Устройство для измерения временных интервалов Советский патент 1982 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике. По основному авт. св. 547723 известно устройство для измерения временных интервгшов, которое позволяет измерять длительность каждого импульса и автоматически определять максимальный импульс по длительности и содержащее генератор тактовых импульсов, элементы Ни Запрет, счетчик результата, преобразовакгапь код-временной интервал, блок управл .ния 1. Однако это устройство не позволяет определить, какой из поступивших на его вход импульсов является максимальным, кроме того, это устройств может выдавать неверные результаты, если промежутки между измеряемыми интервалами случайной последовательности короче самих интервалов, а также не позволяет выделять импульсы минимальной длительности и их порядковый номер. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройст ва. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения временных интервалов, содержащее преобразователь код-временной интервал, счетчик результата, элемент И, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента и преобразователя код-временной интервал непосредственно и со счетным входом счетчика результата через элемент И, элемент Запрет и блок управления, первый выход которого подключен ко входу формирователя записи преобразователя код-временной интервал, второй выход подключен к установочному входу счетчика импульсов преобразователя код-временной интервал, а вход подключен к шине входного сигнала, к первому входу элемента Запрет, второй вход элемента Запрет соединен с выходом триггера и со вторым входом элемента И преобразователя код-временной интервал, причем преобразователь код-временной интервал содержит формирователь записи, триггер, элемент И, дешифратор, элементы И-НЕ и счетчик импульсов, включенный между входс1ми дешифратора и выходами элементов И-НЕ, причем второй установочный вход счетчика импульсов подключен к выходу формирователя записи, пер вые входы элементов И-НЕ соединены

ежду собой, а вторые входы соединеы с выходами счетчика результата, введены селектор номера интервала времени, переключатель, два последовательно соединенных элемента задержки и два элемента ИЛИ, причем выход первого элемента ИЛИ соединен со вхоом триггера преобразователя кодвременной интервал, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выхоом дешифратора преобразователя кодвременной интервал, а второй вход соединен с выходом формирователя сигналов записи преобразователя кодвременной интервал и через первый элемент задержки с первыми входами лементов И-НЕ преобразователя кодвременной интервал, выход второго лемента задержки через первую груп- , пу контактов переключателя соединен первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с устаовочным входом селектора номера интервала времени, счетный вход которого подключен к шине входного сигнаа , выход подключен ко входу.блока управления, а стробирующий вход подключен к выходу элемента Запрет и к первому неподвижному контакту второй группы контактов переключателя, подвижный контакт которого соединен со вторым входом элемента И, а второй неподвижный контакт соединен -с первым управляющим входом селектора номера интервала времени, второй управляющий вход которого подключ;ен к выходу формирователя сигналов записи преобразователя код временной интервал.

Кроме того, селектор номера интервала времени содержит последовательно соединенные первый счетчик импульсов, элементы И-НЕ и второй счетчик импульсов, переключатель, первый элемент задержки, последовательно соединенные второй элемент задержки и элемент И, и формирователь импульсов, включенный между выходом переполнения первого счетчика импульсов и шиной выхода селектора номера интервала времени, входы элемента И подключены ко входам управления селектора номера интервала времени, выход элемента И соединен с первым неподвижны контактом переключателя, второй неподвижный контакт которого подключен к стробирующему входу селектора номера интервала времени, а подвижный контакт подключен к установочному входу второго счетчика импульсов и ко входу первого элемента задержки, выход которого соединен со вторыми входами элементов И-НЕ.

На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения временных интервалов.

Устройство содержит селектор 1 номера интервала времени, блок 2 управления, преобразователь 3 код-временной интервал, элемент Запрет 4 переключатель 5, генератор б тактовых импульсов, элемент И 7, элементы ИЛИ 8 и 9, счетчик 10 результата и элементы 11 и 12 задержки.

Преобразователь 3 код-временной интервал состоит из формирователя 13 сигналов записи, триггера 14, элемента И 15, элементов И-НЕ 16; счетчика .17 импульсов и дешифратора 18.

Селектор 1 номера интервала времени содержит первый счетчик 19 импульсов, элементы И-НЕ 20, второй счетчик 21 импульсов, элементы 22 и 23 задержки, переключатель 24, элемент И 25 и формирователь 26 импульй.ов..

