Устройство для измерения временного интервала Советский патент 1993 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматике, вычислительной технике и приборостроении.

. Цель изобретения - упрощение устройства за счёт сокращения объема оборудования.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения временного интервала; на фиг.2-5 - временные диаграммы работы устройства. ..

Устройство для измерения временного интервала содержит генератор 1 импульсов, RS-триггер 2, D-триггеры З, 4, элемент 5 ИЛИ, счетный триггер 6, элемент 7 ИЛИ, D-триггер 8, счетчик 9 и элемент 10 И.

Прямой выход генератора 1 подключен к С-входу триггера 3 и к первому входу элемента 10, а инверсный выход к С-входам триггеров 4,8. S-вход триггера 2 подключен к шине 11 Старт, а R-выход - к шине 12 Стоп. Выход триггера 2 подключен к D- входам триггеров 3, 4. Входы элемента 5 подключены соответственно к инверсному выходу триггера 4 и к прямому выходу триггера 3, а выход подключен к С-входу триггера 6 И к первому входу элемента 7, выход которого подключен к R-входу триггера 4, выход D-триггера 8 подключен к второму входу элемента 10, а D-вход - к выходу триггера. Выход элемента 10 подключен к счетному входу счетчика 9, вход обнуления которого подключен к шине 13 Сброс и к S-входу триггера 6. Выходная шина 14 целой части результата измерения подключена к информационным выходам счетчики 9, а шина 15 дробной части результата измерения - к прямому выходу триггера б и к второму входу элемента 7.

Устройство работает следующим обра- . зом.

Генератор 1 формирует на своих выходах прямую и инверсную импульсные последовательности типа меандр с периодом г, Триггер 2 находится в состоянии О, обеспечивая О на D-входах триггеров 3, 4, которые под воздействием на их С-входы импульсной последовательности также установятся в О, который поступает на D-вход триггера 8. Поскольку на С-вход триггера 8

(Л

С

00

XI о ел о

также поступает импульсная последовательность, то он также установится в О, закрывая элемент 10 для импульсов генератора 1. Перед измерением импульсом по шине 13 счетчик 9 обнулится, а триггер б по S-входу установится в 1,

В момент измеряемого интервала Тх на шину 12 поступает старт-импульс, устанавливая триггер 2 в 1, а в момент окончания Тх на шину 11 поступает стоп-импульс, воз- вращая триггер 2 в исходное состояние. Таким образом, на прямом выходе триггера 2 формируется строб-импульс, длительность которого равна длительности Тх. Случай, когда начало и конец строб-импульса прихо- дятся на нулевые состояния прямой импульсной последовательности, иллюстрируется временными диаграммами фиг.2, Начало строб-импульса находится в области ti-t2, а окончание - в области . Легко вычис- лить, что максимальная и минимальная длительности строб-импульса, выраженные через период составляет

части результата измерения поступит О, то результат измерения составит

г

(2)

На основании (1) и (2) погрешность измерения Дсоставит

Д 4 т-3,5 т 0,5т Д 4т -4,5 г -0,5 г I ДI 0,5 т

(3)

На фиг.З иллюстрируется случай, когда начало строб-импульса приходится на нулевое состояние прямой импульсной последовательности (интервал ti...t2(, а конец - на единичное состояние этой импульсной последовательности (интервал t6..,t). Максимальное и минимальное значения измеряемого интервала, очевидно.составят:

7-tl 4Т Tmin t б - t2 ЗТ

(4)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения временного интервала. Устройство для измерения временного интервала содержит: 1 генератор импульсов (1), 1 RS- триггер (2), 3 Д-триггера (3,4,8), 2 элемента ИЛИ (7,5), 1 счетный триггер (5), 1 счетчик импульсов (9), 1 элемент И (10), 1 - 10 1- 3 5 - 6 - 4 - 8 - 10 - 9; 4 - 5.. 5 ил.

8 - ,5r 1 ,5r

(1)

Рассмотрим формирование результата измерения.

