй выход триггера 27 соединен с входом элемента ИЛИ-НЕ 28, а другой вход

f последнего является входом 1 устройства управления 8, прямой выкод триг- гера 27 соединен с входами формирователей импульсов записи 29 и конца записи 34, выход элемента ИЛИ-НЕ 28 есть выход 1 устройства управления, . а второй вход формирователя импульса записи 29 является входом 3 устройства управления 8, выход данного формирователя 29 является выходом 4

устройства управления 8, входы элемента ИЛИ 30 соединены с входами 2 и 5 устройства управления 8, а выход с входом формирователя счетного импульса 31, а выход последнего соединен с выходом 2 устройства управления Вис входом элемента задержки 32, а выход последнего есть выход 3 устройства управления 8, один из входов формирователя импульса Сброс 33 есть седьмой вход устройства управления 8, а другой соединен с выходом формироватепя им16102796

ходами 3 и 2 генератора бьютрого пилообразного напряжения 11, вход 1 генератора быстрого пилообразного напряжения 11 является управляющим для ключей S4 и S3, блока ключей 41, последний управляется через инвертор 42, соответственно вход 2 генератора быстрого пилообразного напряжения 11, Q управляющий для ключей S2 и через инвертор 43 для S1 блока ключей 41.

Регистратор работает следующим образом.

После включения напряжения питапульса конца записи 34, выход послед- ,5 ния и подачи сигнала Сброс по шине

него является выходом 6 устройства управления 8, вход 4 устройства - управления 8 подключен к входу элемента сравнения 36, а другой вход последнего - к выходу регистра конеч- нрго.адреса 35 и, наконец, выход элемента-сравнения 36 соединяется с входом формирователя импульса конца записи 34. I

Генератор быстрого пилообразного напряжения 11 (фиг . 1) может бьп-ь реализован по схеме, изображенной на фиг. 3, и включает в себя источник разряда 37 емкости С1, источник опорного напряжения -ЗВ 38, источник опорного напряжения +ЗВ 39, источник заряда 40 емкости С1, ключи 4 1 , инверторы 42 и 43, истоковый повторитель 44, а также третий 45 и четвертый 46 компараторы, причем выход источника разряда 37 соединен через ключи S1 и S2 блока ключей 41 с выходом источника опорного напряжения -ЗВ 38 и с емкостью С1 соответственно, одновременно выход источника опорного напряжения -ЗВ 38 подключен к инвертирующему входу третьего компаратора 45, выход источника опорного напряжения +ЗВ 39 соединен одновременно через ключ S3 блока ключей 41 с выходом источника заряда емкости 40 и с инвертирующим входом четвертого компаратора 46, кроме того, выход источника заряда 40 через ключ 84 блока ключей 41 соединен с емкостью С1 и с входом ис- токового повторителя 44, выход ис- токового повторителя 44 соединен с неинвертирующими входами третьего

20

25

30

22 на вход 7 устройства управления 8 (фиг.1) и соответственно на формирователь импульса Сброс 33 (фиг.2) последний формирует импульс заданной длительности, которьй устанавливает в исходное состояние триггер 27 (фиг.2), и, поступая с выхода 5 устройства управления 8 (фиг.1) на вход установки в ноль счетчика адреса 6 и через элемент ШШ 13 на вход счетчика цифроаналогового преобразователя 15, устанавливает их в исходное (нулевое) состояние. Поступающий затем по щине 20 Пуск на вход 6 устройства управления 8 сигнал Пуск взводит триггер 27 (фиг.2), инициируя тем самым работу регистратора в режиме записи. На прямом выходе триггера 27 устанавливается логическая единица, разрешающая работу формирователей 35 импульсов записи 29 и конца записи 34 На инверсном выходе триггера 27 устанавливается логический ноль, который, поступая на один из входов элемента ИЛИ-НЕ 28, устанавливает на выходе 1 устройства управления 8 (фиг.1) уровень логической единицы, которая, поступая, на управляющий вход первого компаратора 9, разрешает его работу, т.е. формирования строб-импульсов в моменты перехода сигнала через уровень опорного напряжения, задаваемого по шине 26 Уровень синхронизации.

На фиг. 4а показан входной аналоговый сигнал, поступающий на неинвертирующий вход .первого компаратора 9, где он сравнивается с напряжением уровня синхронизации и вьщеляются мо40

45

50

45 и четвертого 46 компараторов и од- 55 менты перехода его через заданный новременно является выходом 1 гене-уровень, как показано на фиг.4б. По

п-му сигналу, приходящему с выхода компаратора 9 на вход счетчика 10,

ратора быстрого пилообразного напряжения 11, выходы данных компараторов 45 и 46 являются соответственно вына ьыходе последнего формируется CHI-

6102796

ходами 3 и 2 генератора бьютрого пилообразного напряжения 11, вход 1 генератора быстрого пилообразного напряжения 11 является управляющим для ключей S4 и S3, блока ключей 41, последний управляется через инвертор 42, соответственно вход 2 генератора быстрого пилообразного напряжения 11, Q управляющий для ключей S2 и через инвертор 43 для S1 блока ключей 41.

