Цифровой измеритель временных интервалов с весовым усреднением

(5 П С 04 Р 10/ 4 ПИСАНИЕ ЕТЕН о Вы фаИ УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТ(56 ) 1. Орнатский П,П. Автоматические измерения и приборы. Киев, "Высшая школа", 1980, с. 165.2. Авторское свидетельство СССР 9 842694, кл.,С 04 Р 10/04, 1981. (5)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ С ВЕСОВЫМ УСРЕДНЕНИЕМ содержащий. генератор образцовой частотй, формирователь временных интервалов, элемент И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, и накапливающий сумматор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых временных интервалов и повышения точности измерения, в него дополнительн введены регистр, Формирователь кода веса, элемент ИЛИ и кодовый компараЯОЫ 49 стор, вход которого подключен к выходу счетчика н к входу формирователя кода веса, выход которого соединен с информационным входом регистра, вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первыйвход которого соединен с выходомкодового компаратора и первым входомэлемента И, а второй вход элементаИЛИ подключен к первому выходу формирователя временных интервалов,второй выход которого соединен свторым входом элемента И, выходкоторого соединен с входом синхронизации регистра, выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, вход начальной установки которого соединен свходом начальной установки счетчика,а вход синхронизации накапливакнцегосумматора подключен к выходу генератора образцовой частоты и к входусинхронизации формирователя времен"ных интервалов.Изобретение относится к цифровойизмерительной технике и может бытьиспользованЬ при построении высокоточных измерителей интервалов времени цифровых фазометрсв и частотомеров.Известно устройство, содержащееформирователь временных интервалон,генератор образцовой частоты, элемент И и счетчик импульсов 1,ГНедостатком данного устройстваявляется низкая, точность измерения,так как среднеинтегральная оценка,используемая в этом измерителе непозволяет использовать всю полнотуинформации в измеряемой величине, а 1-,следовательно, обладает малой точностью и помехоустойчивостьэ,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемо.1 у являетсяцифровой измеритель временных интер налов с весовым усреднением, с(держащий генератор образцово;: частотыформирователь временных интерваловэлемент И, накалпинающий сумматор,счетчик, делитель частоть 1, блокустановки коэффициента деленияблок управления, в котором вхоцустройства через формиронатель временных интервалов соединен с входомблока управления, первый выход которого подключен к входу блока установки коэффициента деления, выходыкоторого соединены с входами установки делителя частоты, вход делителячастоты соединен с Выходом генератора образцовой частоты, а Выход - 35с первым входом элемента И, второйвход элемента И соед 11 ен с,торымвыходом блока у-.ранления а выход.подключен к входу сброса счетчикавторой вход которого подключен ктретьему выходу блока управленияинформационный выход счетчи". а. соединен с информационнымвходом накапливающего сумматора, второй входКОторого подключенходу блока управления,Под действием к измеряемоговременного интервала с нь 1 хода рормиронателя временных интерваловблок управления открывает элемент Ии с помощью блока установки коэффициента деления устанавливает соответствующий ; коэффициент пересчета делителя частоты, импульсы генератораобразцовой частоты 1 э , поделенныена (1 , поступают через элемент Ина счетный вход счетчика, после окончания интервала 7 к число, накопленное в счетчике, переносится н накапливающий сумматор, а сам счетчик обнуляется сигналом с выхода блока 6 Оуправления 2,Недостатком данного устройстваявляются малый диапазон измеряемыхвременных ийтервалов, так как минимальная длительность входного сигналау Опредез Ятся ми нимаБ н Ой часто 1 ОЙследования импульсон на выходе делителя 1 астоты а также сравнительнО,низкая точность измерения, обусловленная погрешностью установки дробныхвесовых коэффициентов.Е:;ель изобретения - расшире 1 иедиа"азо 5 а измеряемых нремснных интервалов и повышение точности изме"рени 51;Постаьленная цель достигается тем,что В цифровой измеритель временныхинтервалов с весовым усреднением,содержащий генератор образпоной частоты, счетчик, счетный вход которогосоединен с ныходом элемента И формирователь временных интер.".алов и накапливающий сумматор, дополнительновведены регистр, Оормиронатель кодавеса экемент ИЛИ и кОДОВый компаОато 1 . Вход ,;ксрого г;Оцклкчен 1(выходу сче "-.