Измеритель временных интервалов
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
««966661
Союз Советских
Социалистичес ких
Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву (5l)M. Кд.
6 04 F 10/04 (22) Заявлено 12.03.81 (21) 3260468/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет
Опубликовано 15.10.82. Бюллетень ¹ 38
Гоаударспкнкый комитет
СССР вв делаи изобретений и открытий (53) УДК 681.325. .3 (088.8) Дата опубликования описания 15.10.82
Н. А. Прохоров и И. Н. Левчук (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ
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 рециркуляторе, и котором длительность циркулирующего импульса сохраняется неизменной. а точная (интерполирующая) шкала — на рециркулятор, использующем регрессивные совладения (1).
Недостатком. измерителя является более низкая стабильность, чем у измерителя временных интервалов, грубая шкала которых образуется импульсами кварцевого генератора.
Наиболее близким ло технической сущности к предлагаемому является измеритель временных интервалов, который содержит формирователь, элемент И, Я$-триггер, элемент ИЛИ, рециркулятор, в состав которого включены элемент ИЛИ, два элемента задержки и элемент И, и два реверсивных счетчика. Этот измеритель имеет при достаточно простой. 2
1 структуре высокие раэрейающую 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 измерителя; неопределенность результата измерений, при длительностях Т„и Т, меньше длительности остаточного интервала, где К, и
Т2 частй временного интервала между соответственно старт- и стоп- импульсами и первыми следующими за ними квантующими импульсами.
Цель изобретения — расширение диапазона измерений в области меньших временных интервалов и повышение. достоверности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в измеритель временных интервалов, содержащий формирователь, выход которого соеди966661
45 нен с s-входом R6-триггера, а вход — с ши."иой измеряемого сигнала, элемент И, первый вход которого подключен к шине квантующих импульсов, а выход — к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого 5 соединен с выходом счетчика точной шкалы, а выход — со входом счетчика грубой шкалы, и репиркулятор, дополнительно введены рециркулятор, распределитель импульсов, два элемента ИЛИ, элемент задержки, 10 инвертор, счетчик точной шкалы, элемент И, RS-триггер и четыре О-триггера, причем синхронизирующие входы первого и второго и третьего D-триггеров объединены и подключе ны к шине квантующих импульсов и первому входу дополнительного элемента И непосредственно и через инвертор — к синхрони-, зирующему входу четвертого О-триггера, выход которого соединен с R-входом RS-триггера, выход которого соединен с первым вхо- 29 дом распределителя импульсов, и D-входом третьего D-триггера, выход которого подключен к D-входу четвертого О-триггера, выход первого D-триггера соединен со вторым входом дополнительного элемента И, выход ко- 25 торого 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.òðèããåðà, второй вход распределителя импульсов соединен с шиной измеряемого сигнала, первый выход
35 распределителя импульсов через рециркулятор подключен к второму входу первого дополнительного элемента ИЛИ, второй выход распределителя импульсов через дополнительный рециркулятор подключен к вто40 рому 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 распределителяя импульсов.
Измеритель содержит D-триггер 1, элемент
2 И, элемент 3 ИЛИ, счетчик 4 грубой шкалы, формирователь 5, Я$-триггер 6, 0-триггер 7, инвертор 8, D-триггер 9, распределитель 1О импульсов, репиркуляторы 11 и 12, в состав каждого из которых входят элемент
13 ИЛИ, элементы 14 и 15 зацержки и элемент 16 И.
Кроме того, измеритель временных интервалов содержит элемент 17 ИЛИ, счетчики 18 и 19 точной шкалы, элемент 20 ИЛИ, D-григ. гер 21, элемент 22 И, RS-триггер 23 и элемент 24 задержки, 0-триггер 1 совместно с элементом 2 И представляет собой схему селекции заполняющих импульсов, которая формирует импульсы постоянной длительности, 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
0-триггеров 7 и 9 и инвертора 8 представляет собой. схему, которая к неучтенным после заполнения интервалам времени Г„и присоединяет интервалы времени, равные длительности квантуюших импульсов. Это позволяет устранить неопределенность показаний измерителя в тех случаях, когда величина Т либо величина Т2, либо каждая из этих величин меньше длительности остаточного интервала, че подвергшегося циркуляции.
Коэффициенты псресчета К, и Кр счетчиков точной шкалы должчы быть равны:
Т и 2 ЬТ где Т вЂ” период следования импульсов квантующих импульсов, Ь T — величина, характеризующая, разрешающую способность измерителя временных интервалов, равная разности длительностей соседних импульсов на выходе рециркулятора.
Измеритель 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 О-триггер устанавливается в единичное состояние в момент 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 эа ним импульсы.
После окончания измеряемого импульса следующий за этим моментом фронт квантующего импульса опрокидывает 0-триггер 1 в исходное состояние, в счетчике 4, зафиксируется число (М вЂ” 1), где М вЂ” число квантую966661
11= l.4Ф t
1О а длительность импульса т, поступающего на вход рециркулятора 12 ших импульсов, пришедших на вход счетчика за время измерений.
Кроме того, измеряемый импульс поступает на вход формирователя 5, который формирует короткие импульсы, передние фронты которых образованы передним и задним фронтами измеряемого импульса.
