Измеритель временных интервалов Советский патент 1982 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям однократных временных интервалов.

Известен измеритель .временных интервалов, основанный на использовании грубой и точной шкал, грубая шкала построена на рецирь куляторе, в котором длительность циркулирующего импульса сохраняется неизменной. а точная (интерполирующая) шкала - на рециркулятор, использующем регрессивные совиадения 1.

Недостатком, измерителя является более низкая стабильность, чем у измерителя временных интервалов, грубая шкала которых образуется импульсами кварцевого генератора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель временных интервалов, который содержит формирователь, элемент И, RS-триггер, зпемент ИЛИ, рециркулятор, в состав которого включены элемент ИЛИ, два элемента задержки и элемент И, и два реверсивных счетчика. Этот измеритель имеет при достаточно простой

структуре высокие разре 11ающую способность и стабильность 2.

Однако ему присущи следующие недостатки: ограничение в области измерения малых однократных интервалов времени, так как содержит один канал преобразования времякод, а работать в реальном масштабе времени не может. Если измеряемый интервал короче длительности циркуляции первого остатка, то происходит отказ в работе измери10теля; неопределенность результата измерений, при длительностях Т и Tj меньше длительности, остаточного интервала, где f и 7 2 части временного интервала между соответственно старт- и стоп- импульсами к