ика и к входу формирователя кода веса Выход которого соединен с информационным входом регистра,. Вхсл сброса которого по;ключенк ныходу элемента ИЛИ, первый нход1 сторогс соединен с выходом кодовогоКОМПсРаТОРа 11 ПЕРВЫМ ВХОДОМ ЭЛСМЕНта И, а второй нход элемента ИЛИподключен к первому выходу формирователя временных интерналон, второйвыход которого соединен с вторымнходом элемента И, выход которогосоединен с нходом синхронизации регистра, выход которого подключен кинформационному входу накапливающего сумматора, вход начальной установки которого соединен с входом начальной установки счетчика, а входсинхрониза:ии накапливающего сумматора подключен к выходу генератораОбразпоной частоты и к входу синхронизации формирователя временныхинтервалов.На фиг. 1 изображена структурнаясхема цифрового измерителя; нафиг. 2 - временные диаграм 51 ы сигналов В различкьх точках цифровогоизмерителя:, на фиг, 3 - б - примерыреализации соответственно формирователя кода веса кодового компаратора и 5 орИрователя временных интервалов,Ци(эровой измеритель временныхинтервалов с несовы:1 усреднением(Фиг. 1) содержЬТ генератор 1 Образцовой частоты. Форк:ирователь 2временных интерналон, элемент И 3накаплина 1 эщий суюатор 4, ре 1 истр 5,Формирователь б кода веса, счетчик 7 кодовый комаратор 8 и элемент ИЛИ 9. Выход устройства черезпоследовательно соединенные формирователь 2 нременных интервалов иэлемент И 3 соединен со счетнымнходом счетчика 7 и входом синхронизации регистра 5, выход регистра 5подключен к информационному входунакапливающего сумматора 4, входначальной установки которого соединен с входом начальной устанонкисчезчика 7 и с ВхОдОм запуска ус.рсчства, выход генератора 1 образцовойчастоты подключен к входам синхронизации накапливающего сумматора 4 иформиронателя 2 временных интерваповвыход счетчика 7 соединен с входомформирователя б кода веса и с первымвходом кодового компаратора 8,второй вход которого подключен к кодовому входу устройства, а выходсоединен с первым входом элементаИЛИ 9 и с вторым нходом элементаИ 3, выход Формирователя б кодавеса подключен к информационномувходу регистра 5, вход начальнойустановки которого соединен с выходом элемента ИЛИ 9, второй входэлемента ИЛИ 9 подключен к второмувыходу формирователя 2 временны .интервалов.Устройство работает следующимобразом,ПеРед началом цикла измерения 25на выходе счетчика 7 установленкод 6 ) (и+ 1где О - число усредняемых временных интервалов. Если6 с(и4) , то сигналы с выхода формирователя 2 временных интерваловчерез элемент И 3, проход сигналовчерез который разрешен единичнымпотенциалом с выхода кодового компаратора 8, поступают на счетный входсчетчика 7, пока не установят на еговыходе код В =(и +1). При этом кодо- З 5вый компаратор 8 устанавливает потенциал нулевого уровня на входе элемента И 3, запрещая тем самым проходсигналов на счетный вход счетчика 7и через элемент ИЛИ 9 устанавливает 40регистр 5 в нулевое состояние,Импульсы генератора 1 образцовойчастоты поступают на вход синхронизации накапливающего сумматора 4,но не изменяют его состояния, так дкак на информационном входе накапливающего сумматора 4 действует нулевой код с выхода регистра 5.Очередной цикл измерения начинается после прихода сигнала "Запуск"(фиг,2 а ), который сбрасывает н "0"память накапливающего сумматора 4и счетчик 7. Так как код на выходесчетчика 7 стал Е = 0 ( и , то кодовый компаратор 8 Формирует,на своемвыходе потенциал единичного уровня(фиг.25 ) который разрешает проходсигналов через элемент И 3, а черезэлемент ИЛИ 9 снимает сигнал начальной установки с регистра 5, подготавливая последний к приему информации. 60Одновременно нулевой код с выходасчетчика 7 поступает на вход Формирователя б кода веса, представляющегособой преобразователь типа код:. на свое.:выходе, а следовательи на информационном входе регист ра .=. ;Од двесового коэффициентао ,средняемого интервала.4 ормнронатель 2 временных интерв,.ВО Вырабатывает импульс начала"привязан" к импульсам ге;":-рато аОбразцовой частотыфиг. 2, : Зтот импульс начала первого временного интервала через открытый элемент И 3 поступает на счетный вход счетчика 7 и вход синхронизации регистра 5, и по заднему фронту этого импульса кодпереписывается с выхода формиройателя б кода веса н регистр 5, а на выходе счет.-нка,7 устанавливается код "1". Код , поступает на информационный ход накапливаюцего сумматора 4, которыи по синхросигналам с выхода генератора 1 образцовой частоты про-. изводит накапливающее суммирование кода. Одновременно код состояния "1" счетчика .7 поступает на вход формирователя 6 кода веса, который (вырабатывает на своем выходе кодвесового коэффициента второго,усредняемого интервала времени. К концу первого временного интервала в накап. ливающем сумматоре накопится число И ф , ГДЕ 1 - ЧИСЛО ИМПУЛЬСОВ генератора 1 образцовой частоты, выработанных в течение первого временного интервала Тх . Импульс на-. чала второго измеряемого интервала 7 х через открытый элемент И 3 переносит код б в регистр 5 с выхода формирователя б кода .