Цифровые вторичные часы-хронометр Советский патент 1981 года по МПК G04G3/00 G04C13/03 

(54) ЦИФРОВЫЕ ВТОРИЧНЫЕ ЧАСЫ-ХРОНОМЕТР

1

Изобретение относится к приборостроению, в .частнести к вторичным приборам времени, на которые информация о текущем времени поступает от первичных часов в кодированном виде, и может быть использовано как для цифровой индикации текущего времени, так и для измерения временных интервалов.

Известен цифровой хронометр, содержащий последовательно соединенные генератор стандартной частоты, формирователь импульсов стандартной частоты, ключ, вход которого подключен к триггеру с раздельным входом и счетчик 1. Такая схема хронометра сложна и дорога из-за того, что в ней содержится генератор стандартной частоты, обычно стабилизированный кварцевым ре; зонатором, и многоразрядный делитель частоты, который выполняет роль формирователя счетных импульсов.

Наиболее близким по технической сущности являются цифровые вторичные часыхронометр, содержащие селектор импульсов, информационный и тактовый выходы которого подключены соответственно к информационному и тактовому входам регистра, а маркерный выход и выход «огибающей

тактовых- импульсов селектора импульсов подсоединены соответственно к входу «установки нуля и счетному входу коммутатора, и цифровые индикаторы 2.

Недостатком такого устройства является невозможность точного измерения интервалов времени.

Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей.

