Цифровой измеритель отношения временных интервалов

)5 О 04 Р 10/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ.ГКНТ СССР МПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ зовано как автономный прибо составе информационно-изм комплексов. Цель - повышени тно- ствия, Цифровой измеритель иро- временных интервалов содерж том нератор импульсов 1, блок 2 иния временных интервалов; сч импульсов, преобразователь ко ляемые делители 7,8 частоты, 10, элемент И 15, элемент ИЛ И 1 генератора импульсов 3, элеме геров 11,14,16 и элемента И-НЕ ШЕ- ет повысить быстродействие усчет уменьшения периода имп ратора, используемого для опр ношения. 1 ил. льский и проектут автоматизения транспор во СССР4, 1988,РИТЕЛЬ ОТНОТЕРВАЛОВтся к цифровоможет быть исп(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМ НИЯ ВРЕМЕННЫХ И (57) Изобретение атно мерительной технике й из- ольИзобретение относится к импульсной технике и может быть использовано как в качестве автономного прибора, так и в.качестве измерительного устройства в различных информационно-измерительных комплексах.Целью изобретения является повышение быстродействия.На чертеже приведена функциональная схема цифрового измерителя отношения временных интервалов.Цифровой измеритель отношения временных интервалов содержит первый генератор импульсов 1, блок 2 преобразования временных интервалов, к третьему входу которого подключен выход первого генератора импульсов 1, второй генератор им-. пульсов 3, первый счетчик импульсов. 4, суммирующий вход которого соединен с первым выходом блока 2, второй элемент И ЪФ5, преобразователь кодов 6; первый управляемый делитель частоты 7, к входам коэффициента деления которого подключены выходы счетчика импульсов 4, второй управ ляемый делитель частоты 8; вход сброса ко- И торого соединен со вторым выходом блока Од2 и с первым входом сброса управляемого (Я делителя частоты 7, тактовый вход которого (, . соединен с выходом элемента И 5 и с тактовым входом управляемого делителя частоты 8, к входам коэффициента деления которого подключены выходы преобразователя ко-.дов 6, второй счетчик импульсов 9, вычита-,ющий вход которого соединен с выходом управляемого делителя частоты 8, коммутатор 10, к первому тактовому входу которого подключен первый выход управляемого делителя частоты 7, вторые выходы которого соединены с информационными входами счетчика иммпульсов 9, к суммирующему вхо(21) 4833825/21(71) Научно-исследоватвконструкторский инстиванных систем управлгаза%1442970, кл,6 04 Р 1 р, а также в ерительных е быстродейотношения ит первый ге- реобразоваетчики 4,9,12 дов 6, управ- коммутатор 7.Введение нта И 5,триг 13 позволястройства за ульсов генееделения от1723562 30 35 40 45 50 55 ду которого подключен третий выход блока 2, четвертый выход которого соединен со входом сброса счетчика импульсов 9, первый триггер 11, третий счетчик импульсов 12, к суммирующим входам которого подключены соответствующие первые выходы коммутатора 10, элемент И-НЕ 13, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера 11, второй триггер 14, нулевой выход которого подключен к третьему входу элемента И-НЕ 13, выход которого соединен с входом записи информации счетчика импульсов 9 и с тактовым входом триггера 14, первый элемент И 15, второй вход которого соединен с выходом (это выход заема) счетчика импульсов 9 и с тактовым входом триггера 11, третий триггер 16, единичный выход которого подключен к входу сброса . триггера 11, нулевой выход которого соединен с входом сброса триггера 14, со вторым входом элемента И 5 и со входом сброса триггера 16, информационный вход которого соединен с единичным выходом триггера 14, с первым входом элемента И 15, со вторым тактовым входом коммутатора 10 и со вторым входом сброса управляемого делителя частоты 7, элемент ИЛИ 17, к первому входу которого подключен третий выход коммутатора 10, вторые выходы которого соединены с входами преобразователя кодов 6, первую входную шину 18, которая подключена ко второму, входу блока 2 и к входам сброса коммутатора 10 и счетчика импульсов 12, вторую входную шину 19, которая соединена с четвертым входом блока 2, источник 20 единичного сигнала, который соединен с информационными входами