Измеритель временных интервалов Советский патент 1981 года по МПК G04F10/04 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

Изобретение относится к из.мерительной технике и может быть использовано при измерении и контроле интервалов времени в радио- и оптической локации, автоматике, вычислительной технике, приборостроении. Известен измеритель временных интервалов, содержащий счетчики грубого и точного измерения, преобразователи интервалов времени, блоки устранения неоднозначности грубого измерения и блоки управления 1. Недостатком известных устройств является низкая точность измерений. Наиболее близок к предлагаемому из.меритель временных интервалов, который содержит генератор счетных импульсов, два счетчика точного измерения и счетчик грубого измерения, подключенных через ключи к генератору счетных импульсов, два преобразователя масштаба времени, два одновибратора, две линии задержки, четыре триггера - по два в каналах стартового и стопового импульсов 2. Недостатком известного устройства является его сложность и то, что измерение интервалов времени происходит в нереальном масштабе времени, что приводит к дополнительным ошибкам при преобразовании масштаба времени, а также невысокое быстродействие, так как после измерения интервала времени происходит обработка результата измерения (перезапись в счетчиках точного и грубого измерений), и результат измерения может быть получен только спустя некоторое время после окончания измерения интервала времени. Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем, что ,в измеритель временных импульсов, содержащий генератор счетных импульсов, управляющий триггер, блок точного измерения, выход которого соединен со входо.м счетчика грубого измерения, входы управляющего триггера подключены к шинам стоп-старт импульсов, введен блок привязки, первый и второй входы которого соединены соответственно с шиной старт-импульса и выходом генератора счетных, импульсов, а выход - с первым входом блока точного измерения, второй вход которого подключен к выходу управляющего триггера. Блок привязки содержит секционированную линию задержки, формирователь длительности счетных импульсов, четыре элемента И, четыре триггера и элемент 2И-4ИЛИ, причем шина старт-импульса соединена с первыми входами элементов И, выходы которых соединены со входами соответствующих триггеров, прямые выходы которых соединены с первой группой входов элемента 2И-4ИЛИ, вторые входы которого соединены соответственно с выходом формирователя и вторым входом первого элемента И, выходом первой секции линии задержки и вторым входом второго элемента И, выходом второй секции линии задержки и вторым входом третьего элемента И и выходом третьей секции линии задержки и вторым входом четвертого элемента И, инверсный выход первого триггера соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого элементов И, инверсный выход второго триггера подключен к третьему входу первого элемента И и четвертому входу третьего и четвертого, инверсный выход третьего триггера соединен с четвертыми входами первого и второго и пятым входом четвертого элемента И, инверсный выход четвертого триггера подключен к пятым входам первых трех элементов И, и блок точного измерения содержит секционированную линию задержки, четыре ключа, четыре триггера, шесть, элементов И и два элемента ИЛИ, причем первым входом блока является вход первой секции линии задержки, ко второму входу блока подключены первые входы ключей, ко вторым входам которых подключены выходы соответственно первой, второй, третьей и четвертой секций линии задержки, выходы ключей соединены со входами соответствующих триггеров, прямые выходы триггеров соединены с первыми входами соответствующих первых четырех элементов И, выходы которых подключены ко входам первого элемента ИЛИ, инверсный выход первого триггера соединен со вторым входом второго элемента И, первый вход которого подключен к первому входу пятого элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и инверсным выходом четвертого триггера, инверсный выход второго триггера соединен со вторым входом первого элемента И и первым входом шестого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу четвертого триггера, инверсный выход третьего триггера соединен со вторым входом четвертого элемента И, выходы пятого и шестого элементов И подключены ко входам второго элемента ИЛИ. На фиг. 1 приведена структурная схема измерителя временных интервалов; на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющие его работу; на ф.иг. 3 и 4 - соответственно функциональная схема и диаграммы напряжений, поясняющие работу блока привязки счетных импульсов к старт-импульсу; на фиг. 5 и б - соответственно функциональная схема и диаграммы напряжений. поясняющие работу блока точного из.мерения. Измеритель временных интервалов содержит генератор 1 счетных импульсов, блок 2 привязки счетных импульсов к стартимпульсу, управляющий триггер 3, блок 4 точного измерения и счетчик 5 грубого измерения. Блок 2 привязки счетных импульсов к старт-импульсу (фиг. 3) состоит из формирователя 6 длительности счетных импульсов, секций 7 - 9 секционированной линии задержки, элементов И 10-13, триггеров 14 - 17 и элемента 2И-4ИЛИ 18. Диаграммы напряжений, поясняющие работу блока привязки счетных импульсов к старт-импульсу, приведены на фиг. 4. Блок 4 точного измерения {фиг. 5) состоит из секционированной секции 19 - 22 секционированной линии задержки ключей 23 - 26, управляемых и.мпульсов с выхода управляющего триггера 3, триггеров 27 - 30 и дешифратора, состоящего из элементов И 31-34, 37 и элементов ИЛИ 35, 38. Число разрядов блока точного измерения зависит от степени квантования временного интервала между счетными импульсами и в общем случае может быть равно 2 . В настоящем устройстве точного измерения временной интервал между счетными импульсами имеет четыре дискрета квантования. В качестве квантователя использована секционированная линия 19 - 22 задержки. Работа блока точного из.