Цифровой измеритель отношения временных интервалов Советский патент 1992 года по МПК G04F10/04 

.

Ё

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано как автономный прибор, а также в составе информационно-измерительных комплексов. Цель - повышение быстродействия. Цифровой измеритель отношения временных интервалов содержит первый генератор импульсов 1, блок 2 преобразования временных интервалов, счетчики 4,9,12 импульсов, преобразователь кодов 6, управляемые делители 7,8 частоты, коммутатор 10, элемент И 15, элемент ИЛИ 17. Введение генератора импульсов 3, элемента И 5, триггеров 11,14,16 и элемента И-НЕ 1.3 позволяет повысить быстродействие устройства за счет .уменьшения периода импульсов генератора, используемого для определения отношения. 1 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано как в качестве автономного прибора, так и в качестве измерительного устройства в различ- ных информационно-измерительных комплексах.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На чертеже приведена функциональная схема цифрового измерителя отношения временных интервалов.

Цифровой измеритель отношения временных интервалов содержит первый генератор импульсов 1, блок 2 преобразования временных интервалов, к третьему входу которого подключен выход первого генератора импульсов 1, второй генератор импульсов 3, первый счетчик импульсов. 4, суммирующий вход которого соединен с первым выходом блока 2, второй элемент И

5, преобразователь кодов 6, первый управляемый делитель частоты 7, к входам коэффициента деления которого подключены выходы счетчика импульсов 4, второй управляемый делитель частоты 8, вход сброса которого соединен со вторым выходом блока 2 и с первым входом сброса управляемого делителя частоты 7, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И 5 и с тактовым входом управляемого делителя частоты 8, к входам коэффициента деления которого подключены выходы преобразователя кодов 6, второй счетчик импульсов 9, вычитающий вход которого соединен с выходом управляемого делителя частоты 8, коммутатор 10, к первому тактовому входу которого подключен первый выход управляемого делителя частоты 7, вторые выходы которого соединены с информационными входами счетчика импульсов 9, к суммирующему вхоХ|

N СА) СЛ Ю

ду которого подключен третий выход блока 2, четвертый выход которого соединен со входом сброса счетчика импульсов 9, первый триггер 11, третий счетчик импульсов 12, к суммирующим входам которого подключены соответствующие первые выходы коммутатора 10, элемент И-НЕ 13, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера 11, второй триггер 14, нулевой выход которого подключен к третьему входу элемента И-НЕ 13, выход которого соединен с входом записи информации счетчика импульсов 9 и с тактовым входом триггера 14. первый элемент И 15. второй вход которого соединен с выходом (это выход заема) счетчика импульсов 9 и с тактовым входом триггера 11, третий триггер 16, единичный выход которого подключен к входу сброса триггера 11, нулевой выход которого соединен с входом сброса триггера 14, со вторым входом элемента И 5 и со входом сброса триггера 16. информационный вход которого соединен с единичным выходом триггера 14, с первым входом элемента И 15, со вторым тактовым входом коммутатора 10 и со вторым входом сброса управляемого делителя частоты 7, элемент ИЛИ 17, к первому входу которого подключен третий выход коммутатора 10, вторые выходы которого соединены с входами преобразователя кодов 6, первую входную шину 18, которая подключена ко второму, входу блока 2 и к входам сброса коммутатора 10 и счетчика импульсов 12, вторую входную шину 19, которая соединена с четвертым входом блока 2, источник 20 единичного сигнала, который соединен с информационными входами триггеров 11 и 14, шину сброса 21, которая подключена ктретьему входу элемента ИЛИ 17, второй вход которого соединен с выходом элемента И 15, шины результата 22, к которым подключены выходы счетчика импульсов 12, сигнальную шину 23, которая соединена со входом сброса счетчика импульсов 4, с выходом элемента ИЛИ 17 и с первым входом блока 2, выход генератора импульсов 3 подключен к первому входу элемента И 5, к первому входу элемента И-НЕ 13 и к тактоврму входу триггера 16.