ts первыми следующими за ними квантующими импульсами.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений в области меньщих временных ин2JJ тервалов к повыщение. достоверности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель временных интервалов, содержаидай формирователь, выход которого соединен с s-входом НБ-триггера, а вход - с измеряемого сигнала, элемент И, первый вход которого подключен к шине квантующих импульсов, а выход - к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом счетчика точной шкалы, а выход - со входом счетчика грубой шкапы, и рециркулятор, дополнительно введены рециркулятор, распределитель импульсов, два элемента ИЛИ, элемент задержки, инвертор, счетчик точной шкалы, элемент И, RS-триггер и четыре D-триггера, причем синхронизирующие входы первого и второго и третьего D-триггеров обьединены и подключе ны к шине квантующих импульсов и первому входу дополнительного элемента И непосредственно и через инвертор - к синхронизирующему входу четвертого D-триггера, выход которого соединен с R-входом RS-триггера, выход которого соединен с первым вхо дом распределителя импульсов, и О-входом третьего D-триггера, выход которого подключен к О-входу четвертого D-триггера, выход первого D-триггера соединен со вторым входом дополнительного элемента И, выход которого подключен к первым входам первого и второго дополнительных элементов ИЛИ, выходы которых соединены со входами соответственно основного и дополнительного счетчиков точной шкалы, выход последнего из которых подключен к R-входу дополнительного RS-триггера, выход которого соединен с D-входом первого D-триггера, второй вход распределителя импульсов соединен с шиной измеряемого сигнала, первый выход распределителя импульсов через рециркулятор подключен к второму входу первого дополнительного элемента ИЛИ, второй выход распределителя импульсов через дополнительный рециркулятор подключен к второму входу второго дополнительного элемента ИЛИ и непосредственно - к входу элемента задержки, выход которого соединен с S-входом дополнительного RS-триггера. На фиг. 1 изображена структурная схема измерителя временных интервалов; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу части схемы; на фиг. 3 - схема распределения импульсов; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу распределителя импульсов. Измеритель содержит D-триггер 1, элемент 2 И, элемент 3 ИЛИ, счетчик 4 грубой шка лы, формирователь 5, RS-трнггер 6, D-триггер 7, инвертор 8, D-трйггер 9, распределитель 10 импульсов, рециркуляторы 11 и 12, в состав каждого из которых входят элемен 13 ИЛИ, элементы 14 и 15 задержки и элемент 16 И. 4 Кроме того, измеритель временных интервалов содержит элемент 17 ИЛИ, счетчики 18 и 19 точной шкалы, элемент 20 ИЛИ, б-триг гер 21, элемент 22 И, RS-триггер 23 и элемеит 24 задержки, D-триггер 1 совместно с элементом 2 И представляет собой схему селекш1и заполняющих импульсов, которая формирует импульсы постоянной длительност;и, в результате чего длительность заполняющих импульсов на краях измеряемого интервала и внутреннего одинакова. За счет этого исключается вероятность просчетов заполняющих импульсов счетчиков грубой : шкалы и тем самым повышается надежность функционирования измерителя. Совокупность и-триггеров 7 и 9 и инвертора 8 представляет собой, схему, которая к неучтенным после заполнения интервалам времени Г и присоединяет интервалы времени, равные длительности квантующих импульсов. Это позволяет устранить неопределенность показаний измерителя в тех случаях, когда величина fx, либо величина Т либо каждая из этих величин меньше длительности остаточного интервала,. че подвергшегося циркуляции. Коэффициенты пересчета К| и Кз счетчиков точной шкалы должны быть равны: I/ . (/ iL. . I- iAT период следования импульсов квантующих импульсов, дТ - величина, характеризующая, разрешающую способность измерителя временных интервалов, равная разности длительностей соседних импульсов на выходе рециркулятора. Иэмеритель временных интервалов работает следующим образом. В исходном состоянии все триггеры установлены в нуль, счетчики 18 и 19 точной шкалы обнулены, в счетчик 4 грубой шкалы записан код, соответствующий максимально измеряемому временному интервалу. С приходом измеряемого интервала времени в виде импульса D-триггер 1 устанавливается в единичное состояние в момеит поступления положительного фронта квантующего импульса. После этого открывается элемент 2 И и пропускает квантующие импульсы через элемент 3 ИЛИ на вход счетчика 4 грубой шкалы. Первым импульсом этот счетчик переполняется и начинает подсчитывать следующие за ним импульсы. После окончания измеряемого импульса следующий за этим моментом фронт квантующего импульса опрокидывает D-триггер 1 в исходное состояние, в счетчике 4, зафиксируется число (M-l), где М - число квантующих импульсов, пришедших на вход счетчика за время измерений. Кроме того, измеряемый импульс поступа на вход формирователя 5, который формирует короткие импульсы, передние фронты которых образованы передним и задним фронтами изл еряемого импульса. Длительность каждого из этих импульсов не должна превышать длительности квантующего импульса. Это условие необходимо для правильной работы RS-триггера 6, на S-вход которого поступают импульсы формировател Работа зтой части схемы отображена на вр менных диаграммах (фиг. 2), где 2а - кван тующие импульсы; импульсы на выходе инвертора 8 показаны на фиг. 26. С приходом переднего фронта первого импульса формиро вателя RS-триггер 6 устанавливается в единичное состояние (фиг. 2 в) и после этого передний фронт первого же квантующего им пульса опрокидывает в единичное состояние Ь-триггер 7 (фиг. 2 г). Положительны перепад напряжения с выхода D-триггера 7 поступает на D-вход D-триггера 9, на тактовый вход которого поступают инвертированные квантующие импульсы. Вследствие этого, D-триггер 9 переходит в единичное состояние в момент, соответствующий заднему фронту этого же квантующего импульса фиг. 2д. Передний фронт импульса D-триггера 9 возвращает ПЗ триггер 6 в нулевое состояние. В результате на выходе RS-триггера 6 формируется импульс, длительность которого равна сумме длительностей: интервала времени от переднего