Цифровые вторичные часы-хронометр

(51) М. К . б 04 63/00 Гееударствеклмл кемктет Опубликовано 07.07.81. Бюллетень25по делам лэобретенкк к открытийДата опубликования описания 09,07.81(72) Авторы изобретения Ю. Д. Борисов, Л. С. БорисоваЛ. М. Гарфи Э. Х. Чичев Пензенский ордена Ленина и ордена Отечественной войны 1-й степень часовой завод(54) ЦИФРОВЫЕ ВТОРИЧНЫЕ ЧАСЫ-ХРОНОМЕТР Изобретение относится к приборостроению, в частности к вторичным приборам времени, на которые информация о текущем времени поступает от первичных часов вкодированном виде, и может быть использовано как для цифровой индикации текущего времени, так и для измерения временных интервалов.Известен цифровой хронометр, содержащий последовательно соединенные генератор стандартной частоты, формирователь импульсов стандартной частоты, ключ, вход которого подключен к триггеру с раздельным входом и счетчик 11, Такая схема хронометра сложна и дорога из-за того, что в ней содержится генератор стандартной частоты, обычно стабилизированный кварцевым резонатором, и многоразрядный делитель частоты, который выполняет роль формирователя счетных импульсов.Наиболее близким по технической сущности являются цифровые вторичные часы- хронометр, содержащие селектор импульсов, информационный и тактовый выходы которого подключены соответственно к информационному и тактовому входам регистра, а маркерный выход и выход огибающей тактовых импульсов селектора импульсов подсоединены соответственно к входу установки нуля и счетному входу коммутатора, и цифровые индикаторы 2.Недостатком такого устройства являетсяневозможность точного измерения интервалов времени.Целью изобретения является расширениефункциональных возможностей.Для достижения поставленной цели введены шесть счетчиков импульсов, шесть ключей, схема совпадения, Д-триггер, схема выделения фронтов, блок управления с переключателем режима работ и тремя кнопками Сброс, Стоп и Старт, причем выходы коммутатора через ключи соединены со входами разрешения записи кода счет чиков импульсов, соединенных последовательно, входы запчси кода которых соответственно объединены и присоединены к выходам регистра, а выходы параллельного кода каждого счетчика соединены с цифровыми индикаторами, входы установки нуля 2 В счетчиков и счетный вход первого счетчикаприсоединены соответственно к первому и второму выходам блока управления, третий выход которого соединен с объединенными3входами управления ключей. Один из выходов регистра соединен с первым входом схемы совпадения, выход которой присоединен к Д-входу Д-триггера, С-вход которого соединен со вторым входом схемы совпадения и одним из выходов коммутатора, а прямой и инверсный выходы Д-триггера через схему выделения фронтов присоединены ко входу блока управления.При этом блок управления содержит две схемы И на два и три входа соответственно и дваКб-триггера, причем выходы переключателя режима работ присоединены соответственно к Й, и 5 входам первого ЙЯ-триггера, инверсный выход которого присоединен к управляющим входам ключей, а прямой - к первому входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом схемы выделения фронтов, а третий вход - с прямым выходом второго Й 5-триггера, инверсный выход которого присоединен к первому входу второй схемы И, второй вход которой соединен с кнопкой Сброс, а кнопка Стоп и Старт присоединены соответственно к 1 ивходам второго К 5-триггера, выходы схем И соединены соответственно со входами установки нуля счетчиков импульсов и со счетным входом первого счетчика импульсов.Схема выделения фронтов содержит схему ИЛИ и два формирователя импульсов, входы которых соединены с выходами Д- триггера, а выходы этих формирователей через схему ИЛИ соединены со вторым входом трехвходовой схемы И управления.На фиг. 1 представлена структурная схема цифровых вторичных часов-хронометра; на фиг. 2 и 3 - соответственно схема блока управления и схема выделения фронтов; на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства.