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

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, например, в аналого-цифровых преобразователях.

Выходные напряжения датчиков угла преобразователей, угол-код с промежуточным преобразованием угла в фазу синусоидального напряжения и временной интервал можно охарактеризовать как периодические сигналы с равными полупериодами. Таким образом, преобразование в двоичный код временных интервалов, ограниченных указанными сигналами, является широко распространенной задачей.

Известен преобразователь, содержащий источник импульсов, с первого выхода которого разрешается прохождение на вход счетчика импульсов (в момент, соответствующий переднему фронту первого управляющего импульса частота которых в два раза меньше частоты следования импульсов на выходе генератора калиброванной частоты 1. В течение времени, ограниченного окончанием действия первого управляющего импульса и передним фронтом второго управляющего импульса с второго выхода источника импульсов, :на вход счетчика поступают импульсы

:с выхода генератора калиброванной частоты. В течение времени, ограниченного передним фронтом второго управляющего импульса и окончанием его действия, частота импульсов, поступающих на вход счетчика, вновь уменьшается в два раза. Таким образом, в счетчике фиксируется код, пропорциональный временному интервалу между

0 серединами длительностей двух управляющих импульсов.

Однако в этом устройстве время преобразования зависит от длительности управляющих импульсов; увели5чивается погрешность преобразования временного интервала, ограниченного управляющими импульсами, при изменяющихся в процессе эксплуатации преобразователя длительностях управляющих

0 импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь , в котором импульсы, в (срабатываемые генератором тактовой

5 частоты, подсчитываются в счетчике в течение временного интервала, ограниченного передними фронтами старти стоп-импульсов или стоп- и стартимпульсов. При этом в счетчике фикси0руется код, пропорциональный измеряеiMOMy временному интервалу или его дополнению к периоду, а максимальное время измерения временного интервала с момента подачи импульса опроса до окончания счета не превышает одного периода между старт-импульсами(стопимпульсами) 2.

Недостатком этого преобразователя является относительно малое быстродействие.

Целью изобретения является повыЧтение быстродействия.

Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий основной элемент ИЛИ, пять вентилей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого вентиля, триггер знака, счетчик импульсов, пять RS-триггеров, прямой вЕлход первого из которых соединен с управляющими входами второго и третьго вентилей, основной формирователь старт-импульса, выход которого через второй вентиль соединен с S входом второго RS-триггера, вход основного формирователя старт-импульса соединен с шиной старт-сигнала, основной формирователь стоп-импульса, выход которого через третий вентиль соединен с S входом третьего триггера, вход основного формирователя стопимпульса соединен с шиной стоп-сигна ла, выходы четвертого и пятого вентилей подключены к S входам четвертого и пятого триггеров соответственно, дополнительно введены формирователь старт-импульсов, формирователь стоп-импульса, элемент НЕ; два К5--триггера, десять элементов И, пять элементов ИЛИ, причем вход основного формирователя старт-импул1 са соединен с входом дополнительного формирователя старт-импульса, выход которого соединен с первыми входами четвертого вентиля, первого и второго элементов И, вход основного формирователя стоп-импульса соединен с входом дополнительного формирователя стоп-импульса, выход которого соединен с первыми входами пятого вентиля,.третьего и четвертого элементов И, выход основного формирователя старт-импульса подключен к первьм входам пятого и шестого элементов И, а выход основного формирователя стоп-импульса соединен с первым BxojrfpiMH седьмого и восьмого элементов и, выходы второго, третьего, чет вертого и пятого RS-триггеров через первый дополнительный элемент ИЛИ подключены к второму входу первого вентиля, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов кроме того, выход второго RS-триггера соединен с вторыми входами четвертого и восьмого элементов И, выход четвертого RS-триггера соединен с вторыми входами третьего и седьмого

элементов И, выход пятого RS-триггера соединен с вторыми входами второго и шестого элементов И, выход третьего RS-триггера соединен с вторыми входами первого и пятого элементов И, третьи входы элементов И с первого по восьмой объединены и соединены с выходом первого дополнительного RS-триггера, выходы первого, пятого, второго и шестого элементов И через основной элемент ИЛИ соединены с S входом триггера знака и с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, к второму и третьему входам которого подключены выходы седьмого и четвертого элементов И, выходы второго, третьего, пятого и восьмого элементов И через третий дополнительный элемент ИЛИ соединены с S входом второго дополнительного RS-триггера и четвертым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через четвертый дополнительный элемент ИЛИ подключен к S входу первого дополнительного RS-триггера и непосредственно к R входу первого RS-триггера, инверсный выход которого соединен с R входом первого дополнительного RS-триггера, прямой выход перваго RS-триггера подключен к управляющим входам первого, четвертого и пятого вентиле и к второму входу четвертого дополнительного элемента ИЛИ, выход последнего разряда счетчика импульсов через элемент НЕ подключен к первому входу девятого элемента И и непосредственно, к первому входу десятого элемента И, прямой и инверсный выходы второго дополнительного RS-триггера подключены к вторым входам соответственно девятого и десятого элементов И, выходы которых соединены с входами пятого дополнительного элемента ИЛИ.

