Преобразователь интервалов времени в цифровой код Советский патент 1979 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения временных интервалов и периодов тока или напряжения, и может найти широкое применение в системах измерения, обработки и представления информации.

Известно устройство, содержащее генератор опорной частоты, подключенный своим выходом через ключ к счетнолгу входу счетчика, и триггер, выход которого подключен ко второму входу ключа. И а установочные входы триггера подаются импульсы «Пуск и «Стоп, определяющие начало и конец измеряемого временного интервала 1.

Недостатком устройства является наличие погрещности, вызываемой несовпадением момента конца отсчета с концом периода колебаний генератора опорной частоты.

Известно® также устройство, содержащее входной триггер, линию задержки, выходы которой подключены соответственно к первым входам л элементов И, выходы которых соединены со входами регистра, выход регистра подключен ко входу счетчика младщих разрядов, второй вход которого соединен с первым входом счетчика старщих разрядов, второй вход счетчика старщих разрядов подключен к выходу ключа, первый вход которого соединен с выходом

счетчика младших разрядов, а второй и третий входы ключа подключены соответственно к выходу входного триггера и выходу генератора опорной частоты 2.

Однако в этом устройстве не учитывается время включения и выключения элементов, а также не устраняется погрешность измерепия, связанная с несовпадением начала измерения с передним фронтом импз пьса генератора опорной частоты, что снижает точность преобразования интервалов времени в цифровой код.

Целью изобретения является повышение точности преобразования интервалов времени в цифровой код.

Это достигается тем, что в преобразователь иптервалов времени в цифровой код, содержащий входной триггер, линию задержки, выходы которой подключены соответственно к первым входам п элементов И, выходы которых соединены со входами регистра, выход регистра подключен ко входу счетчика младщих разрядов, второй вход которого соединен с первым входом

счетчика старщих разрядов, второй вход счетчика старщих разрядов подключен к выходу ключа, первый вход которого соединен с выходом счетчика младщих разрядов, а второй и третий входы ключа подключены соответственно к выходу входного

триггера и выходу генератора опорной чаетоты, дополнительно введены генератор одиночных импульсов, триггер, одновибратор и элемент управления, вход которого подключен ко входу одновибратора, к первому входу генератора одиночных импульсов и ко второму входу ключа, третий вход которого соединен со вторым входом генератора одиночных импульсов, выход которого подключен к первому входу дополнительного триггера, второй вход дополнительного триггера соединен е первым выходом элемента управления, второй и третий 15ЫХОДЫ которого соответственно подключены к (/г+1)-му входу региетра и ко второму входу счетчика младших разрядов, при этом выход дополнительного триггера соединен ео вторыми входами п элементов И, а выход одновибратора подключен ко входу линии задержки.

На чертеже представлена принципиальная етруктурная электрическая схема устройства.

Преобразователь содержит генератор 1 опорной частоты, входной триггер 2, ключ 3, счетчик 4 старших разрядов, элемент 5 управления, одновибратор 6, генератор 7 одиночных импульсов, дополнительный триггер 8, линию 9 задержки, элементы И 10-1, ..., 10-я, региетр 11, счетчик 12 младших разрядов. На чертеже также показаны шина «Нуск 13 и шина «Стоп 14.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии значения счетчиков 4 и 12 равны нулю. Перед началом измерения с одного из выходов элемента 5 управления на второй вход дополнительного триггера 8 подается импульс, уетанавливаюп ий дополнительный триггер 8 в такое состояние, что элементы И 10-1, ..., 10-л по входам, подключенным к выходу дополнительного триггера 8, оказываются разрешенными. С другого выхода элемента 5 управления на соответствующие входы счетчиков 4 и 12 подается команда «Сложение. С шины «Пуск 13 на входной триггер 2 поступает импульс, соответствующий началу измеряемого временного интервала. Входной триггер 2 устанавливается в единичное еостояние, в результате чего на ключ 3 и генератор 7 одиночных импульсов по входам, подключенным к выходу входного триггера 2, подается разрешающий потенциал. Сигналы е выхода генератора 1 опорной частоты поетупают на соответствующие входы ключа 3 и генератора 7. Ключ 3 построен так, что на вход счетчика 4 от генератора 1 будут проходить сигналы, начиная с того импульса, передний фронт которого начался после поступления сигнала разрешения ечета от входного триггера 2. Генератор 7 одиночных импульсов формирует один импзльс, синхронный с первым импульсом генератора 1, передний

фронт которого начался после сигнала разрещения от входного генератора 2. На второй вход счетчика 4 через ключ 3 начинают проходить импульсы от генератора 1. Линия 9 задержки имеет (2™-1) отвода при двоичной системе счисления, где т - число, показываю1цее, во сколько раз надо повысить точность при применении двоичных счетчиков, причем каждая из секций

Го

где 7о -

создает задержку, равную

т

период колебаний генератора 1. Фронтом выходного сигнала триггера 2 возбуждается одновибратор 6, е выхода которого импульс подается на вход линии 9 задержки. Длительность выходного импульса т одновибратора 6 выбирается из условия, что . Выходным сигналом генератора 7 дополнительный триггер 8 по первому входу устанавливается в состояние, запрещающее прохождение еигналов от линии 9 задержек через элемент И 10-1-10-/г на входы регистра 11. За время , измеряемое с момента пуска устройства и до поступления первого импульса от генератора 1 опорной частоты, или, что то же самое, с момента подачи сигнала одновибратора 6 на линию 9 задержки и до момента запрета элементов И 10-1 - 10-я на установочные входы регистра 11 (регистр 11 может быть выполнен, например, на триггерах) с отводов линии 9 задержки через элементы И 10-1-10-п будут поступать импульсы, которые установят в еостояние «1 К. триггеров регистра 11, причем

MI MI

К - - -- т.