мерения поясняется диаграммами напряжений на фиг. 6. В исходном состоянии триггеры 27-30 (фиг. 5) установлены в нуль. Измеритель работает следующим образом. Пусть состояние «нуль соответствует отсутствию потенциала на прямых выходах разрядов счетчика, триггеров и блоков, а состояние «единица соответствует наличию на тех же выходах какого-либо (положительного или отрицательного) потенциала. В исходном состоянии блок 2 привязки, триггер 3, блок 4 точного измерения и счетчик 5 грубого измерения находятся в состоянии «нуль (цепи установки нуля на фиг. 1 не показаны). С приходом старт-импульса (фиг. 2 а) триггер 3 опрокинется, на его выходе появится потенциал, равный «единице (фиг. 2 в), который воздействует на блок 4 точного измерения. В то же время на выходе блока привязки появятся счетные импульсы-, причем время появления первого из них совпадает с моменто.м прихода стартимпульса и передним фронтом импульса с выхода триггера (фиг. 2 а, в, г) с точностью, определяе.мой дискретностью квантования периода следования счетных импульсов, которое происходит в блоке 2 привязки счетных импульсов к старт-импульсу. Дискретность квантования периода следования счетных импульсов определяется исходя из заданной точности измерения интервала времени и частоты следования счетных импульсов. Блок 4 точного измерения начнет работу с первого счетного импульса, появившегося на его выходе. В интервале времени, определяемом числом разрядов блока 4 точного измерения, блок 4 делает один цикл счета, и с приходом на него очередного счетного импульса на прямых выходах его разрядов установится код, равный нулю, а с выхода старшего разряда произойдет перенос единицы на вход счетчика 5 грубого измерения (фиг. 2д, е, ж, з). Таким образом, происходит непосредственное преобразование интервала времени в цифровой код. С приходом стоп-импульса триггер 3 опрокинется, на его выходе появится потенциал, равный нулю, вход блока 4 точного измерения закроется, а на прямых выходах .- , разрядов блока 4 и счетчика 5. грубого из мерения фиксируется двоичный позиционный код, пропорциональный измеренно.му временному интервалу (фиг. 2 д, е, ж, з, и). Привязка счетных импульсов к стартимпульсу происходит соедуюплим образом. Счетные импульсы с выхода генератора счетных импульсов поступают на вход формирователя 6 длительности счетных импульсов, формирователь 6 калибрует их так, чтобы их длительность была равна длительности интервала квантования периода следования счетных импульсов (период квантования задается линией задержки), т. е. г л I/ где К -число дискретов квантования временного интервала следования счетных импульсов; f -период следования счетных импульсов (фиг. 4 в). С выхода формирователя 6 счетные импульсы поступают на вход линии 7, 8, 9 задержк.и, которая производит квантование интервала t,следования счетных импульсов по времени на Л интервалов, в данном случае К 4. Время задержки каждой секции равно одной единице квантования VT (фиг. 4 г, д, е). В исходном состоянии триггеры 14-17 установлены, л нуль, т. е. на их прямых выходах потенциал равен нулю, а на инверсных - единице. Выход элемента 2И4ИЛИ 18 закрыт потенциалами с прямых выходов триггеров 14- 17, а выходы элементов 10- 13 открыты сигналом с инверсных выходов этих триггеров и готовы к приему старт-импульса. Время прихода старт-им пульса, совпадает с одним из импульсов, поступающих с выхода формирователя 6 и линии 7, 8, 9 задержки на элементов И 10- 13 (фиг. 4 а) Пройдя через один из элементов И 10- 13 в данном случае это будет элемент И Uis. старт-импульс переведет соответствующий триггер (триггер 15) в состояние «единица. При этом элементы И 10, 12, 13, коммутируюшие входы триггеров 14, 16, 17 закроются, чтобы через них не прошли помехи и не опрокинули триггеры 10, 12, 13 во время измерения. Выход И элемента 2И4ИЛИ 18, управляемый триггером 15, откроется и скоммутирует соответствующий (в данном случае 7) выход линии задержки через элемент 2И-4ИЛИ 18 на выход устройства привязки счетных импульсов к стартимпульсу. Таким образом, на выходе блока привязки появятся счетные импульсы, задержанные так, что первый из них совпадает с моментом прихода старт-импульса (фиг. 4) В этом случае абсолютная ошибка измерения т, О (фиг. 4 а, г). Чтобы сделать новое измерение, необходимо триггеры 14 - 17 установить в исходное состояние сигналом «Установка нуля (на фиг. 3 цепи уста нуля не показаны), Блок точного измерения работает следующим образом. На один из двух его входов подается импульс с выхода триггера 3 (фиг. 6 а), длительность которого равна измеряемому временному интервалу. Одновременно на другой вход подаются счетные импульсы (фиг. 66), привязанные к старт-импульсу, поэтому передний фронт импульса управляющего триггера совпадает с первым счетным импульсом (фиг. 6 а, б). Абсолютная ошибка измерения Дт, в это.м случае, как уже отмечалось выше, равна нулю. Счетные импульсы, проходя через секционированную линию задержки (фиг. 6 в, г, д, е), сдвигаются по времени и попадают на входы ключей (23 - 26), которые открыты импульсом триггера 3. Пройдя через открытые ключи, счетные импульсы поступают на счетные входы триггеров 27 - 30, выходы которых (фиг. 6 ж, и, к, л) подключены к дешифратору, собранному на элементах 31 -38. По окончании импульса с выхода триггера 3 ключи 23 - 26 закрываются, триггеры 27 - 30 остаются в том состоянии, в котором они были после прихода на их входы последнего счетного импульса (фиг. 6 ж, и, к, л). При этом на выходе дешифратора будет зафиксирован трехразрядный двоичный позиционный код (фиг. 6р, у, ф). Достоинство такой схемы заключается в том, что она позволяет измерять интервалы времени, которые меньше периода следования счетных импульсов. При этом результат измерения практически одновременно с концом измерения интервала времени появляется на выходе устройства в виде двоичного разрядного позиционного кода и не требует дополнительных преобразований, т. е. происходит прямой счет, исключающий ошибки, появляющиеся в преобразователях масщтаба времени, которые входят в состав известного измерителя временных интервалов и применены в нем для измерения интервалов времени, длительность которых меньще периода следования счетных импульсов. Степень квантования /С, как и в блоке 2 привязки счетных импульсов к старт-импульсу, зависит от заданных точности и частоты счетных импульсрв и может быть равна 2 . Абсолютная ощибка At в этом случае уменьщается в /( раз

