Измеритель временных интервалов

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 С 04 Р 10 О осуда ственнцйпо делдц изовРете ОМИТЕТ СССРий и отнРытии ТОРСНОМУ СВИДЕТ(56) Авторское свидетельство СССРИ 423096, кл. С 04 У 10/04, 1972.Авторское свидетельство СССР Р 868695, кл, С 04 Р 10/04, 1980. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ(57) Измеритель относится к инфор - мационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматике, экспериментальной физике для измерения временных интервалов с высокой точностью. Целью изобретения является повышение точности измерения временного интервала эа счет повышения точности измерения интерполяционных интервалов между старт (стоп)-сигналами и тактовыми импульсами и упрощение устройства. Для достижения цели в измеритель введены старт-сточный интерполятор 7, блок 8 управления, источник 9 посто-, янного тока, управляемый ключ 1 О, образованы новые функциональные связи. Кроме того, устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, селектор 2 грубого отсчета, счетчик 3 грубого отсчета, регистр 4 памя;ти, интегратор 5, аналого-цифровой преобразователь 6, элемент 11 задержки. Блок 11 представляет собой регистр 1 сдвига. Блок 7 выполнен на элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ И 11 И 16. Селектор 2й грубого отсчета содержит КБ-триггер а 12, Э-триггер 3, инвертор, элемент И 15. Интегратор 5 содержит операционные усилители 18, 19, три резистора 20, 22, 23, управляемый ключ 25, конденсатор, источник напряжения сме- Д щения. 4 з.п, Ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматике, экспериментальной физике для измерения временных интервалов с высокой точностью.Цель изобретения - повышение точности измерения временного интервала за счет повышения точности измере-о ния интерполяционных интервалов меж ду старт (стоп)-сигналами и тактовыми импульсами и упрощение устройства.На фиг,1 изображена структурная схема измерителя временных интервалов; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг.3 - временные диаграммы работы измерителя временных интервалов. 20Измеритель временных интервалов содержит генератор 1 тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом селектора 2 грубого отсчета, второй и третий входы которо 25 го соединены с шинами Старт и Стоп измерителя соответственно. Выход селектора 2 грубого отсчета соединен с счетным входом счетчика 3 грубого отсчета, выходы которого за соединены с входами старших разрядов регистра 4 памяти, интегратор 5 аналого-циФровой преобразователь 6, вход которого соединен с выходом интегратора 5, а выход - с входами младших разрядов регистра 4 памяти, старт-стопный интерполятор 7, блок 8 управления, источник 9 постоянного тока, выход которого через управляемый ключ 1 О соединен с входом интегратора 5, а управляющий вход ключа 10 соединен с выходом старт-стоп- ного интерполятооа 7, элемент 11 задержки, Источник 9 напряжения посто-. янного тока выполнен с переключением полярнос.ти выходного напряжения, входы переключения полярности соединены с первым и вторым выходами элемента 11 задержки соответственно. Селектор 2 грубого отсчета состоит из КЯ в тригге 12, П-триггера 13 инвертора 14, элемент 15 И. Выход элемента. 15 И. соединен с первым входом селектора 2 грубого отсчета и входом инвертора 14, второй вход эле мента 15 И соединен с прямым выходом 0-триггера 13, С-вход которого соединен с выходом инвертора 14, В-вход 0-триггера 13 соединен с прямым выходом К 8-триггера 12, 8- иК-входы которого соединены с вторыми третьим входами селектора 2 грубого отсчета соответственно. Стартстопный интерполятор 7 выполнен наэлементе 16 ИСКЛЮЧЯОЩЕЕ ИЛИ, входыкоторого соединены с прямыми выходами КБ-триггера 12 и В-триггера 13селектора 2 грубого отсчета. Выходэлемента 16 ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ соединенс выходом старт-стопного интерполятора 7. Элемент 11 задержки выполнен в виде регистра 17 сдвига, С-входкоторого соединен с выходом генератора 1 тактовых импульсов, а В-входрегистра 17 сдвига соединен с прямым выходом Р-триггера 13 селектора 2 грубого отсчета. Прямой и инверсный выходы старшего разряда регистра 17 сдвига соединены с первыми вторым входами элемента 11 задержки. Первый вход блока 8 управлениясоединен с вторым выходом