Устройство фазирования шкалы времени электронных часов

(56) Авторское свидетельство СССРЬ 732793, кл. 6 04 С 3/00,,О 04 С 11/00, 1980,Авторское свидетельство СССРЬ 1213434, кл. 0 01 й 25/04, 1986.Авторское свидетельство СССРЙ 1084720, кл. 0 04 Р 5/00,Н 04 .7/00, 1984,Авторское свидетельство СССРМ 1223390, кл, Н 047/00, 1986.Авторское свидетельство СССРВ 1316097, кл. Н 047/02, 1987.Авторское свидетельство СССРМ 1041957, кл. 6 01 й 25/04, 1983. 6 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ФАЗИРОВАНИЯ ШКАЛЪ ВРЕМЕНИ ЭЛЕКТРОННЫХ ЧАСОВ (57) Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике и предназначено для фазирования шкалы времени автономных приборов. В частности, оно может найти широкое применение в синхрони-. зи руем ых вто рич н ых часах. Сущность изобретения: в устройство фазирования шкалы времени электронных часов, содержащее задающий генератор 1, линию 9 задержки, счетчик-делитель 4 частоты, элемент 5 равнозначности, временной дискриминатор 6, элементы ИЛИ 7 и И 8, коммутатор 3, введены первый 10 и второй 11 логические сумматоры, группа из и элемен й тов И 13, группа из а+1 элементов И 14, ЙЗ-триггер 15, дополнительный счетчик 12 и устройство 9 управления. 3 ил.Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике, предназначенодля фазирования шкалы времени автономныхприборов и может найти широкое применениев синхронизируемых вторичных часах.Целью изобретения является повышение точности фазирования шкалы времени.В предлагаемом устройстве после оста. новки и обнуления основного счетчика-делителя происходит его пуск внешнейэталонной метки времени (ЭМВ). При этомвременной дискриминатор сравнивает взаимное положение ЭМВ и выходного импульса устройства и вырабатывает сигналошибки, который поступает на дополнительный счетчик, переключающий (черезпервый сумматор) на коммутаторе отводылинии задержки. Таким образом, удаетсяосуществить компенсацию начального фазового сдвига выходных импульсов устройства и ЭМВ вызванного задержкойсрабатывания основного счетчика-делителя. Данный режим работы устройства называется калибровкой. Обработка младших истарших кодов поправки разрешает устройство управления только после проведениякалибровки, При этом значение младшихразрядов кода поправки и значение калибровочной поправки, записанной в дополнительном счетчике, складываются на первомсумматоре, Таким образом, удается повысить реализуемую предлагаемым устройством точность фазирования шкалы времениза счет исключения погрешности, вызванной задержкой тракта деления частоты.Введенная совокупность признаков суказанной целью в известных источникахинформации не обнаружены, что свидетельствует о существенности отличий предложенного технического решения,На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого изобретения;на фиг. 2 диаграммы работы предлагаемогого изобретения; на фиг.3- диаграммы работывременного дискриминатора устройства.Устройство содержит задающий "генератор (ЗГ) 1 линию 2 задержки (ЛЗ) с отводами, коммутатор 3, счетчик-делитель 4частоты, элемент 5 равнозначности, временной дискриминатор (ВД) 6, элементИЛИ 7, элемент И 8, входящие в составустройства 9 управления, первый логический сумматор 10, второй логический сумматор 11, дополнительный счетчик 12, группуиз и элементов И 13, группу из (гп+1) элементов И 14, 88-триггер 15. В состав устройствауправления входят первый О-триггер 16,второй О-триггер 17, дополнительный элемент ИЛИ 18. В состав временного дискриминатора входят первый элемент И-НЕ 19,второй элемент И-НЕ 20, третий элемент И-НЕ 21, четвертый элемент И-НЕ 22.В рассматриваемом устройстве фазирования шкалы времени выход ЗГ 1 соединен 5 с входом ЛЗ 2, отводы которой подключенык соответствующим информационным входам коммутатора 3, выход которого соединен с тактовым входом счетчика 4, а: управляющие входы - с соответствующими 10 выходами первого сумматора 10. Выходысчетчика 4 соединены с соответствующими первыми входами элемента 5 равнозначности, при этом выход старшего разряда счетчика 4 является выходом опорных 15 импульсов устройства. Вторые входы элемента 5 равнозначности подключены к соответствующим выходам второго логического сумматора 11, а выход является выходом устройства и соединен с первым входом 20 элемента И-НЕ 19, являющимся первымвходом временного дискриминатора 6. Входы младшего кода поправки устройства со-.