Цифровые вторичные часы-хронометр (фиг. 1) содержат селектор импульсов 1, регистр 2, коммутатор 3, ключи 4, счетчики 5 импульсов, цифровые индикаторы 6, блок управления 7, схему 8 совпадения, Д-триггер 9, схему 10 выделения фронтов.Блок управления 7 (фиг. 2) включает переключатель 11 режима работ, кнопку 12 Сброс, 13 Стоп, 14 Старт, В,-триггер 15, трехвходовую схему И 16,КЯ-триггер 1, двухвходовую схему И 18. Схема 10 выделения фронтов (фиг. 3) состоит из двух формирователей импульсов 19 и схемы ИЛИ 20.В цифровых вторичных часах-хронометре (фиг. 1) информационный и тактовый Выходы селектора импульсов 1 соответственно соединены с информационным и тактовым входами регистра 2, а маркерный выход и выход огибающей тактовых импульсов соответственно соединены со входом установки нуля и счетным входом коммутатора 3, выходы которого через ключи 4 соединены со входами разрешения записи кода счетчиков 5 импульсов, входы записи кодаЗО35 40 45 50 55 5 1 О )5 2 О 25 4которых соответственно объединены и присоединены к выходам регистра 2. Выход каждого предыдущего счетчика 5 импульсов (кроме последнего) соединен со счетным входом последующего, а выходы параллельного кода каждого счетчика 5 соединены с цифровыми индикаторами 6. Причем входы установки нуля счетчиков 5 и счетный вход первого счетчика присоединень) к соответствуюгцим выходам блока управления 7, третий выход которого соединен с объединенными входами упрагления ключей 4. Один из выходов регистра 2 соединен со входом схемы 8 совпадения, выход которой присоединен к Д-входу Д-триггера 9, С-вход которого соединен со вторым входом схемы 8 совпадения и одним из выходов коммутатора 3, а прямой и инверсный выходы Д- триггера 9 через схему 10 выделения фронтов присоединены ко входу блока управления 7, к .которому присоединен нер 1 клк)чатель 11 режима работ и кнопки 13, 12 и 14 соответственно.В блоке управления 7 (фиг. 2) выходы переключателя присоединены соответственРРО к К и 5-входам КЬ-триггера 15, инверсный выход которого присоединен к управляющим входам ключей 4, а прямой - к первому входу схемь И 16, второй вход котор 1)Й соединен с выходом схемы 10, а третий с прямым выходом КЬ-триггера 17, инверсный выход которого нрРсое Рс 11 к ОГНоч Вхо); схемы И 18, другой вход которой соедгнсн с кнопкой 12, а кногки3 и4 и );и Осдн) ь соответственно к )5,и 5-Входа) -Гри.гера 7. Причем выходы схем И 16 и Ь с)сдИс) л СООТВСТС ГВЕННГ) СР) СЧС ГНЫ М ВХОД М ПС)В .: счетчика 5 и ВхОДР 1."Р 1 ста 1 ОВРк 11,51)1 : :. СЧЕТЧИКОВ.В схеме 10 Вь)псле.1 я фронтс)В (фи 1.входы формирователей 19 им 1."ьсР)В соРиены соответственно с прямым и РИверс.,1:. ВыходМи Д-триГГО:)а 9, а Вь 50,11 этих ф)р мирователей 19 с)сз схему И,1 20 соса. нены со Входом схемы И 6 б,н)ка упраВ- ления 7.ЦифрОВые 15 торРчные часы-хрономс 1; работа)от слсд; кнцим образом.НЯ вход селектора импульсов 1 фи. 1: из линии кодированных сигналОВ от 1 нрничных часов поступают двухполярные послсдовательносР (фи. 4 и), каждая из которых несет информацию О значении цифры, которук) необходимо Отобразить на цифро:.О, индикаторе. Межд н)с.с РО 5 яте;ьностГ.и делаются паузы или для индика)1 ии переданной цифры, или же для нсреннси инфо)мании из Г)еГистра В запомРИР)юцисройствя (в Описываемом случае В сч 1.тчикнимпульсов), ИНльсы 11 оложительнойлярности (по четь 1 ре импульса В каждойпоследовательности при передаче значений цифры в двоично-десятичном кодс 81-2-1) Явйяк)тся тактовыми и служат дгя нрсоб. рязОВяни 51 пОслсдОВатсгьноК) ЯВОР)чно-;)сся845141 Таблица Вес Лои/и Код 8-4-2-1 тичного кода в параллельный. Импульсы отрицательной полярности, следующие в паузах между последовательностями импульсов, являются маркерными и служат для окраски начала передачи последовательностей кода текущего времени. Значение 5 каждой десятичной цифры кодируется отрицательными импульсами, количество и их местоположение