Преобразователь интервалов времени в цифровой код

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛОВВРЕМЕНИ В ЦИФРОВОИ КОД измери овысит валовлеменначаервала,льсов С ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Шляндин В.М, Цифровые электромерительные устройства. М.: Высшаяшкола, 1981, с, 166, рис. 3.27.Там же, с. 163, рис.3.25,(57) Изобретение отельной технике иточность преобразовремени в код. Дляты И 3 и 5 подаютсла Н и конца К вреа на элемент И 4 носится козволяет пания интерэтого на эимпульсыенного интсерия импу12349 интервал между которыми запоминаетсяимпульсами частотой Г от генератора 1 импульсов. Определяется положение импульса К между двумя импульсами серии С. С этой. целью счетчик 6подсчитывает число импульсов Г надвух интерв лах времени от заднегофронта импульса С, появившегося передимпульсом К, до переДнего фронта импульса К (число Ц) и от заднего фрон,та этого импульса до переднего фронта импульса С, появившегося после 71импульса К (число Р) положение импульса К определяется отношениемРСчетчик 7 подсчитывает число импульсов С от первого, совпадающего с импульсом Н по времени, до последнего, предшествующего импульсу К. Микропро. цессор 17 определяет результат преобразования по формуле; Ь=М(К+)р 3 где Ь - линейное перемещение; И- масштабный коэффициент, 2 з,п. ф-лы,7 илИзобретение относится к измеритель;ной технике.Целью изобретения является повышение точности преобразования.На фиг, 1 приведена функциональная 5схема преобразователя интервалов времени в цифровой код; на фиг. 2временная диаграмма сигналов, выдаваемых преобразователем линейных перемещений на входы преобразователя ин Отервалов времени в цифровой код;на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая принцип действия преобразователя; на фиг. 4 - функциональнаясхема блока управления преобразовате - 15ля; на фиг, 5 - функциональная схемаблока ввода данных преобразователяна фиг, б - временная,диаграмма работы блока ввода данных преобразователя; на фиг, 7 - схема алгоритма 20работы микропроцессора преобразователя,Преобразователь интервалов времени в цифровой код (фиг. 1) состоитиз генератора 1 импульсов, элементов И 2-5, счетчиков 6 и 7 импульсовтриггера 8, блоков 9-11 ключей, регистров 12-14, коммутатора 15, блока 16 ввода данных, микропроцессора 17 с интерфейсом 18, блока 19 ЗОуправления, кнопки 20, выхода 21 ге -нератора 1, выхода 22 элемента И 2,выходов 23 счетчика 7, выходов 24счетчика 6, выходов 25 - 27 блоков 9 -11, выходов 28 - 30 регистров 12 - 14,выходов 31 коммутатора 15, входов 32,и 33 коммутатора 15, выхода 34 блока 16, входа 35 блока 16, выхода 36 триггера 8, входа 37 элемента И 3,зыхсда 38 элемента И 3, входа 39 элемента И 4, выхода 40 элемента И 4,входа 41 элемента И 5, выхода 42 элемента И 5, выходов 43 - 50 блока 9.Блок 19 (фиг. 4) состоит из элементов ИЛИ 51-55, инверторсв 56 и 57,одновибраторов 58-60, элемента 61 задержки, элементов И 62 и 63, триггеров 64-66, реле 67 с размыкающимисяконтактами 68, входа 69 элемента ИЛИ 54, выхода 70 блока 61, входа 71 одновибратора 58, резисторов 72 - 74.Блок 16 (фиг, 5) состоит из элементов 75 и 76 задержки, элемента И 77,элемента И-НЕ 78, элемента ИПИ 79 исчетчика 80 импульсов.Устройство работает следующим образом,На вход преобразователя интервалов времени в цифровой код (фиг, 2) поступают три сигнала; начальный импульс Н, серия импульсов с .и конечный импульс К . Первый импупьс серии г. и начальный импульс Н совпадают по времени. Из-за непостоянства скорости вращения движения преобразователя линейного перемещения интервалы между имцульсами серии Г могут быть неравномерными. Момент выдачи конечного импульса к зависит от величины линейного перемещения и от скорости вращения цвигателя в преобразователе линейных перемещений.Изобретение уменьшает влияние скорости указанного двигателя на погреш 1234971 4ность преобразования. Принцип преобразования поясняет фиг. 3.