Цифровой измеритель длительности одиночных импульсов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИ 4 ЕСНИХРЕСПУБЛИН 144 1)4 О 04 Р О/04 И ЕЛЬСТВУ чняющего оединен с И-ИЛИ-НЕ,ключен к т хронизации ов аратуроборудрева,144,2. Авторско474783, кл етельство СССР04 Р 10/04,которого через эл одключен к информ отводами, вх мент задержк ционному вхо первый выход первым входо выход которо обнуления ут и,нхрон лок.(54)(57 ТЕЛЬНОС жа йб соедин элемен н са ИПИ,одам которо второ о подключен к в чняющего и осно леднего тныи вхо сче ов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ) 1. ЦИФРОВОИ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЛИТИ ОДИНОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содерщи лок задержки с и отводами, генератор счетных импульсов, основной и уточняющий счетчики, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены блок синхронизации, первый и второй элементы ИЛИ, регистр сдвига, инвертор, В-триггер. элемент И-НЕ, элемент 2 И-ИЛИ-НЕ, элемент задержки, причем выход генератора счетных импульсов подключен ко вхоцу синхронизации блока синхронизации, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу блока синхронизации, а выход соединен с Ч-входом регистра сдвига непосредственно и через инвертор с С-входом регистра сдвига, выход которого подключен к 0-входу Р-триггера, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ, выход которого подключен к счетному входу тчика, выход которогоым входом элемента торои вход которого подтьему выходу блока синчетвертый выход которого соединен с третьим входом элемента 2 И-ИЛИ-НЕ, четвертый вход которого подключен ко второму входу элемента И-НЕ, входу синхронизации П-триггер выходу генератора счетных ычпульсов и входу синхронизации регистра сдви га, разрядные входы которого соединены с выходами блока задержки с и соединен с выходом элемент2 И-ИЛИ-НЕ. 2, Измеритель по п,1, о т л и - ч а ю щ и й с ятем, что, блок синхронизации содержит первый и1 второй 1 К-триггеры, первый и второй элементы И и П-триггер, первый вход которого соединен с первыми входами первого и второго 1 К-триггеров, с первыми входами первого и второго элементов И и входом синхронизации блока синхронизации, информационный вход Э-триггера подключен к информационно- му входу блока синхронизации, а прямой выход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации, с входом установки в 0" первогол1 К-триггера и с вторым входом перво го элемента И, третий вход которого1171444 соединен с инверсным выходом первого 1 К-триггера и с его информационными 1- и К-входами, а выход подключен к первому выходу блока синхронизации, инверсный выход 0-триггера соединен с третьим выходом блока синхронизации и входом установки в "О" второго Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зойано при измерении длительности одиночных импульсов.Известен многоканальный преобразователь длительности импульсов в цифровой код, состоящий из секционированной линии задержки, элементов совпадения и счетчиков, определяемых числом выводов секционированной линии 10 задержки, и сумматора 1 1 .Недостатком устройства является аппаратурная сложность.Наиболее близким техническим решением к изобретению является уст .ройство для измерения одиночных временных интервалов, содержащее генератор счетных импульсов, временной селектор, первый блок задержки на длительность периода счетных импуль сов с и отводами, и вспомогательных временных селекторов, и-входовой второй блок задержки с задержкой на период счетных импульсов между соседними входами, уточняющий и основной 25 счетчики, схема управления реверсом и блок управления, выход которого соединен со вторыми входами вспомогательных временных селекторов, первые входы которых соединены соответственно с отводами первого блока задержки, а выходы - с входами второго блока задержки, выход которого соединен со счетным входом уточняющего счетчика, выход которого соединен с первым счетным входом основного счетчика, а вход выбора режима - с входом выбора режима основного счетчика и с выходом схемы управления реверсом, вход которой соединен с входом устройства, с первым выходом временного селектора, с входом первого блока задержки, с сигнальным 1 К-триггера и с вторым входом второго элемента И, третий вход которогосоединен с инверсным выходом второго,1 К-триггера и с его информационными1- и К-входами, а выход второго элемента И соединен с вторым выходомблока синхронизации. 