элемента11 задержки, а второй вход блока 8управления соединен с выходом генератора 1 тактовых импульсов. Первый выход блока 8 управления соединен с входом перезаписи регистра 4памяти, а второй выход блока 8 управления соединен с установочнымвходом счетчика 3 грубого отсчетаи входом обнуления интегратора.,Интегратор 5 измерителя временных интервалов содержит интегрирующий операционный усилитель 18 и суммирующий операционный усилитель 19. Инвертирующий вход интегрирующего операционного усилителя 18 через регистр 20 соединен с входом интегратора 5, а через конденсатор 21 - с выходом интегрирующего операционного усилителя 18 и выходом интегратора 5, неинвертирующий вход интегрирующего операционного усилителя 18 соединен с выходом суммирующего операционного усилителя 19, Инвертирующий вход суммирующего операционного усилителя 19 соединен через резистор 22 с выходом этого усилителя, а через резистор 23 - с выходом интегрирующего операционного усилителя 18, К неинвертирующему входу суммирующего операционного усилителя 19 подключен источник 24 напряжения смещения. Инвертирующий вход интегрирующего операционного усилителя 18 через управляемый ключ 25 подключен к общей шине. Управляющий вход ключа 25 сое 1307444динен с входом обнуления интегратора 5.Блок 8 управления (фиг.2) содержит четыре триггера 26-29 и двоичныйсчетчик 30. Причем вход синхронизации первого триггера 26 соединен спервым входом блока 8 управления.Входы синхронизации второго триггера 27, четвертого триггера 29 и двоичного счетчика 30 соединены с вторымОвходом блока управления Инверсныйвыход первого триггера 26 соединен синфЬрмационным входом второго триггера 27, а прямой выход второго триггера 27 соединен с первым выходомблока 8 управления, с информационными установочным входами первого триг- .гера 26 и с входом синхронизациитретьего триггера 28. Инверсный выход третьего триггера 28 соединен с 20входом разрешения счета двоичногосчетчика 30 и с вторым выходом блока8 управления. Выход переноса двоичного счетчика 30 соединен с информационным входом четвертого триггера 29.Прямой выход четвертого триггера 29соединен с установочным и информационным входами третьего триггера 28.Первый 26 и второй 27 триггеры образуют генератор одиночного импульса,а третий 28 и четвертый 29 триггеры и двоичный счетчик 30 образуюттаймер,Измеритель временных интервалов -работает следующим образом (фиг.З). 35При поступлении стартовогоимпульса 3 КБ-триггер 12 селектора 2 грубого отсчета меняет состояние 32 снулевого на единичное. Первым же тактовым импульсом 33, следующим за 4стартовым. импульсом 31, Э-триггер 13селектора 2 грубого отсчета переводится в единичное состояние (фиг.З,34). По приходу стопового импульса35 ВБ-триггер 12 переключается в ну-.левое состояние (фиг.З, 32), а Э-триг.гер 13 переключается в нулевое состояние первым тактовым импульсом 33,пришедшим после стопового импуль-.са 35. Во время нахождения П-тригге-ра 13 в единичном состоянии 34 через,элемент 15 И селектора 2 грубого отсчета на счетный вход счетчика 3 грубого отсчета поступают импульсы 36.Состояние счетчика 3 грубого отсчета(сигнал 37) по окончании поступленияимпульсов 36 на счетный вход определяется количеством импульсов 36, т.е. временем между стартовым 31 и стоповым 35 импульсами. Старт-стопный интерполятор 7 формирует стартовый истоповый интерполяционные интервалы38, Длительности интерпопяционныхинтервалов 38 равны временам междустартовым импульсом 3 (стоповым импульсом 35) и первым следующим заним тактовым импульсом 33. Так каквремена прихода стартового импульса31 и стопового импульса 35 не синхронизированы с тактовыми импульсами 33,то длительности интерполяционныхинтервалов 38 лежат в пределах отнуля до периода тактовых импульсов33. Сигнал З 9 на выходе элемента 11задержки, управляющего переключениемполярности (сигнал 40) источника 9постоянного тока, задержан относительно сигнала 34 на выходе 0-триггера 13 селектора 2 грубого отсчетана время, меньшее чем минимальныйизмеряемый временной интервал, нобольшее чем время суммарной задержкистарт-стопного интерполятора 7 иключа 10. Поэтому переключение полярности источника 9 происходит междузамыканиями ключа 10, соответствующими стартовому и стоповому интерполяционным интервалам. Таким образом,во время стартового интерполяционного интервала 38 конденсатора 21 интегратора 5 заряжается входным током 41 интегратора 5, а во времястолового интерполяционного интервала 38 разряжается. Напряжение 42 навыходе интегратора 5 по окончаниистопового интерполяционного интервала 38 и, в свою очередь, код навыходе аналого-цифрового преобразователя 6 зависят от разности междудлительностями 38 стартового и стопового интерполяционных интервалов.