единены с первыми входами группы из и элементов И 13, вторые входы этой группы 25 элементов объединены с вторыми входамигруппы из (в+1) элементов И 14 и подключены к выходу элемента И 8, являющемуся третьим выходом устройства 9 управления и соединенному с вторыми входами элемен тов ИЛИ 7 и 18. Выходы группы из и элементов И 13 соединены с соответствующими входами первого слагаемого числа первого сумматора 10, входы второго слагаемого числа которого соединены с соответствую щими выходами дополнительного счетчика12, а выход переноса - с вторым входом (в+1)-го элемента из группы (в+1) элементов И 14. Первый вход дополнительного счетчика 12 соединен с выходом элемента 40 ИЛИ 7, являющимся первым выходом устройства 9 управления, второй вход счетчика 12 подключен к второму выходу устройства 9 управления, в качестве которого используется выход элемента ИЛИ 18, первый вход 45 которого является вторым входом устройства 9 управления и соединен с С-входом триггера 17, выходом элемента И-Н Е 21, являющимся вторым выходом ВД 6, третьим входом элемента И-НЕ 20 и первым входом 50 элемента И-НЕ 22. Первым входом устройства 9 управления является объединение С- входа триггера 16 и первого входа элемента ИЛИ 7, подключенное к первому выходу ВД 6, в качестве которого поступает выход эле мента И-НЕ 20, соединенный с вторым входом элемента И-НЕ 19, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ 20 и к второму входу элемента И-НЕ 22, выход которого соединен с вторым выходом элемента И-НЕ 21. Инверсные вы55 герое 16 и 17 соединены с первым и вторым входами элемента И 8 соответственно, О- входы обоих триггеров подключены к общей шине устройства, а 3-входы - к командному входу устройства и к 3-входу триггера 15, й-вход которого соединен с входом эталонной метки времени (ЭВМ) устройства, с вторым входом ВД 6, который представляет собой обьединение второго входа элемента И-НЕ 20 и первого входа элемента И-НЕ 21. Выход триггера 15 подключен к входу сброса счетчика 4. Выход (а+1)-го элемента из группы (в+1) элемента И 14 соединен с входом младшего разряда второго слагаемого числа второго сумматора 11, входы первого слагаемого числа этого сумматора подключены к выходам соответствующих остальных а элементов из этой группы, а первые входы этих в элементов соединены с входами старшего кода поправки устройства.Устройство работает следующим образом.Устройство обеспечивает изменение временного положения (фазы) импульсов выходной последовательности относительно ЭВМ в зависимости от величины входного кода поправки. При этом код поправки подается на устройство двумя частями. Старшие разряды этого кода обеспечиваютизменение фазы выходной импульсной последовательности с дискретом Т, где Т - период следования импульсов ЗГ 1, Младшие разряды кода поправки несутинформацию об изменении фазы выходных импульсов в пределах интервала Тс дискретом Ь г где Лтй - задержка сигнала между соседними отводами ЛЗ 2.При этом импульсы ЗТ 1 с периодом Т поступают на вход ЛЗ 2, в которой они образуют серию импульсов, задержанных относительно друг друга на Лтлэ (фиг.2.1, 2,2 1-2,2.5, где выбрана Л 3 2 с пятью отводами). ЛЗ 2 должна обеспечивать задержку входных импульсов на величину (Т - Люлей)Импульсы с отводов ЛЗ 2 поступают на информационные входы коммутатора 3, управляемого кодом с выхода первого сумматора 10. Выходные импульсы коммутатора (фиг,2 и 3) поступают на тактовыйвход счетчика-делителя 4 частотыС приходом сигнала на командный вход устройства фазирования триггер 15 устанавливается по 3-входу в логическую "1" по входу и запрещает счет в счетчике-делителе 