Вместо заполнения импульсами всего преобразуемого временного интервала, как это происходит в известном преобразователе, в данном случае заполняется каждый интервал между соседними импульсами серии С, Однако, подсчитанные при этом числа импульсов не используются, если не появился импульс КЕсли на указанном интервале появился импупьс К, то числа импульсов,поместившихся между соседними импуль -15сами С и между импульсом С, предшествуюшим К, и импульсом К, используются при преобразовании, Интервал между соседними импульсами С очень мали за это время скорость двигателя20не может сушественно измениться, Этотинтервал в крупноммасштабе показанна фнг. 3. Необходимо определить положение импульса К между двумя импульсами серии с . С этой целью подсчитывается число импульсов Р, частота которых значительно вьппе частотысерии С на двух интервалах времени:от заднего Фронта импульса , появившегося перед импульсом К, до переднего Фронта импульса К (число Я)и от заднего фронта этого импульсадо переднего Фронта импульса С, появившегося после импульса К (число Р).Поскольку счет ведется от одной и тойже начальной точки, то для определения чисел Я и Р достаточно одногосчетчика 6. Положение импульса К задается как отношениеЯВторой счетчик необходим для подсчета числа импульсов С от первого,совпадающего с импульсом Н по времени, до последнего, предшествующегоимпульсу К, Результат преобразования интервалов времени между импульсами П и К определяется выражением:- )р 1где Е - линейное перемещение;М - масштабный коэффициент, необ ходимый для перевода результата преобразования в стандартные ецнницы Длины,Таким образом, благодаря использо 0 55ванию отношения - абсолютное значениечастоты импульсов Р не имеет большого значения. Генератор этих импульсов может быть некварцевым, Прямойсчет импульсов С исключает влияниенеодинаковости интервалов между ними,Оба эти фактора обеспечивают снижениепогрешности преобразования. Например, если преобразование производитсявс время раскрутки двигателя послевключения, то интервалы межцу импульсами С будут все время сокращаться.Однако это не повлияет на счет импульсов С, За время между двумя импульсами Г изменение скорости двигателя мало. Поэтому погрешность из-занепостоянства частоты импульсовбу",ет очень малой,Работа преобразователя происходит следующим образом (фиг. 1, 4, 5).При включении питания электронные элементы приходят в работоспособное состояние раньше, чем сработает и разомкнет контакты 68 реле 67. Благодаря этому через контакты 68 положительный потенциал, соответствующий единице , поступает с делителя напряжения, образованного резисторами 73 и 4, на входы элементов ИЛИ 51-55. При этом выходные сигналы элементов ИЛИ 51, 52 и 54 устанавливают триггеры 8, 64-66 в "нулевое" состояние, Сигнал 45 с третьего выхода блока 19 сбрасывает счетчики 7 и 80. Сигнал 49 с седьмого выхода блока 19 сбрасывает счетчик 6. Сигнал 50 с выхода блока 19 становится равным "нулю" и запрещает прохождение импульсов , и н чере- элементы И 4 и 5, Сигнал 48 с выхода блока 19 запрещает прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2.После включения греобразователя в микропроцессоре 17 производитсяпуск программы (фиг. 7). Микропроцессор с помощью интерфейса 18 начинаетпроверять условие "Требование"В=1,т,е. ждет, пока сигнал на выходе 34блока 16 перейдет на высокий уровень. При нажатии кнопки 20 триггер 8 переходит в "единичное состояние.Его сигнал 36 разрешает прохождение через элемент И 3 следующего сигнала Н . Поступив на вход 37, этот сигнал проходит через элемент 3 на его выход 38 и устанавливает в блоке 19 триггер 64 в "единичное" положение, Сигнал 50 на выходе блока 19 принимает единичное значение и разрешает прохождение импульсов С и К через элементы 4 и 5, С выхода 40 импуль 1234971сы С поступают на счетный вход счетчика 7, где производится их счет.Кроме того, импульсы С поступают навход 40 блока 19,Инвертор 57 подает импульсы С на вход одновибратора 58 который по переднему Фронту импульса С вырабатывает узкий импульс, проходящий через элемент И 63 и элемент ИЛИ 55 на седьмой выход блока 19 и по связи 49 сбрасывающий счетчик б. Одновибра. - тор 59 срабатывает по заднему Фронту импульса С,.