Устройство может выделять и измерять импульс (временной интервал) максимальной и минимальной длительности.

Устройство в режиме выделения и измерения импульса временного интервала) максимальной длительности работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчика 10, 19 и 21 обнулены, а в счетчике 17 записаны все единицы, т.е. обратный код счетчика 10. Переключатели 5 и 24 находятся в положении, обеспечивающем связь выхода элемента Запрет 4с элементом И 7, элементом 22 задержки и счетчиком 21. Из фронта приходящего импульса измерения блок 2 управления формирует сигнал управления работой устройства. Одновременно этим же фронтом опрокидывается триггер 14. Изменение состояния последнего с одной стороны, исключает прохождение измеряемого импульса через элемент .Запрет 4, а с другой, открывает элемент И 15 и тем саыам. обеспечивает с этого мо мента прохождение импульсов с генератора 6 на счетчик 17 преобразователя 3 код-временной интервал.

Первый импульс с генератора 6 переполняет счетчик 17 и единица пере полнения, поступающая с выхода дешифратора 18 через элемент ИЛИ 9, возврщает триггер 14 в исходное состояние закЕжлбая по одному из выходов элемен И 15. При этом элемент запрет 4 возвращается в состояние, разрешающее прохождение входного импульса на элемент И 7 и счетчик 21. С этого момента импульсы генератора 6 заполняют счетчик 10 в течение времени существования входного сигнала (измеряемого интервала). В счетчике 10 происходит запоминание & коде измеряемо o интервала.

По спаду входного импульса (заднему фронту) блок 2 управления вырабатывает команду, по которой формирователь 13 сигналов записи выдает импульс записи (переписи) кода из счетчика 10 в счетчик 17 преобразователя 3 код-временной интервал. Причем в счетчике 17 через элементы И-Н 16 записывается код, обратный коду, зафиксированному в счетчике 10. Элемент 11 задержки при этом осуществля ет задержку сформированного из спада (конца) измеряемого интервала импуль са на время обеспечивающее установление этим импульсом счетчика 17 в состояние нулей. Фронт очередного (в данном случае второго) импульса производит уже опи санные выше изменения.в схеме устрой ства за исключением того, что теперь триггер 14.будет возвращен в исходно состояние после того, как счетчик 17 подсчитает тоже число импульсов гене ратора 6, которое поступило на вход счетчика 10 -в течение времени сущест вования измеряемого интервала. Именно спустя это время на выходе дешифратора 18, а следовательно, и на вхо триггера 14 появляется импульс переполнения и возвращения триггера 14 в исходное состояние, если очередной (второй) измеряеьалй интервал оказывается равным первому измеренному вр менному интервалу. Если очередной (в данном случае второй) измеряемый интервал оказывается короче первого (предыдущего), то импульс, сформированный из его зс1днего фронта, с выхода формирователя 13 сигналов записи проходит через элемент ИЛИ 9 и переопрокидывает триггер 14 в исходное состояние; Одновременно этот импульс устанавливает счетчик 17 в исходное (нулевое) состояние, а после этого проходя через элемент 11 задер ки, производит перепись обратного ко да счетчика 10 в счетчик 17, т.е. в счетчике 17 вновь записывается в обратном коде счетчика 10 значение длительности первого импульса. Таким образом, триггер 14 интерва ла формирует на своем выходе, импульс длительность которого равна длительности предыдущего измеряемого интервала (в данном случае первого), если его длительность оказгшась равной или больше последующего (в данном .случае второго) , либо повторяет измеряемый импульс, длительность которого меньше предыдущего, т.е. запомненного в счетчиках 10 и 17. Причем фронт (начало) этого сформирован ного на выходе триггера 14 интерва ла импульса совпадает с фронтом (началом) измеряемого в данный момент Последующего (т.е. в данном случае второго) импульса (временного интервала) . Если длительность второго измеряемого импульса больше первого , то на выходе элемент запрет 4 появляется их разность, которая измеряется, уже описанным способом. В результате этого в счетчике 10 будет число, равное величине длительности первого импульса, и та добавка (разность), на которую превышает длительность второго импульса относительно длительности первого. Появление на выходе элемента Запрет 4 части измеряемого (второго) импульса, т.е. упомянутой добавки, на величину которой оказался длиннее(боль ше) второй измеряемый импульс, обусловлено тем, что на выходе триггера 14 интервала формируется всегда импульс, длительность которого равна заполненному в счетчиках 10 и 17 или равна очередному измеряемому, если его длительность короче заполненного: элемент Запрет 4 выдает на выход единицу в том случае, когда на первом ее входе единица, а на втором нуль. Появление импульса (единицы) на выходе элемента Запрет 4 отражается на состоянии счетчика 21: он обнуляется, а затем в него заносится код счетчика 19, т.е. в данном случае в счетчике 21 будет зафиксиpoBaHQ число, равное двум, так как второй измеряемый импульс оказался по длительности больше первого. Таким образом, в счетчике 10 за любое число входных импульсов, определяемое (задаваемое) емкос ью счетчика 19, будет зафиксирована максимальная длительность измеряемого импульса из п поступивших на вход счетчика 19. При этом счетчик 21 зафиксирует порядковый номер максималы ого по длительности импульса из п по-. ступивших. После переполнения счетчика 19 вырабатывается импульс переполнения, аналогичный импульсу перепо.лнения счетчика 17, снимаемого с выхода дешифратора 18. Этот импульс переполнения счетчика 19 (блок формирования этого импульса на чертеже не показан) является командой, по которой зафиксированные в счетчиках 10 и 21 результаты измерения автоматически снимаются. По завершении съема результатов измерения устройство приводится в исходное состояние по команде извне (например, с микропроцессора, микроЭВМ) , если оно используется в составе измерительно-информационной системы, или нажатием кнопки Сброс (не показана), если устройство используется как самостоятельный измерительный прибор для проведения экспериментальных исследований. Установка счетчиков 10 и 19 в исходное состояСбросние с помощью кнопки осуществляться по второму выходу блока 2 управления,, который соединен со входом счетчика 19 и первым входом элемента ИЛИ 8, выход которого соединен с шиной Сброс счетчи ка 10. В режиме выделения и измерения импульсов минимальной длительности