При этом в преобразователе временных интервалов в код иМйульсы, вырабатываемые генераторе тактовых импульсов, .подсчитываются счетчиком в течение времени, ограниченного передними фронтами двух ближайших по времени после поступления на вход преобразователя импульса опроса импульсов, соответствующих началам и серединам периодов старт- и стопсигналов.

На фиг. 1 представлена структурна схема преобразователя временных интервалов в код; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы его работы при из возможных вариантов расположения во времени импульса опроса, старти стоп-сигналов.

Преобразователь содержит генератор. 1 тактовых импульсов, вентили 2-6, элементы И 7-16, счетчик 17 импульсов, элемент НЕ 18, элементы ИЛИ 19-24, триггер 25 знака, RS-триггеры 26-32, формирователи 33 и 34 старт-импульса, формирователи 35 и 36 стоп-импульса. Выходы счетчика 17 импульсов и элементов ИЛИ 19 являются выходом устройства. Преобразователь работает следующим образом. В начале каждого измерения подается сигнал установки всех тригге ров устройства в нулевое состояние. На входы формирователей 33 и 34 импульсов поступает старт-сигнал в ви де напряжения, например, синусоидал ной формы, на входы формирователей 35 и 36 импульсов стоп-сигнал такой же формы (см. фиг. 2). На выходах формирователей 33 и 35 формируются импульсы при изменении знака входны сигналов с минуса на плюс, а на вых дах формирователей 34 и 36 - с плюс на минус. В результате получаем четыре временных интервала Tj , Т , Tj , ограниченных передними фронтами импульсов на выходах формирователей 33-36 импульсов. В зависимости от ф зовых соотношений старт- и стоп-сиг налов истинное значение временного интервала может быть равно Т или 2Tj +Ti| , а его дополнение к периоду соответственно равно T +2Т2 или Ti; . (см, фиг . 2) . Дальнейшая работа преобразовател определяется расположением импульсо на выходах формирователей 33-36 по отношению к импульсу опроса, фиксирующему начало измерения. Временны диаграммы, представленные на фиг. 3 поясняют работу преобразователя в случае, когда длительность измеряемого временного интервала Tj меньше половины периода старт-сигнала (сто сигнала) , а импульс опроса поступае в течение временного интервала T,j -T(j . Импульс опроса поступает на S вход триггера 32, устанавливая его в единичное состояние. При этом с прямого выхода триггера 32 на входы вентилей 2-6 поступает разрешающий потенциал. Однако вентиль 2 закрыт запрещающим потенциалом с выхода эле мента ИЛИ 24, Сигнал с прямого выхода триггера 32 поступает также на вход элемента ИЛИ 20, сигнал с выхода которого поступает на S вход триг гера 26. При этом на выходе триггера 26 формируется разрешающий потенциал поступающий на входы элементов И 7-1 Первый после импульса опроса импульс сформированный из стоп-сигнала на вы ходе формирователя 35, через элемент И 15 поступает на S вход триггера 30 устанавливая его в единичное состояние. При этом с выхода триггера 30 разрешающий потенциал поступает на входы элементов И 9 и 10 и через элемент-ИЛИ 24 - на -вход вентиля 2, разрешая прохождение импульсов с выхода генератора 1 тактовых импульсов через вентиль 2 на вход счетчика 17 импульсов. Сформированный из стартсигнала на выходе формирователя 34 импульс через элемент И 9, на который поступают два разрешающих потенциала с выходов триггеров 26 и 30, и далее через элементы ИЛИ 22 и 23 поступает на вход элемента ИЛИ 21 и S входы триггеров 25 и 27, устанавливая их в единичное состояние. Через :элемент ИЛИ 21 импульс поступает на R вход триггера 32, устанавливая его передним фронтом в нулевое состояние, При этом на прямом выходе триггера 32 формируется потенциал, запрещаюЩ|1й прохождение импульсов через вентили 2-6. Подсчет импульсов счетчиком 17 прекращается и в счетчике фиксируется код, пропорциональный интервалу времени Т (см. фиг. 2а), Б связи с тем, что интервал времени Т меньше половины периода стартсигнала, в старшем разряде счетчика, емкость которого соответствует числу импульсов, пропорциональному периоду старт-сигнала (стоп-сигнпла), фиксируется нулевое значение кода, что соответствует единичному значению на выходе элемента НЕ 18. Следовательно, на каждый из двух входов элемента И 15 поступает соответствующий логи- . ческой единице потенциал с выхода элемента НЕ 18 и прямого выхода триггера 27. На выходе элемента И 15 формируется сигнал, соответствующий логической единице, который через элемент ИЛИ 19 поступает на выход преобразователя, представляя собой стар-ший п разряд кода. Поступающие на входы элемента И 16 с выхода старшего разряда счетчика 17 и инверсного выхода триггера 27 сигналы, соответствующие логическому нулю, формируют на .выходе элемента И 16 сигнал, соответствующий логическому нулю, который не изменяет сигнал на выходе элемента ИЛИ 19, Зафиксированный в счетчике 17.код с первого по (п-1) разряды, пропорционален временному интервалу между передними фронтами импульсов на выходах формирователей 35 и 34, а значек,;е кода в старшем п разряде на выходе элемента ИЛИ 19 соответствует временному интервалу между передними фронтами импульсов на выходе формирователей 34 и 33 или половине периода старт-сигнала (стоп-сигнала), Таким образом, полученное значение кода пропорционально дополнению.