Многостоповый преобразователь временных интервалов в цифровой код Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 G04F10/04 

(54) МНОГОСТОПОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТрРВАЛС© В ЦИФРСВС КОД

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике, в частности к временным спектрометрам, и может быть применено в нейтронных спектрометрах, использующих время-пропетную методику.

Известен многостоповый преобразователь временных интервалов в ци{ рси1ОЙ код последовательного действия, содержащий счетчик времени, генератор тактсжых импульсов, логику управления и запо - минающее устройство П

Недостаток такого преобразователя наличие мертвого времени, когда точность измерений соизмерима с быстродействием элементной базы, что приводит к искажению временного спектра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многостоповый преобразователь временных интервалов в Цифровой код параллельного действия, содержащий четыре счетчика, генератс тактовых импульсов, таймер, сдвиговый регистр, выполненный на четырех триггерах и четыре логических

элемента И с двумя входами. Вход таймера соединен со входом установки в единичное состояние сдвигового регистра. входы логических элементов И; объединены между собой и соединены с выходом генератора тактовых . импу- пьсов, вторые BxofM логических элементов И соединены с соответствующими выходами сдвиговога регж:тра, а выходы логических элементе Иподключены

Ш

к соответствующим входам счетчиков. Момент начала формирс ания временных интервалов опредепяется сигналом Старт, котфый поступает одновременйо на все тригг ы сцвтчжого регис-р 5ра. Ококчание интервала, формируемого первым триггфом, соответствует моменту поступпения первого стопового сигнала, окончание интервала, формируемого вторым трнггербм, - второму стоповому

2в сигналу и т. д. 2J.

Недостаток этого преобразователя погрешность измерений различна для каждого временного интервала и зависит

,пе только от вероятностного распределения стоповых сигнапсе, но и от распредепения задержки в каналах формирОЕ1ания и распределения временных интервешов.

Цепь изобретения - повышение точности преобразования путем увеличения числа каналов формирсжания и распределения временных интервалов и статистического усреднения задержек в них при случайном распределении и ограниченном числе стоповых сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что Б многостоповый преобразователь временных интервалов д цифровой код, со держащий м счетчиков, сдвиговый регистр, п логических элементов И, генератор тактовых импульсов и таймер, п выходов сдвигового реггютра соединеЕШ с первыми входами соответствующих логических элементов И, другие входы которых объединены между собой и сое динены с выходом генератора тактовых импульсов, дополнительно введены { { 1) входовых мажоритарных элементов, распределитель, (т - l) сдвиговый регистр, ( ТП - 1) п логических элементов И и ит входовых логических элементов ИЛИ, причем выход таймера соединен с синхронизируюш:ик входом распределителя, каждые ri выходов которого соединены соответственно с П BXOAQKJH соответствующего мажоритарного элемента и информационными вхо дами соответствующего сдвттгового регистра, управляющие входы мажоритарных элементов объединены между собой и соедиЯены со входом таймера и первым входом преобразователя, выходы мажоритарных элементов подключены ко входам установки в единичное состояние соответствующих сдвиговых регистров, синхронизирующие входы которых объединены между собой и соединен со вторым входом преобразователя, каждые п выходов дополнительЕ1Ых сдвиговых регистров соединены соответственно с первыми входами дополнительных логических элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом генерат эа тактовых импульсов, i -ые выходы всех элементов И через i -ый логический элемент ИЛИ соединены с синхронизирующим входом -i -го счетчика. На фиг. 1 представлен многостопо- вый преобразователь временных интервалов в цифровой код на фиг. 2 - лрафики, иллюстрирующие проиесс получения усредненного результата измерения одного временного интервала; на фиг.Зсхема кольцевого сдвигового регистра с п информационными входами. Преобразователь состоит из таймера 1, распределителя 2 с т-л выходами,

. reHepaTqsa 3 тактовых импульсов, m мажоритарных элементов совпаде., НИИ на два с (п+ l) входами сдвиговых регистров с п выходами, каждый из которых имеет п информационных входов и выполнен по кольцевой схеме, т-п логических, элементов б,г( И с двумя входами, я логических элементов ИЛИ с m входами, и п счетчиков 8-1-п . Выход таймера 1

соединен с синхронизирующим входом распределителя 2, первые и выходов которого соединены соответственно с п -входами первого мажоритарного элементу 4 совпадений и и«1)ормационными входами первого сдвигового регистра 5, вход установки в единичное состояние которого соединен с выходом данного мажоритарного элемента, первые выходы п логических элементов И 6 через п логических элементов ИЛИ соединены соответственно с синхронизирующими входами счетчиков 8... , втфые п выходов распрэдепитепя 2 соединены соответственно с V4 Бходамн второго сдвйгового регистра 5, вход установки в единичное состояние которого соединен с выходом данного мажоритарного элемента, Т1 выходов второго сдвигового регистра 5 о соединены соответственно с первыми входами вторых п логических элементов И б. , выходу каждого из которых через п соответствующих логических элементов ИЛИ 7 соединены с cинxpoннзиpyющи ш входами соответствующих счетчиков , и т, д. дот-ых П выходов распределителя 2 .