По заднему фронту сигнала 39 на первом выходе элемента 11 задержки блок8 управления формируетсигнал 43переписи информации из счетчика 3грубого отсчета в старшие разрядывыходного регистра 4, а из аналогоцифрового преобразователя 6 в младшие разряды выходного регистра 4.Информация 44 в выходном регистре4 после прихода импульса переписи43 соответствует длительности измеряемого временного интервала. Затемблок 8 управления формирует сигнал45, устанавливающий счетчик 3 грубого отсчета в исходное состояние(сигнал) 37 и замыкающий ключ 25 интегратора 5, который разряжает конденсатор 21 интегратора 5 до исход- його уровня (сигнал 42). Измеритель временных интервалов возвращается в 5 исходное состояние.Блок 8 управления работает следующим образом.После включения питания за счет обратной связи, существующей между 10 прямым выходом триггера 27 и Б-входом триггера 26, триггер 26 устанавливается в единичное состояние, а триггер 27 устанавливается в нулевое состояние за счет обратной связи, . 15 существующеи между выходом переноса счетчика 30 и Б-входом триггера 28 через триггер 29, триггер 28 устанавливается в единичное состояние, счетчик 30 в нулевое состояние, триггер 20 29 в нулевое состояние.По отрицательному фронту сигнала 39, поступающего на С-вход триггера 26, триггер 26 переключается в нулевое состояние и на П-входе триггера 27 устанавливается уровень логической единицы. Теперь по положительному фронту тактового импульса 33, по-. ступающего на С-вход триггера 27, триггер 27 переключается в единичное состояние. На первом выходе блока 8 управления появляется импульс переписи 43, а на Б-входе триггера 26 устанавливается уровень логической единицы, что приводит к переключению триггера 26 в единичное состояние, и на Р-входе триггера 27 устанавливается уровень логического нуля,Теперь по положительному Фронту очередного тактового импульса 33 триггер 27 переключается в нулевое состояние и прекращается импульс переписи 43 на первом выходе блока 8 управления. Таким образом, Формирователь одиночного импульса, , образованный триггерами 26 и 2, возвращается в исходное состояние.По положительному фронту сигнала 43 на первом выходе блока 8 управления происходит перепись информации из счетчика 3 грубого отсчета в старшие разряды выходного регистра 4 а из аналого-цифрового преобразователя 6 в младшие разряды выходного регистра 4По положительному фронту сигнала 13, поступающего также на С-вход триггера 28, триггер 28 переключается в нулевое состояние, что приводит кпоявлению уровня логической единицына Ч-входе счетчика 30, а на второмвыходе блока 8 управления начинаетдействовать сигнал 45 "Установ". Теперь по положительному фронту каждого тактового импульса 33, поступающего с второго входа блока 8 управления на С-вход счетчика 30, счетчик30 изменяет свое внутреннее состояние до тех пор, пока на его выходепереноса не появится уровень логической единицы. По положительному Фронту следующего тактового импульса 33счетчик 30 переходит в нулевое состояние, а триггер 29 - в единичное состояние. Это приводит к появлениюуровня логической единицы на Б-входетриггера 28. Триггер 28 переключаетсяв единичное состояние, на инверсномвыходе триггера 28 устанавливаетсяуровень логического нуля, и действиесигнала 45 "Установ" на втором выходеблока 8 управления прекращается. По,положительному фронту следующего тактового импульса 33, поступающего наС-вход триггера 29, триггер 29 переключается в нулевое состояние. Нали-,чие уровня логического нуля на 7-входе счетчика 30 запрещает изменениесостояния счетчика 30 по тактовым импульсам 33.Таким образом, таймер, образованный триггерами 28, 29 и счетчиком ЗО,возвращается в исходное состояние.