С началом строб-импульса на D-входах триггеров 3, 4 установится 1 и в момент ta под воздействием перепада 0/1 прямой импульсной последовательности триггер 3 установится в 1 по С-входу. Триггер 4установится в 1 в момент ta в результате воздействия на его С-вход перепада 0/1 инверсной импульсной последовательности. С момента t3 на D-вход триггера 8 поступает с прямого выхода триггера 4 потенциал 1. Поэтому в момент ts триггер 8 аналогично триггеру 4 устанавливается в 1, открывая элемент 10 для импульсов. Относительно прямой импульсной последовательности триггеры 4,8 по С-входу срабатывает от перепада 1 /0. По окончании строб-импульса на D-входах триггера 3, 4 установится О, и в момент te триггер 3, а в момент tg триггер 4, возвратятся в исходное состояние. В интервале te...tg на обоих входах элемента ИЛИ 5 потенциал О и на его выходе формируется отрицательный импульс, под воздействием которого триггер б опрокинется, устанавливаясь в нулевое состояние. Поскольку с момента tg на D-входе триггера . то он в момент tn возвращается в нулевое состояние, закрывая элемент 10. Как видно из эпюры 8, на вход счетчика 9 поступит четыре счетных импульса. Поскольку на шину 15 дробной

Аналогично предыдущему случаю, в момент t2 триггер 3, а в момент ts триггер 4 установятся в 1, в момент tg в 1 установится тр иггер 8, открывая элемент 10 для прямой импульсной последовательности.

После окончания строб-импульса первым в О установится триггер 4 в момент t, а в момент ta в О установится триггер 3. Как видно из эпюр на выходе элемента 5 логическое состояние (логическая 1) не изменяется за время измерения, и триггер 6 за это время также не изменяет своего исходного состояния. С момента ty на D-входе триггера 8- О, и он в момент tg возвращается в исходное состояние, закрывая элемент 10. , Как видно из эпюры, на выходе элемента 10 сформировалось три счетных импульса. Поскольку на шину 15 поступает Т, то результат измерения составит

0,5т 3,5 т.

(5)

На основании (4) и (5) погрешность измерения составит

А ,5т 0,5 т Д -3,5 т-0,5 т ,5г

(6)

На фиг.4 представлен случай, когда начало строб-импульса приходится на единичное состояние (интервал t2...ta), а окончание - на нулевое состояние (интервал ty ..ta) прямой импульсной последовательности. Здесь

максимальное и минимальное значение измеряемого интервала составят:

8 - t2 4 Г Tmin t - t3 3 Г

(7)

Как видно и эпюр с началом строб-импульса в единичное состояние установится триггер 4 в момент ta. а триггер 3 - в момент t4. А интервале t3...t4 на выходе элемента 5 формируется отрицательный импульс длительностью г/2, перепад 0/1 которого опрокинет по С-входу триггер 6 в момент t4. т.е. установит в О. Триггер 8 установится в 1 в момент t5, открывая элемент 10.

По окончании строб-импульса триггер 3 в момент ts по С-входу установится в О. На выходе элемента 5 ИЛИ установится О. На выходе элемента 7 также установится О, который установит по R-входу в О триггер 4. При этом на выходе элемента 5 вновь установится 1, т.е. на выходе элемента 5 формируется короткий отрицательный импульс, длительность f 5 которого равна сумме задержек элемента 7, триггера 4 и собственно элемента 5. Минимальная длительность импульса, от которого надежно срабатывают элементы(логические элементы, триггеры, счетчики и т.п.) данной серии (например серии 155), должно быть не менее гз логиче- ского элемента И или ИЛИ. В данном случае имеем длительность г5 в несколько раз более Гз, тем более, если учесть, что D-триггер имеет задержку 2 тз...З т з. Это значит, что от этого импульса произойдет надежное сраба- тывание по С-входу триггера б, который вновь установится в 1. Поскольку к моменту tg на D-входе триггера 8 О, то он в этот момент установится в О закрывая элемент 10.