Блок 2 преобразования временных интервалов предназначен для.преобразования сигналов временных интервалов в последовательности импульсов и для выработки сигналов, разрешающих работу отдельных элементов цифрового измерителя отношения временных интервалов. Блок 2 преобразования временных интервалов выполняется в каждом конкретном случае в зависимости оттого, как поступают временные интервалы и какими они могут быть по длительности.

На чертеже приведен пример выполнения блока 2 для случая произвольного поступления временных интервалов, при этом выдача разрешения на определение отношения временных интервалов производится после окончания обоих временных интервалов, Блок 2 преобразования вре0 менных интервалов содержит триггер 24, элемент И-НЕ 25. первый вход которого соединен с тактовым входом триггера 24 и со вторым входом блока 2, триггер 26, информационный вход которого соединен с ин5 формационным входом триггера 24 и с источником единичного сигнала 20, элемент И-НЕ 27, к первому входу которого подключен единичный выход триггера 24, элемент И-НЕ 28, первый вход которого соединен с

0 третьим входом блока 2 и со вторым входом элемента И-НЕ 25, выход которого подключен к первому выходу блока 2, второй выход которого соединен с выходом элемента И- НЕ 27, ко второму входу которого подклю5 чен единичный выход триггера 26, триггер 29, нулевой выход которого подключен ц, четвертому .выходу блока 2, первый вход которого соединен с входами сброса триггеров 24. 26 и 29, вход установки в единичное

0 положение триггера 29 соединен с тактовым входом триггера 26, со вторым входом элемента И-НЕ 28 и с четвертым входом блока 2, к третьему выходу которого подключен выход Элемента И-НЕ 28.

5 Управляемый делитель частоты 7 (8) предназначен для деления частоты импульсов, поступающих на тактовый вход, на число, код которого находится на входах коэффициента деления (D-входах). При ко0 эффициенте деления, равном N, управляемый делитель частоты 7 выдает на выход в паузу после N-ro импульса, поступившего на тактовый вход, импульс длительностью т.и7, а управляемый делитель частоты 8 про5 пускает на свой выход N-й импульс, поступивший на тактовый вход.

Счетчик импульсов 12 предназначен для определения значения разрядов отношения. При выражении отношения в угло0 вых единицах и при интервале - делимом, всегда меньшем интервала - делителя, разряды отношения можно представить как десятки градусов, единицы градусов и десятки минут.

5 При необходимости, увеличив числр разрядов счетчика 12, можно получить отношение с необходимой точностью, например, до угловой секунды.

Коммутатор 10 предназначен для переключения импульсной последовательности,

выдаваемой управляемым делителем частоты 7, в соответствующий разряд счетчика импульсов 12 и для изменения коэффициента деления управляемого делителя частоты

8в соответствии с разрядом счетчика 12, в который направляются импульсы управляемого делителя частоты 7.

На первый вход блока 2 преобразования временных интервалов подается импульс, устанавливающий блок 2 в исходное положение, на второй - сигнал первого временного интервала Ti (интервала-делителя), на третий - сигнал с выхода генератора импульсов, с помощью которого осуществляется преобразование временных интервалов в последовательность импульсов, на четвертый вход - сигнал второго временного интервала Т2 (интервала - делимого),

Блок 2 преобразования временных интервалов на первый выход выдае/г последовательность импульсов, соответствующую по длительности первому временному интервалу, на второй выход-сигнал, разрешающий определение отношения временных интервалов (т.е. сигнал о том, что окончи- лись оба временных интервала), на третий выход - последовательность импульсов, соответствующую длительности второго временного интервала, на четвертый выход - сигнал, разрешающий определение кода длительности второго временного интервала.