TolmГо

Однако ввиду того, что элементы, входящие в одновибратор 6, генератор 7 одиночных импульсов, дополнительный триггер 8 и элементы И 10-1 - 10-л имеют конечное время включения и выключения, то время, за которое на установочные входы регистpall будут поступать сигналы, в действительности равно

Д/J at, Гввд вым

где /вкл - время включения элементов, выкл - время выключения элементов.

Следовательно, будет установлено в состояние «1 ./(триггеров

- вкл + is

т.

т.

После запрета элементов И 10-1-10-/г из элемента 5 управления на (и4-1)-й (сдвиговый) вход регистра 11 подаются сигналы, очищающие регистр И. Сигналы

переполнения с выхода регистра 11 поступают на счетчик 12, где они суммируются. Поеле очистки регистра 11 на второй вход дополнительного триггера 8 вновь подается сигнал подготовки, устанавливающий дополнительный триггер 8 в такое состояние,

что элементы И 10-1-10-/г по объединенным входам оказываются разрешенными. Когда с шины «Стоп 14 поступает сигнал на входной триггер 2, то он устанавливается в такое положение, что своим выходом накладывает запрет на ключ 3, и сигналы от генератора 1 прекрлгцают проходить на вход счетчика 4. За время tx с момента прихода импульса с шины «Пуск 13 до прихода импульса с шины «Стоп 14 от генератора 1 на вход счетчика 4 поступает

Л - импульсов. С одного из выходов

TO

элемента 5 управления на соответству1он;ие входы счетчиков 4 и 12 подается команда «Вычитание. По фронту выходного сигнала входного триггера 2 возбуждается одновибратор 6, выходной импульс которого поступает на вход линии 9 задержки. Первым импульсом генератора 1, поступившим на генератор 7 одиночных импульсов после выключения входного триггера 2, производится сброс дополнительного триггера 8 и запрет элементов И 10-1 -10-п. За время должно быть установлено в состояние «1 Р триггеров регистра П.

-т.

Tclm

С учетом задержек на включение и выключение элементов в действительности в регистре 11 будет установлено в состояние «1 Р триггеров.

- вкл + в

Э/

т.

После запрета элементов И 10-1-10-п из элемента 5 управления на (n-f 1)-й (сдвиговый) вход регистра 11 подаются сигналы «Счет, очишаюшие регистр 11. Сигналы переполнения с выхода регистра 11 поступают на счетчик 12, где производится их вычитание из нредыдуш;его значения. В этом случае, если К..Р , сигнал перехода через «О счетчика 12 через ключ 3 поступит на счетчик 4, и его значение уменьшится на единицу. После вычитания состояние счетчика 12 примет значение

-,/ Д 1- вкл-Мв

1 К -Рт -

Аг2 - гвкл + выкл уу, - 2 ™

- - III/ , fitrf

TOTO

Т. e. в счетчике 12 будет записано число, пропорциональное величине (A i-А/г)- Таким образом

+ Д.-А4. Но так как состояние счетчика 4 равно Л,

ч л

а состояние счетчика 12 равно - (д/jд д)

TO

следует, что погрешности, вызываемые задержкой на включение и выключение элементов взаимно компенсируются за счет того, что при измерении и используют одни и те же элементы.

Таким образом, введение в преобразователь элемента управления, генератора одиночных импзльсов, одновибратора и триггера позволит повысить точность преобразования временного интервала в код за счет использования высокостабильного генератора опорной частоты и исключения погрешности, вызываемой конечным временем включения и выключения элементов схемы.

Формула изобретения

Преобразователь интервалов времени в цифровой код, содержаший входной триггер, линию задержки, выходы которой подключены соответственно к первым входам п элементов И, выходы которых соединены со входами регистра, выход регистра подключен ко входу счетчика младших разрядов, второй вход которого соединен с первым входом счетчика старших разрядов, второй вход счетчика старших разрядов подключен к выходу ключа, первый вход которого соединен с выходом счетчика младших разрядов, а второй и третий входы ключа подключены соответственно к выходу входного триггера и выходу генератора опорной частоты, отличаюш;ийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него дополнительно введены генератор одиночных импульсов, триггер, одновибратор и элемент управления, вход которого подключен ко входу одновибратора, к первому входу генератора одиночных импульсов и ко второму входу

ключа, третий вход которого соединен со вторым входом генератора одиночных импульсов, выход которого подключен к первому входу дополнительного триггера, второй вход дополнительного триггера соединен с первым выходом элемента управления, второй и третий выходы которого соответственно подключены к (/г+1)-му входу регистра и к второму входу счетчика младших разрядов, при этом выход дополнительного триггера соединен со вторыми входами п элементов И, а выход одноЁибратора подключен ко входу линии задержки.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М., «Энергия, 1976, с. 90-91, рис. 2-17.

2. Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. М., «Высшая школа, 1973, с. 169-170, рис. 3-20.