триггеров 11 и 14, шину сброса 21, которая подключена к третьему входу элемента ИЛИ 17, второй вход которого соединен с выходом элемента И 15, шины результата 22, к которым подключены выходы счетчика импульсов 12, сигнальную шину 23, которая соединена со входом сброса счетчика импульсов 4, с выходом элемента ИЛИ 17 и с первым входом блока 2, выход генератора импульсов 3 подключен к первому входу элемента И 5, к первому входу элемента И-НЕ 13 и к тактовому входу триггера 16. Блок 2 преобразования временных интервалов предназначен для,преобразования сигналов временных интервалов в последовательности импульсов и для выработки сигналов, разрешающих работу отдельных элементов цифрового измерителя отношения временных интервалов. Блок 2 преобразования временных интервалов выполняется в каждом конкретном случае в зависимости от того, как поступают временные интервалы и какими они могут быть подлительности,На чертеже приведен пример выполнения блока 2 для случая произвольного по 5 ступления временных интервалов, при этомвыдача разрешения на определение отношения временных интервалов производится после окончания обоих временныхинтервалов, Блок 2 преобразования вре 10 менных интервалов содержит триггер 24,элемент И - НЕ 25, первый вход которого соединен с тактовым входом триггера 24 и совторым входом блока 2, триггер 26, информационный вход которого соединен с ин 15 формационным входом триггера 24 и систочником единичного сигнала 20, элементИ - НЕ 27, к первому входу которого подключен единичный выход триггера 24, элементИ - НЕ 28, первый вход которого соединен с20 третьим входом блока 2 и со вторым входомэлемента И-НЕ 25, выход которого подключен к первому выходу блока 2, второй выходкоторого соединен с выходом элемента ИНЕ 27, ко второму входу которого подклю 25 чен единичный выход триггера 26, триггер29, нулевой выход которого подключен кчетвертому выходу блока 2, первый вход которого соединен с входами сброса триггеров 24, 26 и 29, вход установки в единичное положение триггера 29 соединен с тактовым входом триггера 26, со вторым входом элемента И - НЕ 28 и с четвертым входом блока 2, к третьему выходу которого подключен выход элемента И-НЕ 28. Управляемый делитель частоты 7 (8) предназначен для деления частоты импульсов, поступающих на тактовый вход, на число, код которого находится на входах коэффициента деления (О-входах). При коэффициенте деления, равном К, управляемый делитель частоты 7 выдает на выход в паузу после Й-го импульса, поступившего на тактовый вход, импульс длительностью Ьт, а управляемый делитель частоты 8 пропускает на свой выход М-й импульс, поступивший на тактовый вход.Счетчик импульсов 12 предназначен для определения значения разрядов отношения. При выражении отношения в угловых единицах и при интервале - делимом, всегда меньшем интервала - делителя, разряды отношения можно представить как десятки градусов, единицы градусов и десятки минут,При необходимости, увеличив число разрядов счетчика 12, можно получить отношение с необходимой точностью. например, до угловой секунды.Коммутатор 10 предназначен для переключения импульсной последовательности,10 20 25 30 40 45 50 выдаваемой управляемым делителем частоты 7, в соответствующий разряд счетчикаимпульсов 12 и для изменения коэффициента деления управляемого делителя частоты8 в соответствии с разрядом счетчика 12, вкоторый направляются импульсы управляемого делителя частоты 7.На первый вход блока 2 преобразования временных интервалов подается импульс, устанавливающий блок 2 в исходноеположение, на второй - сигнал первого временного интервала Т 1 (интервала-делителя),.на третий - сигнал с выхода генератораимпульсов, с помощью которого осуществляется преобразование временных интервалов в последовательность импульсое, начетвертый вход - сигнал второго временного интервала Т 2 (интервала - делимого).Блок 2 преобразования временных интервалов на первый выход выдает последовательность импульсов, соответствующуюпо длительности первому временному интервалу, на второй выход - сигнал, разрешающий определение отношения временныхинтервалов (т.е. сигнал о том, что окончи-лись оба временных интервала), на третийвыход - . последовательность импульсов, соответствующую длительности второго временного интервала, на четвертый выход -сигнал, разрешающий определение кодадлительности второго временного интерва-ла,Счетчики импульсов 4,12 по суммирующему входу и счетчик импульсов 9 по вычитающему входу работают от переднихфронтов (перепадов 0 - 1) импульсов, поступающих на эти входы, В счетчик импульсов9 при поступлении нулевого сигнала на входзаписи информации записывается код, находящийся на его информационном (О) входе, независимо от того, что не егосуммирующем или вычитающем входе могутдействовать в это время перепады сигнала0 - 1.Вход сброса счетчиков 4, 9 имеет приоритет перед всеми остальными входами,На выходе счетчика 9 (выходе заема) появляется единичный сигнал при нулевом содержимом счетчика и при отсутствииимпульса на его вычитающем входе,На шину 18 подается сигнал первоговременного интервала Т 1 (интервала -делителя), на шину 19 подается сигнал второговременного интервала Т 2 (интервала -делимого), на шину 21 подается импульс тогда, 5когда необходимо установить цифровой из меритель отношения временных,интервалов в исходное состояние.На шины 22 выдается код значения отношения, на шину 23 - импульс в момент окончания определения отношения временных интервалов,Триггеры 11 и 14 работают по передним фронтам импульсов, поступающих на их тактовые входы, триггеры 16, 24 и 26 работают по задним фронтам импульсов (перепадам 1-0), поступающих на их тактовые входы, У всех триггеров входы сброса (В-входы) имеют приоритет перед тактовыми входами.Предварительно рассмотрим работу блока 2 преобразования временных интервалов.В исходном положении, при отсутствии сигналов временных интервалов на втором и четвертом входах блока 2, триггеры 24, 26 и 29 находятся в нулевом положении, на выходах элементов И - НЕ 25, 27 и 28 имеются единичные сигналы и, следовательно, на первом, втором, третьем и четвертом выходах блока 2 имеются единичные сигналы При поступлении сигнала временного интервала на шину 18 или 19, на второй или четвертый вход блока 2 открывается элемент И - НЕ 25 или 28 и на его выходе образуется,последовательность импульсов нулевого уровня, соответствующая импульсам генератора 1 и поступающая на первый и третий выходы блока 2.При поступлении сигнала временного интервала на шину 19 устанавливается в единичное положение триггер 29 и на четвертом выходе блока 2 появляется нулевой сигнал.В момент окончания сигнала временного интервала на шине 18 или 19 по его заднему фрон:гу устанавливается в единичное положение триггер 24 или 26, и на выходе элемента И-НЕ 25 или 28 устанавливается единичный сигнал,соответственно единичный сигнал устанавливается и на первом(третьем) выходе блока 2. После окончания обоих временных интервалов, т.е. в момент, когда в единичном положении окажутся и триггер 24, и триггер 26, срабатывает элемент И-НЕ 27 и на его выходе и, соответственно, на втором выходе блока 2 устанавливается нулевой сигнал.При поступлении импульса на первый вход блок 2 устанавливается в исходное положение.Цифровой измеритель отношения временных интервалов работает следующим образом.В исходном состоянии при отсутствии сигналов временных интервалов на шинах 18 и 19 блок 2 преобразования временных интервалов находится в исходном положении, на его первом, втором, третьем и четвертом выходах имеются единичные сигналы, счетчики импульсов 4 и 9 находят 17235625 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ся в нулевом положении, счетчик 9 удержи-. вается в нулевом положении единичным сигналом с четвертого выхода блока 2, управляемые делители частоты 7 и 8 находятся в исходном положении, на первом выходе управляемого делителя частоты 7 имеется нулевой сигнал, и импульсы на этот выход не выдаются, на вторых выходах управляемого делителя частоты 7 находится нулевой код, на выходе управляемого делителя частоты 8 имеется единичный сигнал, и импульсы на этот выход не выдаются, управляемые делители частоты 7 и 8 удерживаются в исходком положении единичным сигналом со второго выхода блока 2, триггер 11 находится в нулевом положении.и единичным сигналом с нулевого выхода удерживает в нулевом положении триггеры 14 и 16, коммутатор 10 находится в исходном положении, в счетчике импульсов 12 записан результат предыдущего определения отношения временных интервалов, на выходе счетчика импульсов 9 отсутствует единичный сигнал, так как имеется единичный сигнал на его вычитающем входе с выхода управляемого делителя частоты 8, на выходах преобразователя кодов 6 находится код числа "36", элемент И 5 открыт единичным сигналом с нулевого выхода триггера 11.Установка цифрового измерителя отношения временных интервалов в исходное положение производится подачей импульса на шину 21, После включения питания ком.мутатор 10 может оказаться не в исходном положении и не будет установлен в него импульсом с шины 21, но это не ведет к сбою в работе, так как коммутатор 10 устанавливается в исходное положение при появлении сигнала временного интервала на шине 18. После включения питания может оказаться в единичном положении триггер 11 или триггеры 11 и 14, в этом случае или второй после включения питания, или первый импульс генератора 3 устанавливает их в нулевое положение и весь цифровой измеритель отношения временных интервалов оказывается в исходном положении,При появлении на шине 18 сигнала временного интервала подтверждается исходное положение коммутатора 10 (или, если интервал появляется после включения питания, коммутатор 10 устанавливается в нулевое положение) и устанавливается в нулевое положение счетчик импульсов 12. Блок 2 начинает преобразовывать этот временный интервал в последовательность импульсов нулевого уровня, выдаваемых на первый выход блока 2, с которого они поступают на Суммирующий вход счетчика 4, подсчитывающего их число, В момент окончания сигнала временного интервала на шине 18 на первом выходе блока 2 устанавливается единичный сигнал, в блоке 2 при этом, как указывалось ранее, устанавливается в единичное положение триггер 24.В счетчике импульсов 4 в момент окончания сигнала временного интервала на шине 18 находится двоичный код числа И 1, пропорционального длительности интервала - делителя (Й 1= Т 1/Ти, где Та 1- период импульсов генератора 1), поступившего на шину 18.При появлении сигнала временного интервала на шине 19 устанавливается в единичное.положение триггер 26 и исчезает единичный сигнал на четвертом выходе блока 2, вследствие чего разрешается работа счетчика импульсов 9 по суммирующему и вычитающему входам, и, кроме того, блок 2 преобразует этот временной интервал в последовательность импульсов нулевого уровня, выдаваемых на третий выход блока 2, с которого они поступают на суммирующий вход счетчика 9, подсчитывающего их число (на вычитающем входе счетчика 9 находится единичный сигнал с выхода управляемого делителя частоты 8, который удерживается в исходном положении единичным сигналом со второго выхода блока 2).В момент окончания сигнала временного интервала на шине 19 на третьем выходе блока 2 устанавливается единичный сигнал, в блоке 2 при этом устанавливается в единичное положение триггер 26. В счетчике импульсов 9 в момент окончания сигнала временного интервала на шине 19 находится двоичный код числа К 2, пропорционального длительности интервала - делимого (Й 2 = Т 2/Т 61), поступившего на шину 19.После окончания сигналов обоих временных интервалов(в момент, когда в блоке 2 окажутся в единичном положении и триггер 24, и триггер 26) на втором выходе блока 2 появляется сигнал нулевого уровня и разрешается работа управляемых делителей частоты 7 и 8. В этот момент на выходе управляемого делителя частоты 8 появляется нулевой сигнал, коэффициент деления управляемого делителя частоты 8 установлен равным числу "36". Коэффициент деления управляемого делителя 7 установлен равным числу Й 1, каждая доля отношения Т 2/Т 1 (импульс с выхода управляемого делителя частоты 7) в этом случае будет эквивалентна десяти угловым градусам.Таким образом, в данном устройстве обеспечивается повышение быстродействия по сравнению с прототипом за счет того, что для определения собственно отношения использован второй генератор, имеющий20 25 генератор импульсов, блок преобразования . 30 35 40 более высокую частоту, чем первый генератор, используемый для квантования временных интервалов, и за счет того, что частота второго генератора выше, чем возможная частота генератора в прототипе, так как перепись кода из управляемого делителя частоты в вычитающий счетчик производится не в паузу импульсов. генератора, а в течение выделенных периодов импульсов генератора.В данном устройстве допустимый минимальный период импульсов генератора, с помощью которого определяется отношение, может быть на 1/3 меньше, чем у прототипа, соответственно, частота генератора заявляемого устройства может быть = в 1,5 раза выше, чем в прототипе,Кроме того, заявляемое устройство проще в эксплуатации, так как не содержит времязадающих элементов, содержащихся в формирователе импульсов прототипа, которые имеют большой разброс параметров и поэтому требуется их подбор при наладке, чтобы избежать нарушения установленных временных соотношений при работе устройства-прототипа.Формула изобретения Цифровой измеритель отношения временных интервалов, содержащий первый временных интервалов, к третьему входу которого подключен выход первого генератора импульсов, первый счетчик импульсов, суммирующий вход которого соединен с первым выходом блока преобразования временных интервалов, преобразователь кодов, первый управляемый делитель часто.ты, к входам коэффициента деления которого подключены выходы первого счетчика импульсов, второй управляемый делитель частоты, вход сброса которого соединен с первым входом сброса первогоуправляемого делителя частоты и с вторым выходом блока преобразования временных интервалов, второй советчик импульсов, к суммирующему входу которого подключен третийвыход блока преобразования временных интервалов, четвертый выход которого соединен со входом сброса второго счетчика импульсов, к вычитающему входу которого подключен выход второго управляемого делителя частоты, входы коэффициента деления которого соединены с выходами преобразователя кодов, коммутатор, к первому тактовому входу которого подключен первый выход первого управляемого делителя частоты, вторые выходы которого соединены с информационными входами 5 10 15 второго счетчика импульсов, третий счетчик импульсов, к суммирующим входам разрядов которого подключены соответствующие первые выходы коммутатора, вторые выхо-. ды которого соединены с входами преобразователя кодов, первый элемент И, элемент ИЛИ, ко второму входу которого подключен выход первого элемента И, первую входную шину, которая соединена со вторым входом блока преобразования временных интервалов, со входом сброса третьего счетчика импульсов и со входом сброса коммутатора, третий выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, вторую входную шину, которая соединена с четвертым входом блока преобразования временных интервалов, выходные шины, к которым подключены выходы третьего счетчика импульсов, сигнальную шину, которая соединена с выходом элемента ИЛИ, с входом сброса первого счетчика импульсов и с первым входом блока преобразования временных интервалов, источник единичного сигнала, шину сброса, которая подключена к третьему входу элемента ИЛИ, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй генератор импульсов, второй элемент И, первый, второй и третий триггеры и элемент И-НЕ, выход которого подключен к входу записи второго счетчика импульсов и к тактовому входу второго триггера, информационный вход которого соединен с источником единичнсго сигнала и с информационным входом первого триггера, тактовый вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов и со вторым входом первого элемента И, первый вход которого соединен с единичным выходом второго триггера, с информационным входом третьего триггера, со вторым тактовым входом коммутатора и со вторым входом сброса первого управляемого делителя частоты, тактовый вход которого соединен с тактовым входом второго управляемого делителя частоты и с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго генератора импульсов, с первым входом элемента И-НЕ и с таковым входом третьего триггера, единичный выход которого подключен к входу сброса первого триггера, нулевой выход которого соединен со вторым входом второго элемента И, с входом сброса третьего триггера и со входом сброса второго триггера, нулевой выход которого подключен к третьему входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера., 10 Заказ 1064 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5