Управляюгцие входы мажоритарных элементов 2, объединены между собой и соединены с входом таймера 1 и входом Старт преобразователя, синхронизирующие входы сдвиговых регистров 5 п объединены между собой и соединены со входом Стол преобразователя, вторые входы логических элементов И 6 р., объединены между собой и соединены с выходом генератора 3 тактовых импульсов.

Кольцевой сдвиговый регистр состоит из п триггеров 9 и п логических элементов 1О ИЛИ, причем синхронизй5 рующие входы и входы установки в нулевое состояние всех триггеров соответственно объединены меж;ау собой, выход каждого предыдущего триггера соеди5нен с одним из входов элемента 10 ИЛ выход которого соединен с информацион ным входом .поспедующего триггера. Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии на одном из выходов распредепитепя 2, например, на одном из первых и выходов, имеется логический О, поступающий на один из п входов первого мажоритарного элемента 4 и на один из п информационных входов первого сдвигового регистра 5 . По сигналу Старт с выхода мажоритарногоэлеме та 4 происходит установка всех п триггеров сдвигового регистра 5 в единичное состояние и запуск таймеФа 1, определяющего время никпа работы преобразователя. При установке триг геров первого сдвигового регистра 5 Б единичное состояние импупьсы так/о:вого генератора 3 через первые vi элементов G совпадений и все элементы ИЛИ поступают на синхронизирующие входы всех счетчиков 8 f, , По первому сигналу Стоп происходит сброс в нулевое состояние триггера пф вого сдвигового регистра 3, , на инфо мационном входе которого был логическ О , поступающий с одного из первых YI выходов распределителя 2, При этом синхронизируюший вход одного из п сче чиксе 8 закрывается и счет импупьсс® с тактового генератора 3 данным счет чиком прекращается. Одновременно с sT триггер первого сдвигового регистра 5 установленный в нулевое состояние первым стоповым сигналом, вырабатывает разрешение для следующего триггера установка в нулевое состояние которого происхоаит по второму сигналу Стоп. Таким образом, если в исходном сос янии логический О с первых из п вы ходсе распределителя 2 поступает на и формаиионный вход первого триггера пер вого сдвигового регистра 5/, , то при поступлении п стоповых сигналов все триггеры первого сдвигового регистра 5 устанавливаются в нулевое состояние и на всех счетчиках пракрaiaaется счет. При окончании работы таймера 1 про исходит сдвиг на единицу логического О на выходе распределителя 2. По вт рому сигналу Старт процесс работы повторяется, отличаясь только тем,что первый временной интервал ффми руется следующим 1риггером первого 966 сдвигового регистра и измерен соответственно следующим счетчиком по отно- шению к триггеру и счетчику, которыми был сформирован и измерен времанной интервал в цикле измере ния. Последний п -ый триггер первого сдвигового регистра в этом случае при установке в нулевое состояние по ( П - 1 )-му стоповому сигналу вырабатывает разрешение для первого триггера, установка в нулевое состояние которого происходит по п - му стоповому сигналу. При поступлении (п + 1 ) сигнала Старт с выхода второго мажоритарного элемента совпадений . происходит установка в единичгное состояние второго сдвигового регистра 5 . При этом для всех следующих п сигналов Старт формирование н распределение временных пнторзапов осуществляется триггерами второго сдвигового регистра 5 и т.. д. Покажем на примере работы одного сдвигового регистра, что в оятность формирования любого временного интервала каждым триггером данного сдвигового регистра не зависит в этом случае от вероятностного распределения стоповых сигналов. Пусть вероятность появления первого стопового сигнала cj, , второго J,n t третьего - cj. , ... л - го - j Причем с - 1- q, ; cj,,, 1- ;{.n , -. -Яп - 1 - Я.П Поскольку вероятность формирования первого временного интервала не завк сит от вэрояткостного распределения стоповых сигналов, то при кольцевой выборке распределителем триггеров сдвтп: ового регистра пфвый временной интервал формируется каншым триггерсж-г с вероятностью ( , т.