Устройство для измерения интервалов времени Советский патент 1991 года по МПК G04F10/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения коротких интервалов времени.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранения ошибки грубого счета.

На фиг,1 приведена функциональная схема устройства для измерения интервалов времени; на фиг.2 - временные диаграммы его работы; на фиг.З - временные диаграммы работы устройства при измерении импульсов длительностью менее 100 не.

Выход генератора 1 импульсов соединен с первыми входами блоков 2.3 совпадения и входом инвертора 4, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ- НЕ 5, выход которого соединен со счетным входом счетчика 6. Входные шины соединены с R-входами D-триггеров 7 и 8 соответственно, их выходы подключены к входам нониусных генераторов 9 и 10 импульсов соответственно, и к С-входам D- триггеров 11 и 12 соответственно. Выход нониусного генератора 9 подключен к счетному входу

счетчика 13 и к второму входу блока 2 совпадения, выход последнего подключен к С- входу триггера 7. Выход нониусного генератора 10 подключен к счетному входу счетчика 14 и второму входу блока 3 совпадения, выход последнего соединен с С-вхо- дом триггера 8. Прямой выход триггера 11 подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ .16. Прямой и инверсный выходы триггера 12 подключены к вторым входам элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 и элемента ИЛИ-НЕ 16. Выход последнего соединен с S-входом триггера 17, выход которого поступает на вход знака N0 блока 18 цифрового отсчета, другие три группы его входов подключены к группам выходов счетчиков 6. 13, 14 соответственно. Третьи входы блоков 2 и 3 совпадения, входы установки нуля счетчиков 13. 14, R-входы триггеров 11, 12, 17 подключены к шине сброса.

Генератор 1 образцовой частоты предназначен для формирования импульсов ста(Л

С

о

4 vj

СЛ

бильной частоты, выполнен на микросхеме К500ЛП116.

D-триггеры 7, 8, 11, 12 и RS-триггер 17 выполнены на микросхеме К500ТМ131. Триггеры 7, 8 предназначены для управления нониусными генераторами 9 и 10 и для управления триггерами 11 и 12. Триггеры 11 и 12 формируют вместе с логическим элементом ИСКЛЮЩАЮЩЕЕ ИЛИ 15 временной интервал Т0, который заполняется на логическом элементе ИЛИ-НЕ 5 импульсами инвертированной последовательности генератора 1 образцовой частоты.

Логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15 выполнен на микросхеме К500ЛП107.

Логические элементы ИЛИ-НЕ 16 и 5 выполнены на микросхеме К500ЛЕ211.

Логический элемент ИЛИ-НЕ 18 вместе с RS-триггером 17 служит для регистрации ситуации, когда нониусный генератор 9 останавливается позднее, чем останавливается нониусный генератор 10.

Инвертор служит для инвертирования последовательности импульсов генератора 1 образцовой частоты.

Нониусные генераторы 9 и 10 предназначены для формирования последовательностей импульсов, запускающихся приходом импульсов Старт и Стоп соответственно, и останавливаются при совпадении их фаз с фазой генератора образцовой частоты 1, выполнены на микросхеме «500 Л М105.

Счетчики 13, 14 и 6 предназначены для подсчета импульсов последовательностей, вырабатываемых нониусными генераторами 9 и 10 и генератором 1 образцовой частоты соответственно. Выполнены на микросхемах К500ИЕ136.

Блоки 2 и 3 совпадения предназначены для выделения моментов совпадения фаз нониусных генераторов 9 и 10 соответственно с фазой генератора 1 образцовой частоты и выполнены на микросхеме К500ТМ131, причем первый, второй и третий входы блока совпадения соответствуют D-, С- и R-вхо- дам триггера соответственно. Инверсный выход триггера соответствует выходу блока совпадения.

Блок 18 цифрового отсчета предназначен для обработки содержимого счетчиков 13, 14 и 6 с учетом состояния триггера 17.

Устройство для измерения интервалов времени работает следующим образом.

Перед началом измерения триггеры 11, 12 и 17, счетчики 13, 14 и б блоки 2 и 3 совпадения устанавливаются в исходное состояние сигналом Сброс. По приходу старт-импульса триггер 7 запускает нониусный генератор 9, счетные импульсы которого начинают поступать на счетный вход счетчика 13 и одновременно на блок 2 совпадения, где происходит выделение момента совпадения фаз импульсов нониусного генератора 9 и импульсов непрерывно работающего генератора 1 образцовой частоты. Сигнал, выработанный блоком 2 совпадения, закрывает триггер 7, который, в свою

очередь, прекращает работу генератора 9 и запускает триггер 11.

По приходу стоп-импульса триггер 8 запускает нониусный генератор 10, импульсы

которого начинают поступать на счетный вход счетчика 14 и блок 3 совпадения для зыделения момента совпадения фаз импульсов генератора 1 образцовой частоты и генератора 10. Сигнал, выработанный блоком 3 совпадения, закрывает триггер 8, который, в свою очередь, прекращает работу генератора 10 и запускает триггер 12.

Сигналы триггеров 11 и 12 на логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15

формируют строб, который на логическом элементе ИЛИ-НЕ 5 заполняется импульсами генератора 1 образцовой частоты. Далее сигнал с логического элемента ИЛИ-НЕ 5 поступает на счетный вход счетчика 6.