к периоду измеряемого временного интервала Тц, о чем свидетельствует единичный сигнал на выходе триггера 25 знака. Импульс с выхода формирователя 34 импульсов за счет разницы в задержах переключения элементов преобразоателей может также через вентиль 4 поступить на 5 вход триггера 29 и установить его в единичное состояние Однако это не повлияет на сформирова ное значение кода, потому что, как уже указывалось выше, прохождение импульсов с выхода генератора 1 чере вентиль 2 не разрешается запрещающим потенциалом с прямого выхода триггера 30. Импульс с выхода элемента ИЛИ 21 через элемент ИЛИ 20 поступает на S вход триггера 26, удерживая его в состоянии, при KOTopcsvi с выхода триг гера 26 разрешающий потенциал продол жает поступать на входа элементов И 7-14, По окончании действия импуль са на выходе элемента ИЛИ 21 триггер 26 устанавливается в нулевое состояние сигналом, поступающим на его R вход с инверсного выхода триггера 32. При этом с выхода триггера 26 на входы элементов И 7-14 поступает запрещающий потенциал и импульсы, формируемые в дальнейшем на выходах фор мирователей 33-ч 6-импульсов, не могут изменить значения старшего разряда кода и сигнала на выходе триггера 25 знака Задержка изменения состояния триггера 26 на время, равное длитель ности импульса на выходе элемента ИЛИ 21, обеспечивает уверенное сраба тывание триггеров 25 и 27, которое не зависит от задержек элементов уст ройства. Таким образом, время преобразования не превышает половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала). В случае, если длительность измеряемого временного интервала не более половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала) и поступает импуль опроса в течение временного интервал Tg, (см, фиг, 2а) , то преобразователь работает следующим образом. На вход счетчика 17 с выхода генератора 1 та товых импульсов через вентиль 2 поступают импульсы в течение врет енного интервала, ограниченного передними фронтами импульсов, сформированных на выходах формирователей 34 (начало интервала) и 36 {конец интер вала) . Полученное в счетчике 17 значение кода пропорционально измеряемому временному интервалу Тц, о чем свидетельствует нулевой сигнал на выходе триггера 25 знака, а время не превышает половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала). Сигнал на выходе элемента ИЛИ 19 соответствует логическому нулю, так как на выходах элементов и 15 и 16 сформированы нули, на один вход каждого из указанных элементов поступае сигнал, соответствующий логической единице (соответственно с выхода эле мента НЕ 18 и инверсного выхода триг гера 27), а на другой вход - соответствующий логическому нулю (соответственно с прямого выхода триггера 27 и старшего разряда счетчика 17). Работа преобразователя при длительности измеряемого временного интервала, превьзшающего половину периода старт-сигнала (стоп-сигнала), и поступлении импульса опроса в течение временного интервгша Тд (см, фиг. 26) происходит следующим образом. На вход счетчика 17с выхода генератора 1 тактовых импульсов -через вентиль 2 поступают импульсы в течение временного интервала, ограниченного передними фронтами импульсов на выходах формирователей 36 и 34. Полученное на выходе преобразователя значение кода пропорционально дополнению к периоду измеряемого временного интервала, о чем свидетельствует единичный сигнал на выходе триггера 25 знака. Здесь время преобразования также не превышает половины периода стартсигнсШа (стоп-сигнала) . При длительности измеряемого временного интервала более половины периода старт-сигнала (стоп-сигнгша) и поступлении импульса опроса в течение временного интервала Тц (см. фиг. 26) преобразователь работает следующим образом. На вход счетчика 17 через вентиль 2 поступают импульсы, вырабатываемые генератором 1 тактовых импульсов, в течение временного интервала, ограниченного передними фронтами импульсов на выходах формирователей 34 и 35 импульсов. Полученное на выходе преобразователя значение кода пропорционально измеряемому временному интервалу, о чем свидетельствует нулевой сигнал на выходе триггера 25 знака. Время преобразования не превышает половины периода старт-сигнала (стоп-сигнала). Таким образом, максимальное время измерения временного интервала с момента подачи импульса опроса до окончания преобразования не превышает половины периода старт-сигнала (стопсигнала) . . Формула изобретения Преобразователь временных интервалов в код, содержащий основной элемент ИЛИ, пять вентилей, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого вентиля, триггер знака, счетчик импульсов, пяТь RS-триггеров, прямой выход первого из которых соединен с управляющими входами второго и третьего вентилей, основной формирователь старт-импульса, выход которого через второй вентиль соединеи с S входом второго RS-триггера, вход основного рмирователя старт-импульса соединен ; шиной старт-сигнала, основной формирователь стоп-импульса, выход которого через третий вентиль соединен с S входом третьего триггера, вход основного формирователя стоп-импульса соединен с шиной стоп-сигнала, выходы четвертого и пятого вентилей подключены к S входам четвертого и пятого триггеров соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены формирователь старт-импульса, формирователь стопимпульса, элемент НЕ, два RS-триггера десять элекюнтов И, пять элементов ИЛИ, причем вход основного формирователя старт-импульса соединен с вхолом дополнительного формирователя старт-импульса, выход которого соединен с первыми входами четвертого вентиля, первого и второго элементов И, вход основного формирователя стопимпульса соединен с входом дополнительного фОЕ 1Ирователя стоп-импульса, выход которого соединен с первыми входами пятого вентиля, третьего и четвертого элементов И, выход основного формирователя старт-импульса подключен к первым входам пятого и шестого элементов И, а выход основного формирователя стоп-импульса соединен с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выходы второго, третьего, четвертого и пятого RS-триггеров через первый дополнительный элемент ИЛИ подключены к второму входу первого вентиля, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, кроме того, выход второго КЗ-триггера соединен с вторыми входами четвертого и восьмого элементов И, ыход четвертого RS-триггера соединен с вторыми входами третьего и седь ьюго элементов И, выход пятого RSтриггера соединен с вторамя входами второго и шестого элементов И, вы;ход третьего RS-триггера соединен с вторыми входами первого и пятого