Регистратор работает следующим образом.

После включения напряжения пита,5 ния и подачи сигнала Сброс по шине

,5 ния и подачи сигнала Сброс по шине

20

5

0

22 на вход 7 устройства управления 8 (фиг.1) и соответственно на формирователь импульса Сброс 33 (фиг.2) последний формирует импульс заданной длительности, которьй устанавливает в исходное состояние триггер 27 (фиг.2), и, поступая с выхода 5 устройства управления 8 (фиг.1) на вход установки в ноль счетчика адреса 6 и через элемент ШШ 13 на вход счетчика цифроаналогового преобразователя 15, устанавливает их в исходное (нулевое) состояние. Поступающий затем по щине 20 Пуск на вход 6 устройства управления 8 сигнал Пуск взводит триггер 27 (фиг.2), инициируя тем самым работу регистратора в режиме записи. На прямом выходе триггера 27 устанавливается логическая единица, разрешающая работу формирователей 5 импульсов записи 29 и конца записи 34. На инверсном выходе триггера 27 устанавливается логический ноль, который, поступая на один из входов элемента ИЛИ-НЕ 28, устанавливает на выходе 1 устройства управления 8 (фиг.1) уровень логической единицы, которая, поступая, на управляющий вход первого компаратора 9, разрешает его работу, т.е. формирования строб-импульсов в моменты перехода сигнала через уровень опорного напряжения, задаваемого по шине 26 Уровень синхронизации.

На фиг. 4а показан входной аналоговый сигнал, поступающий на неинвертирующий вход .первого компаратора 9, где он сравнивается с напряжением уровня синхронизации и вьщеляются мо0

5

0

5 менты перехода его через заданный уровень, как показано на фиг.4б. По

п-му сигналу, приходящему с выхода компаратора 9 на вход счетчика 10,

на ьыходе последнего формируется CHI-

нал логической единицы, который подается на вход 1 генератора быстрого пилообразного напряжения 11 и на вход 1 устройства управления 8, где этот сигнал поступает на один из входов элементов ИЛИ-НЕ 28 (фиг,2), при этом на выходе элемента ИЛИ-НЕ 28 и соответственно на выходе. 1 устройства управления 8 (фиг,1) появляется уровень логического нуля, запре- щакиций.работу первого компаратора 9. Одновременно сигнал, поступивший с выхода счетчика 10 на вход 1 генератора бьютрого пилообразного напряжения 11, управляет ключами S4 и S3 - блока ключей 41 (фиг.З). В момент поступления уровня логической единицы ключ S4 замыкается и от источника заряда 40 начинается линейный ; заряд емкости С1 (фиг.4г),-ключ S3 управляется этим же сигналом, но через инвертор 42, и, следовательно, он размыкается. Линейньй сигнал, снимаемый с емкости С1, через исто- ковый повторитель 44, поступает на неинвертирующие вход компаратора 45 и 46, а также на выход 1 генератора быстрого пилообразного напряжения 11 (фиг.1), а с него на неинвертирующий вход второго компаратора 18. В момент, когда сигнал на выходе истокового повторителя 44 (фиг.З) достигнет значения +ЗВ, сработает четвертый компаратор 46, и соответственно на его выходе и на выходе 2 генератора быстрого пило- образного напряжения 11 появится уровень логической единицы (фиг.4д), этот сигнал поступает на вход установки в единичное состояние триггера 12 (фиг.2), возводит его и тут же с его выхода поступает на вход 2 генератора быстрого пилообразного напряжения 11 и переключает ключи S2 и S1 блока ключей 41 (фиг.З), причем ур овень логической единицы замыкает ключ 2 и через инвертор 43 размыкает ключ .S1, происходит быстрьй разряд емкости С1 через источник разряда . емкости 37. Сигнал с выхода триггера 12 (фиг.1) еще поступает и на мультиплексор 14, формируя сигнал управления для счетчика 10, который сбра- сьгоает его в нулевое состояние, а так как сигнал с выхода счетчика 10 управляет ключами S3 и S4 (фиг.З) генератора быстрого пилообразного напряжения 11, то,, следовательно, ключ S3 будет замкнут, а ключ 84

разомкнут, т.е. схема формирования стррб-импульса будет готова к приходу нового импульса запуска.