относительно тактовых импульсов определяется принятым в конкретных первичных часах кодом (фиг. 4 а изображен код 8-4-2-1).10Селектор импульсов 1 производит выделение пачек (последовательностей) тактовых импульсов (фиг. 4 б), импульсов кода текущего времени (фиг. 4 в), маркерных импульсов (фиг. 4 г) и вырабатывает импульсы 15 огибающей тактовых импульсов (фиг. 4 д). Информационные и тактовые импульсы с выхода селектора импульсов поступают соответственно на информационный и тактовые входы регистра 2. В регистре 2 последовательные посылки кода текущего времени преобразуются в последовательно-параллельный код, т. е. в регистр 2 последовательно с интервалами, определяемыми частотой следования пачек тактовых импульсов, записывается информация о каждом значении передаваемой десятичной цифры кода времени. С селектора импульсов 1 поступают маркерные импульсы и импульсы огибающей тактовых соответственно на вход установки нуля и счетный вход коммутатора 3 (фиг. 4 г, д). Под воздействием огибающей тактовых 30 импульсов коммутатор 3 переходит из одного состояния в другое и в результате этого на его выходах последовательно друг за другом появляются импульсы в паузах между последовательностями импульсов кода времени (фиг. 4 ).В зависимости от положения переключателя 11 режима работ ключи 4 могут быть открыты сигналом с блока управления 7 в режиме индикации текущего времени, и закрыты в режиме измерения интервала 40 времени.Рассмотрим сначала режим индикации текущего времени, при этом переключатель 11 находится, например, в нижнем по схеме положении (фиг, 1). 11 ри этом с первого и второго выхода блока управления 7 на входы установки нуля и вход первого счетчика импульсов никаких сигналов не поступает, С третьего выхода блока управления 7 на объединенные входы управления ключей 4 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с коммутатора 3 через открытые ключи 4 на входы разрешения записи счетчиков импульсов 5. Под воздействием этих импульсов (фиг. 4 ж) информация о каждом значении десятичной цифры кода времени переписывается последовательно с регистра 2 на счетчики импульсов 5, которые при этом режиме работы часов выполняют роль запоминающих устройств. Далее информация со счетчиков импульсов 5 в параллельном коде поступает на цифровые индикаторы 6, которыми и индицируется, Следует отметить, что маркерный импульс (фиг. 4 г), проходящий на вход установки нуля коммутатора 3, фазирует его работу относительно аналогичного узла первичных часов и определяет частоту записи кода времени в счетчики импульсов 5.Второй режим работы часов - измерение интервала времени - обеспечивается переводом переключателя 11 в верхнее по схеме положение (фиг. 1). При этом сигнал с третьего выхода блока управления 7 снимается, в результате ключи 4 оказываются закрытыми. При нажатии на кнопку 12 сброса сигнал с первого выхода блока управления 7 устанавливает все счетчики 5 в нулевое состояние. С нажатием на кнопку 14 Старт блок управления 7 разрешает прохождение импульсов образцовой частоты с выхода схемы 10 выделения фронтов на счетный вход первого счетчика импульсов 5. При нажатии на кнопку 13 подсчет импульсов образцовой частоты счетчиками 5 заканчивается. Результат измерения при этом индицируется цифровыми индикаторами 6.Формирование импульсов образцовой частоты происходит с помощью схемы 8 совпадения, Д-триггера 9 и схемы 10 выделения фронтов. Для пояснения способа выделения импульсов образцовой частоты из кода времени приведена таблица,Нормальный ряд чисел1 1 ГГ 1 1 1 1 О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 О 1 О 1 О 1 О 1 О 1 О О 1 1 О О 1 1 О О О О О О 1 1 1 1 О О О О О О О О О О 1 1845141 Продолжение таблицы Нормальный ряд чисел Код),"оп/и 2-4-2-1 самодополняюшийся 1 1 1 2-4-2-1несамодополня- ющийся В таблице помещено три кода: 8-4-2-1,2-4-2-1, самодополняющийся и несамодополняюшийся, у которых младшие разряды с весом единица периодически меняют свои значения с нуля на единицу и наоборот при изменении от нуля до девяти по возрастаюшему закону нормального ряда 25 чисел. А так как от первичных часов к вторичным поступают кодированные значения текущего времени, которые возрастают с дискретностью, например секунды, то появляется возможность выделить секунду по моменту изменения кода в младшем раз30ряде (по переходу от О к 1 или наоборот).