При этом возникает низкий импульс, который устанавливает в "единичное" состояние триггер 66. Сигнал с 1 единичного" плеча этого триггера по связи 48 поступает на вход элемента 2 и разрешает прохождение импульсов Р от генератора 1 на вход счетчика 6. Сигналы на выходе 48 блока 19 имеют "единичное" значение от заднего Фронта одного импульса С до переднего Фронта следующего импульса С, Если в интервале.а между двумя импульсами С импульс К не возник, то в конце интервала сиг - нал на выходе 49 сбрасывает счетчик б и по заднему Фронту импульса С счет в счетчике б во обновляетсяс нуля, т.е. результат предыдущего счета не используется. Если же глмпульс К появляется, то, пройдя через элемент 5, он по связи 42 поступает35 в блок 19 и через инвертор 56 попадает на вход одновибратора 60, который по переднему Фронту импульса К вырабатывает узкий импульс, Этот им 40 пульс поступает на выходы 44 и 46 блока 19, в результате чего открываются блоки 9 и 10 и происходит перенос кода Р, равного числу импульсов С, сосчитанных в счетчике 7,45 и кода Я числа импульсов Р, сосчитанных в счетчике 6, соответственно в регистры 12 и 13. Кроме гого, ко - роткий импульс с выхода одновибратора 60, возникший по переднему Фронту импульса К, устанавливает триг 50 гер 65 в "единичное" положение, Сигнал с нулевого выхода этого триггера становится отрицательным и запрещает прохождение через эле" мент И 63 коротких импульсов, возникающих по переднему фронту импульсов С, Прекращается сброс счетчика 6 по переднему фронту С . В счетчике б продолжается счетимпульсов Р до появления пер: в диефронта следующего импульса С, пришедщего после импульса К . В этот моменткороткий импульс, возникший на выхо -це одновибратора 58, проходит черезэлемент И 62 и элемент ИЛИ 54 и сбрасывает триггер 66. В результате сигнал на выходе 48 блока 19 становитсяотрицательным и запрещает прохожцение импульсов Р через элемент И 2 навход счетчика 6. Одновременно импульс с вьгхода элемента И 62 поступает на выхоц 47 блока 19 и отгкрывает блок 11, При этом код Р числа импульсов Р,уложившихся между двумя последнимиимпульсами С, будет перенесен изсчетчика б в регистр 14. Кроме того, тот же импульс с выхода элемента И 62 задерживается в элементе б 1 на время, достаточное для переноса кода в регистр 14, и проходит через элементы ИЛИ 51,52,53 и 55. Сигнал с выхода элемента 51 устанавливает триггер 65 в "нулевое" положение. Благодаря этому короткий импульс, возникающий по переднему Фронту импульса. С, снова может проходить через элемент И 63, а прохождение его через элемент И 62 запрещено. Сигнал с выхода элемента 52 сбрасывает триггер 64. В результате сигнал на вхо 1 и де 50 блока 19 принимает нулевое значение, При этом импульсы С и К не могут проходить через элементы И и 5 соответственно. Одновременно сигнал с выхода элемента 52 поступает на выход 43 блока 19, сбрасывает триггер 8 и поступает в блок 16, Низ- кийуровень сигнала с триггера 8 запрещает прохождение импульсов гг через элемент И 3. Сигнал с выхода элемента 53 посту- пает на выход 45 блока 19 и сбрасывает счетчик 7, Сигнал с вь 1:ода элемента 55 поступает на выход 49 бло - ка 19 и сбрасывает счетчикВ блоке 16 сигнал с выхода 43 бпока 19 поступает (фиг. 5 и 6) на второй вход элемента ИЛИ 79. Возникший при этом на выходе элемента 79 сигнал проходит линию элемента 76 и через время г устанавливает счетчик 80 в состояние "01" и, кроме того, поступает на первый вхо:; зпемента И 77 Логический элемент И-НЕ 78 при всех состояниях счетчика 80, кроме состояния 11 , выцает сигнал высоков уровня, Поэтому выходной сигнал элемента 79 проходит через элемент 77 на выход 3+ блока 1 б.