Измеритель временных интервалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ОМ 01)свидетельс 04 Р 10/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЭОБР ТОРСКОМЪГ СОИДЕТЕЛ(54)(5) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий временные селекторы, первые входы которых объединеныс входной шиной устройства, авторые входы соединены с соответстевующими шинами ввода фазосдвинутыхпоследовательностей счетных импульсов, выход первого временного селектора подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которогосоединен с счетным входом первоговспомогательного счетчика, выходывторого, третьего и четвертого временных селекторов соединены с счетными входами соответственно второго,третьего и четвертого вспомогательных счетчиков, выходы разрядоввсех вспомогательных счетчиков подключены ко входам блока сравнения,выходы которого поразрядно подключены к входам шифратора и входам перво.го элемента И, выход которого соединен с первым, входом второго элемента И непосредственно и через инвертор с первым входом третьего элемента И, второй вход которого под-.ключен к первому выходу формирователя тактовы импульсов и второму входу второго элемента И, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, основной и уточняющий счетчики, выходы разрядов которых являются выходами измерителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены три дополнительные элемента И, второй элемент ИЛИ и четыре формирователя переносов, причем первый вход первого дополнительного элемента И соединен с первым выходом шифратора, , а второй вход - с вторым выходом формирователя тактовых импульсов, первые входы второго и третьего дополнительных элементов И соединеныс вторым выходом шифратора, а вто- С рые их входы - с третьим и четвергтым выходами формирователя тактовьк импульсов соответственно, первый, второй, третий и четвертый входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами первого, второго, третьего дополнительных элементов И и с выходом третьего элемента И соответственно, выход второго элемента ИЛИсоединен со счетным входом уточняющего счетчика и первым входом пер вого формирователя переносов, второйи третий входы которого соединеныс инверсными выходами первого и фрвторого разрядов уточняющего счетчика соответственно, а выход - спервым входом второго формирователяпереносов, второй и третий входыкоторого соединены соответственно свыходом первого разряда первоговспомогательного счетчика и с пятым1)6757 б ставитель Л.Плетневхред М,Гергель Редактор А,Долин рек Черни 5(Ьб Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. П Тираж 406 НИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, %-35, РПодписноекомитета СССРи открытийушская наб д. 41167576 35 выходом формирователя тактовых импульсов, выход второго формирователя переносов соединен с счетным входом первого разряда основного счетчика и первым входом третьего формирователя переносов, второй4вход которого соединен с инверсным выходом первого разряда основного счетчика, третий вход соединен с шестым выходом формирователя тактовых импульсов, а четвертый вход ,подключен к выходу второго разряда первого вспомогательного счетчика и к первому входу четвертого,формиро. 1Изобретение .относится к автоматике и вычислительной технике, иможет быть, в частности, использовано в различных аналогоцифровыхкомплексах. 5Известен измеритель временныхинтервалов, имеющий каналы рециркуляции измеряемого сигнала и .Недостатками его являются большое. время измерения по сравнению с дли- О. а также необходимость обязательного использования элемента задержки .с временем задержки большим дли-тельности измеряемого интервала, 15что обуславливает ограниченный диапазон измеряемых временных интервалов,а также трудности технической реализации для.получения минимальных ис- .кажений рециркулирующего импульса, 20что не позволяет получить высокойточности измерения,Известен измеритель временныхинтервалов 2 .Его недостатки - низкое быыстродействие и сложность реализации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является .