Образцовая частота выделяется из кодавремени следуюшим образом.На один вход схемы 8 совпадения посту- з 5пают сигналы выхода последнего разряда регистра 2, в который записывается младший разряд кода времени (фиг. 4 е). На другой вход схемы 8 поступают сигналы с одного из выходов коммутатора 3 (фиг. 4 ж заштрихован), которые совпадают по вре мени с моментом передачи значений секунд от первичных часов. Схема 8 совпадения открывается только в том случае (фиг. 4 з), когда с выхода регистра 2 идет сигнал единица, который и переводит Д-триггер 9 4 в единичное состояние с приходом на его вход сигнала с коммутатора 3. Д-триггер 9 находится в единичном состоянии до техпор, пока схема 8 открыта, т. е. пока значение кода секунд не изменяется. При изменении кода секунд в последний разряд в регистра 2 будет записываться нуль и при этом схема 8 закрывается, а Д-триггер 9 переходит в нулевое состояние. Таким образом Д-триггер 9 находится в одном из двух состояний в течение 1 с и переходит в противоположное при смене значения кода секунд (на фиг. 5 изображен переход из О в 1). Сигналы с выходов Д-триггера 9 поступают на вход схемы 10, которая О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 О 1 О 1 О 1 О 1 О 1 О О 1 1 О 1 О О 1 1 О О О О 1 О 1 1 1 1 О О О О О 1 1 1 1 1 О 1 О 1 О 1 О 1 О 1 О О О О 1 1 О О 1 1 О О О О О О 1 1 1 1 О О 1 1 1 1 1 1 1 1 формирует узкие импульсы в момент перехода Д-триггера 9 из одного состояния в другое. В результате этого на вход блока управления 7 поступают со схемы 10 импульсы образцовой последовательности с частотой 1 Гц, которые затем и подсчитываются счетчиками импульсов 5.Блок управления 7 работает следуюшим образом (фиг. 2).При переводе переключателя 11 в нижнее по схеме положение Й 5-триггер 15 закрывает схему И 16, тем самым разрывая цепь подсчета импульсов счетчиками 5, и открывает ключи 4 сигналом с инверсного выхода триг гера 15, разрешая тем самым запись кода с регистра 2 на счетчики 5 с помошью сигналов с коммутатора 3.При переводе переключателя1 в верх нее по схеме положение (фиг. 2) часы го товы работать в режиме измерения интервалов времени. Для этого необходимо нажать на кнопку 3: 11 ри этомй 5-триггер 17 переходит в нулевое состояние, при котором схема И 18 открывается, а И 16 закрывается. При нажатии кнопки 12 Сброс сигнал от этой кнопки проходит схему И 1. на входы установки нуля счетчиков 5. С нажатием на кнопку 14 Старт триггер 17 переходит в единичное состояние, при котором схема 18 закрывается, а схема И 16 открывается. При этом сигналы образцовой последовательности со схемы 1 О через откры тую схему И 16 проходят на счетный вход первого счетчика импульсов 5.Схема 10 выделения фронтов (фиг. 3) работает следующим образом,С въходов Д-триггера 9 на входы формирователей 19 импульсов поступают противофазные сигналы со скважностью два и частотой 0,5 Гц. Каждый формирователь 19 вырабатывает сигнал только из перепада напряжения одного знака, например с О в Г. В результате этого на выходах этих формирователей появляются короткие имФормула изобретения пульсы напряжения с частотой 0,5 Гц и сдвинутые относительно друг друга на половину периода их следования. Эти сигналы собираются схемой ИЛИ 20 и уже с частотой 1 Гц посылаются на вход схемы И 10 блока управления 7. Таким образом, введение в цифровые вторичные часы шести счетчиков импульсов, шести ключей, схемы совпадения, Д-триггера схемы выделения фронтов и блока управления с одним переключателем и тремя кнопками позволяет расширить