Счетчики импульсов 4,12 по суммирующему входу и счетчик импульсов 9 по вычитающему входу работают от передних фронтов (перепадов 0-1) импульсов, поступающих на эти входы. В счетчик импульсов

9при поступлении нулевого сигнала на вход записи информации записывается код, находящийся на его информационном (D) входе, независимо от того, что на его суммирующем или вычитающем входе могут действовать в это время перепады сигнала 0-1.

Вход сброса счетчиков 4, 9 имеет приоритет перед всеми остальными входами. На выходе счетчика 9 (выходе заема) появляется единичный сигнал при нулевом содержимом счетчика и при отсутствии импульса на.его вычитающем входе.

На шину 18 подается сигнал первого временного интервала Ti (интервала -делителя), на шину 19 подается сигнал второго временного интервала Tz (интервала -делимого), на шину 21 подается импульс тогда, когда необходимо установить цифровой измеритель отношения временных .интервалов в исходное состояние.

На шины 22 выдается код значения отношения, на шину 23 - импульс в момент

окончания определения отношения временных интервалов.

Триггеры 11 и 14 работают по передним фронтам импульсов, поступающих на их так- 5 товые входы, триггеры 16, 24 и 26 работают по задним фронтам импульсов (перепадам 1-0), поступающих на их тактовые входы. У всех триггеров входы сброса (R-входы) имеют приоритет перед тактовыми входами. 10 Предварительно рассмотрим работу блока 2 преобразования временных интервалов..

В исходном положении, при отсутствии сигналов временных интервалов на втором

5 и четвертом входах блока 2, триггеры 24, 26 и 29 находятся в нулевом положении, на выходах элементов И-НЕ 25,27 и 28 имеются единичные сигналы и, следовательно, на первом, втором, третьем и четвертом выхо0 дах блока 2 имеются единичные сигналы.

При поступлении сигнала временного интервала на шину 18 или 19, на второй или четвертый вход блока 2 открывается элемент И-НЕ 25 или 28 и на его выходе образуется

5 последовательность импульсов нулевого уровня, соответствующая импульсам генератора 1 и поступающая на первый и третий выходы блока 2.

При поступлении сигнала временного

0 интервала на шину 19 устанавливается в единичное положение триггер 29 и на четвертом выходе блока 2 появляется нулевой сигнал.

В момент окончания сигнала временно5 го интервала на шине 18 или 19 по его заднему фронту устанавливается в единичное положение триггер 24 или 26, и на выходе элемента И-НЕ 25 или 28 устанавливается единичный сигнал, соответственно единич0 ный сигнал устанавливается и на первом (третьем) выходе блока 2.

После окончания обоих временных интервалов, т.е. в момент, когда в единичном положении окажутся и триггер 24, и триггер

5 26, срабатывает элемент И-НЕ 27 и на его выходе и, соответственно, на втором выходе блока 2 устанавливается нулевой сигнал.

При поступлении импульса на первый вход блок 2 устанавливается в исходное по0 ложение.

Цифровой измеритель отношения временных интервалов работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии

5 сигналов временных интервалов на шинах 18 и 19 блок 2 преобразования временных интервалов находится в исходном положении, на его первом, втором, третьем и четвёртом выходах имеются единичные сигналы, счетчики импульсов 4 и 9 находятся в нулевом положении, счетчик 9 удерживается в нулевом положении единичным сигналом с четвертого выхода блока 2, управляемые делители частоты 7 и 8 находятся в исходном положении, на первом выходе управляемого делителя частоты 7 имеется нулевой сигнал, и импульсы на этот выход не выдаются, на вторых выходах управляемого делителя частоты 7 находится нулевой код, на выходе управляемого делителя частоты 8 имеется единичный сигнал; и импульсы на этот выход не выдаются, управляемые делители частоты 7 и 8 удерживаются в исходном положении единичным сигналом со второго выхода блока 2, триггер 11 находится в нулевом положении и единичным сигналом с нулевого выхода удерживает в нулевом положении триггеры 14 и 16, коммутатор 10 находится в исходном положении, в счетчике импульсов 12 записан результат предыдущего определения отношения временных интервалов, на выходе счетчика импульсов 9 отсутствует единичный сигнал, так как имеется единичный сигнал на его вычитающем входе с выхода управляемого делителя частоты 8, на выходах преобразователя кодов 6 находится код числа 36, элемент И 5 открыт единичным сигналом с нулевого выхода триггера 11.

