Цифровой измеритель временныхинтервалов

51 82817 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН И Я . Й АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сооз Советских Социалистических Республик(43) Опуоликовано 07.05.81. Бюллстснь ЛЪ 17 (45) Дата опубликования описания 0 .05.81 по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. Я, Загурский и В. 1 О. Ведин Институт электроники и вычислительной техники АН Латвийской ССР(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ И НТЕРВАЛОВ1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в радионавигации, радиолокации, для цифрового измерения временного интервала между двумя сигналами или в серии импульсных сигналов.Известен цифровой измеритель временных интервалов 11, содержащий многофазный генератор импульсов эталонной частоты, временные селекторы на схемах И, вспомогательные счетные ячейки, устройство отсчета числа измерений, сумматоры по модулю, два основных счетчика. Точность измерителя и надежная его работа реализуется при усреднении результатов за гп измерений. При измерении из-за произвольной фазировки сигналов начала измерения Старт и окончания - Стоп относительно сигналов многофазного генератора возможно появление неполноценных сигналов. В результате возможен сбой счетных ячеек и появление на выходах сумматоров по модулю два серий неполноценных импульсов, подающих на вход основного счетчика. Это приводит к ненадежной работе измерителя и ошибкам измерения однократных временных интервалов. Необходимость усреднения результатов измерений снижает быстродействие устройства.Наиболее близким к данному изобрете 2нию по технической сущности является цифровой измеритель временных интервалов 12, содержащий генератор эталонной последовательности, линиО задержки с отводами и 5 кодопреобрззователь, к выходам которогоподключены входы сумматора, он содержит т акже селектор и счетчик.1-1 едостатки известного измерителя -негысокая точность и надежность работы, 10 так как точность измерен 5 ограниченапредельной частотой работы счетных триггеров накапливающего сумматора; в случае, если сдвиг сигналов на отводах л 11 нии задержки меньше периода предельной частоты , 5 работы этих триггеров, то измеритель становится неработоспособным, кроме того, при неблагоприятном фазироваиии сигналов управления и сипалов с выхода эталонной последовательности генератора возникают рО состязания между сигналами переноса в накапливающем сумматоре и сигналами с выходов кодопреобразователя, что приводит к погрешности измерения периода эталонной последовательности.Цель изобретения - повышение точности измерения н надежности работы.Г 1 оставленная цель достигается тем, чтов измеритель временных интервалов, содержащий генератор эталонной частоты, линиюзадержки с отводами, кодопреобразоватсль, 828171к выодам которого подключены входы сумматора, введены счетный триггер, формирователь последовательности кратных частот и рсгистр памяти, управляющие входы которого подключены к выходам формиро. вателя и отводам линии задержки, вход которой соединен с выходом счетного триггера, вход счетного триггера подключен к выходу генератора эталонной частоты и к первому входу формирователя последовательности кратных частот, второй Вод которого соединен с одним из отводов линии задержки, выходы регистра подключены к входам кодопрсобразователя, а стробирующий вход регистра памяти соединен со Входом записи сумматора, при этом формирователь последовательности кратных частот выполнен в виде счетчика в рефлексном коде, содержащего два элемента ИЛИ, двухразрядный кольцевой счетчик и синхронный счетчик, счетныс входы которы )бъедннсн.1, инверсный выод первого и прямой выход второго разрядов кольцевого счетчика подключены через первый элемент 11 ЛИ к первому управляющему входу синронного счетчика, второй управляющий вход которого через второй элемент ИЛИ соединен с прямым выходом первого н инВерсным выходом второго разрядов кольцевого счетчика.Иа фиг. 1 представлена функциональная схема измерителя; на фиг. 2 - вариант выполнения формирователя последовательности кратных частот.