Кроме того, в момент срабатывания

триггера 12 (фиг.1) каждый раз на вход счетчика 15 поступает импульс, который увеличивает его выходной код на единицу, увеличение кода счетчика цифроаналогового преобразователя 15

приводит к формированию цифроаналого- вым преобразователем 16 новой ступени на выходе и этот сигнал усиливается усилителем 17, каждьй раз увеличивая опорное напряжение-на инвертирующем входе компаратора 18. Таким образом, в. следующем цикле момент ь формирования строб-импульса будет сдвинут на /itc (фиг.4ж). С выхода компаратора 18 строб-импульс поступа5

0

0

ет на вход 2 устройства управления

8, где через элемент ИЛИ 30 (фиг.З) поступает на формирователь счетного импульса 31, импульс с выхода последс него поступает на выход 2 устройства управления 8, с выхода 2 устройства управления 8 (фиг.1) этот импульс поступает на вход управления устройства выборки и хранения 2 и на счетный вход счетчика адреса 6, а чере-5 элемент задержки 32 поступает на вход запуска аналого-цифрового преобразователя 3. При этом происходит Формирование очередного кода адреса ячейки запоминающего устройства 5,

5 который устанавливается ка его адресном входе. По сигналу Конец преобразования с аналого-цифрового преобразователя 3, поступающему на вход управления регистром хранения

40 4, код результата преобразования заносится в последний и по окончании .этого сигнала устанавливается на информационном входе запоминающего устройства 5.

45

Формула изобретения

Цифровой регистратор повторяющихся сигналов, содержащий последова50 тельно соединенные аттенюатор, устройство выборки и хранения, аналого- цифровой преобразователь, информационный выход которого соединен с информационным входом регистра хранегг ния, а выход последнего с информационным входом запоминающего устройства, счетчик адреса, соединенньй с адресным входом запоминающего устройства, выход которого является циф

ровым информационным выходом регистратора и одновременно подключен к входу контрольного цифроаналогового преобразователя, выход которого - аналоговый информационный выход регистратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения повторяющихся сигналов, в него введены два компаратора, устрой ство управления, счетчик, элемент ИЛИ, генератор быстрого пилообразного напряжения, мультиплексор, триггер, счетчик кода цифроаналогового преобразователя, цифроаналоговый преобразователь и усилитель, причем неинвертирующий вход первого компаратора подключен к выходу аттенюатог ра, а. инвертирующий вход первого компаратора соединен с шиной сигнала Уровень.синхронизации, а его выход подключен к счетному входу счетчика, управляющий вход которого соединен с выходом мультиплексора, а выход счетчика подключен к первому управляющему входу генератора быст- рого пилообразного напряжения и к первому входу устройства управления, первьш выход генератора быстрого пилообразного напряжения соединен с неинвертирующнм входом второго компаратора, причем, к инвертирующему входу второго компаратора подключен выход усилителя, а выход второго компаратора соединен с вторым входом устройства управленияi второй выход генератора быстрого пилообразного напряжения соединен с входом установки в единичное.состояние триггера выход которого подключен к второму управляющему входу генератора быстрого пилообразного напряжения, к первому информационному и управляющему входам мультиплексора, а также к

счетному входу счетчика кода цифро

5

ю

0

5

0

5

0

аналогового преобразователя, второй информационный выход мультиплексора и вход установки в нулевое состояние триггера подключены к третьему выходу генератора быстрого пилообразного напряжения, вход установки в нулевое состояние счетчика кода цифроаналогового преобразователя подключен к выходу элемента ИЖ, один вход которого соединен с выходом переполнения счетчика кода цифроаналогового преобразователя, а другой вход - с. пятым выходом устройства управления, информационный выход счетчика кода цифро- аналогового преобразователя соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом усилителя, первьй выход устройства управления подключен к управляющему входу первого компаратора, второй выход устройства управления, соединен со счетным входом счетчика адреса и управляюп1им входом устройства выборки и хранения третий выход устройства управления подключен к входу запуска аналого- цифрового преобразователя, выход Готовность данных которого соединен с управляющим входом регистра хранения и с третьим входом устройства управления, а четвертый вход последнего соединен с информационной шиной счетчика адреса, четвертый выход устройства управления соединен с входом управления записью/чтением запоминающего устройства, пятьй выход с входом установюч в О счетчика адреса, а -шестой выход соединен с лшной сигнала Готов, шестой вход устрой- ствл упранления соединен с щиной Пуск,пятый с шиной Чтение и седьмой вход устройств а управления - с шиной Сброс,

35

Фие.З