фронта стартового нмпульса до переднего фронта первого, следующего за ним, квантующего импульса и интервала времени, равного длительности квантующего импульса. Аналогичным образом измеритель работает после прихода второго импульса формирователя 5, соответствующего окончанию измеряемого импульса или стоповому импульсу. С выхода RS-триггера 6 первый и второй импульсы поступают на один из входов распределителя 10 импул сов. В данном случае схема распределителя 10 импульсов может быть выполнена как это показано на фиг. 3 и содержит инвертор 25 и элемент 26, 27 И. Временные диаграммы, изображенные на фиг. 4, поясняют работу распределителя 10. На второй вход распределителя поступает измеряемый импульс TX (фиг. 4а). Импульсы, поступившие с выхода RS-трштера 6, показаны на фиг. 4 б. С первого выхода распределителя импульс, соответствующий началу измеряемого {штервала (фиг. 4 в), поступает на вход рециркулятора 11, а со второго выхода распределителя импульс, соответствующии концу измеряемого интервала (фиг. 4г), поступает на вход рециркулятора 12 и на вход элемента 24 задержки. Если длительность квантующего нмпульса t, то длительность импульса tj, поступающего на вход рециркулятора 11 а длительность импульса tj. поступающего на вход рециркулятора 12 t В данном случае важно, чтобы рециркуляторы бьши идентичными по своим параметрам. Импульсы с выходов рециркуляторов 11 и 12 через соответствующие элементы 17 и 20 ИЛИ поступают на входы соответствующих счетчиков 18 к 19 точиой шкалы. Пусть в счетчике 18 зафиксируется число т, а в счетчике 19 число п. . . t-u Эти числа с точностью до постоянной -- соответствуют интервалам времени Т где д - остаток временного интервала, не преобразованного рециркулятором в число импульсов; 4 Т - разность длительностей соседних импул сов на выходе рециркулятора. Ж лт Импульс со второго выхода распределителя 10 задерживается в элементе 24 задержки на величину, превышающую максимальную длительность циркуляции рециркулятора. Задержанный импульс с выхода элемент 24 задержки устанавливает второй RS-tpKrгер 23 в единичное состояние, этот RS-триггер формирует положительный перепад напряжения на D-входе О-триггера 21. После этого элемента 22 И начинает пропускать квантующие импульсы на вторые входы элементов 17, 20 ИЛИ и счетчики 18 и 19 подсчитывают их.Так как коэффициенты пересчета этих счетчиков выбраны разными N Kj - I то перепоянение счетчика 19 произойде1 после поступления на его вход квантующего импульса с номером (N-п). Сигнал переполнения поступает на R-вход RS-триггера 23 и возврата ет его в нулевое состояние. В результате этого доступ квантующих импульсов ко входам счетчиков 18 и 19 прекращается. При этом 19 в счетчике 4 содержится числом (М-1), в счетчике 18 число (m+N-п). Если m i н, то счетчик 18 также переполнится, и импульс переполнения зафиксируется в счетчике 4 как один отсчет. Тогда в счетчике 4 будет содержаться число М, а в счетчи ке 18 - число (т-п). Если же m п, то в счетчике 4 останется число (М-1), а в счетчике 18 - число (т + N - п). В результате i осуществляется стыковка грубой и точной шкал измерителя временных интервалов, а также выполняется соотношение преобразования временного интервала в код; r,.NM,... С выходов счетчика 4 информация може поступать на индикатор старших разрядов, а с выходов счетчика 18 - на индикатор млад ших разрядов. Сигнал с выхода элемента 24 задержки можно использовать для переписи информации, содержащейся в счетчиках 4 и 18, в регистры и последующей автоматической установки измерителя временных интервалов в исходное состояние. Таким образом, предлагаемый измеритель временных интервалов способен измерять однократные или повторяющиеся с определенным периодом временнь1е интервалы с высокой точностью, надежностью и достоверностью и имеет расширенный диапазон измерений в области малых временных интервалов. При этом разрушающая способность измерителя не влияет на возможности измерений минимального временного интервала. Формула изобретения Измеритель временных интервалов содержащий формирователь, выход которого соединен с S-входом RS-трнггера, а вход - с шиной измеряемого сигнала, элемент И, первый вход которого подключен к шине квантующих импульсов, а выход - к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом счетчика точной шкалы, а выход со входом счетчика грубой шкалы, и рециркулятор, о т л и ч а гощ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения в област1г меньших временных интервалов и повышения достоверности измерений, в него дополнительно введены рециркулятор, распределитель импульсов, два элемента ИЛИ, элемент задержки, инвертор, счетчик точной шкалы, элемент И, RS-триггер и четыре Dтриггера, причем синхронизирующие входы первого, второго й третьего О-триггеров обьединены и подключены к шине квантующих импульсов и первому входу дополнительного элемента и непосредственно и через инвертор - к синхронизируюшему входу четвертого D-триггера, выход которого соединен с В-входом RS-триггера; выход которого соединен с первым входом распределителя импульсов, D-входом третьего D-триггера, выход которого подключен к D-BXOду четвертого D-триггера, выход первого D-триггера соединен со вторым входом дополнительного элемента И. выход которого подключен к первым входам первого и второго дополнительных элементов ИЛИ, выходы которых соединены со входами соответственно основного и дополнительного счетчиков точной шкалы, выход последнего из которых подключен к R-входу дополнительного RS-триггера, выход которого соединен с D-входом первого О-триггера, второй вход распределителя импульсов соединен с шиной измеряемого сигнала, первый выход распределителя импульсов через рециркулятор подключен к второму входу первого дополнительного элемента ИЛИ, второй выход распределителя импульсов через дополнительный рециркулятор подключеи ко второму входу второго дополнительного элемента ИЛИ и непосредственно - к входу элемента задержки, выход которого соединен с S-входом дополнительного RS-триггера. Источники информации, принятые во виимаиие. при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 721796, кл. G Q4 F 10/04, 15.03.80. 2.Авторское свидетельство СССР № 673976, кл. G 04 F 10/04, 1979.