измеритель, содержащий временные селекторы, первые входы которых объединены со входом устройства, а вторые входы соединены с шинами ввода фаэосдвинутых последовательностей счетных импульсов, двухразрядные вспомогательные счетчики, входами соединенвателя переносов, второй вход которого соединен с выходом третьегоформирователя переносов и счетным входом второго разряда основного "счетчика, инверсный выход которого соединен с третьим входом четвертогоформирователя переносов, четвертый вход которого соединен с седьмымвыходом формирователя тактовых импульсов и входами "Сброс" всех вспомогательных счетчиков, выход четвертого формирователя переносов подключен к счетному входу третьего разряда основного счетчика. ные с выходами соответствующих временных селекторов, прИчем первый- через элемент ИЛИ, основной и уточняющий счетчики, блок сравнения, входы которого соединены с выходами первых и вторых ячеек вспомогательных счетчиков, а выход - с входом шифратора и первым элементом И, выход которого соединен с входами второго элемента И и через инвертор - третьего элемента И, вторьки входами подключенными к выходу формирователя тактов, вход которого соединен с входом устройства, а выход второго элемента И соединен с вторым входом элемента ИЛИ, при этом второй выход. формирователя тактов подключен к шифратору, вторая ячейка первого вспомогательного счетчика соединена с первой ячейкой основного счетчика, а выходы шифратора - с первой и второй ячейками уточняющего счетчика, второй вход первой ячейки которого соединен с выходом третьего элемента И 33 .Этот измеритель временных интервалов по сравнению с измерителями, укаэанными выше, обеспечивает высокую точность измерения временных интервалов за счет многоканального счета импульсов, прост в реализации, имеет высокое быстродействие, но может быть использован для измерения только однократных временных интервалов. Однако в ряде случаев (например для измерения суммарной1167576 . 4четвертым выходами формирователя тактов импульсов соответственно, первый, второй, третий и четвертый входы второго элемента ИЛИ соединены с выходами первого, второго, третьего дополнительных элементов И и с выходом третьего элемента И соответственно, выход второго элемента ИЛИ соединен со счетным входом уточ 10 няющего счетчика и первым входом Поставленная цель достигается тем, что в измеритепь временных интервалов, содержащий временные селекторы, первые входы которых объединены с входной шиной устройства, а вторые входы соединены с соответствующими шинами ввода фазосдвинутых последовательностей счетных импульсов, выход первого временного селектора подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом первого, вспомогательного счетчика, выходы второго, третьего и четвертого временных селекторов соединены со счетными входами соответственно второго, третьего и четвертого вспомогательных счетчиков, выходы .разрядов всех вспомогательных счетчиков подключены ко входам блока сравнения, выходы которого поразрядно подключены ко входам шифратора и входам первого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента И непосредственно и через инвертор с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу формирователя тактовых импульсов и второму входу второго элемента И, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ, основной и уточняющий счетчики, выходы разрядов которых являются выходами измерителя, введены три дополнительные элемента И, второй элемент ИЛИ, четыре формирователя переносов, причем первый вход первого дополнительного элемента И соединен с первым выходом шифратора, а второй вход - со вторым выходом формирователя тактов импульсов, первые входы второго и третье го дополнительных элементов И соединены со вторым выходом шифратора, а вторые их входы - с третьим и 20 25 30 35 40 45 50 В результате введения в известный измеритель дополнительных элементов И, второго элемента ИЛИ, формирователей переносов и новых 3длительности огибающих радиоимпульса нри измерении частоты радиоимпульса) требуется измерение повторяющихся временных интервалов с высокой точностью (Й 2-5 нс) .Известный измеритель в таких случаях использован быть не может.