Цифровой измсритсль врсменных интерВалов (фиг. 1) содержит генератор 1 эталонной частоты, счетный триггер 2, формирователь 3 последовательности кратных частот, линию задержки 4 с отводами, регистр 5 памяти, кодопреобразователь 6, сумматор 7. Формирователь 3 (фиг. 2) содержит двухразрядный кольцевой счетчик 8 на Д-триггерах 9 и 10, двухразрядный синхронный счетчик 11 на Д-триггерах 12 н 13 н элемент ИЛИ 14, элементы ИЛИ 15 и 16.Цифровой измеритель временных интервалов работает следующим образом.В исходном состоянии генератор 1 непрерывно формирует счетную последовательность с периодом Т. Эта последовательность непрерывно подсчптывастся счетным триггером 2 и из пее формируется последовательность кратных частот формирователем 3. Сигнал с выхода счетного триггс 1)а 2 поступает на линию задержки 4, на выходах которой формируются сигналы, сдвинутые по фазе друг относительно друга па величину То. Счетная последовате;11- ность при этом может выбираться с периодом Т= кТо, где к =- 2, 3, 4, ., к - целое число.В этом случае так же в к раз может быть снижено быстродействие всех узлов измерителя,Сигнал со второго выхода линии задержки 4 поступает на второй вход формирова 4теля 3, за счет чего осуществляется жесткая привязка момента включения первого разряда формирователя 3 к последовательности сигналов на входе регистра 5, которой определяется выходная кодовая последовательность. Первый разряд формирователя3 включается только гри совпадегии сигналов на его первом и втором водах. Этоовышает надежность работы Всего; стрОЙства при Возможнысбояот внешних помех триггера 2 и формирователя 3.Регистр 5, кодопреобразователь 6 и регистры сумматора 7 установлены (для простоты воды установки не показаны) в г .15 лсВОС сост 051 н 1 с, т. с. на нх ВВ 1 Одаприсутствует код 0000.В мо.,снт начала измерения сигнал стробнруст по Входу регистр 5. В этот же моментв регистр 5 записывается и запоминаетсялогические значения с 1 Гналов поступающипа Боды регистра 5 с ВыбдОВ фо 1)мирОВатсля 3 и лини заде 1)жки 4. Далее, запомненные в регистре 5, логические значениязтпсигналов поступают на вод кодопрсОбразователя 6, на выходакоторого обра.зуется двоичный код. При этом В сумматор7, под воздействием сигнала записи, с некоторой задер)ккой будет записан код, Обрат ый т)м), который дсЙств 1 с а его 1 О 30В) .10 мснт Окон 1 анпя 13 ср 5 с 1010 ннтср.гала, аналогично описанному выше, в сумматор 7 записывается прямой код, соответствующий значениям логическисигналовЗзапомненных регистром 5 и преобразованных кодопреобразователем 6. Коды, зафиксированные сумматором 7 в начале и концеизмеряемого интервала, суммируются, и навыоде сумматора 7 появляется код, равныйцелому числу квантов (Т), годер)кащнхся40 в измеряемом интервале.В процессе непрерывной работы нзмернТЕЛЯ ВСЕ ВОЗ 1 ч 0)КНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ К)ДОНЫ СОстояний сигналов, выраженных в двоичномкоде, охватываот цикл длительности Т, со 45 ответствующий длительности периода старшего разряда, в данном случае второго, вформирователе 3,В силнезависимости Входного сигналаот сигнала генератора 1 возможно измереБО ние интервалов, начало и конец которых попадают в разные циклы.В общем случае измеряемый временнойинтервал Т,.= и. То, где и = - 1, 2, 3, ,и - целое число квантов.55 Таким Образом, загисыВая В сумматор 7обратный код в момент начала измеряемого интервала, прямой - в момент концаизмеряемого интервала, а затем суммируяих, на выходе сумматора 7 получают код,60 соответствующий цифровому значению временного интервала. Максимальное значениевременного интервала не должно превышатьзначения Г, при этом введение в формироВатель 3 одного старшего разряда увсличи 65 пает диапазон измерения в два раза.5Формирователь 3, обеспечивающий максимальное быстродействие и наиболее простое согласование с сигналами генератора 1 и линии задержки 4, работает следуощим образом.Сигналы, сформированные на прямых выходах триггеров 9, 10 кольцевого счетчика 8, логически суммируются при помощи элементов ИЛИ 15 и 16 и поступают на управляющие входы синхронного счетчика 11. Эти сигналы обеспечивают такое управление синхронным счетчиком 11, что па его выходах образуется одцопереходцый код Грс 5.В качестве регистра 5 может быть использован любой регистр памяти, обеспечивающий запоминание, при воздействии сигнала по входу стробирования, логических значений сигналов, присутствуюцих на его управляющлх входах.