е. для каждого триггера будет справедливо t ± Д вероятностью (I . Второй временной интервал будет сформирован каждым триггером с ве- роятностью rt , когда цикл измерения начат с триггера при отсутствии первого стопового сигнала, либо с вероятностью с « , когда цикл измерения начат с (к-1)-го триггера при первом стоповом сигнале . Тогда; t(± i i с вероятностью Третий временной интервал будет сфермирован триггером с вероятностью j.,q..j , когда цикл измерения начат с тригге ра. при отсутствии первого и второго стоповых сигналов; с вероятностью ЧзЧ Я-г Я/З ™ измерения начат с Тк- l)-ro триггера при отсутствии первого и второго стоповых сигналов либо с вероятностью .л-1., когда цикл измерения начат с (к-2}-го триггера при первом и BTqjoM стоповых сигналах. Тогда ЬЗ с вероятностью ,u., Аиалогичньш образом можно получить, что вероятности формирования временных интервалов -Ь , tg- и каждглм триггером будут равны соответственно . Таким образом, при кольцевой выборке распределителем триггеров сдвигового регистра вероятность формирования каждым триггером данного сдвигового регистра на зависит от вероятностного распределения стоповых сигналов. Поскольку каждый временной ин тервал формируется всеми трнггершути данного сдвигового регистра, то при случайном распределении задержки в каналах формирования и распределения стоповых сигналов, результат измерения каждого временного интервала будет и -геть также спучайное распределение, обусловленное распределением задержки. При ограниченном числе стоповых сиг налов в предлагаемом преобразоватета эффект статистического усреднения дсюти гается тем, что в нем чиспо каналов фор мировантш и распредепения временных ин тервапов равно произведению т-п ,. о Таким образом, предлагаемый много столовый преобразователь временных интервалов в ujKfjpOBofi код обладает пере известным преобраасаатепем рядом преимуществ; нем ис1слгочена завтязимость вероятности формирования . любого вре менного интервала каждым триггером сдвигового регистра и .реализовано ста Т15стическое усреднение задержек в кана лах формирования и распределения нфеме ных интервалов при ограниченном числе стоповых сигналов, что уменьшает искажение исследуемого временного спект - ра. Формула изобр.етения Многостопсюый преобразователь временных интервалов в цифровой код, содер 6 6S жаший п счетчиков, сдвиговый регистр, п логических элементов И, генератор тактовых импульсов и таймер, п выходов сдвигового регч:стра соединены с пер выми входами соответствующих логических элементов И, другие входы которых объединены между собой и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, отлич ающийся тем, что, с депью повышения точности преобразования в него дополнительно введены m (п ч-l) входовых мажоритарных элементов, распре- делитель, (т-1) сдвиговый регистр, (т-1) п логических элементов И и п гп входовых логических элементов ИЛИ, причем выход таймера соединен с синхронизируюндим входом распрелелителя, каждые Г выходов которого соединены соответственно с п входами соответствующего мажоритарного элемента и информационными входами соответствующего сдвигового регистра, управляющие входы мажоритар- . ных эпементов объединены между собой и соединены со входом таймера и первым входом преобразователя, выхода мажоритарных элементов подключены ко входам установки в единичное состояние соответствующих сдвиговых регистров, синхронизирующие входы которых объединены между собой и соединены со вторым входом преобразователя, каждые П выходов дополнительных сдвиговых регистров соединены соответственно с первыми входами дополнительных логических элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, i -ые выходы всех элементов И через j -ый логический элемент ИЛИ соединены с ,. .синхронизирующим входом i -го счетчиИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе l,Lo(5b CtianneE. Time AnaSyzez witti - C-lf qnneE Widtr Q53 , 3b Яе-1 , 1161-1164, 1965 . 2. Многое топовый конвертер с непосредственным преобразованием времени в код. huc.:ir strum апой me-t. 140 № 2, 283-287, 1977.

ОТСЧЕТОВ

ПЕРВЫЙ КАНАЛ

ФОРМИРОВАНИЯ

ВРЕМЕННОГО

ИНТЕРВАЛА

ВТОРОЙ КАНАЛ

ТРЕТИЙ КАНАЛ

ЦБТвЕРГЫЙ КАИАЛП$1ТЫЙ КАНАЛ

шестой КАНАЛ

Ж

ж

А

А

А

т

А

ЩП КАНАЛ

УСРЕАИ€НИЫЙ Р|3«ЛЬ ГАТ

иэмерЕния -

ОАНОГО ВРЕМЕННОГО ИНТЕРВАЛА.

Фиг. 2

с

I

o Q о ot

c2v.

C

Cvl

I O)

- Qg

4 L

Q

CM

Q О Pit

М

z

«о

с

-iOi

-«

CO

«

FH

X

J