Устройство для измерения временных интервалов

(5 С 04 Г 10/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН ТЕТ СССРИ ОТНРЦТИЙ ЕТЕНИЯ НИЕ ИЗ(56) 1. Авто по заявке 6 04 Г 1 2. Авторс М 575617, кл(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащее элемент НЕ, два управляющих триггера,выходы которых соединены с входамисоответствующих старт-стопных генераторов, выходы которых подключены кпервому и второму входам Фазовогодискриминатора, о т л,и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений временных интервалов, в него вве-дены два счетчика, три триггера,сумматор, пять элементов И, два эле-.мента И-ЙЕ, два распределителя импульсов, шесть элементов ИЛИ, коммутатор,блок сравнения, четыре регистра идва управляющих счетчика, причем выход первого генератора подключен ксчетному входу первого счетчика,выход второго генератора соединенсо счетным входом второго счетчикаи первыми входами первого и второгораспределителей импульсов, первыйвыход второго счетчика подключен кпервому входу первого элемента И,выход которого соединен через первыйэлемент ИЛИ с входом первого управляющего триггера и вторым входом первого распределителя импульсов, первый выход которого подключен к первымвходам коммутатора, первого и второго регистров, сумматора и первоготриггера, выход которого соединен свторым входом первого элемента И,второй выход первого распределителя импульсов подключен через второй эле мент ИЛИ ко второму входу сумматора и непосредственно ко второму входу второго регистра,. третий выход первого распределителя импульсов подключен к первому входу третьего регистра и через третий элемент ИЛИ к первому входу второго управляющего триггера, выход первого счетчика подключен через второй элемент И к третьему входу сумматора, второму входу коммутатора и второму входу первого регистра, выход которого соединен с третьим входом комм татора выход которого соединен с четвертьм входом сумматора, а четвертый, пятый и шестой входы подключены соответственно к первому выходу второго распределителя импульсов, второму выходу второго распределителя импульсов и к выходу третьего регистра, второй вход которого подкл)очен к первому выходу сумматора и первому входу четвертого регистра, первый вход устройства соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, Я -входом первого счетчика и первыми входами второго и третьего триггеров и пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен к К -входу второго счетчика, второй выход которого соединен сЭ -входом первого управляющего счетчика и первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго регистра, а выход соединен непосредственно с первым входом третьего элемента И и через элемент НЕ с первым входом четвер того элемента И, выход которого подключен к вторым входам второго триггера и первого элемента ИЛИ и к второму входу второго распределителя импульсов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И-НЕ, входы которых подключены к выходам соответственно первого офрого управляющих счетчиков, третийвыход второго распределителя импульсов соединен с четвертым входом сумматора, второй выход которого подключен к третьему входу первого распределителя импульсов, четвертый выходвторого распределителя импульсов подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и к вьтчитающему входу первого управляющего счетчика, С-входкоторого соединен с Я -входом второгоуправляющего счетчика, вторыми входами второго элемента И и третьеготриггера и с выходом пятого элементаИ, первый вход которого соединен свыходом фазового дискриминатора ивторыми входами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которыхсоединены и объеднинеы с выходом второго триггера и вторым входом пятогоэлемента И, третий вход которого подключен к первому выходу третьеготриггера, второй вход которого соедицен с :етвер;ыми входами третьего и.етвертого элементов И, выход третьго элемента И подключен к второмувходу пятого элемента ИЛИ и суммирующему входу второго управляющего счет".