веса и устанавливает счетчик:7 в состояние ".2" Теперь накапливаюций сумматор 4 по каждому имгульсу генератора 1 образцоваи частоты прибавляет к своему содержимому код а и к концу второго временного итернала н накаплйваюцем сумма .Оре 4 фиксируется кодгде,П - число им пульсон генератора 1 образцовой час;тоты, выработанное в течениех 2 Одновременно формирователь б кода веса возбужденный состоянием "2" счетчика 7, вырабатывает код ф весового коэффициента третьего интервалавремени ГхэТаким образом, к моменту окончания П -го временного интервала в накапливающем сумматоре 4 Фиксиру-з ется код -,ф,п;, и измеренный иН -тервал 1"х, будет равенхКСр -, оп Х. Й х иЭЧ:1импульс начпа (и+1)-до интервалавремени устк знает счетчик 7в состояние "П 11". Нри этом, 1. -кольку кодл 1 больше кола 11, кодовый компаратор 8 сб 1 асыв,1 ет в "0"регистр 5 и снимает разрешающий сигнал с элемента И 3, заканчивая темсамым цикл и элерен 11 я . Новый цикл5измерения начинается с приходом сигнала запуска.Таким образом, минимальная длительность измеряемого интервалаЧл не зависит.от весовых коэфофицйейтов и определяется периодом си гналов генератора 1 образцовой частоты.Наблюдается расширение диапазона.измеряемых длительностей.Точность установки весовых коэфФициентов ; в данном измерителеопределяется только разрядностьюформирователя 6 кода веса, котораяпрактически может быть выбрана дос. -таточно большои. Следовательно, ве- зОсовые коэффициенты могут быть заданыкак дробными, так и целыми с практииески неограниченной точностью,На фиг, 3 показан пример реализации Формирователя 6 кода веса, представляющего собои функциональныйпреобразователь код - коц, построенныйна базе постоянных запоминающеех устройств. Он содержит дешифратор 10,который Выполняет роль преобразователя входного двоичного кода в единичный позиционный (многоканальный)код, и шифратор 11 - преобразовательединичного позиционного( многокана 1 ьного) кода в двоичный код. Формирование , -го весового коэффициентаданном устройстве производится варемя действия (-)-го временного интервала .Импульс начала ( -говременного интервала переносит кодв регистр 5,время задержки в кото 4 Ором легко получить "ьм 1 Г(, что исключает необходимость предварительной записи в накапливаю(1 ий сумматор4 числа, Мд и что в свою очередьпозволяет повысить точность измерения.Один из возможных вариантов реализации кодового компаратора, построенного иа базе элементов 2 И ИЛИ 12 и 2 ИЛИ 13 и И 14 показанна фиг, 4.На фиг, 5 изображен пример реа.лизаций формирователя 2 временных и 11 терваВ 1 а с(а 1 11 Г 1 и 1 е 1 а 1.и инвертора 31 для (;лу ая (.межныхвременных интервалов. Входные им 1 ульсь поступают че(из инвертГ)р 16На ВХОД НаЧаЛЬНОй УотаОВКИ ( Иинформационный вход Д Л -триггера .15, на вход синхронизации С которого подаются импульсы обраэцовойчастоты. При этом на инверсномвыходе и, в тригге 15 Формируетсяимпульс, передний фронт которого совпадает с передним фронтом сигнала,а задний соответствует моменту прихода первого импульса образцовой частоты после окончания данного входного импульса.На Фиг. 6 приведен пример реализации Формирователя 2 временных интервалов для случая несмежных измеряемых интервалов времени. Онсодержит четыре инвертора 17, дваэлемента И-НЕ 18 и два Д -триггера 19. Входной-й сигнал временного интервала поступает на схемувыделения переднего и заднего фронта,состоящую из инверторов 17 и элементов И-НЕ 18, которая Формирует навыходе соответствующих элементовИ-НЕ 18 импульсы начала и конца-го измеряемого интервала.Эти импульсы поступают на входысброса 8 и информационные входы Дсоответствующих Д -триггеров 19, навходы синхронизации которых поступаютимпульсы образцовой частоты, чтообеспечивает "привязку" задних Фронтов сигналов на инверсных выходахД -триггеров 19 к импульсам образцовой частоты.В качестве Д -триггеров могутбыть использованы микросхемы типа13 ОМ 2, 133 ТМ 2, 136 ТМ 2, 53 ОТМ 2 и др.,обладающие способностью не реагировать на измененйе сигнала на информационном входе Д в течение длительности сигнала на входе синхронизации.Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипомпозволяет в К,1,( раз расширить диапазон измеряемых интервалов путемустранения зависимости периода импульсов от величины весовых коэффициентов и повысить точность измеренияза счет снижения погрешности установки весовых коэффициентов, 1051499/46 Тираж ВНИИПИ Государст по делам иэоб 113035, Москва, 11 Подписнонного комитета СССРтений и открытий