Импульсы генератора 1 образцовой частоты подаются на аход логического элемента ИЛИ-НЕ 5 через инвертор 4 для исключения зон неоднозначности при подсчете импульсов в счетчике 6.

Содержимое счетчиков 13,14 и 6 преобразуется в блоке 18 цифрового отсчета в код, соответствующий величине измеряемого интервала.

Работу устройства поясняют временные диаграммы, приведенные на фиг.2 и 3. Измеряемый интервал Тх (фиг.2а) задается старт- и стоп-импульсами (фиг.2б м фиг.2в соо эетственно) и представлен в виде выраженья

Tx Ti-T2 + To,- О)

где Ti - время работы генератора 9, количественно равняется числу его колебаний NI за этот интервал времени (фиг.2г), умноженному на его период;

Та - время работы генератора 10, количественно равняется числу его колебаний N2 за этот интервал времени (фиг.2 д), умноженному не его период;

То - время между моментами совпадения фазы генератора 1 образцовой частоты с фазами нониусных генераторов 9 и 10, количественно равняется числу колебаний No образцового генератора 1 (фиг.2е)за этрт интервал времени (фиг.2ж), умноженному на период генератора 1.

Разбиение измеряемого интервала времени на такие три интервала решило проблему стыковки грубой и точной шкал измерения, поскольку границы всех трех интервалов жестко связаны с фазами запол- няющих их счетных импульсов, следовательно, при измерении интервала Т0 отсутствует ошибка грубого счета. На фиг.З показан случай, который может встречаться при измерении коротких импульсов (менее 100нс). В этом случае измеряемый интервал Тх можно записать в виде

Тх - Ti - Т2 - Т0.(2)

Для регистрации этой ситуации в схеме устройства предусмотрены элемент ИЛИ- НЕ 16 и триггер 17, с которых снимается сигнал, используемый для выбора формулы расчета величины измеряемого интервала.

Исходя из того, что период генератора 1 равняется г, периоды нониусных генера- торов 9 и 10 выбраны равными т минус одну единицу счета, формула (1) приобретает вид

Тх r(Ni-N2 + N0)-(Ni-N2),(3)

а формула (2) приобретает вид

Тх r(Ni-N2-N0)-(Ni-N2).(4)

Вследствие того, что нониусные генераторы 9 и 10 идентичны и настроены на одну и ту же частоту, уменьшается дополнительная погрешность измерения, так как в формулы (3) и (4) входит разность счетных импульсов (Nt - N2), поступающих с этих генераторов.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения интервалов времени при с ± 16 не в известном устройстве до ± 2 не.

Формула изобретения

Устройство для измерения интервалов времени, содержащее генератор образцовой частоты, выход которого подключен к первому входу первого и второго блоков совпадения, первый, второй и третий D- триггеры, логический элемент ИЛИ-НЕ, вы- ход которого соединен со счетным входом

первого счетчика, второй счетчик, счетный вход которого подключен к выходу первого нониусного генератора, вход которого соединен с выходом первого триггера, и к второму входу первого блока совпадения, выход которого соединен с С-входом первого триггера, R-вход которого подключен к шине запуска, третий счетчик, счетный вход которого подключен к выходу второго нониусного генератора, вход которого соединен с выходом второго триггера, и к второму входу второго блока совпадения, выход которого соединен с С-входом второго D-триг- гера, R-вход которого подключен к шине останова, а группы выходов первого, второго и третьего счетчиков подключены соответственно к первой, второй и третьей группам входов блока цифрового отсчета, отличающееся тем. что, с целью повышения точности измерения, в него введены четвертый D-триггер и RS-триггер, инвертор, второй -логический элемент ИЛИ-НЕ и логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом инвертора, вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, выход первого D-триггера соединен с первым С- входом третьего D-триггера, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ и с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к прямому выходу четвертого D-триггера, первый С-вход которого соединен с выходом второго D-триггера, инверсный выход четвертого D-триггера подключен к второму входу второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с S-вхо- дом RS-триггера, R-вход которого подключен к шине сброса, к R-входу третьего и четвертого D-триггеров, к входам установки нуля первого, второго и третьего счетчиков, к третьему входу первого и второго блоков совпадения, выход RS-триггера соединен с четвертым входом блока цифрового отсчета.

51

13

1

J

Шина. останова

°rt

vfcU

к

вл W

Л

if7

Я

f

ftf. W2

at

Wo

5ta Wfl

I

$

Ǥ

Ь1 б

I

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения. Устройство для измерения интервалов времени содержит генератор 1 образцовой частоты, два блока 2,3 совпадения, элемент ИЛИ-НЕ 5, счетчики 6, 13, 14 импульсов. D-триггеры 7, 8, 11, два нониусных генератора 9, 10, блок 18 цифрового отсчета. В устройство введены инвертор 4, D-триггер 12, RS-триг- гер 17, логический элемент ИЛИ-НЕ 16, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15. За счет введения новых элементов и образования новых связей достигается цель изобретения. 3 ил.

Шина Фиг 1 сброса

Ъ

Л

5

Ј

гш

I

1ПППП

ж

ь

4

п

Фиг.2

7

ПППП П ППППП

- То

пппг

JdL

Фае. 5