4, одновременно обнуляя его содержимое, При этом О-триггеры 16 и 17 устанавливаются по своим 3-входам в логический "0" на инверсных выходах. Тем самим на выходе элемента И 8 устанавливается логический 5 10 15 20 2530 35404550 0", который запрещает прохождение кодам поправки через группу из и элементов И 13 (младшая часть кода) и группу иэ (а+1) элементов И 14 (старшая часть кода) на сумматоры 10 и 11 элементов по вторым входам. Одновременно этот логический "0" поступает на вторые входы элементов ИЛИ 7 и 18, разрешая тем самым прохождение через эти элементы сигналов ошибки с выходов ВД 6 на соответствующие входы дополнительного счетчика 12.Пришедшая на вход устройства фазирования ЭМВ, устанавливает триггер 15 по Я-входу в логический "0" по выходу. Тем самым счетчику 4 делается разрешение на возобновление счета импульсов, идущих на него с выхода коммутатора 3, Выходы разрядов счетчика 4 подаются на первые входы элемента 5 равнозначности, на вторые выходы которого поступает код с выходов второго сумматора 11. При равенстве кодов на первых и вторых входах элемента 5 равнозначности на его выходе появляется импульс, содержащий относительно ближайшего предыдущего выходного опорного импульса на величину, определяемую кодом, идущим с выходов сумматора 11, Опорные импульсы снимаются с выхода старшего разряда счетчика 4. Дискрет изменения фазы выходных импульсов относительно опорных равен Т, В данном случае после возобновления счета в счетчике 4 входы сумматора 11 отключены (на них логический "0", а на выходах старших разрядов второго слагаемого числа всегда логический "0"), поэтому на вторых входах элемента 5 равнозначности код равен нулю, При этом выходные импульсы устройства совпадают с его опорными импульсами (фиг.2.5 и 2.6). Относительно же ЭМВ обе эти импульсные последовательности сразу после возобновления счета в счетчике 4 задержаны на величину х 1 - задержка сигнала в счетчике (фиг.2,5 и 2,6). Чтобы повысить точность фазирования шкалы времени данным устройством необходимо скомпенсировать данную задержку.еще до обработки кода поправки. Процедура компенсации задержки срабатывания тракта - деления частоты в данном устройстве фазирования называется калибровкой. Она обеспечивается следующим образом, Сразу после возобновления счета счетчика 4 ВД 6 начинает сравнивать временное положение выходных импульсов устройства и ЭМВ, ВД 6 представляет собой дискриминатор с релейной характеристикой, т.е. при любом взаимном положении выходных импульсов и ЭМВ на том или ином выходе ВД 6 будетпоявляться импульсный сигнал ошибки, информирующий о необходимости сдвига выходной импульсной последовательности в ту или иную сторону относительно ЭМВ. Временные диаграммы работы ВД 6 представлены на фиг.8, Из них видно, что ВД 6 обеспечивает импульс сигнала ошибки на своем первом выходе(вцходэлемента И-НЕ 20) при любом взаимном расположении выходных импульсов устройства и ЭМВ, кроме случая начала ЭМВ во время действия выходного импульса, а окончания ЭМВ уже после окончания выходного импульса. В этом случае импульсы сигнала ошибки появляются на втором выходе ВД 6 (выход элемента И-НЕ 21) (фиг.3.4, 3.6, 3.9 и 3.10). Происходит это так потому, что во всех случаях расположения сравниваемых импульсов, кроме последнего, не срабатывают триггерные структуры, образованные в ВД 6 парами элементов И-НЕ 19, 20 и 21, 22. При этом ЭМВ, инвертируясь, беспрепятственно проходит на первый вход ВД 6. Во втором же случае, начинающийся раньше, выходной импульс устройства приводит к изменению состояния сначала триггера, образованного элемента И-НЕ 19 и 20 (фиг.3.6 и 3,7), что приводит к изменению состояния триггера на элементах И-НЕ 21 и 22 (фиг.З и 8), Начавшаяся позже ЭМВ, беспрепятственно проходит через элемент И-НЕ 21 на второй выход ВД 6, инвертируясь при этом (фиг.