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, заключающееся в измерении как однократ ных, так и повторяющихся временных интервалов беэ ухудшения точности. первого формирователя переносов,второй и третий входы которого соединены с инверсными выходами первогои второго разрядов уточняющегосчетчика соответственно, а выход .-. с первым входом второго формирователя переносов, второй и третийвходы которого соединены соответственно с выходом первого разрядапервого вспомогательного счетчикаи с пятым выходом формирователятактовых импульсов, а выход второгоформирователя переносов соединенсо счетным входом первого разрядаосновного счетчика и первым входомтретьего формирователя переносов,второй вход которого соединен синверсным выходом первого разрядаосновного счетчика, третий входсоединен с шестым выходом формирователя тактовых импульсов, а четвертый вход подключен к выходу второго разряда первого вспомогательного счетчика и к первому входучетвертого формирователя переносов,второй вход которого соединен свыходом третьего формирователя переносов и счетным входом второго разряда основного счетчика, инверсныйвыход которого соединен с третьимвходом четвертого формирователяпереносов, четвертый вход которогосоединен с седьмым выходом формирователя тактовых импульсов и с вхо-.дами "Сброс" всех вспомогательныхсчетчиков, выход четвертого формирователя переносов подключен к счет"ному входу третьего разряда основного счетчика. связей в настоящем техническомрешении обеспечивается суммированиерезультатов измерения повторяющихся временных интервалов при восстановлении исходного состояния всехвспомогательных счетчиков к началуизмерения кажцого временного интервала.В результате этого появляетсявозможность измерения как однократныл, так и повторяющихся временныхинтервалов. При этом точность из-мерения настоящим устройством нехуже точности известного устройствапри измерении однократного временно фго интервала и лучше в 4 Г раз приизмерении повторяющихся временныхинтервалов (где и - число измеряемых временных интервалов) .На фиг. 1 представлена функциональная схема измерителя временныхинтервалов, на фиг. 2 - часть функциональной схемы измерителя, на которой функционально раскрыты первый,второй, третий, четвертый формирователи переносов, на фиг, 3, 4 - временные диаграммы работы измерителя(на фиг. 1, 2 цепи сброса счетчиковне показаны),Измеритель содержит входную шину1 измеряемого интервала, шины 2-5ввода фазосдвинутых последовательностей счетных импульсов, временныеселекторы 6-9 первый 10 второй 1,1Ф ЭЭОразряды первого вспомогательногосчетчика, первый 12; второй 13 разряды второго вспомогательного счетчи.ка, первый 14,. второй 15 разрядытретьего вспомогательного счетчика,первый 16, второй,17 разряды четвертого вспомогательного счетчика, первый .18, второй 19, последующие 20,21 разряды основного счетчика,- блок22 сравнения, элементы 23, 24 ИЛИ,элементы 25-27 И, инвертор 28,шифратор 29, формирователь 30 тактовых импульсов, первый 31, второй 32разряды уточняющего счетчика, дополнительные элементы 33-35 И, формирователи 36-39 переносов, выходныешины 40 уточняющего счетчика и выходные шины 41 основного счетчика,основной счетчик 42, уточняющий счетчик 43, вспомогательные счетчики 44,1-44.4. Выход первого временного ффселектора через элемент 23 ИЛИ и,вспомогательныйсчетчик 44.1 подключенк первой группе входов блока 22 сравнения, выходы второго, третьего, четвертого временных селекторов 7-9через второй, третий и четвертыйвспомогательные счетчики 44.2-44.4соответственно подключены к остальным входам блока 22 сравнения, выхо.ды которого подключены ко входамшифратора 29 непосредственно и черезпервый элемент 25 И ко входам элемента 26 И и инвертора 28, выходкоторого соединен с одним входомэлемента 27 И, другой вход которогообъединен со входом элемента 26 Ии первым выходом формирователя 30тактовых импульсов, второй, третий,четвертый, пятый, шестой и седьмойвыходы которых соединены соответственно со входами элемента 33 И,элемента 34 И, элемента 35 И,формирователя 37 переносов, формирователя 38 переносов и формирователя .39 переносов и входами сброса счетчиков 44.1-44.4, выходы элементов33-35 и 27 И через элемент 24 ИЛИподключены к счетному входу уточняющего счетчика 43 и первому входуформирователя 36 переносов, выходкоторого соединен с первым входомформирователя 37 