устройство работает следующим образом.

Для измерения и вьзделения импульсов минимальной длительности из п поступивших на вход устройства и определения его порядкового номера переключатели 5 и 24 находятся в положении, при котором выход триггера 14 непосредственно соединяется со вторым входом элемента И 7, выход элемета задержки 12 подключен ко входу зл мента ИЛИ 8, входы счетчика 21 и элемента задержки 22 через контакт переключателя 24 соединены с выходом элемента И 25. При этом счетчик 17 в исходном состоянии обнулен, как и счетчики 10, 19 и 21.

Фронтом приходящего импульса измерения триггер 14 устанавливается в положение, обеспечивающее прохождение импульсов генератора б через элементы И 7 и 15. В результате счет чики 10 и 17 заполняются этими импульсами в течение времени, равном длительности измеряемого временного интервала. Задний фронт (спад) измеряемого интервала (из которого сформирован в формирователе 13 сигналов записи короткий импульс) опрокидывает триггер 14 в исходное состояние, а также устанавливает счетчик 17 в исходное состояние, т.е. обнуля ет его выходные шины. После этого этим же импульсом, прошедшим через элемент задержки 11 переписывается в счетчик 17 содержимое счетчика 10 в обратном коде. Этот импульс, пройдя через элементы задержки 12 и ИЛИ 8, устанавливает счетчик 10 в исходное (нулевое)) состояние. Одновременно этот импульс с выхода формирователя 13 сигналов записи поступает через элемент И 25 на вход счетчика 21 и элемента 22 задержки. Тем самым происходит перепись содержимого счетчика 19 в счетчик 21, т.е. в данном случае записывается в счетчик 21 единица младшего разряда, фиксирующая номер измеренного и запомненного импульса.