b- fAiri

и не может быть больше единицы младщего разряда блока 4 точного измерения.

Частота следования счетных импульсов обычно ограничена быстродействием счетных элементов. В описанном блоке 4 точного измерения частота импульсов, поступающих на вход счетных триггеров 27-30, равна частоте счетных импульсов, а измеренная фактически в К, раз больше (в данном случае в 4 раза больще, так как К, 4). т. е. блок 4 точного измерения обладает быстродействием большим, чем счетные элементы (триггеры),, входящие в него, и результат счета одновременно с концом измерения, без дополнительных операций, появляется на его выходе.

Формула изобретения

5 блока является вход первой секции линии задержки, ко второму входу блока подключены первые входы ключей, ко вторым входам которых подключены выходы соответственно первой, второй, третьей и четвертой секций линии задержки, выходы ключей

0 соединены со входами соответствующих триггеров, прямые выходь триггеров соединены с первыми входами соответствующих первых четырех элементов И, выходы которых подключены ко входам первого элемента ИЛИ, инверсный выход первого триггера соединен со вторым входом второго элемента И, первый вход которого подключен к первому входу пятого элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и инверсным выходом

0 четвертого триггера, инверсный выход второго триггера соединен со вторым входом первого элемента И и первым входом шестого элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу четвертого триггера, инверсный выход третьего триггера

5 соединен со вторым входом четвертого элемента И, выходы пятого и щестого элементов И подключены ко входам второго эле.мента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

JVo 551600, кл. G 04 F 10/04, 1975 (прототип).

ИМП- CffJff/imf /770/7 ЗШ. 2e/fejffff777ffJ 7ff

SM. rrj. &ш. ffffo fa /

вш.мт 4

Sb/x.cif.S

фег.

.