функциональные возможности вторичных часов путем обеспечения в них режима измерения интервалов времени с индикацией как результата измерения, так и принятого кода времени на одном цифровом табло, Кроме этого, формирование образцовой последовательности импульсов происходит непосредственно из последовательного кода времени, принимаемого от первичных часов. Следует также отметить, что образцовая последовательность импульсов может быть сформирована с различным периодом следования от секунд до десятков часов путем подключения второго входа схемы 8 совпадения и С-входа Д-триггера 9 к соответствующему выходу коммутатора 3 (фиг. 1).В результате путем небольших затрат вторичные часы превращаются в измеритель интервалов времени, точность измерения которого будет зависеть только от точности хода первичных часов (без учета погрешности дискретности): 1, Цифровые вторичные часы-хронометр, содержащие селектор импульсов, информационный и тактовый выходы которого подключены соответственно к информационному и тактовому входам регистра, а маркерный выход и выход огибающей тактовых импульсов селектора импульсов подсоединены соответственно к входу установки нуля и счетному входу коммутатора, и цифровые индикаторы, отличающиеся тем, что, с целью расширения фунциональных возможностей, они снабжены шестью счетчиками импульсов шестью ключами, схемой совпадения, Д- триггером, схемой выделения фронтов, блоком управления с переключателем режима работ и тремя кнопками Сброс, Стоп и Старт, причем выходы коммутатора че 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 рез ключи соединены со входами разрешениязаписи кода счетчиков импульсов, соединенных последовательно, входы записи кодакоторых соответственно объединень 1 и присоединены к выходам регистра, а выходыпараллельного кода каждого счетчика соединены с цифровыми индикаторами, входыустановки нуля счетчиков и счетный входпервого счетчика присоединены соответственно к первому и второму выходам блокауправления, третии выход которого соединенс объединенными входами управления ключей, один из выходов регистра соединенс первым входом схемы совпадения, выходкоторой присоединен ко входу Д-триггера,С-вход которого соединен со вторым входомсхемы совпадения и одним из выходов коммутатора, а прямой и инверсный выходыД-триггера через схему выделения фронтовприсоединены ко входу блока управления.2. Цифровые вторичные часы-хронометрпо и. 1, отличаюциеся тем, что блок управления содержит две схемы И на два и тривхода соответственно и два Й 5-триггера,причем выходы переключателя режима работ присоединены соответственно к В и 5входам первого Й-триггера, инверсный выход которого присоединен к управляющимвходам ключей, а прямой - к первомувходу схемы И, второй вход которой соединен с выходом схемы выделения фронтов,а третий вход соединен с прямым выходомвторого ЙЬ-триггера, инверсный выход которого присоединен к первому входу второйсхемы И, второй вход которой соединен скнопкой Сброс, а кнопки Стоп и Стартприсоединены соооветственно к Ки 5 входамвторого ЙБ-триггера, выходы схем И соединены соответственно со входами установкинуля счетчиков импульсов и со счетным входом первого счетчика импульсов.3. Цифровые вторичные часы-хронометрпо п. 1, отличающиеся тем, что схема выделения фронтов содержит схему ИЛИ и дваформирователя импульсов, входы которыхсоединены с выходами Д-триггера, а выходыэтих формирователей через схему ИЛИ соединены со вторым входом трехвходовойсхемы И блока управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шляндин В. М. Цифровые электроизмерительные приборы. МЭнергия,1972.2. Авторское свидетельство СССР61 6608, кл. б 04 С 13/02, 1977..Макаренко ВНИИПпо113035,лиал ПП 4/э ная едактор О. Филипповааказ 4141/3 Составитель В. МитряевТехред А. БойкасТираж 457И Государственного комиделам изобретений и оосква, Ж - 35, РаушскаяПатент, г. Ужгород,КорректоПодписнотета СССРткрытийнаб., д.чл. Проект