Для достижения поставленной цели введены шесть счетчиков импульсов, щесть клюJJJ чей, схема совпадения, Д-триггер, схема выделения фронтов, блок управления с переключателем режима работ и тремя кнопками «Сброс, «Стоп и «Старт, причем выходы коммутатора через ключи соединены со входами разращения записи кода счетчиков импульсов, соединенных последовательно, входы записи кода которых соответственно объединены и присоединены к выходам регистра, а выходы параллельного кода каждого счетчика соединены с цифровыми индикаторами, входы установки нуля счетчиков и счетный вход первого счетчика присоединены соответственно к первому и второму.выходам блока управления, третий выход которого соединен с объединенными входами управления ключей. Один из выходов регистра соединен с первым входом схемы совпадения, выход которой присоединен к Д-входу Д-триггера, С-вход которого соединен со вторым входом схемы совпадения и одним из выходов коммутатора, а прямой и инверсный выходы Д-триггера через схему выделения фронтов присоединены ко входу блока управления. При этом блок управления содержит две схемы И на два и три входа соответственно и дваНЗ-триггера, причем выходы переключателя режима работ присоединены соответственно кЯи Бвходам nepBoroRS-триггера, инверсный выход которого присоединен к управляющим входам ключей, а прямой - к первому входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом схемы выделения фронтов, а третий вход - с прямы.м выходом второгоRS-триггера, инверсный выход которого присоединен к первому входу второй схемы И, второй вход которой соединен с кнопкой «Сброс , а кнопка «Стоп и «Старт присоединены соответственно к Яи S входам второго RS-триггера, выходь схем И соединены соответственно со входами «установки нуля счетчиков импульсов и со счетным входом первого счетчика импульсов. Схема выделения фронтов содержит схему ИЛИ и два формирователя импульсов, входы которых соединены с выходами Дтриггера, а. выходы этих формирователей через схему ИЛИ соединены со вторым входом трехвходовой схемы И управления. На фиг. 1 представлена структурная схема цифровых вторичных часов-хронометра; на фиг. 2 и 3 - соответственно схема блока управления и схема выделения фронтов; на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства. Цифровые вторичные часы-хронометр (фиг. ,1) содержат селектор импульсов 1, регистр 2, коммутатор 3, ключи 4, счетчики 5 импульсов, цифровые индикаторы 6, блок управления 7, схему 8 совпадения, Д-триггер 9, схему 10 выделения фронтов. Блок управления 7 (фиг. 2) включает переключатель 11 режима работ, кнопку 12 «Сброс, 13 «Стоп, 14 «Старт, К -триггер 15, трехвходовую схему И 16,Я5-триггер 17, двухвходовую схему И 18. Схема 10 выделения фронтов (фиг. 3) состоит из двух формирователей импульсов 19 и схемы ИЛИ 20. В цифровых вторичных часах-хронометре (фиг. 1) информационный и тактовый выходы селектора импульсов 1 соответственно соединены с информационным и тактовым входами регистра 2, а маркерный выход и выход огибающей тактовых импульсов соответственно соединены со входом «установки нуля и счетным входом ком.мутатора 3, выходы которого через ключи 4 соединены со входами разрешения записи кода счетчиков 5 импульсов, входы записи «кода которых соответственно объединены и присоединены к выходам регистра 2. Выход каждого предыдущего счетчика 5 импульсов (кроме последнего) соединен со счетным входом последующего, а выходы параллельного кода каждого счетчика 5 соединены с цифровыми индикаторами 6. Причем входы установки нуля счетчиков 5 и счетный вход первого счетчика присоединены к соответствующим выходам блока управления 7, третий выход которого соединен с объединенными входами упрагления ключей 4. Один из выходов регистра 2 соединен со входо.м схемы 8 совпадения, выход которой присоединен к Д-входу Д-триггера 9, С-вход которого соединен со вторьЕм входом схемы 8 совпадения и одним из вы.ходов ко.ммутатора 3, а прямой и инверсный выходы Дтриггера 9 через схему 10 выделения фронтов присоединены ко входу блока управления 7, к .которому присоединен переключатель 11 режима работ и кнопки 13, 12 и 14 соответственно. В блоке управления 7 (фиг. 2) выходы переключателя присоединены соответственно к R и 5-входам Яр -триггера 15, инверсный выход которого присоединен к управляющим входам ключей 4, а прямой - к первому входу схемы И 16, второй вход которой соединен с выходо.м схемы 10, а третий с прямым выходомЯ$--триггера 17, инверсыьги выход которого присоединен к одному BXO,:IV схемы И 18, другой вход которой соедш:;. с кнопкой 12, 3 кнопки 13 и 14 присосдпиГМЫ соответственно кКи5-входа.м триггера -.7. Причем выходы схем И 16 и Jh соединены соответственно со с:четным ВХОЛ.ОМ riepj5(i4; счетчика 5 и входами «устаморзкн iiv.isi ыкх счетчиков. В схеме К) выделения фронтг в (фиг. ii входы формирователей 9 импульсов сое;;;-;нены соответственно с пряхилм и MHBepciii.i.v; выходами Д-триггсиа 9, а зыхоли этих формирователей 19 через схему 20 соединены со входом схемы И 16 блока управления 7. Цифровые 1ггоричные часы-хроно.мстр работают следующим образом. На вход се;1ектора импульсов 1 (фиг . i; из .1ИНИИ кодированных сигналов от первичных часов поступают двухполярные последовательности (фиг. 4 а), каждая из которых несет информацию о значении цифр/а. которую необходимо отобразить на цифро;;ом индикаторе. Между последовате.чыюстпми делаются паузы или для индикации Г ереданной цифры, илн же для переписи информации из регистра в запоминающие ст ройства (в описываемо.м случае в считчики импульсов). И.мпульсы положительной полярности (по четыре импульса в каждой последовательности при передаче значений цифры в двоично-десятичном коде 8-4-2-1) являются тактовыми и с. д, преобразования последовательного двоично-десятичного- кода в параллельный. Импульсы отрицательной полярности, следующие в паузах между последовательностями импульсов, являются маркерными и служат для «окраски начала передачи последовательностей кода текущего времени. Значение каждой десятичной цифры кодируется отрицательными .чмпульсами, количество и их местоположение относительно тактовых импульсов определяется принятым в конкретных первичных часах кодом (фиг. 4 а - изображен код 8-4-2-1). Селектор импульсов 1 производит выделение пачек (последовательностей) тактовых импульсов (фиг. 46), импульсов кода текущего времени (фиг. 4 в), маркерных импульсов (фиг. 4 г) и вырабатывает импульсы огибающей тактовых импульсов (фиг. 4д). Информационные и тактовые импульсы с выхода селектора импульсов поступают соответственно на информационный и тактовые входы регистра 2. В регистре 2 последовательные посылки кода текущего времени преобразуются в последовательно-параллельный код, т. е. в регистр 2 последовательно с интервалами, определяе.мыми частотой следования пачек тактовых импульсов, записывается информация о каждом значении передаваемой десятичной цифры кода времени. С селектора импульсов 1 поступают маркерные импульсы и импульсы огибающей тактовых соответственно на вход установки нуля и счетный вход коммутатора 3 (фиг. 4 г, д). Под воздействием огибающей тактовых импульсов коммутатор 3 переходит из одного состояния в другое и в результате этого на его выходах последовательно друг за другом появляются импульсы в паузах между последовательностями импульсов кода времени (фиг. 4 ). В зависимости от положения переключателя 11 режима работ ключи 4 могут быть открыты сигналом с блока управления 7 в режиме индикации текущего времени, и закрыты в режиме измерения интервала времени. Рассмотрим сначала режим индикации текущего времени, при этом переключатель 11 находится, например, в нижнем по схеме положении (фиг. 1). При этом с первого и второго выхода блока управления 7 на входы установки нуля и вход первого счетчика импульсов никаких сигналов не поступает. С третьего выхода блока управления 7 на объединенные входь управления ключей 4 поступает сигнал, разрещающий прохождение импульсов с коммутатора 3 через открытые ключи 4 на входы разрешения записи счетчиков импульсов 5. Под воздействием этих импульсов (фиг. 4 ж) информация о каждом значении десятичной цифры кода времени переписывается последовательно с регистра 2 на счетчики импульсов 5, которые при этом режиме работы часов выполняют роль запоминающих устройств. Далее информация со счетчиков импульсов 5 в параллельном коде поступает на цифровые индикаторы 6, которыми и индицируется. Следует отметить, что маркерный импульс (фиг. 4 г), проходящий на вход установки нуля коммутатора 3, фазирует его работу относительно аналогичного узла первичных часов и определяет частЬту записи кода времени в счетчики импульсов 5. Второй режим работы часов - измерение интервала времени - обеспечивается переводом переключателя 11 в верхнее по схеме положение (фиг. 1). При этом сигнал с третьего выхода блока управления 7 снимается, в результате ключи 4 оказываются закрытыми. При нажатии на кнопку 12 сброса сигнал с первого выхода блока управления 7 устанавливает все счетчики 5 в нулевое состояние. С нажатием на кнопку 14 «Старт блок управления 7 разрешает прохождение импульсов образцовой частоты с выхода схемы 10 выделения фронтов на счетный вход первого счетчика импульсов 5. При нажатии на кнопку 13 подсчет импульсов образцовой частоты счетчиками 5 заканчивается. Результат измерения при этом индицируется цифровыми индикаторами 6. Формирование импульсов образцовой частоты происходит с помощью схемы 8 совпадения, Д-триггера 9 и схемы 10 выделения фронтов. Для пояснения способа выделения импульсов образцовой частоты из кода времени приведена таблица.