2входом блока управления, синхровходкоторого соединен с выходом генератора счетных импульсов и с вторымвходом временного селектора, выходкоторого соединен со вторым счетнымвходом основного счетчика 2 .Недостатком известного устройства является невысокая точность, зависящая от минимально допустимойдлительности расщепленного уточняющего импульса на отводе первого блока задержки, и сложность.Целью изобретения является повышение точности измерения,Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой. измеритель длительности одиночных импульсов, содержащий блок задержки с п отводами, генератор счетных импульсов, основой и уточняющий счетчик, дополнительно введены блок синхронизации,первый и второй элементы ИЛИ, регистр сдвига, инвертор, Э-триггер,элемент И-НЕ, элемент 2 И-ИЛИ-НЕ иэлемент задержки, причем генераторсчетных импульсов подключен ко входу синхронизации блока синхронизации, первый выход которого соединенс первым входом первого элементаИЛИ, второй вход которого подключенко второму выходу блока синхрониза-.ции, а выход соединен с Ч-входомрегистра сдвига непосредственно ичерез инвертор с С-входом регистрасдвига, выход которого подключен к0-входу О-триггера, выход которогосоединен с первым входом элементаИ-НЕ, выход которого подключен ксчетному входу уточняющего счетчика, выход которого соединен с первым входом элемента 2 И-ИЛИ-НЕ,второй вход которого подключен ктретьему выходу блока синхронизаз 1171444ции, четвертый выход которого соединен с третьим входом элемента2 И-ИЛИ-НЕ, четвертый вход которогоподключен ко второму входу элементаИ-НЕ, входу синхронизации 0-триггера, выходу генератора счетных импульсов и входу синхронизации регистра сдвига, разрядные входы которого соединены с выходами блока задержки с и отводами, вход которого 1 Очерез элемент задержки подключен кинформационному входу блока синхронизации, первый выход которого соединен с.первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к 15входам обнуления уточняющего и основного счетчиков, счетный вход последнего соединен с выходом элемента 2 И-ИЛИ-НЕ,вКроме того, блок синхронизации 20содержит первый и второй 1 К-триггеры,первый и второй элементы И и Р-триггер, первый вход которого соединенс первыми входами первого" и второго1 К-триггеров, с первыми входами первого и второго элементов И и со вхогдом синхронизации блока синхрониза- .ции, информационный вход 0-триггерарподключен к информационному входунблока синхронизации, а прямой выход З 0 бкоторого соединен с четвертым выхо- рдом блока синхронизации, с входомиустановки в "О" первого 1 К-триггераРи со вторым входом первого элемента гИ, третий вход которого соединен с с35инверсным выходом первого 1 К-тригге- эра и с его информационными 1- и К-вхо- кдами, а выход подключен к первому нвыходу блока синхронизации, инверс- сный выход Р-триггера соединен с тре- в40тьим выходом блока синхронизации с хвходом установки в 0" второгос1 К-триггера, со вторым входом второ- вго элемента И, третий вход которого псоединен с инверсным выходом второго 45 б1 К-триггера и с его информационными т1- и К-входами, а выход второго эле- нмента И соединен со вторым выходом мблока синхронизации.На фигс 1 показан предлагаемыйизмеритель (а - функциональная схема;б - блок синхронизации); на фиг. 2 -твременные диаграммы. Измеритель длительности импульсоводержит генератор 1 счетных импуль сов, подключенный своим входом ко входу синхронизации блока 2 синхронизации, выход которого для первого счетного импульса внутри входного сигнала соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 3, второй вход которого подключен к выходу блока синхронизации для первого счетного импульса по окончании входного сигнала, а выход соединен с входом У выбора режима работы регистра 4 сдвига напрямую, а через инвертор 5 - с входом синхронизации записи параллельного кода регистра 4, выход которого подключен к 0-входу 0-триггера 6, выход которого соединен с первым входом элемента И-НЕ 7, выход которого подключен к счетному входу уточняющего счетчика 8, выход которого соединен с первым входом. второго элемента И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 9, второй ход которого подключен к инверсному выходу блока 2 синхронизации, прямой выход которого соединен со вторым входом первого элемента И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 9, первый вход которого подключен ко второму входу элемента И-НЕ 7, входу синхронизации 0-тригера 6, выходу генератора 3 и входу инхронизации регистра 4, входы пааллельного ввода информации соединеы с выходами секционированноголока 10 задержки, вход которого чеез элемент 11 задержки подключен кнформационному входу блока 2 синхонизации, выход которого для первоо счетного импульса внутри входногоигнала соединен с первым входомлемента ИЛИ 12, выход которого нодлючен к входам установки в "О уточяющего 8 и основного 13 счетчиков,четный вход последнего соединен сыходом элемента 2 И-ИЛ 1-НЕ 9, а выод совместно с выходом уточняющегочетчика 8 является выходом устройста, информационный вход 14 которогоодключен к информационному входулока 4 синхронизации, а вход, 15 усановки в исходное состояние соедиен со вторым входом второго элеента ИЛИ 12. Блок,2 синхронизации имеет входы 16 и 17 и выходы 18-21.Блок 2 синхронизации содержит -триггер 22, вход синхронизации коорого соединен с входами синхронизации блока 2 синхронизации, первого 23 и второго 24 1 К-триггеров и первыми входами первого 25.и второго 26 элементов И блока 2 синхронизации, а П-вг.од триггера 22 подключен к информационному входу блока 2 синхро 1171444низации, прямой выход которого для синхронизованного счетными импульсами входного сигнала соединен с прямым выходом 0-триггера 22, входом установки в "0" первого 1 К-триггера 23 и вторым входом первого 25 элемента И блока 2 синхронизации, а инверсный выход для синхронизованного счетными импульсами входного сигнала под О ключен к инверсному входу 0-триггера 22,входу установки в "О" второго 1 К-триггера 24 и второму входу вто рого элемента И, третий вход которо-, го соединен с инверсным и объединен ,ными 1- и К-входами второго 1 К-триггера 24, а выход подключен к выходу блока синхронизации для первого счетного импульса по окончании входного сигнала, выход которого для пер вого счетного импульса внутри входного сигнала соединен с выходом первого элемента 25 и блока синхронизации, третий вход которого соединен с инверсным выходом и объединенными 25 1- и К-входамипервого 23 и 1 К-триггера блока синхронизации.Блок синхронизации предназначен, во-первых, для привязки входного сигнала к счетным импульсам, который 30 используется в качестве сигнала управления работой основного счетчика 13 по счетному выходу через элемент 9, а во-вторых, для выделения первых счетных импульсов внутри входного сигнала и по окончании его, которые синхронизируют работу регистра 4 сдвига через элементы 3 и инвертор 5.Параллельно-последовательный и О разрядный регистр сдвига 4 предназначен для работы в следующих режимах при наличии на его входах сле- дующих уровней сигналов управления: запись параллельного кода: по срезу 45 импульса на входе С при единичном уровне сигнала на Ч-выходе; сдвиг (запись последовательным кодом): ,по срезу импульса на входе С при нулевом уровне сигнала на Ч-входе. Время переключения инвертора 5 должно превьппать минимальное значение времени между фронтом информации на входе выбора режима У-регистра 4 и срезом импульса синхронизации на синхровходе С записи параллельного кода, при котором регистр сохраняет работоспособность. Временная задержка, формируемаяэлементом 11 задержки, определяется суммой времен переключения 0 триггера 23, элемента И 25, элемента ИЛИ 3 и инвертора 5.Секционированный блок 10 задержки имеет общее время задержки напериод следования счетных импульсов Т и время задержки между отводами на длительность уточняющегодискрета Г:Тоь = - )игде и - число разрядов регистра 4Общее число разрядов и уточняющего счетчика 8 равнос 1=ш+1,где ш - число младших разрядов уточняющего счетчика, определяемое исходя из числа состояний, совпадающих с числомотводов и блока 10 задержки:ш = 1 о 8 и,При и Ф 2 первые ш триггеровуточняющего счетчика 8 образуют первичный счетчик с емкостью счета и,а число ш определяется из выраженияш = До 8,и ,где ( 1 оя и) - двоичный логарифм2числа и, округленныйдо ближайшего большего целого числа.Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии счетчики 8и 13 обнулены. Генератор 1 счетныхимпульсов вырабатывает непрерывнуюпоследовательность импульсов с периодом повторения Тп (фиг. 2 в), которая поступает на синхровход 7блока 2 синхронизации, на синхровход С регистра 4 сдвига, на синхровход 0-триггера б, на первый входпервой группы входов по И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 9 и на второй вход злемента И-НЕ 7. При наличии нулевого уровня сигнала на входе измерителя и на 0-входе триггера 22 при поступлении на его синхровход импульсов с выхода генератора 1, осуществляется перепись сигнала логического нуля с информационного входа 0-триггера на его прямой выход, который в качестве управляющего по К-входу удерживает первый 1 К-триггер 23 в состоянии логическо1171444 0 5 20 25 30 В момент С по переднему фронту 45первого счетного импульса на выходе элемента ИЛИ 3 (фиг. 2 г) происходит запись логических уровней сигналов, на отводах блока 10 задержки,. в регистр 4. Для случая, приведенного на фиг. 2, уровень логической единицы будет записан только в первый, младший разряд регистра 4.По заднему фронту первого счетного импульса ТК-триггер 23 устанавлиПри поступлении на вход 14 измерителя входного измеряемого импульса Т в момент времени(фиг, 2 а) послед ний поступает на информационный вход 16 блока 2 синхронизации и, через элемент 11 задержки, на вход секционированного блока 10 задержки, где входной импульс размножается на и сигналов (фиге 2 3ел)е Эти сиг налы с задержкой Т относительно друг друга поступают последовательно на и выходов секционированного блока 10 задержки и входы записи парал лельного кода регистра 4. 55 го нуля, а по второму входу элемента И 25 запрещает прохождение, навыход 18 блока 2 синхронизации дляпервого счетного импульса внутривходного сигнала, счетных импульсов.При этом ТК-триггер 24 находится всостоянии логической единицы, которое подтверждается по срезу каждогоочередного счетного импульса.Нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 24 запрещает прохождение счетных импульсов на выход 19блока .2 синхронизации для первого,счетного импульса по окончании входного сигнала. Нулевой сигнал с вы-.хода 20 блока 2 синхронизации посту. пает на второй вход первой группывходов по И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 9 изапрещает прохождение счетных импульсов на счетный вход основного счетчика 13. Поскольку на входе выборарежима 7-регистра 4 действует нулевой сигнал с выхода элемента ИЛИ 3,то регистр 4 работает в режиме сдвига или записи последовательного кода.Следовательно, с выхода регистра 4для последовательного кода снимаетсяпостоянно нулевой сигнал на информационный вход Э-триггера 6, которыйс его выхода подается на первый входэлемента И-НЕ,7, запрещая прохождение счетных импульсов на счетныйвход уточняющего счетчика 8,На счетный вход основного счетчика 13 импульсы с выхода элемента2 И-ИЛИ-НЕ 9 также не поступают, таккак на втором входе его первого элемента И присутствует нулевой уровеньс выхода 20 блока 2 синхронизации,а на первом входе второго элемента Инулевой уровень с выхода переносауточняющего счетчика 8,По фронту первого счетного импульса после поступления измеряемого сигнала в момент времениП-триггер 22 снимает сигнал установки 1 К-триггера 23 в "0" и.единичным уровнем разрешает прохождение первого (внутри измеряемого импульса) счетного импульса через элемент И 25 на выход 18 блока синхронизации 2. Одновременно с этим сигналом логического нуля с инверсного выхода Р-триггера 22 по Н-входу 1 К-триггер 24 фиксируется в нулевое состояние до момента времени С, и этим же сигналом запирается элемент И 26, запрещая прохождение счетных импульсов на выход 19 блока 2 синхронизации.С момента времени Т, до момента сигнал логической единицы с выхода П-триггера 22 (фиг. 2 д), поступающий через выход 20 блока 2 синхронизации на второй вход первой группы входов по И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 9, разрешает прохождение счетных импульсов (фиг. 2 е) на счетный вход основного счетчика 13, который срабатывает по заднему фронту входных импульсов.Поскольку элемент 2 И-ИЛИ-НЕ 9 инвертирует входные сигналы, то заднийфронт импульса на выходе элемента2 И-ИЛИ-НЕ 9 соответствует переднемуфронту счетного импульса (фиг.2 в, 2 д),Первый счетный импульс с выхода18 блока 2 синхронизации, пройдя через элемент ИЛИ 12, запрещает просчитывание первого счетного импульса внутри измеряемого интервала 40 (фиг. 2 ж). Таким образом, основнойсчетчик 13 осуществляет подсчет числа только целых периодов Т, укладывающихся в интервале Тх . вается в единичное состояние и блокирует по третьему входу элемента И 25 дальнейшее прохождение счетных импульсов на выход 18 блока 2 сянх"ронизации и регистр 4 переходит вновь в режим сдвига, который начинает осуществляться по заднему фронту второго счетного импульса внутри из-, 5 меряемого сигнала.Последовательный код, характеризующий в уточняющих дискретах С несовпадение начала сигнала измеряемой длительности и переднего фронта бли О жайшего счетного импульса, поступает с выхода регистра 4 на информационный вход 0-триггера 6, работающего по переднему фронту синхроимпульсов. Это триггер позволяет исклю чить неоднозначность между логическим уровнем единицы в старшем разряде регистра 4 и уточняющим счетным импульсом, так как запись параллельного кода в регистр 4 производится 20 практически по переднему фронту первого счетного импульса внутри измеряемого сигнала. Информация со старшего разряда, являющегося выходом регистра для последовательного кода, 25 будет неизменной до заднего фронта второго счетного импульса. При не соответствии Р-триггера уровню логической единицы в этом разряде следовало бы два уточняющих счетных им- ЗО пульса с выхода элемента И-НЕ . Поскольку синхроимпульс записи параллельного кода при прохождении через блок 2 синхронизации, элемент 3 и инвертор 5 задерживается относительно фронта сигнала на синхровходе Р-триггера 6, то последний переписывает информацию с выхода регистра 4 только по переднему фронту второго счетного импульса, что исключает неоднозначность формирования уточняющего импульса.Последний импульс последовательности уточняющих импульсов заканчивается через время (и+1)Т, про шедшее с момента времени С,.После окончания сигнала измеряемой длительности в момент времениблок синхронизации 2 формирует на выходе 19 первый счетный импульс по окончании входного сигнала, которым через элемент ИЛИ 3 и инвертор 5 осуществляется запись информации с выводов блока 10 задержки в регистр 4 с последующим формированием, уточняющих счетных импульсов.Если при подсчете уточняющимсчетчиком 8 импульсов с выхода элемента И-НЕ 7 (фиг. 2 м) в момент произошло его переполнение, то в его старшем разряде появляется сигнал логической единицы (фиг. 2 н), который поступает на первый вход второй группы входов по И элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 9, а поскольку на втором входе второй группы входов этого элемента с момента времени действует сигнал логической единицы с инверсного выхода блока 2 синхронизации для синхронизированного счетными импульсами входного сигнала, то на выходе элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 9 формируется перепад из 1 в О (фиг. 2 е), который вызывает увеличение числа, записанного в .счетчике 13, на единицу.Через время (п+1)Т с момента среза синхронизированного счетными импульсами входного сигнала процесс измерения заканчивается. На основном счетчике 13 будет записана длительность входного импульса в периодах счетных импульсов Т , на уточняющем - в уточняющих дискретах.Если при уточнении начала сигнала измеряемой длительности дробная часть ,4 уточняющего дискретаотбрасывалась (фиг, 2)., то при уточнении конца сигнала дробная часть уточняющего дискрета добавлением а округлялась до целой.Таким образом, погрешность измерения несовпадения начала и конца измеряемого интервала со счетными импульсами с 1" равна=,4 г- ДПоскольку О 4 Ь С и О с 647, топогрешность измерения длительйостиимпульса не превышает величиныИспользование в изобретении параллельно в последовательно и-разрядного регистра сдвига для записи в него информации о расщепленных и задержанных относительно друг друга сигналов с отводов блока задержки по фронтам первых счетных импульсов, выделенных блоком синхронизации, внутри н по окончании импульса измеряемой дли-тельности и формировании уточняющих счетных импульсов позволяет повысить точность измерения длительности импульсов.1171444 Составитель Ю, Шишкидактор Н. Егорова Техред Т.дубинчак 1. Самборска Корректо аказ 4812/2 Водписно ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 и 3 Тираж 406 НИИПИ Государственн по делам изобрете 13035, Москва, Ж, о комитета СССРй и открытий ушская наб., д. 4