Во время действия сигнала 45 навтором выходе блока 8 управления счетчик 3 грубого отсчета устанавливается в исходное состояние (сигнал37)., замыкается ключ 25 интегратора 5 и конденсатора 21 интегратора 5разряжается,цо исходного уровня (сигнал 42),Формула изобретения 1. Измеритель временных интервалов, содержащий генератор тактовыхимпульсов, выход которого соединенс первыми входами злемента задержки и селектора грубого отсчета, первыйвыход которого соединен со счетнымвходом счетчика грубого отсчета,выходы которого ссединены с входамистарших разрядов регистра памяти,интегратор, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точнос 130744435 ти измерений и упрощения измерителя, в него введены старт-стопный интерполятор, блок управления, источник постоянного тока, выполненный в возможностью переключения полярнос ти выходного напряжения, и управляемый ключ, причем второй выход селектора грубого отсчета подключен к первому входу старт-стопного интерполятора, второй вход которого подклю чен к третьему выходу селектора грубого отсчета и второму входу элемента вадержки, первый выход которого соединен с первым управляющим входом источника постоянного тока, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом элемента задержки и первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а 20 первый выход - к входу перезаписи регистра памяти, входы младших разрядов которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, выход источника постоянного тока соединен с входом управляемого ключа, управляющий вход которого соединенс выходом старт-стопного интерполятора, а выход - с входом интегратора, вход обнуления которого подключен к З 0 второму выходу блока управления и установочному входу счетчика грубого отсчета, шины Старт и Стоп подключены соответственно к второму и третьему входам селектора грубого отсчета.2. Измеритель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, чтоэлемент задержки представляет собой регистр сдвига, С- и Б-входы которого явля ются соответственно первым и вторым входами элемента задержки, а инверсный и прямой выходы старшего разряда - первым и вторым выходами соответственно элемента задержки. 453. Измеритель по и. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что старт-стопный интерполятор выполнен на элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которого являются входами интерполятора, а выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ - его выходом.4. Измеритель по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что селектор грубого отсчета содержит КЯ-триггер, В-триггер, инвертор и элемент И, выход которого соединен с выходом селектора, а Я- и К-входы ВЯ-триггера являются соответственно вторым и третьим входами селектора, первый вход которого подключен к входу инвертора и первому входу элемента И, второй вход которого подключен к третьему выходу селектора и прямому выходу Э-триггера, второй выход селектора соединен с прямым выходом КЯ-триггера и Э-входом П-триггера, С-вход которого подключен к выходу инвертора.5, Измеритель по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что интегратор содержит два операционных усилителя, три резистора, управляемый ключ, конденсатор и источник напряжения смещения, причем вход интегратора через первый резистор подключен к входу управляемого ключа и инвертирующему входу первого операционного усилителя, который через конденсатор соединен с выходом первого операционного усилителя и выходом интегратора, выход первого операционйого усилителя через второй резистор подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, который через третий резистор соединен с выходом второго операционного усилителя и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, .выход источника напряжения смещения соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, управляющий вход управляемого ключа соединен с входом обнуления интегратора.1307444 Л.Пле ович ева Корректор АОбруч одписно комит и отк ушска т тиинаб.,4/5 ият Составитель Редактор Н.Киштулинец Техред И,Покэ.з 1630/48 Тираж 371 ВНИ 1 П 1 И Государственного по делам изобретений 113035, Москва, )-35, Роизводственно-полиграфическое пр ЪюОРюе рюуяасы Сларл Ьпи ЖидаР 8- Риггера ЙидУЯ- триггера Охам сйч" ФЮЮ й)сияние сне тилю груйга атсю 7 п 7 рице ин- щграюУ- абвера виаазгеюита лидер йагФйлю нико пюстся нь:ев тако ЮюЮФ вк имюраюои ЗихИиюгееюжгра Югреагсг Р регис/770 УсщачеКйщргие гггАМега регисю г.ужгород, ул.Проектна