Таким образом, в интерфейс выдается сигнал "Требование-Б=1". Иикропроцессор 17 обнаруживает выполнение этого условия и присваивает величине д значение 2. Таким образом заполняется сче;чик числа вводимых чи се , Поп действием сигналов на выходах 32 и 33 блока 12 коммутатор 15 подает на вход 31 код числа г, содержащийся в регистре 12, в это время микропроцессор выполняет операции 15 В=10, В=Ви проверку условия В=О, Эти операции необходимы для задержки ввода числа на время -,, пока код числа подается на вход интерфейса 18 коммутатором 15. При выполне нии условия В=-О микропроцессор 17 выдает сигнал "Ввод данных" на вход 35 блока 1 б. В этот момент код числа К вводится в микропроцессор 17. Сигнал со . входа 35 задерживается в элементе 75 на 25 время по истечении которого он прохо дит через логический элемент ИЛИ 79, переводит счетчик 80 в состояние "10", при котором коммутатора 15 подает на входы 31 код числа О. Тем временем- сигнал с выхода элемента 79 проходитчерез элемент 77 на выход 34 блока 16 и в интерфейс 18 микропроцгс - сора 17 выдается "Требование в Б",Иикропроцессор 17 после ввоца кода35числа Р проверяет условие Л=О и, убедившись, что оно не выполнено, производит операции Л=А, т.е, уменьшает содержимое счетчика введенных чисел на 1. После этого микропроцессор 17 снова переходит к проверке выполнения условия "Требование-Б 1", Далее аналогичным образом вводятся ,в микропроцессор коды чисел О и К. После ввоца последнего проверка усло 45 вия Л=О дает положительный результат и микропроцессор переходит к выполнению вычисления величины текущего значения деформации по программе,соответствующей выражению 1.=И(К+).50 , После завершения этой операции микро.процессор 17 вновь переходит к проверке выполнения условия Требование-Б-.1", т.е. готов к приему следующих трех кодов чисел К,Я и Р. Сигнал "Ввод данных, выданный интерфейсом 18 на вход 35, при вводечисла Р не может пройти через элемент И 77 на выход 34 блока 16, так как в это ремя счетчик 80 находится в состоянии 11 1, при котором на входе элемента и-не 78 сигнал ймеет низкий уровень, Через времясигнал1с выхода элемента 7 б переводит счет- и:к 80 в состояние 00, при котором коммутатор 15 не выдает полезной информации на вход интерфейса 18, С=стояние 00 разрешает выдачу на выход следующего сигнала "Требова,:е-Б=1". Текущий сигнал не будетлпропущен, так как за время , он на -ходе элемента И 77 уже исчезнет.Таким образом, преобразователь оказывается в состоянии готовности к выполнеьппо следующего преобразования.Применение предлагаемого преобразователя позволяет существенно уменьшить погрешность, вызываемую непостоянством скорости вращения двигателяпреобразователя линейных перемещенийс изменениями частоты генератора импульсов Р. Погрешность от квантования значительно снижается благодарятому, что начальный импульс Н совмещен но времени с первым импульсомсерии С, а заполнение интервала времени межцу импульсом С, пришедшимперед импульсам К, и импульсом С,пришедшим после импульса К, производится импульсами Г имеющимн очень.1 аль.й период следования,Формула и з о".рет енияПреобразователь интервалов времени в цифровой код, содержащий генЕ- ратор импульсов, первый, второй и третий элементы И, первый и второй счетчики импульсов., триггер о т л ич а ю ш и й с я тем, что, с целью ,повышения точности преобразования, в него введены четвертый элемент И три блока к-,.ючей, коммутатор, три регистра, блок ввода данных, микропроцессор с интерфейсом, блок управления и кнопка с замыкающим контактом, причем выходы первого счетчика импульсов соединены с первыми входами первого блока ключей, выходы второго счетчика импульсов соединены с первымн входами второго и третьего блоков ключей, выходы первого, второго и третьего блоков ключей соединены соответственно с входами первого, второго и третьего регистров, выходы которых соединены соответственнос первыми, вторыми и третьими входами коммутатора, выход которого соединен с первыми входами интерфейсамикропроцессора, второй вход которого соединен с первым выходом блокаввода данных, второй и третий выходы которого соединены соответственнос четвертым и пятым входами коммутатора, первый вход блока ввода данныхсоединен с выходом интерфейса микропроцессора, а второй вход объединенс первым входом триггера и соединенс первым выходом блока управления,третий вход блока ввода данных объединен с первым входом первого счетчика импульсов и соединен с вторым 10 15 выходом блока