2

2-4-2-1

самодополняю 4 2 щийся

1 2

2-4-2-1

несамодополня.4 2 ющийся В таблице помещено три кода: 8-4-2-1, 2-4-2-1, самодополняющийся и несамодополняющийся, у которых младщие разряды с весом «единица периодически меняют свои значения с «нуля на «единицу и наоборот при изменении от «нуля до «девяти по возрастающему закону нормального ряда чисел. А так как от первичных часов к вторичным поступают кодированные значения текущего времени, которые возрастают с дискретностью, например секунды, то появляется возможность выделить секунду по моменту изменения кода в младщем разряде (по переходу от «О к «1 или наоборот) . Образцовая частота выделяется из кода времени следующим образом. На один вход схемы 8 совпадения поступают сигналы выхода последнего разряда регистра 2, в который записывается младщий разряд кода времени (фиг. 4е). На другой вход схемы 8 поступают сигналы с одного из выходов коммутатора 3 (фиг. 4ж заштрихован), которые совпадают по времени с моментом передачи значений секунд от первичных часов. Схема 8 совпадения открывается только в том случае (фиг. 4з), когда с выхода регистра 2 идет сигнал «единица, который и переводит Д-триггер 9 в «единичное состояние с приходом на его вход сигнала с коммутатора 3. Д-триггер 9 находится в «единичном состоянии до техпор, пока схема 8 открыта, т. е. пока значение кода «секунд не изменяется. При изменении кода «секунд в последний разряд регистра 2 будет записываться «нуль и при этом схема 8 закрывается, а Д-триггер 9 переходит в «нулевое состояние. Таким образом Д-триггер 9 находится в одном из двух состояний в течение 1 с и переходит в противоположное при смене значения кода секунд (на фиг. 5 изображен переход из «О в «1). Сигналы с выходов Д-триггера 9 поступают на вход схемы 10, которая

8

Продолжение таблицы

0011010011

..-.