Установка цифрового измерителя отношения временных интервалов в исходное положение производится подачей импульса на шину 21, После включения питания коммутатор 10 может оказаться не в исходном положении и не будет установлен в него импульсом с шины 21, но это не ведет к сбою в работе, так как коммутатор 10 устанавливается в исходное положение при появлении сигнала временного интервала на шине 18. После включения питания может оказаться в единичном положении триггер 11 или триггеры 11 и 14, в этом случае или второй после включения питания, или первый импульс генератора 3 устанавливает их в нулевое положение и весь цифровой измеритель отношения временных интервалов оказывается в исходном положении.

При появлении на шине 18 сигнала временного интервала.подтверждается исходное положение коммутатора 10 (или, если интервал появляется после включения питания, коммутатор 10 устанавливается в нулевое положение) и устанавливается в нулевое положение счетчик импульсов 12. Блок 2 начинает преобразовывать этот временный интервал в последовательность импульсов нулевого уровня, выдаваемых на первый выход-блока 2, с которого они поступают на Суммирующий вход счетчика 4, подсчитывающего их число. В момент окончания сигнала временного интервала на шине 18 на первом выходе блока 2 устанавливается единичный сигнал, в блоке 2 при этом, как указывалось ранее,устанавливается в единичное положение триггер 24.

В счетчике импульсов 4 в момент окончания сигнала временногоинтервала на шине 18 находится двоичный код числа NI, пропорционального длительности интерва0 ла - делителя (Ni TI/TGI, где TGI - период импульсов генератора 1), поступившего на шину 18.

При появлении сигнала временного интервала на шине 19 устанавливается в еди5 ничное положение триггер 26 и исчезает единичный сигнал на четвертом выходе блока 2, вследствие чего разрешается работа счетчика импульсов 9 по суммирующему и вычитающему входам, и, кроме того, блок 2

0 преобразует этот временной интервал в последовательность импульсов нулевого уровня, выдаваемых на третий выход блока 2, с которого они поступают на суммирующий вход счетчика 9, подсчитывающего их число

5 (на вычитающем входе счетчика 9 находится единичный сигнал с выхода управляемого делителя частоты 8, который удерживается в исходном положении единичным сигналом со второго выхода блока 2),

0 В момент окончания сигнала временного интервала на шине 19 на третьем выходе блока 2 устанавливается единичный сигнал, в блоке 2 при этом устанавливается в единичное положение триггер 26. В счетчике

5 импульсов 9 в момент окончания сигнала временного интервала на шине 19 находится двоичный код числа N2, пропорционального длительности интервала - делимого (N2 T2/TG1), поступившего на шину 19.

0 После окончания сигналов обоих временных интервалов (в момент, когда в блоке 2 окажутся в единичном положении и триггер 24, и триггер 26) на втором выходе блока 2 появляется сигнал нулевого уровня и раз5 решается работа управляемых делителей частоты 7 и 8. В этот момент на выходе управляемого делителя частоты 8 появляется нулевой сигнал, коэффициент деления управляемого делителя частоты 8 установ0 лен равным числу 36. Коэффициент деления управляемого делителя 7 установлен равным числу NI, каждая доля отношения T2/Ti (импульс с выхода управляемого делителя частоты 7) в этом случае будет эквива5 лентна десяти угловым градусам.