Как видно из эпюры, на выходе элемен- та 10 формируется три счетных импульса, и с учетом единичного состояния триггера б результат измерения составит

+ 0,5 г 3,5 т

(8)

На основании (7) и (8) погрешность измерения составит

I Д| 0.5т

О)

На фиг.5 начало и окончание строб-импульса приходятся на единичное состояние прямой импульсной последовательности

,5r Tmln t6-t3 2,5r

(10)

Здесь, как и в предыдущем случае, в интервале t3...t4 на выходе элемента 5 формируется импульс, так как сначала (в момент ts) в 1 установится триггер 4, а затем (в момент to) - триггер 3. В момент t4 триггер 6 установится в О. Элемент 10 триггером 8 открывается в момент гз. По окончании строб-импульса в исходное состояние сначала возвращается триггер 4 (момент t). a затем - триггер 3 (момент te), и триггер б до конца измерения остается в нулевом состоянии. В момент tg триггер 9 также возвращается в исходное состояние.

Как видно из эпюры, на выходе элемента 10 сформируется три счетных импульса, и результат измерения составит

(11)

На основании (1) и (11) погрешность измерения составит

I ДI 0,5 т

Погрешность измерения не превышает 0,5 г и в тех случаях, когда начало или конец строб-импульса совпадают (почти совпадают) с моментами изменения логического состояния импульсной последовательности генератора 1.

Пусть начало строб-импульса приходится на момент t2, а окончание - на момент t. При этом длительность изменяемого интервала составит

Тх ty-t2 3,5r

(12)

В момент t2 срабатывание триггера 3 имеет вероятностный характер, т.е. срабатывание триггера 3 в момент т.4 не предсказуемо.

В момент t вероятностный характер имеет срабатывание триггера 4.

Если триггер 3 срабатывает в момент ta, а триггер 4 в момент t не успевает сработать, то устройство работает в соответствии с эпюрами фиг.2 и результат измерения

50

Nu 4 Г

(13)

Если триггер 4 успевает сработать в момент t, то устройство работает в соответствии с фиг.З. Результат измерения в этом случае

Nu 3,5 г (14)

Если в момент т,2 триггер 3, а в момент t - триггер 4, не успевают сработать, то

результат измерения формируется в соответствии с фиг.4

,5r

(15)

Если триггер 3 в момент ta не сработал, а триггер 4 в момент t успевает сработать, то устройство работает согласно эпюрам фиг.5 и результат измерения составит

Nu Зг

(16)

Сравнивая измеренные Значения (13), (14), (15), (16) в действительными значениями (12), видим что погрешность измерения не превышает ±0,5 т .

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает точность измерения такую же, как и устройство прототип, при этом имеет меньший объем оборудования - исключается один элемент И.

Ф о р м у л а и з о б р ё т е н и я Устройство для измерения временного интервала, содержащее генератор импульсов, RS-триггер, три D-триггёра, два элемента ИЛИ, элемент И, счетный триггер, счетчик импульсов, причем прямой выход генератора соединен с первым входом элемента И и тактовым входом первого D-триггера, а инверсный выход - с тактовыми входами второго и третьего D-триггеров, прямой выход последнего из которых соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, информационные выходы которого являются выходами целой части результата измерения и подключены к выходной шине устройства, а вход обнуления соединен с

входом Сброс устройства и S-входом счетного триггера, прямой выход которого является выходом дробной части результата измерения и подключен к выходной шине устройства и к первому входу первого элемента ИЛИ, а тактовый вход счетного триггера подключен к второму входу первого элемента ИЛИ и к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к инверсному выходу второго D-триггера, а

второй вход - к прямому выходу первого D-триггера, D-вход которого подключен к D-входу второго D-триггера и к прямому выходу RS-триггера , S- и R-входы которого соединены с шиной Старт и Стоп соответственнр, о т л и ч а ющееся тем, что. с целью упрощения устройства, прямой выход и инвертированный R-вход второго D- триггера подключены соответственно к второму входу третьего D-триггера и к выходу первого элемента ИЛИ.

Фаг.1

1г т/г

-t

J

tj tz is fy ts

i г

пЛ.

I I

I I I 1 I I

ts t is t$ tjo ti Фиг. I