ика, вычитающий вход Которого подключен к третьему входу второго элемента ИЛИ и пятому выходу второгораспределителя импульсов, шестой выход которого соединен с вторыми входами третьего элемента ИЛИ и четьертого регистра, второй вход устройства подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, выход которогоподключен к второму входу второгоуправляющего триггера, а второй входсоединен с третьим входом устройствавторым входом первого триггера,третьим входом пятого элемента ИЛИ,К-входом первого счетчика и вторымвходом четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму1Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для измерения временных интервалов.Известно устройство для измерения 5 временных интервалов, содержащее триггер, перестраиваемый генератор, опорный генератор, два счетчика, два блока сравнения, блок управления, арифметический вычислитель, блок оперативО ной памяти блок очередности, блок подстройки частоты и четыре регистра. Определение моментов времени, а следовательно, и временных интервалов производится в этом устройстве при помощи вычисления момента изменения частоты перестраиваемого генератора, который совпадает по времени с входным сигналом, по отношению к известной частоте и фазе этого генератора до и после прихода входного сигнала Ц.Однако точность устройства такого типа определяется стабильностью частоты перестраиваемого генератора по отношению к ;астоте опорного генератора и реализация его требует больших аппаратурных затрат.Наиболее близок к предлагаемому измеритель временных интервалов, содержащий два генератора ударного 30 возбуждения, фазовый детектор, индикатор, инвертор, два управляющих элемента, причем входы устройства со единены с входами генераторов ударного возбуждения, выходы которых связа2ны с входами фазового детектора, выход последнего соединен с входом и ндикатора, входом одного управляющ го элемента и через инвертор с входом другого управляющего элемента, выходы управляющих элементов соответственно соединены с входом генерато-, ров ударного возбуждения2. Однако данный измеритель позволяет измерять только малые интервалы времени с необходимой точностью.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений временных интервалов.Поставленная цель достигается тем, ч"о в устройство для измерения времнных интервалов, содержащее элемент НЕ, два управляющих триггера, выходы которых соединены с входами соответствующих старт-стопных генера. торов, выходы которых подключены к ,первому и второму входам фазового дискриминатора, введены два счетчика, три триггера, сумматор, пять элементов И, два элемента И-НЕ распределителя импульсов, шесть элементов ИЛИ, коммутатор, блок сравнения, четыре регистра и два управляющих счетчика, причем выход первого генератора подключен к счетному входу первого счетчика, выход второго генератора соединен со счетным входом второго счетчика и первыми входами первого и второго распределителей импульсов, первый выход второго счетчика подклю.чен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен через первый элемент ИЛИ с входом первого управляющего триггера и вторым входом первого распределителя импульсов, первый выход которого подключен к пер вым входам коммутатора, первого и второго регистров, сумматора и первого триггера, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, второй выход первого распределителя 10 импульсов подключен через второй элемент ИЛИ ко второму входу сумматора и непосредственно ко .Второму входу второго регистра, третий выход первого распределителя импульсов 5 подключен к первому входу третьего регистра и через третий элемент ИЛИ к первому входу второго управляющего триггера, выход первого счетчика подключен через второй элемент И к третьему входу сумматора, второму входу коммутатора и второму входу первого регистра, выход которого соединен с третьим входом коммутатора, выход которого соединен с четвертьи входом сумматора, а четвертый, пятый и шест 9 й входы подключены соответственно к первому выходу,второго распределителя импульсов, второму выходу второго распределителя импульсов и выходу третьего регистра, второй вход. которого подключен к первомувыходу сумматора и первому входу четвертого регистра, первый вход устройства соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ, Я -входом первого 35 счетчика и первьаки входами второго и третьего триггеров и пятого элемен та ИЛИ, выход которого подключен к я,-входу второго счетчика, второй выход которого соединен с,1)-входом 4 ц) первого управляющего счетчика и первым входом блока сравнения, второй вход которого. подключен к выходу второго регистра, а выход соединен непосредственно с первым входом треть-его элемента И и через элемент НЕ с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен ко вториа входам второго триггера и первого элемента ИЛИ и ко второму входу второго распределителя импульсов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами пер. вого и второго элементов И-НЕ, входы которых подключены к выходам соответ ственно первого и второго управляющих счетчиков, третий выход второго распределителя импульсов соединен с четвертым входом сумматора, второй выход которого подключен к третьему входу первого распределителя импуль сов, четвертый выход второго распре" делителя импульсов, подключен ко второму входу второго элемента ИЛИ и вычитающему входу первЬго управляющего счетчика, С-вход которого соедин-я нен с -входом второго управляющего ,счетчика, вторыми входами второго элемента И и третьего триггера и выходом пятого элемента И, первый вход.которого соединен с выходом Фазового дискриминатора и вторыми входами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых объединены исоединены с выходом второго триггераи вторьи входом пятого элемента И,третий вход которого подключен к пер-.вому выходу третьего триггера, второйвход которого соединен с четвертыми входами третьего и четвертого элементов И, выход третьего элемента И подключен ко второму входу пятого элемента ИЛИ и суммирующему входу второго управляющего счетчика, вычитающий вход которого подключен к третьему входу второго элемента ИЛИ. и пятому выходу второго распределителя импульсовшестой выход которого соединен со вторьии входами третьегоэлемента ИЛИ и четвертого регистра, второй вход устройства подключен к первому входу шестого элемента ИЛИ, выход которого подключен ко второму входу второго управляющего триггера, а второй вход соединен с третьим входом устройства, вторьаа входом первого триггера, третьим входом пятого элемента ИЛЙ, Й -входом первого счетчика и вторник входом четвертогоэлемента ИЛИ, выход которого подключен ко второму входу первого управляющего триггера. На Фиг. 1 приведейа структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3-электрическая функциональная схема первого и второго распределителей импульсов.Устройство содержит управляющие триггеры 1 и 2,старт-стопные генераторы 3 и 4, фазовый дискриминатор 5,в который входят триггер 6 и формирователь 7, элементы ИЛИ 8-11, счетчики 12 и 13, триггеры 14-16, элементы И 17-21, элементы ИЛИ 22 и 23, элементы И-НЕ 24 и 25, элемент НЕ 26, блок 27 сравнения, сумматор 28, состоящий из регистров 29 и 30 икомбинационного блока 31, коммутатор 32, управляющие счетчики 33 и 34 регистры 35-38, а также распределители 39 и 40 импульсов. Распределитель 39 импульсов (фиг. 2) содержит регистр 41 сдвига, элементы И 42-45, элемент И-НЕ 46 и элемент НЕ 47. Распределитель 40 импульсов (Фиг. 3) содержит регистр 48 сдвига, элементы И 49-56, элементы И-НЕ 57 и 58 и элементы ИЛИ 59 и 60. Кроме того, устройство имеет входы 61-63.Период генератора 4 больше периодагенератора 3, т.е. ТрТ 1 (где Трпериод генератора 4; Т - период генератора 3). Коэффициент пропорциональности между периодами генераторов(5) (6)50 ии 5 = сС - 1,определяется посредством подсчета за определенный временной интервал числа полных периодов генератора 3 ,и 4 из равенстваРТ = ЧТ5 где р - количество периодов генераторов 4 за определенный временной интервал;количество периодов генератора 3 эа тот же временной интервал.Отсюда Т 9Тл (1+СО Тл,М(2)15 где с(. - дробная часть козффицинта пропорциональности.Генератор 3 начинает колебания с ачала измеряемого временного интервала, а генератор 4 - с конца временного интервала, если до момента совпадения их фаз, который определяется как первый случай попадания переднего фронта генератора 4 под действие положительного потенциала генератора 3, генератор 3 успел совершить К полных колебаний, а генератор 4 - И полных колебаний, Тогда величина времен- ного интервала определяется с точностью о( в долях периода Т генератолра 3К-и-ИАХ = К(,И) ф (3) где х - величина временного интервалан долях периода Т генератора 3. 