Длительность каждого из этих импульсов не должна превышать длительности квантующего импульса. Это условие необходимо для правильной работы RS-триггера 6, íà S-вход которого поступают импульсы формирователя.
Работа этой части схемы отображена на временных диаграммах (фиг. 2), где 2а — квантующие импульсы; импульсы на выходе ин- 15 вертора 8 показаны на фиг, 2б. 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 квантуюшего им- 20 пульса опрокидывает в единичное состояние
0-триггер 7 (фиг. 2 г). Положительны перепад напряжения с выхода D-триггера 7 поступает на 0-вход 0-триггера 9, на тактовый вход которого поступают инвертирован- 25 ные квантующие импульсы. Вследствие этого, 0-триггер 9 переходит в единичное состояние в мбмент, соответствующий заднему фронту этого же квантующего импульса фиг. 2д. Передний фронт импульса 0-трнгге- щ ра 9 возвращает RS-триггер 6 в нулевое состояние. В результате на выходе Я$-триггера 6 формируется импульс, длительность которого равна сумме длительностей: интервала времени от переднего фронта стартового
35 импульса до переднего фронта первого, следующего эа ним, квантующего импульса и интервала времени, равного длительности квантующего импульса, Аналогичным образом измеритель работает после прихода вто46 рого импульса формирователя 5, соответствующего окончанию измеряемого импульса или стоповому импульсу. С выхода RS-триггера 6 первый и второй импульсы поступают на один из входов распределителя 10 импуль45 сов. В данном случае схема распределителя
10 импульсов может быть выполнена как это показано на фиг. 3 и содержит инвертор 25 и элемент 26, 27 И.
Временные диаграммы, изображенные на фиг. 4, поясняют работу распределителя 10.
На второй вход распределителя поступает измеряемый импульс "x (фиг. 4а). Импульсы, поступившие с выхода Я$-триггера 6, показаны на фиг. 4 б. С первого выхода распределителя импульс, соответствующий началу измеряемого интервала (фиг. 4 в), поступает на вход рециркулятора 11, а со второго выхода распределителя импульс, соответствующий концу измеряемого интервала (фиг. 4г), поступает на вход рециркулятора
12 и на вход элемента 24 задержки. Если длительность квантующего импульса С, то длительность импульса t, поступающего на вход рециркулятора 11
В данном случае важно, чтобы рециркуляторы были идентичными по своим параметрам. Импульсы с выходов рециркуляторов 11 и 12 через соответствующие элементы 17 и 20 ИЛИ поступают на входы ,соответствующих счетчиков 18 и 19 точной шкапы. Пусть в счетчике 18 зафиксируется число m, а в счетчике 19 число и.
I t-ь
Эти числа с точностью до постоянной дТ соответствуют интервалам времени 7 . и
"1 т, е. где л — остаток временного интервала, не преобразованного рециркулятором в число импульсов;
d Т вЂ” разность длительностей соседних импульсов на выходе рециркулятора, г 2 Т dT
Импульс со второго выхода распределителя 10 задерживается в элементе 24 задержки на величину, превышающую максимальную длительность циркуляции рециркулятора.
Задержанный импульс с выхода элемента
24 задержки устанавливает второй RS-rpir-
rep 23 в единичное состояние, этот RS-триггер формирует положительный перепад напряжения на 0-входе 0-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 рав.Т ными Н = К, = Кз =, то переполО дТ нение счетчика 19 произойдет после поступления на его вход квантующего импульса с номером (N — и). Сигнал переполнения поступает на R-вход RS-триггера 23 и возвраща ет его в нулевое состояние. В результате этого доступ квантующих импульсов ко входам счетчиков 18 и 19 прекращается. При этом
966661 в счетчике 4 содержится числом (М вЂ” 1), в счетчике 18 число (гп+й — и).
Если m а и, 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 счетчике 18 — число (m — n). Если же m < и, то в счетчике 4 останется число (М вЂ” 1), а в счетчике
18 — число (m + N —. n). В результате ,осуществляется стыковка грубой и точной шкал измерителя временных интервалов, а также выполняется соотношение преобразования временного интервала в код:
fAТ + х= о
С выходов счетчика 4 информация может поступать на индикатор старших разрядов, а с выходов счетчика 18 — на индикатор младших 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 интер- . валов в исходное состояние.
Таким образом, предлагаемый измеритель временных интервалов способен измерять однократные или повторяющиеся с определенным периодом временные 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-триггера, 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, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения в область- 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 Отриттера, причем синхронизирующне входы первого, второго и третьего О-триггеров
1п объединены и подключены к шине квантующнх импульсов и первому входу дополнительного элемента и непосредственно и через инвертор — к синхронизируюшему входу четвертого О-триггера, выход которого соединен с R-входом RS-триггера; выход которого соединен с первым входом распределителя импульсов, О-входом третьего D-триггера, выход которого подключен к О-входу четвертого О- триггера, выход первого
О-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 8-входу дополнительного RS-триггера, выход которо- го соединен с О-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 подключен ко второму входу второго дополнительного элемента ИЛИ и непосредственно — к .входу элемента задержки, выход которого соединен с S-входом
40 дополнительного RS-триггера.
Источники информации, принятые во внимание. при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР Р 721796, кл. G 04 F 10/04, 15.03.80.
2. Авторское свидетельство СССР Р 673976, кл. G 04 F 10/04, 1979.