управления, третий,четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первого, второго и третьего блоков ключей, шестой выход блока управления соединен с первым входом первого элемента И, седьмой выход соединенс первым входом второго счетчика импульсов, восьмой выход соецинен спер вымя входами второго и третьего элементов И, первый и второй входы блока управления соединены соответственпения объединен с вторым входом первого счетчика импульсов и соединен с выходом третьего элемента И, вторыевходы второго и третьего элементов И и первый вход четвертого элемента Иявляются соответствующими входнымишинами, второй вход четвертого элемента И соединен с выходом триггера,второй вход которого через замыкающий контакт кнопки соединен с шиной источника питания, при этом выход генератора импульсов соединен с вторымвходом первого элемента И выход которого соединен с вторым входом второго счетчика импульсов,2, Преобразователь по и, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления выполнен на трех триггерах, пяти элементах ИЛИ, двух элементах И, трех одновибратор-х, двух инверторах, элементе задержки, трехтокоограничивающих элементах, выполненных на резисторах, реле с размыкающими контактами, первый вывод обмотки реле с размыкающими контактамиявляется общей шиной, а второй выводобъединен с первым выводом первого но с вьгсодами второго и четвертогоэлементов И, третий вход блока управ-З 0 токоограничивающего элемента, второйвывод которого объединен с первьм вынодом размыкающих контактов реле и является шиной источника питания, второй вывод размьясающих контактов реле через последовательно соединенные второй и третий резисторы - токо- ограничивающие элементы, соединены с общей инной второй вывод второго токоограничивающего элемента соединен с первыми входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ объединены и соединены с выходом элемента задержки, вход которого объединен с вторым входом пятого элемента ИЛИ и соединен с выходом первого элемента И, который является пятым выходом блока управления, первые. входы первого и второго элементов И объединены и соединены с выходом первого одновибратора, второй вход первого элемента И соединен с первым выходом первого триггера, второй выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ, выходы второго третьего и первого элементов ИЛИ являются соответственно вторым седьмым и первым выходами блока управления, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого являетсявторым входом блока управления а выход - восьмым выходом блока управления, третий и четвертый. выходы которого и выход второго одновибратора объединены и соединены с.первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, входы третьего одновибратора и первого инвертора объединены и являются третьим входом блока управления, вьгход третьего одновибратора соединен с первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента ИЛИ, а выход является шестым выходом блока управления, вход второго инвертора является первым входом блока управления, а выхоц "оединен с входом второго одновибратора, выход первого инвертора соединен с входом первого одновибратора. 3, Преобразователь по и, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок1 23497 ввода данных выполнен на элементах И, ИЛИ, И-НЕ, счетчике импульсов и двух элементах задержки, вход первого элемента задержки является первым входом блока ввода данных, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым входом блока ввода данных, а выход соединен с входом второго элемента 1 задержки и первым входом элемента И, 1 О второй вход которого соединен с вы 12ходом элемента И-НЕ, первый и второйвходы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика импульсов и являются соответственно вторым и третьим выходами блока ввода данных, первый выход которого является выходом элемента И,первый вход счетчика импульсов соединен с выходом второго элемента задержки, а второй вход является третьим входом блока ввода данных,/58 Тираж 81 б НИИПИ Государственнопо делам изобретен 35, Москва, Ж, Ра Подписноео комитета СССРй и открытий