ООООО11111

.o -JL -Q-1-.-1-9-1-Q lOOOOl 1

.o.Q Q -Il-Q- 0-JL-i-l-1-.

0011111111 формирует узкие импульсы в момент перехода Д-триггера 9 из одного состояния в другое. В результате этого на вход блока управления 7 поступают со схемы 10 импульсы образцовой последовательности с частотой 1 Гц, которые затем и подсчитываются счетчиками импульсов 5. Блок управления 7 работает следующим образом (фиг. 2). При переводе переключателя 11 в нижнее по схеме положениеRS-триггер 15 закрывает схему И 16, тем самым разрывая цепь подсчета импульсов счетчиками 5, и открывает ключи 4 сигналом с инверсного выхода триггера 15, разрешая тем самым запись кода с регистра 2 на счетчики 5 с помощью сигналов с коммутатора 3. При переводе переключателя , 11 в верх нее по схеме положение (фиг. 2) часы r(jтовы работать в режиме измерения интеовалов времени. Для этого необходимо нажать на кнопку 3. При этомЯБ-триггер 17 переходит в «нулевое состояние, при котором схема И 18 открывается, а И 16 закрывается. При нажатии кнопки 12 «Сброс сигнал от этой кнопки проходит схему И 1на входы установки нуля счетчиков 5. С нажатием на кнопку 14 «Старт триггер 17 переходит в «единичное состояние, при котором схе.ма 18 закрывается, а схема И 16 открывается. При это.м сигналы образцовой последовательности со схе.мы 10 через открытую схему И 16 проходят на счетный вход первого счетчика и.мпульсов 5. Схема 10 выделения фронтов (фиг. 3) работает следующим образом. С выходов Д-триггера 9 на входы формирователей 19 импульсов поступают противофазные сигналы со скважностью два и частотой 0,5 Гц. Каждый формирователь 19 вырабатывает сигнал только из перепада напряжения одного знака, например с «О в «Г. В результате этого на выходах этих формирователей появляются короткие импульсы напряжения с частотой 0,5 Гц и сдвинутые относительно друг друга на половину периода их следования. Эти сигналы собираются схемой ИЛИ. 20 и уже с частотой 1 Гц посылаются на вход схемы И 10 блока управления 7.

Таким образом, введение в цифровые вторичные часы шести счетчиков импульсов, шести ключей, схемы совпадения, Д-триггера схемы выделения фронтов и блока управления с одним переключателем и тремя кнопками позволяет расширить функциональные возможности вторичных часов путем обеспечения в них режима измерения интервалов времени с индикацией как результата измерения, так и принятого кода времени на одном цифровом табло. Кроме этого, формирование образцовой последовательности импульсов происходит непосредственно из последовательного кода времени, принимаемого от первичных часов. Следует также отметить, что образцовая последовательность импульсов может быть сформирована с различным периодо.м следования от секунд до десятков часов путем подключения второго входа схемы 8 совпадения и С-входа Д-триггера 9 к соответствуюшему выходу коммутатора 3 (фиг. 1).

В результате путем небольших затрат вторичные часы преврашаются в измеритель интервалов времени, точность измерения которого будет зависеть только от точности хода первичных часов (без учета погрешности дискретности);

Формула изобретения

параллельного кода каждого счетчика соединены с цифровыми индикаторами, входы установки нуля счетчиков и счетный вход первого счетчика присоединены соответственно к первому и второму выходам блока управления, третий выход которого соединен с объединенными входами управления ключей, один из выходов регистра соединен с первым входом схемы совпадения, выход которой присоединен ко входу Д-триггера, С-вход которого соединен со вторым входом

схемы совпадения и одним из выходов коммутатора, а прямой и инверсный выходы Д-триггера через схему выделения фронтов присоединены ко входу блока управления.

формирователя импульсов, входы которых соединены с выходами Д-триггера, а выходы этих формирователей через схему ИЛИ соединены со вторым входом трехвходовой схемы И блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

К а / 111

Сброс, Стол, Cff7ffff/77

J/ L/J 1/

Ф1/2.2

3