В качестве кодопреобразоватсля 6 может быть использован комбинационный преобразователь кодов.Таким образом точность измерения определяется выбором значения кванта (То), коорое может быть задано в зависимости от требуемой точности. Точность измерения сохраняется равной То прн любых, даже наихудших вариантах появления сигнала начала или конца измеряемого интервала.Введение регистра 5, запоминающего однопереходные коды с выходов формирователя 3 и лицин задержки 4, обеспечивает работу сумматора 7 с установившимися значениями сигналов, что исключает возможность сбоев па его выходе из-за изменения сигналов на его входах, и, следовательно, повышает надежность работы измерителя.В данном измерителс подключение выходов генератора 1 и линии задержки 4 к формирователю 3 последовательности кратных частот, а также выхода генератора 1, через счетный триггер 2, ко входу линии задержки 4 обеспечивает возможность реализации фазового сдвига Т, величины порядка дссятков пикосекунд, а также однозначность соответствия сигналов на выходах формирователя 3, линии задержки 4, регистра памяти 5 и кодов на выходе кодо- преобразователя 6 в любой момент времени независимо от фазировки управляющих сигналов и быстродействия узлов измерителя.Это повышает точность и надежность работы в отличие от известных устройств, где точность, определяемая также Т ограничена быстродействием сумматора и кодопреобразователя, а надежность снижается из-за возможности появления (при неблагоприятной фазировке управляющих сигналов) на выходах кодопреобразователя искаженных по форме сигналов, которые вызывают сбои сумматора и счетчика, подключенного к его выходу, 1 О 5 45 50 55 60 0 25 30 35 40 6Функции прсдлагасмого пзмсрптсля мо. гут быть расширены путем введения по входу записи сумматора дополнительной логики.При этом устройство будет измерять не только интервалы между первым и несколькими последующими сигналами, цо и между парами сигналов.В случае использования полосковых линий задержки точность измерения может быть доведена до 0,05 - 0,1 10- с и определяется только разрешением стробирующего сигнала регистра памяти. Формула изобретения 1, Цифровой измеритель временных интервалов, содержащий генератор эталонной частоты, линию задержки с отводами, кодо- преобразователь, выходы которого подклюцены ко входам сумматора, отличающлйс я тем, что, с целью повышения точности измерения ц надежности измерителя в работе, в него введены счетный триггер, формирователь последовательности кратных частот п регистр памяти, управляющие входы которого подключены к выходам фор.,шрователя последовательностей кратных частот п отводам лппци задержки, вход которой соединен с выходом счетного триггера, вход счетного триггера подключен к выходу генератора эталонной частоты и к первому входу формирователя последовазельцост кратных частот, второй вход которого соединен с одним из отводов линии задержки, выходы регистра памяти подклюцены к входам кодопреобразователя, а стробпруощпл вход регистра памяти соединен со входом записи сумматора. 2. Цифровой измеритель по п, 1, о тл п ч а ю щ и й с ятем, что формирователь последовательности кратных частот выполнен в виде счетчика в рефлексном коде, содержащего два элемента ИЛИ, двухразрядный кольцевой счетчик и двухразрядный синхронный счетчик, счетные входы которых соединены, инверсный вход первого и прямой выход второго разрядов кольцевого счетчика через первый элемент ИЛИ подключены к первому управляющему входу синхронного счетчика, второй управляющий вход которого через второй элемент ИЛИ соединен с прямым выходом первого и инверсным выходом второго разрядов кольцевого счетчика. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авто.ское свидетельство СССРМ 438998, кл, С 04 1 7/10, 1972.2. Авторское свидетельство СССР М 530310, кл. 6 04 Г 10/04, 1973 (прототип).. с Составитель Г. ВязмнтинТехред И, Заболотнова Короектор Р, Берков кова дактор аказ 4409 писное Загорская типография Упрпа.чпграфпздата Мособчисполкоъ Изд.377ВНИИПИ Государственного по делчм изобретений113035, Москва, Ж, Рауш Тираж 469омитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5