переносов, выходкоторого соединен со счетным входомпервого разряда счетчика 42 и первымвходом формирователя 38 переносов,второй вход которого соединен с инверсным выходом разряда 18 счетчика42, а четвертый вход объединен с первым входом формирователя 39, а выход соединен со счетным входом разряда 19 счетчика 42 и вторым входомформирователя 39, третий вход которого подключен к инверсному выходуразряда 19 счетчика 42, выход формирователя 39 соединен со счетнымвходом разряда 20 счетчика 42,При работе измерителя возможнысемь вариантов, приведенных в таблице (для конкретного примера, содержащего четыре канала с вспомогательными счетчиками). Временныедиаграммы фиг. 3, 4 соответствуют вариантам 4 и 7 соответственно.Измеритель работает следующимобразом. По шине 1 на входы временных селекторов 6-9 поступает импульс, длительность которого равна временному интервалу (фиг. 3 4 0 ), на другие входы временных селекторов 6-9 по шинам 2-5 поступают равносдвинутые относительно друг друга по фазе последовательности счетныхимпульсов. Импульсы совпадения, прошедшие временной селектор 6 и элемент 23 ИЛИ поступают на счетный вход перво7 , 1165 го разряда 10 вспомогательного счетчика 44.1 (фиг. 3, 4 Ов ). Импульсы совпадения с временных селекторов 7-9 поступают на входы разрядов 12-13 счетчика 44,2, 14-15 счетчика44.3, 16-17 счетчика 44.4 соответственно, Коды вспомогательных счет-, чиков 44.2-44,4 сравниваются в блоке 22 одновременно с кодом счетчика 44.1. По концу измеряемого времен О , ного интервала, поступающего по шине 1, формирователь 30 вырабатывает семь тактирующих импульсов Т 1-Т 7, сдвинутых по времени друг относительно друга (фиг, 3, 4 Оз ), 15Для удобства анализа кодов вспомогательных счетчиков в первый вспомогательный счетчик 44.1, а также в основной счетчик 42, начиная с 5 разряда, недодается один импульс 20 (фиг. 3, 4 Ор, О, О )Блок 22 сравнения работает таким образом, что на его выходах вырабатываются единичные (разрешающие) уровни напряжения при несовпадении 25 кодов второго 44.2, третьего 44.3, четвертого 44.4 вспомогательных счетчиков с кодом первого 44,1 вспомогательного счетчика соотвЕтственно. 30При рассмотрении 1-4 вариантов таблицы состояния разрядов вспомогательного счетчика 44.1 отличается от состояния ячеек вспомогательных счетчиков 44.2-44.4. В этих случа 35 ях на выходах блока 22 формируются разрешающие уровни напряжения, открывающие элемент 25 И, соответственно, 26 И, в результате чего первый тактирующий импульс Т 1 с формирователя 30 через открытый элемент 26 И и элемент 23 ИЛИ поступает на счетный вход первого разряда 10 вспомогательного счетчика 44.1, изменяяего состояние (фиг, 3 Ц ), что, в свою очередь, приводит к изменению соотношения кодов на входе блока 22 и изменению результата сравнения на выходе блока 22.Шифратор 29 предназначен для 50 преобразования единичных кодов, по.ступающих с выхода блока 22 в парал" дельный двоичный код. После внесения первым Т 1 тактирующим импульсом поправки с ценой периода 2 О вход ных счетных импульсов в первый вспомогательный счетчик 44.1 информация с выхода шифратора 29 переносится 6 8в уточняющий счетчик 43, вторым Т 2, третьим ТЗ, четвертым Т 4 тактирующими импульсами (фиг. 3 0, , О ) через элемент 35 И, элемент 34 И, элемент 35 И, элемент 24 ИЛИ с ценой(см. табл., варианты 2-4).Если на выходе блока 22 формируются уровни напряжений (см. табл., варианты 5-7), которые не приводят к открыванию первого 25 и второго 26 элементов И, то в этом случае запрещающий уровень напряжения с первого 25 элемента И, пройдя через инвертор 28, открывает элемент 27 И и первый тактирующий импульс Т 1 через элемент 24 ИЛИ проходит на счетный вход уточняющего счетчика 43, внося поправку с ценой(фиг. 4 0 ). После внесения этой поправки производится перенос информации с шифратора 29 в уточняющий счетчик вторым Т 2, третьим ТЗ, четвертым Т 4 тактирующими импульсами аналогично изложенному (фиг. 4 0 е , 0 ), Так как разряды 31, 32 уточняющего счетчика 43 выдают по шине 40 информацию, являющуюся первым и вторым разрядами выходного кода, а разряды 18, 19 основного счетчика 42 выдают по шине 41 информацию, являющуюся третьим и четвертым разрядами (Зр, 4 р) выходного кода, то при измере- . нии повторяющихся временных интервалов (суммировании) информация уточняющего счетчика 43 переносится в первый разряд 18 основного счетчика с помощью первого формирователя 36 переносов, состоящего из элемента И (см. фиг. 2), через второй формирователь 37 переноса при наличии первого Т 1, второго Т 2, третьего ТЗ или четвертого Т 4 тактирующих импульсов на выходе элемента 24 ИЛИ и при наличии разрешающих уровней на инверсных выходах разрядов 31 и 32 уточняющего счетчика 43 (фиг. 2, 3,4 П, ).