Таким образом, в данном устройстве обеспечивается повышение быстродействия по сравнению с прототипом за счет того, что для определения собственно отношения использован второй генератор, имеющий

более высокую частоту, чем первый генератор, используемый для квантования временных интервалов, -и за счет того, что частота второго генератора выше, чем возможная частота генератора в прототипе, так как перепись кода из управляемого делителя частоты в вычитающий счетчик производится не в паузу импульсов генератора, а в течение выделенных периодов импульсов генератора.

В данном устройстве допустимый минимальный период импульсов генератора, с помощью которого определяется отношение, может быть на 1/3 меньше, чем у прототипа, соответственно, частота генератора заявляемого устройства может быть «в .1,5 раза выше, чем в прототипе.

Кроме того, заявляемое устройство проще в эксплуатации, так как не содержит вре- мязадающих элементов, содержащихся в формирователе импульсов прототипа, которые имеют большой разброс параметров и поэтому требуется их подбор при наладке, чтобы избежать нарушения установленных временных соотношений при работе устройства-прототипа.

Формула изобретения

Цифровой измеритель отношения временных интервалов, содержащий первый генератор импульсов, блок преобразования временных интервалов, к третьему входу которого подключен выход первого генератора импульсов, первый счетчик импульсов, суммирующий вход которого соединен с первым выходом блока преобразования временных интервалов, преобразователь кодов, первый управляемый делитель часто- .ты, к входам коэффициента деления которого подключены выходы первого сметчика импульсов, второй управляемый делитель частоты, вход сброса которого соединен с первым входом сброса первого управляемого делителя частоты и с вторым выходом блока преобразования временных интервалов, второй суетчик импульсов, к суммирующему входу которого подключен третий выход блока преобразования временных интервалов, четвертый выход которого соединен со входом сброса второго счетчика импульсов, к вычитающему входу которого подключен выход второго управляемого делителя частоты, входы коэффициента деления которого соединены с выходами преобразователя кодов, коммутатор/к первому тактовому входу которого подключен первый выход первого управляемого делителя частоты, вторые выходы которого соединены с информационными входами

второго счетчика импульсов, третий счетчик импульсов, к суммирующим входам разрядов которого подключены соответствующие первые выходы коммутатора, вторые выхо- 5 ды которого соединены с входами преобразователя кодов, первый элемент И, элемент ИЛИ, ко второму входу которого подключен выход первого элемента И, первую входную шину, которая соединена со вторым входом

0 блока преобразования временных интервалов, со входом сброса третьего счетчика импульсов и со входом сброса коммутатора, третий выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, вторую входную

5 шину, которая соединена с четвертым входом блока преобразования временных интервалов, выходные шины, к которым подключены выходы третьего счетчика импульсов, сигнальную шину, которая соеди0 нена с выходом элемента ИЛИ, с входом сброса первого счетчика импульсов и с первым входом блока преобразования временных интервалов, источник единичного сигнала, шину сброса, которая подключена

5 к третьему входу элемента ИЛИ, от л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй генератор импульсов, второй элемент И, первый, второй и третий триггеры и элемент

0 И-НЕ, выход которого подключен к входу записи второго счетчика импульсов и к тактовому входу второго триггера, информационный вход которого соединен с источником единичного сигнала и с инфор5 мационным входом первого триггера, тактовый вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов и со вторым входом первого элемента И, первый вход которого соединен с единичным выходом

0 второго триггера, с информационным входом третьего триггера, со вторым тактовым входом коммутатора и со вторым входом сброса первого управляемого делителя частоты, тактовый вход которого соединен с

5 тактовым входом второго управляемого делителя частоты и с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго генератора импульсов, с первым входом элемента И-НЕ и с тактовым входом

Q третьего триггера, единичный выход которого подключен к входу сброса первого триггера, нулевой выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, с входом сброса третьего триггера и со входом сброса второго

5 триггера, нулевой выход которого подключен к третьему входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера.

LL

-U

Ш