З и 10), и своим задним фронтом устанавливает оба вышеупомянутых триггера в исходное состояние,Импульсы сигнала ошибки ВД 6 с первого и второго выходов устройства 9 управления поступают соответственно на первый и второй входы дополнительного счетчика 12, Эти входы счетчика оба являются тактовыми, при этом первый вход обеспечивает работу счетчика 12 на вычитание, а второй вход- на снижение. Очевидно, что в качестве счетчика 12 может быть использован реверсивный счетчик в микросхемном исполнении (1 ЗЗИЕ 7, 533 ИЕ 7 и т,п.), имеющий два тактовых входа. С приходом каждого импульса сигнала ошибки на тот или иной вход счетчика 12 его состояние меняется на единицу значения его выходного кода также меняется на единицу. Этот код напрямую транслируется на выходц сумматора 10 (а, следовательно, и на управляющие входы коммутатора 3), так как на входах первого слагаемого числа сумматора 10 код равен нулю (группа из и элементов И 13 закрыта для прохождения младшего кода поправки). С изменением управляющего кода на входах коммутатора 3 на единицу в ту или иную сторону на выход этого коммутатора под 5 10 15 устройства 9 управления установится в ло 20 25 30 35 40 45 50 55 ключается сигнал с соседнего отвода ЛЗ 2 (относительно предыдущего отвода). Таким образом, происходит шаг за шагом сближения во времени выходных импульсов устройства и ЭМВ(фиг.2.3, 2,4 и 2.5). При этом очевидно, что сначала импульсы сигнала ошибки будут поступать только с одного выхода ВД 6 (скорее всего это будет первый выход ВД 6, мы уже рассматривали выше почему). При этом один из О-триггеров устройства 9 управления (например, триггер 16) по первому же импульсу сигнала ошибки установитсяпо С-входу в логическую "1" по инверсному выходу. Второй же О-триггер гическую "1" по инверсному выходу только после того, как на другом выходе ВД 6 появится первый импульс сигнала ошибки (в рассматриваевом на фиг.2 примере на втором выходе). Появление этого импульса информирует о том, что значение расхождения фаз выходных импульсов и ЭМВ поменяло знак, т.е. что фазы (передние фронты) этих импульсов совпадают с точностью до Лаз, а так как это предельно возможная точность фазирования в данном устройстве, то процедуру калибровки можно прекратить (фиг.2,5, где ЛТ - погрешность калибровки, ЛТЛтлз). При этом на выходе элемента И 8 появляется логическая "1", открываю-. щая группу из и элементов И 13 для прохождения младшего кода поправки на входы первого слагаемого числа сумматора 10, Группа из (в+1) элементов И 14 открывается для прохождения старшего кода поправки и сигнала переноса сумматора 10 на соответствующие входы первого и второго слагаемого числа сумматора 11. С этого момента выходной импульс устройства и его опорный импульс перестают совпадать(фиг,2.5 и 2.6), Опорный сигнал сдвигается относительно ЭМВ на величину ( ЬТмл + Ьглз= =ЬТ, Здесь ЬТмл-значение кода младшей поправки. В это выражение может также входить составляющая (-Т) в том случае, когда сумма значений кода счетчика 12 и младшего кода поправки переполнит разрядную сетку (и-разрядов) сумматора 10; При этом на выходе переноса сумматора 10 появляется сигнал, поступающий через (в+1) элемент И из группы 14 на вход младшего разряда второго слагаемого числа сумматора 11 (фиг.2,5, где как раз случай с переносом в сумматор 11 и фаэовое расхождение опорных импульсов и ЭМВ равно (ЬТмл+ + Ьтлз - ЬТ - Т. Выходной сигнал устройства (фиг,2,6) сдвигается относительно ЭМВ на полное значение поправки (ЬТст + ЬТмл+ + Ьлз ЬТ) При этом наличиепереноса из сумматора 10 прибавляет к значению старшего кода поправки ЬТс еще Т, Очевидно, что сумматор 11 должен иметь а разрядов, так как его переполнение равносильно записи в нем нулевого кода. При этом происходит переход выходных импульсов в следующий фазовый цикл (как правило используется секундный цикл, т,е. частота выходных и опорных импульсов, а также ЭМВ 1 Гц). Отработка ЛТт в предлагаемом устройстве происходит также, как в известном, с помощью элемента 5 равнозначности, Выходы разрядов счетчика 4 подаются на первые входы элемента 5 равнозначности, на вторые входы которого поступает управляющий код с выходов сумматора 11 (содержит ЬТст или (ЛТс+ Т). При равенстве кодов на первых и вторых входах элемента - равнозначности на его выходе появляется импульс, как раз и являющийся выходным импульсом устройства. На фиг.2 рассмотрен случай для ЛТмл = 3 Млз, ЬТст = Т.