Второй формирователь переносов 37, состоящий из элемента И и элемента ИЛИ (см. фиг, 2) выполняет две функции: пропускает сигналы переносапервого формирователя переносов 36 и формирует сигнал переноса при на- личии разрешающего уровня на выходе первого разряда 10 первого вспомогательного счетчика 44. 1 и пятого Т 5 тактирующего импульса (фнг. 2, 3, 4 1 ц ), Таким образом, с по1 О При этом вспомогательные счетчи-ки 44.1-44.4 приходят в исходноесостояние перед поступлением очередного измеряемого интервала.Таким образом, с помощью четвертого формирователя 39 переносовпереносится информация иэ второгоразряда 19 основного счетчика 42 ивторого разряда 11 первого вспомо" 10 гательного счетчика 44. 1 в последующую .20 ячейку основного счетчика42 (фиг. 3, 4 О ). На фиг. 3, 4 приведены временные диаграммы для конкретных случаев измерения повторяющихся временных интервалов и выходные коды, соответствующие этим измерениям (преобразо" ваниям в двоичный код). Использование данного устройства позволяет получить технический эффект, который заключаетсяв расширении функциональных возможностей известного измерителя за счет введения в измеритель суммирования, обеспечивающего измерение как од" нократных, так и повторяющихся временных интервалов при сохранении точности измерения однократного временного интервала, которая остается такой же, и в прототипе, так как используется один и тот же принцип многоканального счета. 35 При измерении повторяющихся временных интервалов точность.не только ухудшается (так как вспомогательные счетчики возвращаются в исходное состояние при измерении каж дого очередного измеряемого интервала, т.е. точность измерения каждого отдельного временного интервала определяется одними и теми же условиями), а увеличивается в -7 раэ 45 (где й - число измеряемых временных интервалов) за счет увеличения числа измерений, так как в данном случае имеет место. измерение среднего интервала. 1167576 мощью второго формирователя переносов 37 переносится информация из уточняющего счетчика 43 и первого разряда 10 вспомогательного счетчика 44.1 в разряд 18 основного счетчика 42 (фиг. 3, 4 0 ).Третий формирователь переносов 38, состоящий из двух элементов И и одного элемента ИЛИ (см. Фиг. 2), выполняет две функции: пропускает сигналы переноса второго формирователя переносов 37 и формирует сигнал переноса при наличии разрешающего уровня на выходе разряда 11 вспомогательного счетчика 44.1 и шестого 15 Т 6 тактирующего импульса (фиг, 2, 3, 4 Ов )Таким образом, с помощью третьего . формирователя переносов 38 переносится информация из первого разряда 18 20 основного счетчика 42 и второго разряда 11 вспомогательного счетчика 44.1 во второй разряд 19 основного счетчика 42 (фиг. 3, 4 0)Четвертый Формирователь переносов 25 39, состоящий из двух элементов И, элемента ИЛИ, одновибратора и инвертора (фиг. 2), выполняет три функции(пропускает. сигналы переноса третьего формирователя перено- ЗО .сов 38 (фиг. 3, 4 н , импульсы заштрихованы), формирует с помощью одновибратора сигнал переноса по отрицательному перепаду разряда 11 вспомогательного счетчика 44.1 (Фиг, 3 11 ), который поступает в последующий разряд 20 основного счетчика 42, информация с выхода которого является пятым разрядом (5 р) выходного кода, блокирует с помощью седьмого Т 7 тактирующего импульса перенос в последующий разряд 20 основного счетчика 42 при сбросе . в исходное состояние всех вспомогательных счетчиков 44.1-44.4. Сброс вспомогательных счетчиков происходит с помощью седьмого Т 7 тактирующего импульса (фиг. 3, 4 1,е э оа НФооЙ ф 1 1фи о ж Ц о 3 1 Ф Ъи ид О,гф .ф ц и и РИ О ф.ф 5 о ьо хЕ оо фо Р Э Еф 1 э о Р О О аф И и- и. а а и Ф В а