35Учитывая, что после первого совпадения фаз двух генераторов произой" дет второе и третье совпадение, расчитывают на какую величину переместится Фаза генератора 4 по отношению 40 к фазе генератора 3 от одного совпадения Фазы до другогоТ (=Т, (с (-4) + Т 1, (4)Подстанляя в равенство (4) равенство (2) получают 45 где- часть периода Т генератора 3, на которую переместится Фаза генератора 4 за интервал времени между двумя сонпаденяями Фаз генераторов 3 и 4;количество полных периодов 4 от одного момента совпадения Фаэ до двух генераторов до второго такого момента,После первого момента пападания переднего фронта генератора 4 под дей 60 ствие положительного потенциала генератора 3 подсчитывают количество периодов генератора 4 между последующими такими моментами. Если число периодов генератора 4 равно , то 65 цикл считывают полным и количество Гаких циклон подсчитывают до цикла, н котором будет (-1) период. Пусть таких циклов просчитанос, то измеряемый интервал определяется с точностью Д причем Э сК-и-иЫ - бр - х К-и-(,б-л) ( (7) Устройство вычисляет нижнюю границу измеренного временного интер нала и точность вычисления, т.е. ); К-и-(и-л)с- - (К-л)-(и)(4 с)-6 ъПо формуле (8) производится расчет Твременного интервала в долях периода Т .Предлагаемое устройство работает следующил образом.Перед началом измерения временных интервалов устроистнс по входу 63 запускается на расчет неличинс Д,укоторые являются (исходными данными для расчета временного интервала. Сигналогл на входе 63 сбрасываются в 0 счетчики 12 и 13. Устанавливается в 1 триггер 16, который открынает элемент И 20 по первому входу, а также устанавливаются в 1 триггеры 1 и 2, которые запускают генераторы 3 и 4. Импульсами с генераторов 3 и 4 заполняют соответственно счетчики 12 и 13, причем на счетчике 13 просчить 1 вается число по Формуле (2) 1 а на счетчике 1 число р. Коэффициент пересчета счетчика выбирают равным 2 с ( с 1,2,3). Тогда деление на р сводится к перемещению запятой на с разрядов влево. Как только счетчик 13 отсчитает р периодов генератора 4, сигнал переполнения через элементы И 20 и ИЛИ 9 сбрасывает триггер 1 и останавливает генератор 3. Этим жз сигналом через элемент И 20 запускается распределитель 39 импульсов который работает на частоте генератора 4. Пеовый импульс распределителя сбрасывает в 0 триггер 16 и разрешает запись дробной асти счетчик 12, что соответствует зеличине в формуле (2), через коммутатор 32 - н регистр 30 сумматора 28 и н регистр 38, сбрасынает регистр 9 сУмматора 28 и счетчик 36. На втором выходе распределителя 39 формируется серия импульсон на суммирование содержимого регистров 29 и 30 сумматора 28 до тех пор, пока н целой части регист рв. 29 не получится "1. Импульсы сс второго выхода распределителя 39 псступают также на счетный вход регистра 36. Такой режим работы распределителя 39 обеспечивается подачей младшего разряда целой части регистра 29 через элемент 47 на элемент И 44, на котором формируется серия выходных импульсов распределителя по второму выходу, а элемент И-НЕ 46 перекрывает через элемент 49 сдниго0 Триггер 15 нулевым выходом закрывает элемент И 17 и открывает элементы И 18 и 19. Каждый последующий им пульс фазового, дискриминатора 5 поступает на входы элементов И 18 и 19, которые открываются в зависимости от выходного сигнала блока 27 сравнения, на который подаются значения со счетчика 13 и регистра 36, В случае равенства значений с выхода блока 27 сравнения напряжение, соответствующее 1, открывает элемент 18 И и импульс с дискриминатора 5 проходит 65 вые импульсы на регистр 41, что обеспечивает работу распределителя 39 только по одному выходу. Как только младший разряд целой части регистра 29 установится в 1 ф импульсы на втором выходе распределителя прекра щаются и формируется сигнал на третьем выходе распределителя 39, В регист ре 36 по окончании серии импульсов с второго выхода распределителя 39 накопится число ф. По сигналу с третьего выхода распределителя 39 цробная часть регистра 29 перепишется в регистр 37. Этот же сигнал через элемент ИЛИ 11 перебросит триггер 2 в фО и остановит генератор 4, Работа устройства по расчетуо 1, Д., завер- шена, 1для измерения длительности временного интервала импульс, соответствующий его началу, подается на вход 61,а 2 О соответствувюий концу, - на вход 62. ,Импульс на входе 61 устанавливает в фф 1 все триггеры счетчика 12 и через элемент 22. ИЛИ устанавливает в О счетчик 13. Этим же импульсом р 5 триггеры 14 и 15 устанавливаются в . 1 ф и открывают элементы И 17-19. Импульсами со входов 61 и 62 через элементы ИЛИ 8 и 10 устанавливаются в 1 ф 11 триггеры 1 и 2 которые заУ ЗО пускают генераторы 3 и. 4. Триггер б Фазового. дискриминатора 5 постоянно анализирует положение переднего фронта генератора 4 по отношению к положительной полуволне генератора 3Как только передний фронт генератора 4 попадает под действие положительной полуволны генератора 3, триггер б установится в Хфф; а Формирователь 7 сформирует импульс, соответствующий моменту совпадения Фаз двух 40 генераторов. При этом в счетчике 12 будет записано число периодов генератора 3 до совпадения фаз (К), а в счетчике 13 число периодов генератора 4 до совпадения фаз И . Первый 45 импульс, соответствующий совпадению фаз, проходйт через элемент И 17, устанавливает триггер 15 в ф 01, открывает элемент И 21 и значение(К) со счетчика 12 переписывается в ре-. гистр 29 сумматора 28, а значение со счетчика 13 в счетчик 33,через элемент И 18., сбрасывает через элемент ИЛИ 22 счетчик 13 и добавляет 1 ф в управляющий счетчик 34, в котором накапливается число, соответствующее количеству циклов д . В случае неравенства значений счетчика 13 и регистра 36 с выхода блока 27. сравнения снимается напряжение, соответствующее фОф 1, и через элемент НЕ 26 открывает элемент 19 И.Импульс с дискриминатора 5 проходит через элемент И 19 сбрасывает триггер 14, через элемент управления останавливает генератор 3 и запускает распределитель 40 импульсов Распределитель 40 Формирует управляю- цие импульсы для расчета по Формуле (8) исходя из того, что (К) находит. ся в регистре 29 сумматора 28,числоИ. в счетчике 33, число с) в счетчике 34, с(,- в регистре 38 и- в регистре 37. Импульсом с первого выхода распреде" литель 40 вписывает в регистр 30 сумматора 28 через коммутатор 32 число (1+оЦ, причем единица вписывается в целую часть, а Ы - в дробную. Импульсом с третьего выхода распределителя 40 берется дополнительный код содержимого регистра 30, а импульсами с четвертого выхода распределителя формируется сумма на регистре 29 столько разпока содержимое счетчика 33 не станет равным 1, при каждом суммировании содержимое счетчика уменьшается на 1, Выходы счетчика 33 через элемент И-НЕ 24 соединены с входом распределителя 40 и через элемент И-НЕ 57, ИЛИ 60 и И 49 перекрывают сдвиговые импульсы на регистр 48, .поэтому на третьем выходе формируется серия импульсов до измерения потенциала по этому управляющему входу. На сумматоре 28 в регистре 29 формируется величина (К) ф (И)(1+сО . Импульсом со второго вы" хода распределителя 40 в регистр 30 через коммутатор 32 вписывается ве- личинаЪ, Затем импульсом с третьего выхода распределителя .40 в регистре 30 берется дополнительный код величины, С пятого выхода распределителя 40 формируется серия импульсов суммирования на сумматоре 28 и одновременно вычитается 111 из счетчика 34. Данная серия Формируется до обнуления счетчика 34. Работа распределителя 40 в данном случае аналогична работе при суммировании в сумматоре 28, но в этом случае работает элемент И-НЕ 58. После этих управляю-. щих импульсов в регистре 29 формируется величина х по формуле (8) и импульсом с шестого выхода распределителя 40 содержимое регистра 29 переписывается в выходной регистр 35.Раббота устройстванрекращается.Таким образом, применение предлагаемого устройства, основанного нарасширении нониусного спосо 5 а пуг,":мудлинения шкалн нониуса 11 11 .111 л 1:сТОЛЬКО ПЕРВОГОНО И ПОСЛСДУ 1;,Х СО.3 -падений периодов колеба 1111 й ге 1 сра горов 3 и 4 р позволяет г 1 св 11 си: ь то 1 ность измерения, е мсяя частотгенератора. С помошью вновь введеннь 1 хсчетчиков 1 и 13 определяется коэффициент пропорциональности, а также фиксируется число пеоиодов генераторов 3 и 4 до совадеия их фаз. 11 л";е 1 С 1 :, О ЗМОЖ 11 О СТЬ И ПОДСЧИТать Сг .: 1;.а 34, триггеров 14,15.:л,.ментов 18,.19 И количество цик.1 ов совадеия. Следовательно, мно-О 1:ратый Одсчет пеоиОдОВ между соваде:1 иями фаз геератора и анализ их на, сумматоре позволяет проводить измерение временного интервала в долях (более мелкой градации) периода первого гс нератора, не изменяя (увеличи:ал) его чаСтотЫ.