С приходом очередного (в данном случае второго) входного импульса оба счетчика 10 и 17 начинают заполняться импульсами генератора б. Если

очередной (т.е. второй) импульс по длительности больше первого, запомненного в обратном коде в счетчике

;17т то на выходе этого счетчика 17 (на выходе дешифратора 18) появляется импульс переполнения через время, равное длительности первого импульса который устанавливает триггер 14 в исходное состояние, и импульсы с генератора 6 прекращают поступление на счетчики 10 и 17, так как элементы И 7 и 15 закрываются по вторым входам из-за отсутствия единичного потенциала на выходе триггера 14. В

этот момент в счетчике 10 содержится число-код, значение которого соответствует длительности первого измеряемого импульса (измеряемого интервала) . Появление затем команды-импульса, сформированного в формирователе 13 из заднего фронта очередного (в данном случае второго) измеряемого интервала, обеспечивает перепись содержимого счетчика 10 в счетчик 17 в обратном коде и установку счетчика 10 в исходное (нулевое) состояние При этом состояние счетчика 21 не изменяется, так Kaz выходной импульс с формирователя 13 не проходит 4epeji элемент И 25 в связи с тем, что в этот момент на выходе триггера 14 будет нулевой потенциал, который обеспечивает запирание элемента И 25 по второму входу.

Если очередной измеряемый входной импульс (в данном случае третий) будет короче по длительности запомненного в счетчике 17, то в этом случае триггер 14 устанавливается в исходное состояние не импульсом переполнения счетчика 17, снимаемого с дешифратора 18, а импульсом, поступающим с формирователя 13 и сформированным из заднего фронта очередного измеряемого временного интервала. В этом случае импульс с формирователя 13 проходит через элемент И 25 и обеспечивает перепись содержимого счетчика 19 в счетчик 21, в котором зафиксируется информация о том, что поступивший на вход устройства импульс (в данном случае третий) является минимальным по длительности.

В дальнейшем процесс выделения измерения и запоминания из п статистически распределенных по длительности импульсов импульса минимальной длительности повторяется.

Таким образом, в счетчике 17 за любое число входных импульсов, опретделяемое емкостью счетчика 19, зафиксируется минимальная длительность измеряемого импульса из п поступивших на вход устройства и зарегистрированных в счетчике 19. При этом счетчик 21 зафиксирует порядковый номер минимального по длительности импульса.

Устройство работает в реальном масштабе времени независимо от частоты следования и скважности входной анализируемой последовательности импульсов и позволяет автоматически определять длительность каждого импульса, длительность минимального импульса из п поступивших на его вход, длительность максимального импульса из п поступивших на его вход, порядко- вый номер экстремального импульса. Формула изобретения

1. Устройство для измерения временных интервалов по авт. св. № 5477 отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены селектор номера интервала времени, переключатель, два последовательно соединенных элемента задержки и два элемент ИЛИ, причем ВЫХОД первого элемента И соединен со входом триггера преобразователя код-временной интервал, пер вый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом дешифратора преобразователя код-временной интервал, а вто рой вход соединен с выходом формирователя сигналов записи преобразователя код-временной интервал и через первый элемент задержки с первыми входами элементов И-НЕ преобразователя код-временной интервал, выход второго элемента задержки через первую группу контактов переключателя с единен с первым входом второго элеме та ИЛИ, второй вход которого соединен с установочным входом селектора номера интервала времени, счетный вход которого подключен к шине входного сигнала, выход подключен ко вхо ду блока управления, а стробирующий вход подключен к выходу элемента Запрет и к первому неподвижному контакту второй группы контактов переключателя, подвижный контакт которого соединен со вторым входом элемента И, а второй неподвижный контак соединен с первым управляющим входом селектора номера интервала времени, второй управляющий вход которого подключен к выходу формирователя сигналов записи преобразователя кодвременной интервал. 2. Устройство по п. 1, отличающееся toM,4TO селектор номера интервала времени содержит последовательно соединенные первый счетчик импульсов, элементы И-НЕ и второй счетчик импульсов, переключатель, первый задержки, последовательно соединенные второй элемент задержки и элемент И, формирователь импульсов, включенный между выходом переполнения первого счетчика импульсов и шиной выхода селектора номера интервала времени, входы элемента И подключены к управляющим входам селектора номера интервала времени, выход элемента И соединен с первым неподвижным контактом переключателя, второй неподвижный контакт которого подключен к стробирующему входу селектора номера интервсша времени, а подвижный контак подключен к установочному входу второго счетчика импульсов и ко входу первого элемента задержки, выход которого соединен со вторыми входами элементов И-ЯЕ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 547723, кл. G 04 F 10/04, 1975.