элементов И, третьи входы элементов И с первого по восьмой объединены и соединены с вькодом первого дополнительного RS-триггера, выходы первог пятого, второго и шестого элементов И через основной элемент ИЛИ соединны с S входом триггера знака и с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, к второму и третьему входам которого подключены выходы седьмого и четвертого элементов И, выходы второго, третьего , пятого и восьмого элементов И через третий дополнительный элемент ИЛИ соединены с S входом второго дополнительного RS-триггера и четвертым входом второго дополнительного элемента ИЛИ, выход которого через четвертый дополнительный элемент ИЛИ подключен к S входу первого дополнительного RS-триггера и непосредственно к R входу первого RS-триггера, инверсный выход которого соединен с R входом первого дсяюлнительного RS-триггера, прямой щыход первого RS-триггера подключен к управляющим входам первого, четвертого и пятого вентилей и к второму входу четвертого дополнительного элемента ИЛИ, выход после1щего раэряда счетчика импульсов через элемент НЕ подключен к первому входу девятого элемента И и .непосредственно к первом входу де сятого элемента И, прямой и инверсный выходы второго дополнительного RS-триггера подключены к вторым входам соответственно девятого и десятого элементов И, выходы которых соединены с входамс пятого дополнительного элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. Авторское свидетельство СССР 352391, кл. Н 03 К 13/02, 1971. 2, Авторское свидетельство СССР 289509, кл. Н 03 К 13/02, 1969 (прототип).

9ие.2

«a