В качестве конкретной реализации счетчика-делителя 4 частоты могут быть использованы любые счетчики в микросхемном исполнении (133 ИЕ 2, 564 ИЕ 10 и т,п,). Элемент 5 равнозначности может быть реализован в виде последовательно соединенных логического дешифратора (микросхемы 564 ИД 1) и мультиплексора (микросхемы 564 КП 2). При этом входы дешифратора подключаются к выходам счетчика 4, выходы - к информационным входам мультиплексора, на управляющие входы которого подаются разряды кода с сумматора 11, Очевидно, что сигнал на выходе мультиплексора (выход элемента 5 равнозначности) появится только тогда, когда совпадут коды на управляющих входах мультиплексора и входах дешифратора, так как мультиплексор пропускает на свой выход сигнал с того выхода дешифратора, который соответствует значению позиционного кода (например, в десятичной или восьмеричной схеме счисления), поданного (в двойном или двоично-десятичном виде) на входы данного дешифратора.В предлагаемом изобретении в качестве ЗГ 1, как и в известном, может быть использован любой известный импульсный генератор, Линия 2 задержки может быть реализована, как цепочка последовательно соединенных элементов И или ИЛИ в микросхемном исполнении (серий 133, 155, 533 и т.п,). Отводами ЛЗ 2 в этом случае будут служить выходы соответствующих логических элементов. Коммутатор 3 может быть реализован на мультиплексоре в микросхемном испол нени и (1 ЗЗП КБ, 133 КП 7, 10 15 20 но удобно использование этого устройства 25 30 35 Т лз Т - 2 Лглз ЬТшв Ьлз 2 ЬХлз 55 40 45 50 564 КП 2 и т.п.), Триггеры 15 - 17 также могут быть реализованы на микросхемах (например, 564 ТМ 2 и т.п,). Сумматоры 10 и 11 - также микросхемы (555 ИМЗ, 564 ИМ 1 и т.п,). Логические элементы И, И-НЕ, ИЛИ - это могут быть микросхемы, например, 133 ЛАЗ, 564 ЛА 7, 133 ИЛ 1, 533 ЛЛ 1 и т.п.).Иэ всего вышеизложенного видно, что предлагаемое изобретение обеспечивает увеличение точности фазирования шкалы времени. При этом максимальная ошибка фазирования (синхронизации) не превышает значения ЬтлзТаким образом, за счет введения новых элементов и связей повысилась точность работы устройства, что делает возможным применение предлагаемого изобретения в высокоточных устройства фазирования шкалы времени электронных часов. Особенв тех случаях, когда источником синхросигналов.являются навигационные приемоиндикаторы, выдающие ЭВМ, имеющую некоторое расхождение с истинным моментов времени, и поправку к синхронизируемой шкале времени, говорящую о величине и знаке этого расхождения.Технико-экономический эффект от использования предлагаемого изобретения по сравнению с известным заключается в уменьшении максимальной погрешности фазирования (синхронизации) шкалы времени устройства, Сравнение производится по формуле Л Тшв 1 Ь ТшвЬТшв где ЬТшв - относительное уменьшение погрешности фазирования шкалывремени в предлагаемом изобретения по сравнению с известным; ЬТшв; - максимальная погрешность фазирования шкалы времени в известном устройстве; ЬТшв 2 - максимальная погрешность фазирования шкалы времени в предлагаемом изобретенйи; ЬТшв 1 " Т/2, где Т - период следования импульсов задающего генератора; Л Тшв 2 - Л глз, где Лулз - дискрет задержки сигнала в линии задержки.Тогда Обычно выбирается задающий генератор с частотой следования импульсов 5 МГц, т.е, Т - 200 нс. При этом, используя для линии10 15 20 30 35 40 45 50 55 задержки элементы микросхем ТТЛ серий, можно получить Ьтдз ф 10 нс, Тогда ЛТщ " аз 9,Таким образом, за счет применения предлагаемого изобретения можно снизить погрешность фазирования шкалы времени электронных часов в девять раз. Формула изобретения Устройство фазирования шкалы времени электронных часов, содержащее задающий генератор, линию задержки, коммутатор, счетчик-делитель частоты, элемент равнозначности, временной дискриминатор и элементы ИЛИ и И, при этом выходы линии задержки соединены с информационными входами коммутатора, а выходы счетчика-делителя частоты - с первыми входами элемента равнозначности, выход старшего разряда счетчика является выходом опорных импульсов устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности фазирования шкалы времени, в него введены первый и второй логические сумматоры, группа из и элементов И, группа из(а+1) элементов И, ЙЗ-триггер, дополнительный счетчик и устройство управления, первый и второй входы которого соединены с первым и втором выходами временного дискриминатора соответственно, а третий вход - с 8-входом ЙЗ-триггера и с командным входом устройства фазирования, при этом первый выход устройства управления подключен к первому входу дополнительного счетчика, а второй выход соответственно к второму входу дополнительного счетчика, третий выход устройства управления соединен с вторыми входами группы из и элементов И и вторыми входами группы из (в+1) элементов И, первые входы группы из и элементов И являются входами младших разрядов кода поправки устройства, а тп первых входов группы из (а+1) элементов И - входами старших разрядов кода поправки устройства, а первый вход (гп+1) элемента И подключен к выходу переноса первого логического сумматора, остальные выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, выход которого соединен с тактовым входом основного счетчика-делителя частоты, вход обнуления которого подключен к выходу ЙЗ-триггера, Й-вход которого является входом эталонной метки времени устройства и соединен с вторым входом временного дискриминатора, первый вход которого подключен к выходу элемента равнозначности, соединенному с выходом устройства, выходы дополнительного счетчика подключены к соответствующим входам второго слагаемого числа первого логического сумматора, входы первого слагаемого числа которого соединены с соответствующими выходами группы из и элементов И, а выходы в элементов И группы из (в+1) элемента соединены с входами первого слагаемого числа второго логического сумматора, выход(а+1) элемента И из этой группы подключен к входу младшего разряда второго слагаемого числа второго логического сумматора, а выходы этого сумматора соединены с соответствующими вторыми входами элемента равнозначности, выход задающего генератора соединен с входом линии задержки, а устройство управления содержит элементы ИЛИ, И, первый и второй О-триггеры и дополнительный элемент ИЛИ, выход которого является вторым выходом устройства управления, первый вход - вторым входом устройства управления и соединен с С-входом второго О-триггера, а второй вход соединен с вторым входом основного элемента ИЛИ, с выходом элемента И и является третьим выходом устройства управления, первый вход основного элемента ИЛИ является первым входом устройства управления и соединен с С-входом первого О-триггера, а выход является первым выходом устройства управления, третий вход которого является объединением 3-входов первого и второго О-триггеров, О-входы которых соединены с общей шиной устройства, а инверсные выходы подключены соответственно к первому и второму входам элемента И, временной дискриминатор содержит первый, второй,третий и четвертый элементы И-НЕ, первый вход первого элемента И-НЕ является первым входом временного дискриминатора, второй вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом второго элемента И-НЕ и является первым выходом дискриминатора, а выход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и вторым входом четвертого элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу третьего элемента И-НЕ, к третьему входу второго элемента И-НЕ и второму выходу дискриминатора, а выход - к второму входу третьего элемента И-НЕ, первый вход которого является вторым входом дискримина тора и соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ.